Студенты Мюнхенского технического университета находятся на старте «Нескучного конкурса» Илона Маска. Цель состоит в том, чтобы заложить основу для технологии, которая произведет революцию в строительстве туннелей. Конкретно это означает, что их туннелепроходческий станок должен быть самым быстрым из двенадцати финалистов и быстрее, чем улитка. LAPP оснастила проект компонентами для обеспечения надежной и эффективной передачи данных и энергии.
Шестьдесят студентов, одна скучная машина и множество технологий для электрических соединений — амбициозный проект реализуется на гравийном заводе в Нойхинге, недалеко от Мюнхена. Команда TUM Boring — Innovation in Tunneling в Техническом университете Мюнхена, состоящая из студентов инженерных, ИТ, аэрокосмических технологий, физики, управления бизнесом, маркетинга и многих других областей, поставила перед собой цель реорганизовать городскую мобильность, участвуя в соревнования по проходке туннелей. С этой целью молодые инженеры также получили поддержку от LAPP.
Слишком «медленный» стандарт
Йона Россманн, отвечающая за управление внешними связями в TUM Boring, уверена, что если бы движение транспорта было направлено под землю, это значительно снизило бы нагрузку на людей и окружающую природу. Проблема в том, что современные туннельные бурильные машины работают слишком медленно — более чем в десять раз медленнее, чем улитка, по данным TUM Boring. Современные туннелепроходческие машины просверливают не более пяти метров в час. Обычно это гидравлический процесс, при котором бурильная машина крепится к стене с помощью захватных элементов. Только после этого приводные прессы могут толкать сверлильную головку на несколько метров вперед. Поскольку затем необходимо удалить земляной материал и переставить элементы захвата, операция бурения не является непрерывной.
Эффективность процесса — главный приоритет
Команда TUM Boring разработала машину, которая непрерывно движется вперед. Решение студентов намного эффективнее, так как оно работает быстрее, чем современные сверлильные станки. Он также отвечает другим строгим требованиям, установленным Илоном Маском для конкурса.
Проекты команд будут проверены в финале: на глубине 1,5 метра они должны создать 30-метровый туннель диаметром 50 сантиметров — примерно за три часа. Кроме того, когда автомобиль с дистанционным управлением совершает тестовую поездку по выполненному маршруту в конце, в туннеле также необходимо проложить путь. Команды оцениваются по трем критериям победы: самое быстрое строительство туннеля, самое быстрое строительство туннеля, включая тестовый маршрут и наиболее точную систему навигации.
Туннельный станок от TUM Boring может похвастаться эффективными и параллельными процессами, которые контролируются интеллектуальными компонентами. Четыре стальные трубы длиной 8,5 метра и весом 1,2 тонны заключены в стальные асинхронно работающие хомуты и удерживаются во вращающемся механизме. Гидравлический привод, известный как «система подъема труб», сначала прижимает одну из стальных труб острием буровой головки вперед. После того, как каждый сегмент бурения полностью вдавлен в землю, вращатель, удерживающий трубы, поворачивается на 90 градусов, позволяя сразу же выдвинуть вперед другую стальную трубу, так что буровая головка непрерывно приводится в движение. Каждый из гидравлических прессов имеет тяговое усилие до 500 кН в непрерывном режиме, которое при необходимости может быть увеличено до 100 тонн в прерывистом режиме. Стальные трубы имеют конвейерные ленты для транспортировки грунта и образуют внешнюю стену миниатюрного туннеля.
Каждое движение контролируется блоком управления, поэтому буровой горизонт можно проверить и запросить. Лазерная измерительная система постоянно сравнивает целевое и фактическое состояние, а блок управления на буровой головке может автоматически реагировать на отклонения. Испытательная дорожка для завершающего этапа бурения уже прочно приварена к стальным трубам. Для того, чтобы перевезти машину в США, где проходит финал «Нескучного конкурса», ее с самого начала установили в длину 12 метров, ширину два с половиной метра и высокий контейнер.
Вся линейка продуктов LAPP на борту
Для поддержания точной и сложной работы этой непростой системы требуется не только питание, но и безупречная передача данных в реальном времени. Инженеры TUM Boring обратились к LAPP по обоим вопросам.
«Все портфолио продуктов LAPP интегрировано в туннельно-буровую машину», — объясняет Алоис Хеймлер, менеджер по развитию автомобильного бизнеса в LAPP, объясняя, как эта машина полагается на примерно двести встроенных продуктов LAPP.
Группа специалистов по бурению TUM изначально запросила только несколько продуктов, среди которых на момент планирования сотрудничества с LAPP были штекеры, переключатели, защитные рукава и буксируемые цепи.
Алоис Хаймлер: «Чтобы обеспечить оптимальную поддержку проекта, для нас было важно следовать концепции системности и решений, которые мы переняли от LAPP. Это означает использование оптимально скоординированных компонентов».
Здесь команде пришлось преодолеть три основные проблемы: чрезвычайно малое пространство, требуемая высокая надежность и огромная скорость. Это связано с тем, что в процессе бурения нисходящие сегменты на стороне данных и питания должны быть подключены повторно как можно быстрее, чтобы завершить требуемую 30-метровую дистанцию бурения за указанное время. Задачи особой уникальности требуют индивидуальных решений.
«Студенты познакомились с нашим конфигуратором промышленных соединителей почти мгновенно», — говорит Стефан Кох, менеджер по продукции EPIC® в LAPP.
Команде TUM Boring удалось спешно онлайн спроектировать и заказать свой собственный уникальный соединитель из примерно 138 миллионов вариантов комбинаций. Другие соединители EPIC® из портфолио LAPP обеспечивают подвижное применения в приложениях Ethernet и служат для питания серводвигателей. Кроме того, ETHERLINE® коммутаторы, кабели управления и соединительные кабели также обеспечивают надежную передачу данных в машине. UNITRONIC® используется для кабельной разводки датчиков/исполнительных механизмов, силовых кабелей и кабелей управления ÖLFLEX®, а также сервокабелей для подачи питания на приводы, гидравлические узлы и клапаны. Системы с несколькими кабельными вводами SKINTOP® помогают вводить кабели с различным внешним диаметром с разгрузкой от натяжения и уплотнением в корпусах. И последнее, но не менее важное: различные решения FLEXIMARK® для маркировки разъемов, кабелей и других компонентов обеспечивают компактную и долговечную маркировку, позволяющую быстро идентифицировать нужные компоненты даже в суровых условиях окружающей среды.
Особое внимание также было уделено буксируемым цепям.
«Первоначальный подход студентов был очень сложным, поэтому мы предложили проверенные решения и вместе нашли прагматичный компромисс», — объясняет Алоис Хаймлер.
Например, сейчас используется SILVYN® CHAIN. Несколько энергоцепей содержат кабели дополнительной длины, необходимые для быстрого и надежного соединения отдельных сегментов туннельно-проходческой машины. Для этого они помещаются в своего рода выдвижной щиток за соединительной платой. Еще одна буксируемая кабельная цепь на вращателе используется для питания сверлильной головки и конвейерных лент.
