Эволюция экскаваторов: как землеройные машины превратились в универсальных роботов
Пожар на нефтяной скважине – проблема нешуточная. Пылающая струя способна подняться на десятки метров в высоту, а температура в непосредственной близости достигает 350 °С. Но вот к огню приближается беспилотная гусеничная машина. Не боясь ни жара, ни пламени, она въезжает прямо в эпицентр катастрофы и намертво перекрывает рвущийся из-под земли поток многотонной запорной сборкой. Огонь успокаивается. «До сих пор нефтяникам приходилось пользоваться средствами, не исключающими присутствия человека возле скважины, – рассказывает Ратибор Коновалюк из воронежской компании "Интехрос", где разрабатывают и производят такую спецтехнику. – После того как мы с успехом продемонстрировали наших роботов на выставке в Абу-Даби, ими заинтересовались компании со всего Ближнего Востока».
Экскаватор обзаводится «кистью»
В отличие от многих российских компаний, «Интехрос» не выросла на обломках старого советского предприятия, а создавалась с нуля. Около 20 лет назад в Воронеже начали продавать, а затем самостоятельно разрабатывать и производить самое распространенное гидравлическое оборудование: гидроцилиндры, домкраты и т.п. А когда в компании обзавелись нужными компетенциями, решили переходить к более сложным инструментам.
«Мы не хотели превратиться в большой завод, выпускающий массовые продукты, а всегда склонялись к инжинирингу, созданию нового, – говорит Ратибор Коновалюк. – Изучив обстановку на рынке в 2010 году, мы заметили, что в мире все шире распространяются наклонно-поворотные устройства».
Перефутеровочная машина используется для замены внутренней облицовки мельниц, работающих на горно-обогатительных комбинатах.
НПУ, или, на английский манер, тилтротаторы, были придуманы шведской компанией Noreco еще в 1980-х и быстро приобрели популярность в развитых странах. Такие устройства служат гибкой «кистью» для стрелы экскаватора, делая машину почти такой же универсальной, как человеческая рука. НПУ может наклоняться и вращаться на 360 градусов, действуя разнообразными навесными инструментами: ковшом, грейфером, гидромолотом и т.д. Существуют сотни видов такого сменного оборудования, позволяющие превратить обычную землеройную машину в многофункциональную. За последнее десятилетие этот тренд подхватили все крупные производители тяжелой техники. Сами они НПУ, как правило, не выпускают, устанавливая продукты известных европейских фирм, чаще всего скандинавских. «В пятилетней перспективе новые модели экскаваторов уже будут по умолчанию поставляться с НПУ», – добавляет Ратибор. Собственный тилтротатор разработали и запатентовали и в «Интехросе». Такой узел можно установить на любой экскаватор, менее чем за минуту подсоединив нужное съемное оборудование. Однако для НПУ обычная стрела оказалась недостаточно совершенной: она «заточена» строго под копание и позволяет выполнять очень ограниченный набор действий. Каким бы подвижным ни был узел на конце, сама стрела сгибается, как коленка, только в одной плоскости. Поэтому вскоре воронежским инженерам пришлось спроектировать новый, более универсальный манипулятор с большим числом степеней свободы. Вместе с тилтротатором он стал основой серии по-настоящему многофункциональных машин для тяжелых и специальных работ.
Тилтротатор служит гибкой «кистью» для стрелы экскаватора, делая машину почти такой же универсальной, как человеческая рука. Он может наклоняться и вращаться на 360 градусов, действуя разнообразными навесными инструментами.
Роботы на службе
«Параллельно обнаружилось, что развивается глобальный рынок роботов для демонтажа. Он растет на 20% в год и на сегодняшний день уже достиг четверти миллиарда долларов, – объясняет Ратибор Коновалюк. – Поэтому мы стали создавать машины сразу под дистанционное управление».
Правда, российская строительная отрасль оказалась слишком инертной и непрозрачной, здесь даже демонтажные роботы до сих пор не получили широкого распространения. Зато в других областях модели «Интехроса» используются довольно активно, и нефтяники далеко не единственные их покупатели.
«В прошлом веке, когда началось массовое строительство АЭС, никто не задумывался, как быть потом, когда придет время выводить их из строя и разбирать, – рассказывает Ратибор. – Подходящие технологии разрабатываются только сегодня, и частью их должна стать дистанционно управляемая техника, способная выполнять такие действия без прямого участия человека».
В самом деле, любая атомная электростанция – это прежде всего огромное количество бетона: толстенные стены, арматура, горы мусора, часть которого радиоактивна. Небольшие электрические машины слишком маломощны для подобных задач, а электроника не выдерживает жесткого излучения. Зато в таких условиях неплохо себя чувствуют гидравлические роботы РТС Р-300, устойчивые даже в условиях огромной радиационной нагрузки. Силовая установка у этих машин вынесена назад, а манипулятор расположен на отдельной вращающейся башне – это позволяет высвободить пространство в передней части для транспортировки опасного груза. На них устанавливаются радиационно стойкие видеокамеры производства новгородского НИИПТ «Растр», а электроника зашивается в свинцовые короба.
«Кроме того, мы можем снять с базовой платформы все оборудование, добавить пару кузовов и отвал и получить дистанционно управляемую транспортную платформу. Такие роботизированные команды уже работают в Российском федеральном ядерном центре», – добавляет Ратибор Коновалюк.
Роботы Р-300 созданы для выполнения работ в условиях, опасных или просто неблагоприятных для людей. При необходимости такая машина может монтироваться на шасси «ГАЗон NEXT», превращаясь в маневренный роботизированный комплекс.
Металлургам эти машины помогают менять блоки огнеупорной футеровки в плавильных печах и ковшах. Специальное теплозащитное покрытие дает им возможность работать, не дожидаясь полного остывания печи, при температуре, слишком высокой для ручного труда. А горнодобывающего робота РТС не так давно стали использовать на Лебединском ГОК: вооружаясь то захватами, то бетоноломом, то гидравлическими ножницами или буровым оборудованием, он действует в десятки раз быстрее людей. К тому же эта машина – первая в мире, способная самостоятельно перемещаться по шахте, передвигаясь по обычному узкоколейному пути.
Экскаватор становится роботом
«Наша история началась с железных дорог. В РЖД приходится обслуживать огромную инфраструктуру, а поезда должны ходить по расписанию, – продолжает Ратибор. – Поэтому они одними из первых начали внедрять НПУ и модернизировали ими более 200 экскаваторов, а для обслуживания стали применять тяжелые роботизированные комплексы, способные заменить сразу несколько узкоспециальных машин и выполнять все нужные на железной дороге работы: поднять люльку с человеком для проверки контактной сети, прокопать траншею, заменить шпалы и т.д. Сегодня РЖД уже использует более 20 таких роботов».
Пока что все они управляются телеметрически – передают картинку на пульт оператора и получают от него команды по кабельному или радиоканалу. Дальность беспроводной связи достигает 5 км на открытой местности и 2,8 км в городе: такая дистанция важна при работе с радиоактивными материалами или в зоне бедствия. Но без человека эти машины действовать не умеют – по крайней мере, пока. Конструкторы понемногу автоматизируют рутинные операции. Так, новые модели способны самостоятельно раскрыть стрелу, разложить выносные опоры-аутригеры и выровняться по горизонтали, готовясь к работе.
«В перспективе 10 лет на них станут появляться цифровые помощники, – говорит Ратибор Коновалюк. – Уже сегодня ведущие производители НПУ устанавливают инклинометры и линейные датчики. Это позволяет вести мониторинг использования оборудования, отслеживая, какой именно инструмент сколько времени проработал. Кроме того, некоторые системы делают управление полуавтоматическим. Например, если требуется получить откос определенной длины и наклона, достаточно задать нужные параметры – и система не позволит экскаваторщику совершить слишком резкое движение рычагами. Скорее всего, в ближайшие несколько лет автоматизация будет нарастать, и система станет полностью самостоятельной. Сегодня такое возможно лишь при использовании снегоуборочной техники или мульчеров, измельчителей кустарника – довольно простых инструментов. Но когда степеней подвижности будет хотя бы столько же, сколько у экскаватора, все станет гораздо сложнее. Думаю, на то, чтобы полностью удалить человека из процесса копания, понадобится еще много времени – лет пять или даже семь».