Томск называют "умным" городом. Здесь сосредоточено столько высших учебных заведений, что по количеству студентов на душу населения Томск уверенно опережает и Москву, и Питер.
Виктор Становской - житель Томска и создатель редуктор-подшипника - был не слишком близок к механике (по образованию он инженер-физик, но больше работал с ураном), зато на практике постиг ее еще школьником, на примере собственного "Москвича", в котором, как оказалось, все устроено очень нерационально.
В 1999 году ему предложили заняться изготовлением волнового передаточного механизма, разработанного в начале 80-х годов профессором Томского политехнического института Арнольдом Беляевым. Виктор подошел к затее творчески и, учтя все достоинства и недостатки разработки своего земляка, предложил свою собственную - принципиально новую конструкцию.
Выглядит это революционное изобретение, прямо скажем, не очень эффектно: внешне оно напоминает подшипник качения и состоит из нескольких цилиндрических и кольцевых обойм, вставленных одна в другую. Между обоймами находятся шарики двух сортов. Те, что поменьше, при вращении обойм друг относительно друга выполняют функцию подшипника качения. Большие шарики - силовые - говоря инженерным языком, меняют количество движения, то есть позволяют одной обойме вращаться медленнее (или быстрее) относительно другой по аналогии с шестеренками зубчатого редуктора. Эти большие шарики именуются "промежуточными телами качения". В процессе работы устройства и те и другие шарики перекатываются по особым желобкам на обоймах. Суть ноу-хау - в расположении шариков между обоймами и геометрии криволинейных дорожек-желобков, по которым они перекатываются. Автор назвал это устройство "редуктор-подшипником", поскольку оно заменяет собой и тот, и другой.
Шлифовка бормашиной
После первой удачной попытки волновые передачи захватили Становского целиком и полностью. "Мне было очень легко изобретать. Я не изучал в институте зубчатые передачи, теорию машин и механизмов, поэтому стереотипы не мешали мне работать. Я не знал, что механические передачи нельзя делать так, как я делал", - объясняет свой успех сам Виктор.
Сначала это было просто хобби. Первые три устройства - собственно редуктор-подшипник, моноредуктор (редуктор-подшипник, у которого между обоймами перекатывается всего один силовой шарик) и редуктор-подшипник с качающейся шайбой - были изготовлены по чертежам Становского силами местных томских Левшей на совершенно не пригодных для этого станках. Дошлифовывать их изобретателю пришлось бормашиной. Но главное - преимущества новых передаточных механизмов, смутно проступавшие на стадии чертежей-черновиков, в "железе" полностью подтвердились.
В 2001 году нашелся человек, которому настолько понравилась простая и изящная идея Становского, что он согласился финансировать начальную стадию проекта независимо от того, удастся ли впоследствии выйти на рынок. Виктор Становской с еще несколькими энтузиастами создал малую инновационную компанию ООО "Томские трансмиссионные системы", куда передал уже полученные к тому времени патенты на редуктор-подшипник и его модификации.
Волновые редукторы с промежуточными телами качения как класс передаточных механизмов известны еще с начала прошлого века. В Союзе их разработкой занимались специалисты Могилевского машиностроительного, Кишиневского политехнического и Томского политехнического институтов. За рубежом свой волновой редуктор пытаются создать фирмы Synkinetics и Advanced Energy Concepts 81 (США), Bollman Hydraulik GmbH (Германия), Imase Kenji (Япония), Axial Wave Drive (Нидерланды) и Twinspin (Словакия). Но в отличие от томичей каждая из них стремится реализовать какое-либо одно из трех основных преимуществ волновой передачи (обойменная схема конструкции, принцип чистого качения или вовлечение в работу всех силовых элементов) - на все сразу никто не замахивается. Однако и на этом "облегченном" пути значимых результатов пока не удалось добиться никому. В частности, на сегодняшний день ни у одного из конкурентов "Томских трансмиссионных систем" не получилось главного: избавиться от трения скольжения - тяжелого наследства зубчатых передач и главного виновника их низкого кпд. Так что томский редуктор-подшипник, в котором сконцентрированы все три "плюса" волновых передач, обошел все известные аналоги, как говорится, на целый корпус.
Суперавтомобиль и суперкомбайн
Томское ноу-хау может затронуть практически всю технику, поскольку оно заменит собой передаточные звенья, состоящие из зубчатых или червячных редукторов, а такие звенья имеются в любом механическом устройстве, в котором что-либо вращается, начиная с кухонной мясорубки и кончая подводными лодками и орбитальными станциями. "Подобные прорывные изобретения появляются крайне редко, и в данном случае, похоже, состоялся именно такой прорыв", - сказал в интервью "Эксперту" президент фирмы "Техноконсалт" и член экспертного совета Конкурса русских инноваций Сергей Симаранов. Раньше других "переварят" томское ноу-хау и почувствуют экономический эффект от него такие отрасли, как автомобилестроение, двигателестроение и инструментальная промышленность.
Используя описанный базовый редуктор-подшипник и несколько его модификаций, ориентированных на конкретные задачи, можно, как из конструктора, собрать любые разновидности применяемых сегодня в технике передаточных устройств. Взять, к примеру, автомобиль. В нем надо, во-первых, заменить громоздкий кривошипно-шатунный механизм на модификацию редуктор-подшипника, у которого одна из обойм может качаться, подражая возвратно-поступательным движениям шатуна. Помимо экономии объема такая замена даст и экономию 15-20% топлива, которое сейчас "съедается" из-за бокового трения поршней о стенки цилиндров двигателя. Во-вторых, вместо традиционной коробки передач, которая занимает объем, равный примерно восьми литрам, поставить редуктор-подшипниковую автоматическую коробку передач, умещающуюся в литровую бутылку. В-третьих, уменьшить редуктор главной передачи в три-четыре раза, оставив ему лишь одну из двух его функций - изменение направления вращения, а вторую, более тяжелую его задачу - изменение количества вращений - передать редуктор-подшипникам, установленным в ступицах задних колес там, где сейчас находятся подшипники качения. В результате карданный вал и полуоси станут в три-пять раз тоньше, соответственно, значительно уменьшатся масса и габариты заднего моста, увеличится клиренс (так как "ужалась" главная передача) и, следовательно, повысится проходимость автомобиля. В результате всех указанных преобразований автомобиль потеряет и "лишние килограммы", и большинство трущихся частей.
Существенно преобразился бы и, например, угольный комбайн, в конструкции которого имеется множество редукторов разных калибров. Эту страшно тяжелую и громоздкую штуку опускают в шахту по частям, иначе она не пролезает, и собирают уже под землей. С редуктор-подшипниками этот 20-40-тонный монстр станет как минимум вдвое легче и надежнее.
Весьма перспективна модернизация и станков-нефтекачалок (здесь возможна замена нынешнего трехтонного редуктора на двухсоткилограммовый, который при тех же размерах будет еще и в три раза мощнее), а также гидромоторов, используемых в тяжелой технике, зерноуборочных комбайнов, тракторов, электровозов, вертолетов и так далее. При этом главным принципиальным изменением практически для всей движущейся техники станет возможность приблизить двигатель с миниатюрным и при этом мощным редуктор-подшипником непосредственно к исполнительному механизму (колесу автомобиля, винту вертолета или корабля) и ликвидировать таким образом громоздкую и тяжелую трансмиссию - совокупность передающих вращение устройств.
В процессе эксплуатации новый волновой передаточный механизм не будет нуждаться ни в ремонте, ни в обслуживании - в частности, отпадет необходимость в периодической смазке (смазка будет закладываться один раз при изготовлении редуктор-подшипника).
Вместо кувалды
Впрочем, пока более или менее готовых устройств у томской фирмы в наличии всего пять. Прежде всего это гайковерт - редукторный гаечный ключ, позволяющий, не прикладывая титанических усилий, откручивать и закручивать большие и тяжелые гайки и болты при монтаже и ремонте мостов, мачт ЛЭП, трубопроводов, транспортеров, железнодорожных вагонов, угольных комбайнов и тому подобного. Сейчас рабочие используют для этих нужд сложные и дорогие гидравлические гайковерты, которые в четыре-пять раз тяжелее томской разработки, или исконно народные приспособления - трубу-рычаг и кувалду.
Вторая почти готовая разработка - редуктор для электродвигателя, умещающийся в переднем щите стандартного электрического движка. Использование этой разновидности редуктор-подшипника позволит "отправить на свалку" не только традиционный редуктор, но и нынешние электродвигатели.
Помимо этого "на выходе" у компании редуктор для ручной электродрели и еще два относительно "сырых" устройства: редукторы для усилителя руля автомобиля и для электропривода трубопроводной арматуры. Последний в количестве многих тысяч штук мог бы быть востребован, например, при строительстве новых газо- и нефтепроводов. С редуктор-подшипником масса привода задвижек и шаровых кранов уменьшилась бы в пять-десять раз. В результате сократились бы производственные, транспортные и эксплуатационные расходы, а следовательно, и себестоимость того, что перекачивается по трубе.
Для внедрения в производство этих разработок "Томские трансмиссионные системы" решили придерживаться следующей стратегии: одну лицензию на производство каждого устройства продавать крупной западной компании-производителю (без права реализовывать продукцию на территории России), другую (российскую) - отечественному предприятию. Кстати, томичи, много раз представлявшие свои разработки на разных выставках и конкурсах, всерьез опасаются, что западные инженеры раскусят суть ноу-хау и в короткие сроки наладят у себя выпуск новинок без всякой лицензии, поскольку производственная база у них на порядок гибче и современнее, чем отечественная. Оснований для подобных опасений хватает: уже были и попытки выкрасть документацию, и неоднократные просьбы иностранцев продать единичные образцы. "Нам необходимо найти крупных зарубежных партнеров, которые сами будут блюсти свои эксклюзивные права на новинку, и как можно скорее наладить серийное производство разработанных устройств. Чем солиднее будут эти партнеры, тем защищеннее мы будем себя чувствовать", - утверждает Виктор Становской.
За рубежом интерес к томской разработке сейчас огромен: крошечную сибирскую инновационную фирму по собственной инициативе посещают топ-менеджеры западных компаний. Отечественные же предприятия в большинстве своем демонстрируют равнодушие. Исключения, конечно, есть. Несколько заводов уже выступили заказчиками нового электропривода для трубопроводной арматуры, гайковертов и редукторов для ручного электроинструмента. В частности, от АвтоВАЗа получено техническое задание на разработку редукторного электромеханического усилителя руля для "Жигулей". О своем интересе к томскому ноу-хау дали знать также руководители холдинга "Объединенные машиностроительные заводы" и концерна "Руспромавто", входящего в "Базовый элемент". Однако эти примеры не отражают общего настроя в нашей промышленности.
Помимо неповоротливости отечественных машиностроительных предприятий на российском направлении выработанной томичами стратегии есть и серьезное объективное препятствие. Оно заключается в том, что подавляющее большинство отечественных заводов не имеет современного оборудования, которое позволило бы с необходимой точностью и производительностью изготавливать редуктор-подшипники. Из трех десятков предприятий, заинтересовавшихся "новым словом" в машиностроении и пожелавших стать серийными производителями редуктор-подшипников, лишь два имеют необходимые для этого четырех- и пятикоординатные станки. Проблема остальных, в том числе ведущих предприятий некогда самой передовой космической отрасли, в официальных документах формулируется как "моральное устаревание производственных фондов".
Чуть больше миллиона долларов
Пришлось томичам самим выпутываться из положения - за 100 тыс. долларов сибирская фирма приобрела в Штатах вертикально-фрезерный четырехкоординатный обрабатывающий центр. На нем можно с необходимой точностью обрабатывать все самые деликатные элементы редуктор-подшипника, в частности криволинейные желобки. Надо отметить, что для "Томских трансмиссионных систем" этот станок - очень дорогое удовольствие. НДС и пошлина на ввоз в Россию подобного высокотехнологичного оборудования в сумме составляет до 40% его изначальной стоимости. Остается утешаться тем, что к помощи Левшей и бормашины больше прибегать не придется.
Однако новоприобретенный центр не решает всех задач опытного производства. Помимо него только на начальном этапе необходимы еще несколько станков и приборов - всего на 150 тыс. долларов. А для завершения НИОКР по всем пяти упомянутым разработкам и организации полноценного опытно-экспериментального производства, "на выходе" которого изделия можно было бы сразу запускать в серию, по подсчетам компании, необходимо 1,3 млн долларов инвестиций. Вроде бы немного, но пока всего этого нет и неизвестно, когда будет. Поэтому в настоящее время дело движется практически только за счет энтузиазма работников томских предприятий, которые осознали перспективность новинки. С энтузиазмом больше всего повезло редуктор-подшипнику для электродвигателя: руководство томского СКБ "Сибэлектромотор" ухватилось за идею и готово на своих испытательных стендах полностью отладить опытные образцы новых редукторов для разных модификаций движков. Таким образом, эта разработка "Томских трансмиссионных систем" ближе всех к запуску в серию. Возможно, уже в будущем году Сибирский химический комбинат наладит серийное производство редуктор-подшипников для двигательной установки нового поколения.
Адрес сайта Конкурса русских инноваций - www.inno.ru
