Как ИнКата разработала устройство «Гидропрокольщик» для стартапа

Гидропрокольщик — это компактное устройство, предназначенное для горизонтально направленного прокола при бестраншейной прокладке труб. Устройство используется для создания пилотной скважины и скважины заданного размера.

Стартап «Буровые роботы» обратился в ИнКату с задачей доработать свою технологию и разработать прототип для полевых испытаний и демонстрации потенциальным пользователям. Устройство работает под землей для прокладки подземных коммуникаций, где точность функций важнее привлекательного дизайна, поэтому при разработке промышленного дизайна устройства мы делали упор не на красивый внешний вид, а на надежность и технологичность. С учетом продуктового видения команды заказчика мы создали компактное, удобное в работе и надежное устройство. Мы также учли целевой сегмент и разработали продукт, который можно продавать в магазинах электроинструмента. 

При разработке промышленного дизайна важно было предусмотреть компоновочные решения, которые обеспечивают надежность и стабильность работы «Гидропрокольщика» в полевых условиях. Основным узлом устройства является модуль направленного прокола. Он состоит из металлического конуса, который соединен со штоком гидроцилиндра. Вдоль наружной поверхности гидроцилиндра расположен расширитель — тонкостенный армированный нитью шланг, уложенный продольными витками друг на друга. Шланг соединяется с соседними витками и корпусом цилиндра. Для более плотного прижатия к корпусу гидроцилиндра шланг покрыт чехлом из эластичной резины и закреплен жгутами. Чехол защищает устройство от попадания грунта и его налипания на корпус. Концы расширителя объединены и подключаются через быстросъемное соединение к воздушному компрессору. Компрессор нагнетает воздух в расширитель, который развертывается и увеличивается в объеме. При увеличении объема расширителя происходит уплотнение стенок скважины.

Мы спроектировали гидроцилиндр с конусом, закрепленным на штоке с помощью винта в торце конуса, а также корпус гидроцилиндра, на котором расположены трубки воздушных емкостей для расширения, и специального расширяющегося защитного чехла. Чехол выполнен как плотный резиновый рукав без армирования.

Для управления модулем прокола мы разработали комбинированную гидростанцию, которая состояла из маслонасоса, маслобачка и гидрораспределителя. С помощью гидростанции устройство продвигается во всех видах уплотняемых грунтов (глина, чернозем, плодородный слой, смешанные насыпные влажные грунты). Рама с отгибами в торцевых частях защищает рабочие компоненты гидростанции от случайного удара, создавая ограничивающий контур.

Маслостанцию можно подключать к домашней электросети, как любой электроинструмент. Также, мы уделили много внимания себестоимости производства, работая над его снижением, чтобы соответствовать потребностям целевого сегмента пользователей Заказчика.

В ходе тестирования заказчиком работы системы в грунте было выявлено, что существующие на рынке быстроразъемные муфты, которые мы использовали при сборке прототипа (TRL-4) «Гидропрокольщика» плохо работают под землей: в конструкции муфт не предусмотрена защита от пыли и грязи, попадание которых в пневмо- и гидросистему приводят к выводу из строя узлов маслостанции; конструкция муфты не позволяет нескольким муфтам соединяться друг с другом, что затрудняет подключение-отключение линий давления, а также создает риск заламывания и повреждения шлангов. Чтобы устранить недостатки покупных муфт, мы разработали собственный блок быстроразъемных муфт для подачи сжатого воздуха и работы гидравлической системы (Мульти-БРС). Так как Мульти-БРС должна была совмещать в себе два разных вещества, нам предстояло продумать компоновку таким образом, чтобы муфта была многофункциональной и вписывалась в габариты устройства. Мы проработали 3 варианта конструкции Мульти-БРС, с точки зрения эргономичности подключения модуля прокола и маслостанции, защиты шлангов и трубок от заломов и перетирания, а также технологичности изготовления. В качестве материала для изготовления Мульти-БРС была выбрана нержавеющая сталь. Наши инженеры и технологи оптимизировали конструкцию, чтобы добиться целевой стоимости изготовления.

Разработанная конструкция представляет собой единый жгут из кабелей и шлангов (линия объединенная) в виде двух цилиндрических наконечников, которые после соединения друг с другом, фиксируются защитным цилиндрическим кольцом, что позволяет снизить риск повреждения (заламывания) кабелей и шлангов, а также повышает безопасность и скорость работы на объекте.

Спроектировав шток «Гидропрокольщика», мы увеличили его диаметр и добавили термообработку, а корпус сделали сварным, что позволило повысить прочность, износостойкость и долговечность его использования, а использование стандартных элементов при конструировании маслостанции сделало устройство простым в эксплуатации и недорогим в изготовлении.