innowacyjna technologia|branża nowa|8 stycznia 2025
1. Przegląd przewodzących pierścieni ślizgowych
1.1 Definicja
Przewodzące pierścienie ślizgowe, znane również jako pierścienie kolektora, obrotowe interfejsy elektryczne, pierścienie ślizgowe, pierścienie kolektora itp., to kluczowe elementy elektromechaniczne, które realizują transmisję energii elektrycznej i sygnałów pomiędzy dwoma względnie obracającymi się mechanizmami. W wielu dziedzinach, gdy sprzęt wykonuje ruch obrotowy i musi utrzymywać stabilną transmisję mocy i sygnałów, przewodzące pierścienie ślizgowe stają się niezbędnym elementem. Przełamuje ograniczenia tradycyjnych połączeń przewodowych w scenariuszach obrotowych, umożliwiając sprzętowi obracanie się o 360 stopni bez ograniczeń, unikając problemów takich jak splątanie i skręcenie drutu. Jest szeroko stosowany w lotnictwie, automatyce przemysłowej, sprzęcie medycznym, energetyce wiatrowej, monitorowaniu bezpieczeństwa, robotach i innych gałęziach przemysłu, zapewniając solidną gwarancję dla różnych złożonych systemów elektromechanicznych w celu osiągnięcia wielofunkcyjnego, precyzyjnego i ciągłego ruchu obrotowego. Można go nazwać „centrum nerwowym” nowoczesnego, wysokiej klasy inteligentnego sprzętu.
1.2 Zasada działania
Podstawowa zasada działania przewodzącego pierścienia ślizgowego opiera się na technologii przesyłu prądu i połączeń obrotowych. Składa się głównie z dwóch części: szczotek przewodzących i pierścieni ślizgowych. Część pierścienia ślizgowego jest zamontowana na wale obrotowym i obraca się wraz z wałem, natomiast szczotka przewodząca jest zamocowana w części nieruchomej i ma ścisły kontakt z pierścieniem ślizgowym. Gdy pomiędzy częściami obracającymi się a częściami nieruchomymi konieczne jest przesłanie prądu lub sygnału, poprzez styk ślizgowy pomiędzy szczotką przewodzącą a pierścieniem ślizgowym tworzy się stabilne połączenie elektryczne, tworząc pętlę prądową. Gdy urządzenie się obraca, pierścień ślizgowy nadal się obraca, a punkt styku pomiędzy szczotką przewodzącą a pierścieniem ślizgowym ciągle się zmienia. Jednakże, ze względu na elastyczny nacisk szczotki i rozsądną konstrukcję, oba elementy zawsze utrzymują dobry kontakt, zapewniając, że energia elektryczna, sygnały sterujące, sygnały danych itp. mogą być przesyłane w sposób ciągły i stabilny, zapewniając w ten sposób nieprzerwane zasilanie i informacje interakcja obracającego się ciała podczas ruchu.
1.3 Skład strukturalny
Struktura przewodzącego pierścienia ślizgowego obejmuje głównie kluczowe elementy, takie jak pierścienie ślizgowe, szczotki przewodzące, stojany i wirniki. Pierścienie ślizgowe są zwykle wykonane z materiałów o doskonałych właściwościach przewodzących, takich jak stopy metali szlachetnych, takich jak miedź, srebro i złoto, które mogą nie tylko zapewnić niską rezystancję i wysoką wydajność przesyłu prądu, ale także mają dobrą odporność na zużycie i odporność na korozję. z długotrwałym tarciem obrotowym i złożonymi środowiskami pracy. Szczotki przewodzące są najczęściej wykonane ze stopów metali szlachetnych lub grafitu i innych materiałów o dobrej przewodności i samosmarowaniu. Mają one specyficzny kształt (np. typu „II”) i są symetrycznie podwójnie stykane z rowkiem pierścieniowym pierścienia ślizgowego. Za pomocą elastycznego nacisku szczotki ściśle dopasowują się do pierścienia ślizgowego, zapewniając dokładne przekazywanie sygnałów i prądów. Stojan jest częścią stacjonarną, która łączy stałą energię strukturalną urządzenia i zapewnia stabilne podparcie dla szczotki przewodzącej; wirnik jest częścią obrotową, która jest połączona z obrotową konstrukcją urządzenia i obraca się z nią synchronicznie, wprawiając pierścień ślizgowy w ruch obrotowy. Ponadto obejmuje również komponenty pomocnicze, takie jak materiały izolacyjne, materiały klejące, wsporniki kombinowane, łożyska precyzyjne i osłony przeciwpyłowe. Materiały izolacyjne służą do izolowania różnych ścieżek przewodzących, aby zapobiec zwarciom; materiały klejące zapewniają stabilne połączenie komponentów; łączone wsporniki zawierają różne elementy, aby zapewnić ogólną wytrzymałość konstrukcyjną; łożyska precyzyjne zmniejszają opór tarcia obrotowego oraz poprawiają dokładność i płynność obrotu; osłony przeciwpyłowe blokują kurz, wilgoć i inne zanieczyszczenia przed wnikaniem oraz chronią wewnętrzne precyzyjne komponenty. Każda część uzupełnia się, aby zapewnić stabilną i niezawodną pracę przewodzącego pierścienia ślizgowego.
2. Zalety i właściwości przewodzących pierścieni ślizgowych
2.1 Niezawodność przenoszenia mocy
W warunkach ciągłego obrotu urządzenia przewodzący pierścień ślizgowy wykazuje doskonałą stabilność przenoszenia mocy. W porównaniu z tradycyjną metodą łączenia przewodów, gdy części urządzenia się obracają, zwykłe przewody bardzo łatwo się splątają i załamują, co powoduje uszkodzenie linii i przerwanie obwodu, zakłócając przenoszenie mocy i poważnie wpływając na działanie sprzętu. Przewodzący pierścień ślizgowy tworzy niezawodną ścieżkę prądu poprzez precyzyjny styk ślizgowy pomiędzy szczotką a pierścieniem ślizgowym, co może zapewnić ciągły i stabilny dopływ prądu bez względu na to, jak sprzęt się obraca. Na przykład w turbinie wiatrowej łopaty obracają się z dużą prędkością wraz z wiatrem, a prędkość może osiągnąć ponad dziesięć obrotów na minutę lub nawet więcej. Generator musi w sposób ciągły przekształcać energię wiatru w energię elektryczną i przesyłać ją do sieci energetycznej. Przewodzący pierścień ślizgowy zainstalowany w kabinie ma stabilną zdolność przenoszenia mocy, aby zapewnić, że podczas długotrwałego i nieprzerwanego obrotu łopatek, energia elektryczna jest płynnie przekazywana od wirującego końca wirnika generatora do stacjonarnego stojana i zewnętrznej sieci energetycznej , unikanie przerw w wytwarzaniu energii spowodowanych problemami z liniami, znacznie poprawiając niezawodność i efektywność wytwarzania energii w systemie wytwarzania energii wiatrowej oraz kładąc podwaliny pod ciągłe dostawy czystej energii.
2.2 Kompaktowa konstrukcja i wygodna instalacja
Przewodzący pierścień ślizgowy ma wyrafinowaną i zwartą konstrukcję i ma znaczące zalety w wykorzystaniu przestrzeni. W miarę jak nowoczesny sprzęt rozwija się w kierunku miniaturyzacji i integracji, przestrzeń wewnętrzna staje się coraz cenniejsza. Tradycyjne, złożone połączenia okablowania zajmują dużo miejsca i mogą również powodować problemy z zakłóceniami linii. Przewodzące pierścienie ślizgowe integrują wiele ścieżek przewodzących w zwartą konstrukcję, skutecznie zmniejszając złożoność wewnętrznego okablowania sprzętu. Weźmy na przykład inteligentne kamery. Muszą obracać się o 360 stopni, aby jednocześnie rejestrować obrazy i przesyłać sygnały wideo, sygnały sterujące i zasilanie. Jeśli używane jest zwykłe okablowanie, linie są brudne i łatwo blokują się na złączach obrotowych. Wbudowane mikroprzewodzące pierścienie ślizgowe, które zwykle mają tylko kilka centymetrów średnicy, umożliwiają integrację wielokanałowej transmisji sygnału. Gdy kamera obraca się elastycznie, linie są regularne i łatwe w montażu. Można go łatwo zintegrować z wąską obudową kamery, co nie tylko spełnia wymagania funkcjonalne, ale także sprawia, że całe urządzenie ma prosty wygląd i kompaktowe wymiary. Jest łatwy w instalacji i wdrożeniu w różnych scenariuszach monitorowania, takich jak kamery PTZ do monitorowania bezpieczeństwa i kamery panoramiczne do inteligentnych domów. Podobnie w przypadku dronów, aby osiągnąć takie funkcje, jak regulacja położenia lotu, transmisja obrazu i zasilanie układu sterowania lotem, kompaktowe przewodzące pierścienie ślizgowe umożliwiają dronom uzyskanie wielu transmisji sygnału i mocy na ograniczonej przestrzeni, zmniejszając wagę przy jednoczesnym zapewnieniu wydajność lotu oraz poprawę przenośności i integracji funkcjonalnej sprzętu.
2.3 Odporność na zużycie, odporność na korozję i stabilność w wysokiej temperaturze
W obliczu złożonych i trudnych warunków pracy przewodzące pierścienie ślizgowe charakteryzują się doskonałą tolerancją w przypadku specjalnych materiałów i doskonałego wykonania. Jeśli chodzi o dobór materiału, pierścienie ślizgowe są najczęściej wykonane z odpornych na zużycie i korozję stopów metali szlachetnych, takich jak stopy złota, srebra, platyny lub specjalnie obrobionych stopów miedzi. Szczotki wykonane są z materiałów na bazie grafitu lub szczotek z metali szlachetnych o dobrym samosmarowaniu, co zmniejsza współczynnik tarcia i zmniejsza zużycie. Na poziomie procesu produkcyjnego stosuje się precyzyjną obróbkę, aby zapewnić dokładne dopasowanie szczotek i pierścieni ślizgowych i równomierny kontakt, a powierzchnia jest pokryta specjalnymi powłokami lub platerowaniem w celu zwiększenia właściwości ochronnych. Biorąc za przykład branżę energetyki wiatrowej, morskie turbiny wiatrowe przez długi czas znajdują się w środowisku morskim o wysokiej wilgotności i mgle zasolonej. Duża ilość soli i wilgoci w powietrzu jest wyjątkowo żrąca. Jednocześnie temperatura w piaście wentylatora i w kabinie ulega znacznym wahaniom podczas pracy, a części obrotowe podlegają ciągłemu tarciu. W tak trudnych warunkach pracy przewodzący pierścień ślizgowy może skutecznie przeciwdziałać korozji i utrzymywać stabilne parametry elektryczne dzięki wysokiej jakości materiałom i technologii ochronnej, zapewniając stabilną i niezawodną transmisję mocy i sygnału wentylatora podczas jego trwającego dziesięciolecia cyklu pracy, znacznie zmniejszając częstotliwość konserwacji i zmniejszenie kosztów operacyjnych. Innym przykładem jest wyposażenie peryferyjne pieca do wytapiania w przemyśle metalurgicznym, który jest wypełniony wysoką temperaturą, pyłem oraz gazami o silnym kwasie i alkaliach. Odporność na wysoką temperaturę i odporność na korozję przewodzącego pierścienia ślizgowego umożliwiają jego stabilną pracę w urządzeniach do wirującego rozprowadzania materiału, pomiarze temperatury i kontroli pieca wysokotemperaturowego, zapewniając płynny i ciągły proces produkcyjny, poprawiając ogólną trwałość urządzeń oraz ograniczenie przestojów spowodowanych czynnikami środowiskowymi, zapewniając solidne wsparcie dla wydajnego i stabilnego funkcjonowania produkcji przemysłowej.
3. Analiza pola zastosowania
3.1 Automatyka przemysłowa
3.1.1 Roboty i ramiona robotyczne
W procesie automatyki przemysłowej powszechne zastosowanie robotów i ramion robotycznych stało się kluczową siłą napędową poprawy efektywności produkcji i optymalizacji procesów produkcyjnych, a przewodzące pierścienie ślizgowe odgrywają w tym niezastąpioną rolę. Przeguby robotów i ramion robotów są kluczowymi węzłami umożliwiającymi osiągnięcie elastycznego ruchu. Połączenia te muszą się stale obracać i zginać, aby wykonywać złożone i różnorodne zadania, takie jak chwytanie, przenoszenie i montaż. Przewodzące pierścienie ślizgowe są instalowane na złączach i mogą stabilnie przekazywać moc i sygnały sterujące do silników, czujników i różnych elementów sterujących, podczas gdy złącza stale się obracają. Biorąc za przykład przemysł motoryzacyjny, na linii do spawania nadwozi samochodowych ramię robota musi dokładnie i szybko spawać i montować różne części w ramie nadwozia. Obrót jego przegubów o wysokiej częstotliwości wymaga nieprzerwanej transmisji mocy i sygnału. Przewodzący pierścień ślizgowy zapewnia płynne wykonanie ramienia robota w złożonych sekwencjach działań, zapewniając stabilność i wydajność procesu spawania, znacznie poprawiając stopień automatyzacji i wydajność produkcji samochodów. Podobnie w branży logistycznej i magazynowej roboty używane do sortowania i paletyzacji ładunków wykorzystują przewodzące pierścienie ślizgowe, aby uzyskać elastyczny ruch stawów, dokładnie identyfikować i chwytać ładunek, dostosowywać się do różnych typów ładunków i układów magazynowania, przyspieszać obrót logistyczny i zmniejszać koszty pracy.
3.1.2 Wyposażenie linii produkcyjnej
Na przemysłowych liniach produkcyjnych wiele urządzeń zawiera części obrotowe, a przewodzące pierścienie ślizgowe zapewniają kluczowe wsparcie w utrzymaniu ciągłej pracy linii produkcyjnej. Jako powszechny sprzęt pomocniczy do przetwarzania, stół obrotowy jest szeroko stosowany na liniach produkcyjnych, takich jak pakowanie żywności i produkcja elektroniki. Aby zapewnić wieloaspektowe przetwarzanie, testowanie lub pakowanie produktów, musi on podlegać ciągłej rotacji. Przewodzący pierścień ślizgowy zapewnia ciągłe zasilanie podczas obrotu stołu obrotowego i dokładnie przekazuje sygnał sterujący do osprzętu, czujników detekcyjnych i innych elementów stołu, aby zapewnić ciągłość i dokładność procesu produkcyjnego. Na przykład na linii pakowania żywności stół obrotowy napędza produkt, aby zakończyć po kolei napełnianie, zamykanie, etykietowanie i inne procesy. Stabilna wydajność transmisji przewodzącego pierścienia ślizgowego pozwala uniknąć przestojów spowodowanych uzwojeniem linii lub przerwami w sygnale oraz poprawia wydajność pakowania i stopień kwalifikacji produktu. Części obracające się, takie jak rolki i koła łańcuchowe w przenośniku, są również scenariuszami zastosowania przewodzącego pierścienia ślizgowego. Zapewnia stabilne przenoszenie siły napędowej silnika, dzięki czemu materiały linii produkcyjnej mogą być płynnie przenoszone, współpracuje z urządzeniami poprzedzającymi i końcowymi w działaniu, poprawia ogólny rytm produkcji, zapewnia solidną gwarancję produkcji przemysłowej na dużą skalę i jest jednym z podstawowych elementów nowoczesnej produkcji, umożliwiającym osiągnięcie wydajnej i stabilnej produkcji.
3.2 Energia i elektryczność
3.2.1 Turbiny wiatrowe
W dziedzinie wytwarzania energii wiatrowej przewodzące pierścienie ślizgowe są kluczowym węzłem zapewniającym stabilną pracę i wydajne wytwarzanie energii przez turbiny wiatrowe. Turbiny wiatrowe składają się zwykle z wirników wiatrowych, gondoli, wież i innych części. Wirnik wiatrowy wychwytuje energię wiatru i napędza generator w gondoli, aby się obracał i wytwarzał energię elektryczną. Wśród nich występuje względny ruch obrotowy pomiędzy piastą turbiny wiatrowej a gondolą, a tu zamontowany jest przewodzący pierścień ślizgowy, którego zadaniem jest przekazywanie sygnałów mocy i sterowania. Z jednej strony prąd przemienny wytwarzany przez generator przekazywany jest do przetwornicy w gondoli poprzez pierścień ślizgowy, zamieniany na moc spełniającą wymagania przyłączenia do sieci, a następnie przekazywany do sieci elektroenergetycznej; z drugiej strony różne sygnały sterujące układu sterowania, takie jak regulacja nachylenia łopat, sterowanie odchyleniem gondoli i inne sygnały są dokładnie przesyłane do siłownika w piaście, aby zapewnić, że turbina wiatrowa dostosowuje swój stan pracy w czasie rzeczywistym zgodnie z zmiany prędkości i kierunku wiatru. Według danych branżowych prędkość łopat turbiny wiatrowej klasy megawatowej może osiągnąć 10-20 obrotów na minutę. W warunkach tak dużych prędkości obrotowych przewodzący pierścień ślizgowy, charakteryzujący się doskonałą niezawodnością, zapewnia efektywne zwiększenie rocznej liczby godzin użytkowania systemu energetyki wiatrowej oraz zmniejsza straty wytwarzania energii spowodowane awariami przesyłu, co ma ogromne znaczenie dla promowanie wielkoskalowego przyłączania czystej energii do sieci i wspomaganie transformacji struktury energetycznej.
3.2.2 Wytwarzanie energii cieplnej i wodnej
W scenariuszach wytwarzania energii cieplnej i wodnej kluczową rolę odgrywają również przewodzące pierścienie ślizgowe. Duży generator turbiny parowej elektrowni cieplnej wytwarza energię elektryczną, obracając wirnik z dużą prędkością. Przewodzący pierścień ślizgowy służy do łączenia uzwojenia wirnika silnika z zewnętrznym obwodem statycznym w celu uzyskania stabilnego wejścia prądu wzbudzenia, ustalenia wirującego pola magnetycznego i zapewnienia normalnego wytwarzania energii przez generator. Jednocześnie w układzie sterowania urządzeniami pomocniczymi takimi jak podajniki węgla, dmuchawy, wentylatory wyciągowe i inne maszyny wirujące, przewodzący pierścień ślizgowy przekazuje sygnały sterujące, precyzyjnie reguluje parametry pracy urządzeń, zapewnia stabilną pracę zasilania paliwem, wentylacji i rozpraszanie ciepła oraz utrzymuje wydajną moc wyjściową agregatu prądotwórczego. Jeśli chodzi o wytwarzanie energii wodnej, turbina obraca się z dużą prędkością pod wpływem przepływu wody, napędzając generator w celu wytworzenia energii elektrycznej. Przewodzący pierścień ślizgowy jest zainstalowany na głównym wale generatora, aby zapewnić transmisję sygnałów sterujących, takich jak moc wyjściowa i regulacja prędkości oraz wzbudzenie. Różne typy elektrowni wodnych, takie jak konwencjonalne elektrownie wodne i elektrownie szczytowo-pompowe, są wyposażone w przewodzące pierścienie ślizgowe o różnych specyfikacjach i osiągach w zależności od prędkości turbiny i warunków pracy, spełniając potrzeby zróżnicowanych scenariuszy wytwarzania energii wodnej, od niskich i dużych przepływ do wysokiego i małego przepływu, zapewniając stabilne dostawy energii elektrycznej i wprowadzając stały strumień mocy w rozwój społeczny i gospodarczy.
3.3 Inteligentne bezpieczeństwo i monitoring
3.3.1 Inteligentne kamery
W dziedzinie inteligentnego monitorowania bezpieczeństwa inteligentne kamery zapewniają podstawową obsługę wszechstronnego monitorowania bez martwego kąta, a przewodzące pierścienie ślizgowe pomagają im przełamać wąskie gardło w postaci obrotowego zasilania i transmisji danych. Inteligentne kamery zwykle muszą obracać się o 360 stopni, aby rozszerzyć pole monitorowania i rejestrować obrazy we wszystkich kierunkach. Wymaga to, aby podczas ciągłego procesu rotacji zasilanie było stabilne, aby zapewnić normalne działanie kamery, a sygnały wideo o wysokiej rozdzielczości i instrukcje sterujące mogły być przesyłane w czasie rzeczywistym. Przewodzące pierścienie ślizgowe są zintegrowane na złączach obrotu/pochylenia kamery, aby zapewnić synchroniczną transmisję mocy, sygnałów wideo i sygnałów sterujących, umożliwiając kamerze elastyczne obracanie się w stronę obszaru docelowego oraz poprawę zasięgu i dokładności monitorowania. W systemie monitorowania ruchu miejskiego inteligentna kamera kulowa na skrzyżowaniu wykorzystuje przewodzące pierścienie ślizgowe do szybkiego obracania się w celu rejestrowania przepływu ruchu i wykroczeń, zapewniając obrazy w czasie rzeczywistym na potrzeby kontroli ruchu i postępowania z wypadkami; w scenach monitorowania parków i osiedli kamera patroluje otoczenie we wszystkich kierunkach, wykrywa na czas nietypowe sytuacje i przekazuje informację zwrotną do centrum monitorowania, zwiększa możliwości ostrzegania o zagrożeniach oraz skutecznie utrzymuje bezpieczeństwo i porządek publiczny.
3.3.2 Radarowy system monitorowania
System monitorowania radarowego spełnia ważne zadania w dziedzinie obrony wojskowej, prognozowania pogody, lotnictwa i kosmonautyki itp. Przewodzący pierścień ślizgowy zapewnia stabilny i ciągły obrót anteny radaru w celu uzyskania dokładnego wykrywania. W dziedzinie rozpoznania wojskowego naziemne radary obrony powietrznej, radary pokładowe itp. muszą stale obracać antenę, aby wyszukiwać i śledzić cele powietrzne. Przewodzący pierścień ślizgowy zapewnia stabilne zasilanie radaru nadajnika, odbiornika i innych kluczowych elementów podczas procesu skanowania obrotowego. Jednocześnie wykryty sygnał echa celu i sygnał stanu sprzętu są dokładnie przesyłane do centrum przetwarzania sygnału, zapewniając w czasie rzeczywistym informacje wywiadowcze dla dowodzenia bojowego i pomagając w obronie bezpieczeństwa przestrzeni powietrznej. Jeśli chodzi o prognozowanie pogody, radar pogodowy poprzez obrót anteny przesyła fale elektromagnetyczne do atmosfery, odbiera odbite echa od obiektów meteorologicznych, takich jak krople deszczu i kryształki lodu, oraz analizuje warunki pogodowe. Przewodzący pierścień ślizgowy zapewnia ciągłą pracę systemu radarowego, przesyła zebrane dane w czasie rzeczywistym i pomaga wydziałowi meteorologicznemu w dokładnym przewidywaniu zmian pogody, takich jak opady i burze, zapewniając kluczową podstawę zapobiegania katastrofom i łagodzenia ich, a także eskortowania ludzi produkcji i życia w różnych dziedzinach.
3.4 Sprzęt medyczny
3.4.1 Sprzęt do obrazowania medycznego
W diagnostyce medycznej sprzęt do obrazowania medycznego jest potężną pomocą dla lekarzy w uzyskaniu wglądu w wewnętrzne warunki organizmu człowieka i trafnym diagnozowaniu chorób. Przewodzące pierścienie ślizgowe zapewniają kluczowe gwarancje wydajnego działania tych urządzeń. Biorąc za przykład sprzęt CT (tomografia komputerowa) i MRI (rezonans magnetyczny), wewnątrz znajdują się obracające się części. Rama skanująca sprzętu CT musi obracać się z dużą prędkością, aby lampa rentgenowska obracała się wokół pacjenta i zbierała dane obrazu tomograficznego pod różnymi kątami; magnesy, cewki gradientowe i inne elementy sprzętu MRI również obracają się podczas procesu obrazowania, aby wytworzyć precyzyjne zmiany gradientu pola magnetycznego. Przewodzące pierścienie ślizgowe są instalowane na złączach obrotowych, aby stabilnie przekazywać energię elektryczną w celu napędzania obracających się części. Jednocześnie duża ilość zebranych danych obrazowych przekazywana jest w czasie rzeczywistym do komputerowego systemu przetwarzania, aby zapewnić wyraźne i dokładne obrazy, zapewniając lekarzom wiarygodną podstawę diagnostyczną. Zgodnie z opiniami dotyczącymi użytkowania sprzętu szpitalnego, wysokiej jakości przewodzące pierścienie ślizgowe skutecznie redukują artefakty, przerwy w sygnale i inne problemy w działaniu sprzętu do obrazowania, poprawiają dokładność diagnostyczną, odgrywają ważną rolę we wczesnych badaniach przesiewowych chorób, ocenie stanu i innych powiązaniach oraz chronić zdrowie pacjentów.
3.4.2 Roboty chirurgiczne
Jako najnowocześniejsza technologia reprezentująca nowoczesną chirurgię małoinwazyjną, roboty chirurgiczne stopniowo zmieniają tradycyjny model chirurgiczny. Przewodzące pierścienie ślizgowe zapewniają wsparcie rdzenia w celu dokładnego i bezpiecznego wykonania zabiegu chirurgicznego. Robotyczne ramiona robotów chirurgicznych symulują ruchy dłoni lekarza i wykonują delikatne operacje w wąskiej przestrzeni chirurgicznej, takie jak szycie, cięcie i oddzielanie tkanek. Te robotyczne ramiona muszą się elastycznie obracać z wieloma stopniami swobody. Na stawach zainstalowano przewodzące pierścienie ślizgowe, aby zapewnić ciągłe zasilanie, umożliwiając silnikowi napędzanie ramion robota w celu dokładnego poruszania się, jednocześnie przesyłając sygnały zwrotne z czujnika, umożliwiając lekarzom postrzeganie informacji o sprzężeniu zwrotnym siły w miejscu operacji w czasie rzeczywistym i realizując współpraca człowiek-maszyna.Działanie. W neurochirurgii roboty chirurgiczne wykorzystują stabilne działanie przewodzących pierścieni ślizgowych, aby dokładnie dotrzeć do drobnych zmian w mózgu i zmniejszyć ryzyko urazu chirurgicznego; w dziedzinie chirurgii ortopedycznej ramiona robotyczne pomagają w wszczepianiu protez i mocowaniu miejsc złamań, poprawiają dokładność i stabilność chirurgiczną oraz promują rozwój chirurgii małoinwazyjnej w bardziej precyzyjnym i inteligentnym kierunku, zapewniając pacjentom leczenie chirurgiczne przy mniejszym urazie i szybciej powrót do zdrowia.
IV. Stan rynku i trendy
4.1 Rozmiar i rozwój rynku
W ostatnich latach światowy rynek przewodzących pierścieni ślizgowych wykazywał stałą tendencję wzrostową. Według danych wiarygodnych instytucji zajmujących się badaniami rynku, wielkość globalnego rynku przewodzących pierścieni ślizgowych osiągnie w 2023 r. około 6,35 miliarda RMB i oczekuje się, że do 2028 r. wielkość rynku światowego wzrośnie do około 8 miliardów RMB przy średnim rocznym złożonym wzroście stopa około 4,0%. Pod względem dystrybucji regionalnej region Azji i Pacyfiku ma największy udział w rynku światowym, stanowiąc około 48,4% w 2023 r. Wynika to głównie z dynamicznego rozwoju Chin, Japonii, Korei Południowej i innych krajów w obszarach produkcyjnych, przemysł informacji elektronicznej, nowa energia itp., a popyt na przewodzące pierścienie ślizgowe jest w dalszym ciągu duży. Wśród nich Chiny, największa na świecie baza produkcyjna, nadały silny impuls rynkowi przewodzących pierścieni ślizgowych wraz z szybkim rozwojem takich branż, jak automatyka przemysłowa, inteligentne zabezpieczenia i nowy sprzęt energetyczny. W 2023 roku skala chińskiego rynku przewodzących pierścieni ślizgowych wzrośnie o 5,6% rok do roku i oczekuje się, że w przyszłości utrzyma się ono na wysokim poziomie. Ważnymi rynkami są także Europa i Ameryka Północna. Dzięki swoim głębokim fundamentom przemysłowym, wysokiemu popytowi w dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki oraz ciągłemu unowocześnianiu przemysłu motoryzacyjnego, zajmują one znaczny udział w rynku, odpowiednio około 25% i 20%, a wielkość rynku stale rośnie, co jest w zasadzie takie samo jak tempo wzrostu rynku światowego. Wraz z przyspieszonym postępem w budowie infrastruktury i modernizacji przemysłu w gospodarkach wschodzących, takich jak Indie i Brazylia, rynek przewodzących pierścieni ślizgowych w tych regionach również wykaże ogromny potencjał wzrostu w przyszłości i oczekuje się, że stanie się nowym punktem wzrostu rynku.
4.2 Krajobraz zawodów
Obecnie światowy rynek przewodzących pierścieni ślizgowych jest bardzo konkurencyjny i uczestniczy w nim wielu uczestników. Firmy główne zajmują duży udział w rynku dzięki głębokiej akumulacji technicznej, zaawansowanym możliwościom w zakresie badań i rozwoju produktów oraz rozległym kanałom rynkowym. Międzynarodowi giganci, tacy jak Parker ze Stanów Zjednoczonych, MOOG ze Stanów Zjednoczonych, COBHAM z Francji i MORGAN z Niemiec, opierając się na swoich długoterminowych wysiłkach w zaawansowanych dziedzinach, takich jak lotnictwo i kosmonautyka, wojsko i obrona narodowa, opanowali podstawowe technologie , mają doskonałą wydajność produktu i mają szeroki wpływ na markę. Zajmują wiodącą pozycję na rynku wysokiej klasy przewodzących pierścieni ślizgowych. Ich produkty są szeroko stosowane w kluczowym sprzęcie, takim jak satelity, rakiety i wysokiej klasy samoloty, i spełniają najbardziej rygorystyczne standardy branżowe w scenariuszach o niezwykle wysokich wymaganiach dotyczących precyzji, niezawodności i odporności na ekstremalne warunki. Dla porównania, w ostatnich latach szybko rozwinęły się krajowe firmy, takie jak Mofulon Technology, Kaizhong Precision, Quansheng Electromechanical i Jiachi Electronics. Dzięki ciągłemu zwiększaniu inwestycji w badania i rozwój osiągnęli przełomy technologiczne w niektórych segmentach, a zalety opłacalności ich produktów stały się widoczne. Stopniowo przejmowali udział w rynku z niższej i średniej półki i stopniowo penetrowali rynek z najwyższej półki. Na przykład na podzielonych na segmenty rynkach, takich jak pierścienie ślizgowe przegubów robotów w dziedzinie automatyki przemysłowej i pierścienie ślizgowe sygnału wideo wysokiej rozdzielczości w dziedzinie monitorowania bezpieczeństwa, firmy krajowe zdobyły przychylność wielu lokalnych klientów dzięki swoim zlokalizowanym usługom i zdolność szybkiego reagowania na zapotrzebowanie rynku. Jednakże ogólnie rzecz biorąc, wysokiej klasy przewodzące pierścienie ślizgowe oferowane w moim kraju nadal są w pewnym stopniu uzależnione od importu, szczególnie w przypadku produktów wysokiej klasy charakteryzujących się dużą precyzją, bardzo dużą prędkością i ekstremalnymi warunkami pracy. Bariery techniczne międzynarodowych gigantów są stosunkowo wysokie, a krajowe przedsiębiorstwa nadal muszą nadrabiać zaległości, aby zwiększać swoją konkurencyjność na rynku globalnym.
4.3 Trendy w innowacjach technologicznych
Patrząc w przyszłość, tempo innowacji technologicznych przewodzących pierścieni ślizgowych przyspiesza, wykazując wielowymiarowy trend rozwojowy. Z jednej strony pojawiła się technologia światłowodowego pierścienia ślizgowego. Wraz z powszechną popularyzacją technologii komunikacji optycznej w dziedzinie transmisji danych wzrasta liczba scenariuszy transmisji sygnału wymagających większej przepustowości i mniejszych strat, w związku z czym pojawiły się światłowodowe pierścienie ślizgowe. Wykorzystuje optyczną transmisję sygnału, aby zastąpić tradycyjną transmisję sygnału elektrycznego, skutecznie zapobiega zakłóceniom elektromagnetycznym i znacznie poprawia szybkość i wydajność transmisji. Jest ono stopniowo promowane i stosowane w takich dziedzinach, jak połączenie obrotowe anteny stacji bazowej 5G, obrót-pochylenie systemu nadzoru wideo o wysokiej rozdzielczości oraz optyczny sprzęt do teledetekcji lotniczej, w przypadku których obowiązują rygorystyczne wymagania dotyczące jakości sygnału i szybkości transmisji, i oczekuje się, że zapoczątkuje rozwój era komunikacji optycznej technologii przewodzących pierścieni ślizgowych. Z drugiej strony rośnie zapotrzebowanie na pierścienie ślizgowe o dużej prędkości i wysokiej częstotliwości. W zaawansowanych dziedzinach produkcji, takich jak produkcja półprzewodników i precyzyjne testowanie elektroniki, prędkość sprzętu stale rośnie, a zapotrzebowanie na transmisję sygnału o wysokiej częstotliwości jest pilne. Kluczem stały się badania i rozwój pierścieni ślizgowych, które dostosowują się do stabilnej transmisji sygnału o dużej prędkości i wysokiej częstotliwości. Optymalizując materiały szczotek i pierścieni ślizgowych oraz poprawiając konstrukcję styków, można zmniejszyć rezystancję styków, zużycie i tłumienie sygnału przy dużych prędkościach obrotowych, aby zapewnić transmisję sygnału wysokiej częstotliwości na poziomie GHz i zapewnić wydajną pracę sprzętu . Poza tym ważnym kierunkiem rozwoju są także zminiaturyzowane pierścienie ślizgowe. Wraz z rozwojem takich branż jak Internet rzeczy, urządzenia do noszenia i mikrourządzenia medyczne, wzrosło zapotrzebowanie na przewodzące pierścienie ślizgowe o małych rozmiarach, niskim zużyciu energii i wielofunkcyjnej integracji. Dzięki technologii przetwarzania mikro-nano i zastosowaniu nowych materiałów rozmiar pierścienia ślizgowego jest zredukowany do poziomu milimetra, a nawet mikrona, a funkcje zasilania, danych i transmisji sygnału sterującego są zintegrowane, aby zapewnić moc rdzenia i interakcję sygnału wsparcie dla mikrointeligentnych urządzeń, promowanie różnych gałęzi przemysłu w kierunku miniaturyzacji i inteligencji oraz dalsze poszerzanie granic zastosowań przewodzących pierścieni ślizgowych.
V. Kluczowe rozważania
5.1 Wybór materiału
Wybór materiału przewodzących pierścieni ślizgowych jest kluczowy i bezpośrednio powiązany z ich wydajnością, żywotnością i niezawodnością. Należy to rozważyć kompleksowo w oparciu o wiele czynników, takich jak scenariusze zastosowań i aktualne wymagania. Jeśli chodzi o materiały przewodzące, w pierścieniach ślizgowych zwykle stosuje się stopy metali szlachetnych, takie jak miedź, srebro i złoto, lub stopy miedzi poddane specjalnej obróbce. Na przykład w sprzęcie elektronicznym i sprzęcie do obrazowania medycznego o wysokich wymaganiach dotyczących precyzji i niskiej rezystancji pierścienie ślizgowe ze stopu złota mogą zapewnić dokładną transmisję słabych sygnałów elektrycznych i zmniejszyć tłumienie sygnału ze względu na ich doskonałą przewodność i odporność na korozję. W przypadku silników przemysłowych i urządzeń elektrowni wiatrowych o dużym przenoszeniu prądu pierścienie ślizgowe ze stopu miedzi o wysokiej czystości mogą nie tylko spełniać wymagania dotyczące przenoszenia prądu, ale także zapewniać stosunkowo kontrolowane koszty. W materiałach szczotkowych stosuje się głównie materiały na bazie grafitu i szczotki ze stopów metali szlachetnych. Szczotki grafitowe mają dobre samosmarowanie, co może zmniejszyć współczynnik tarcia i zmniejszyć zużycie. Nadają się do urządzeń o niskiej prędkości i dużej wrażliwości na utratę szczotek. Szczotki z metali szlachetnych (takie jak szczotki ze stopu palladu i złota) mają dużą przewodność i niską rezystancję kontaktową. Są one często używane w sytuacjach wymagających dużej szybkości, precyzji i wymagającej jakości sygnału, takich jak obrotowe części nawigacyjne sprzętu lotniczego i mechanizmy transmisji płytek w sprzęcie do produkcji półprzewodników. Nie należy również ignorować materiałów izolacyjnych. Typowe obejmują politetrafluoroetylen (PTFE) i żywicę epoksydową. PTFE ma doskonałe właściwości izolacyjne, odporność na wysoką temperaturę i dużą stabilność chemiczną. Jest szeroko stosowany w przewodzących pierścieniach ślizgowych złączy obrotowych urządzeń mieszających reaktory chemiczne i sprzętu do eksploracji głębin w wysokich temperaturach oraz w środowiskach silnych kwasów i zasad, aby zapewnić niezawodną izolację pomiędzy każdą ścieżką przewodzącą, zapobiec awariom zwarciowym i zapewnić stabilność działanie sprzętu.
5.2 Konserwacja i wymiana szczotek przewodzących
Regularna konserwacja i terminowa wymiana szczotki przewodzącej, jako kluczowej wrażliwej części przewodzącego pierścienia ślizgowego, mają ogromne znaczenie dla zapewnienia normalnej pracy sprzętu. Ponieważ szczotka będzie stopniowo zużywać się i wytwarzać pył podczas ciągłego kontaktu ciernego z pierścieniem ślizgowym, opór stykowy wzrośnie, wpływając na wydajność transmisji prądu, a nawet powodując iskrzenie, przerwy w sygnale i inne problemy, dlatego należy regularnie konserwować mechanizm przyjęty. Ogólnie rzecz biorąc, w zależności od intensywności pracy sprzętu i środowiska pracy, cykl konserwacji wynosi od kilku tygodni do kilku miesięcy. Na przykład przewodzące pierścienie ślizgowe w sprzęcie górniczym i sprzęcie do przetwarzania metalurgicznego, w którym występuje poważne zanieczyszczenie pyłem, mogą wymagać przeglądu i konserwacji co tydzień; podczas gdy pierścienie ślizgowe urządzeń automatyki biurowej w środowisku wewnętrznym i stabilną pracę można przedłużyć do kilku miesięcy. Podczas konserwacji należy najpierw wyłączyć urządzenie, odciąć prąd pierścienia ślizgowego oraz użyć specjalnych narzędzi i odczynników czyszczących, aby delikatnie usunąć kurz i olej z powierzchni szczotki i pierścienia ślizgowego, aby uniknąć uszkodzenia powierzchni stykowej; jednocześnie sprawdzić docisk sprężysty szczotki, aby upewnić się, że ściśle przylega ona do pierścienia ślizgowego. Nadmierny nacisk może łatwo zwiększyć zużycie, a zbyt mały nacisk może spowodować słaby kontakt. Gdy szczotka zużyje się do jednej trzeciej do połowy swojej pierwotnej wysokości, należy ją wymienić. Podczas wymiany szczotki należy używać produktów zgodnych z oryginalnymi specyfikacjami, modelami i materiałami, aby zapewnić stałą skuteczność styku. Po instalacji należy ponownie sprawdzić rezystancję styków i stabilność działania, aby zapobiec awariom sprzętu i przestojom spowodowanym problemami ze szczotkami oraz zapewnić płynność procesów produkcyjnych i operacyjnych.
5.3 Test niezawodności
Aby mieć pewność, że przewodzący pierścień ślizgowy działa stabilnie i niezawodnie w złożonych i krytycznych scenariuszach zastosowań, niezbędne są rygorystyczne testy niezawodności. Testowanie rezystancji to podstawowy projekt testowy. Za pomocą precyzyjnych przyrządów do pomiaru rezystancji rezystancja styku każdej ścieżki pierścienia ślizgowego jest mierzona w różnych warunkach pracy przy obrocie statycznym i dynamicznym. Wartość rezystancji musi być stabilna i spełniać normy projektowe, przy bardzo małym zakresie wahań. Na przykład w pierścieniach ślizgowych stosowanych w elektronicznym sprzęcie do precyzyjnego testowania nadmierne zmiany rezystancji styków spowodują gwałtowny wzrost błędów danych testowych, wpływając na kontrolę jakości produktu. Test napięcia wytrzymywanego symuluje wstrząs wysokonapięciowy, na jaki może natrafić sprzęt podczas pracy. Do pierścienia ślizgowego przykłada się na pewien czas napięcie próbne kilkakrotnie większe od napięcia znamionowego, aby sprawdzić, czy materiał izolacyjny i szczelina izolacyjna są w stanie skutecznie to wytrzymać, zapobiec uszkodzeniu izolacji i awariom zwarciowym spowodowanym przepięciem w rzeczywistym użytkowaniu, oraz zapewnić bezpieczeństwo personelu i sprzętu. Jest to szczególnie istotne w testowaniu przewodzących pierścieni ślizgowych obsługujących systemy zasilania i urządzenia elektryczne wysokiego napięcia. W lotnictwie i kosmonautyce przewodzące pierścienie ślizgowe satelitów i statków kosmicznych muszą zostać poddane kompleksowym testom w symulowanych środowiskach ekstremalnych temperatur, próżni i promieniowania w przestrzeni kosmicznej, aby zapewnić niezawodne działanie w złożonych środowiskach kosmicznych oraz niezawodną transmisję sygnału i mocy; pierścienie ślizgowe zautomatyzowanych linii produkcyjnych w zaawansowanych gałęziach przemysłu muszą zostać poddane długotrwałym testom zmęczeniowym o wysokiej intensywności, symulującym dziesiątki tysięcy, a nawet setki tysięcy cykli obrotowych, aby zweryfikować ich odporność na zużycie i stabilność, kładąc solidny fundament do nieprzerwanej produkcji na dużą skalę. Wszelkie subtelne zagrożenia związane z niezawodnością mogą powodować wysokie straty produkcyjne i zagrożenia bezpieczeństwa. Rygorystyczne testowanie jest kluczową linią obrony zapewnienia jakości.
VI. Wnioski i perspektywy
Jako niezbędny kluczowy element nowoczesnych systemów elektromechanicznych, przewodzące pierścienie ślizgowe odgrywają istotną rolę w wielu dziedzinach, takich jak automatyka przemysłowa, energia i moc, inteligentne bezpieczeństwo oraz sprzęt medyczny. Dzięki unikalnej konstrukcji i doskonałym zaletom wydajności przełamał wąskie gardło w transmisji mocy i sygnału urządzeń obrotowych, zapewnił stabilną pracę różnych złożonych systemów oraz promował postęp technologiczny i modernizację przemysłową w branży.
Z poziomu rynku światowy rynek przewodzących pierścieni ślizgowych stale rośnie, a region Azji i Pacyfiku staje się główną siłą wzrostu. Chiny nadały silny impuls rozwojowi branży dzięki ogromnej bazie produkcyjnej i rozwojowi branż wschodzących. Pomimo ostrej konkurencji, firmy krajowe i zagraniczne pokazały, co potrafią w różnych segmentach rynku, ale w produktach z najwyższej półki nadal dominują międzynarodowi giganci. Krajowe firmy posuwają się do przodu w kierunku rozwoju z najwyższej półki i stopniowo zmniejszają dystans.
Patrząc w przyszłość, dzięki ciągłym innowacjom nauki i technologii, technologia przewodzących pierścieni ślizgowych zapoczątkuje szerszy świat. Z jednej strony najnowocześniejsze technologie, takie jak pierścienie ślizgowe światłowodów, pierścienie ślizgowe o dużej prędkości i wysokiej częstotliwości oraz zminiaturyzowane pierścienie ślizgowe, będą błyszczeć, spełniając rygorystyczne wymagania dotyczące dużych prędkości, dużej przepustowości i miniaturyzacji w nowych dziedzinach, takich jak jak komunikacja 5G, produkcja półprzewodników i Internet rzeczy oraz poszerzanie granic zastosowań; z drugiej strony integracja i innowacje międzydziedzinowe staną się trendem, głęboko powiązanym ze sztuczną inteligencją, dużymi zbiorami danych i technologią nowych materiałów, dając początek produktom, które są bardziej inteligentne, adaptacyjne i można je dostosować do ekstremalnych środowisk, zapewniając kluczowe wsparcie na najnowocześniejsze badania, takie jak przestrzeń kosmiczna, eksploracja głębin morskich i obliczenia kwantowe, a także ciągłe wzmacnianie globalnego ekosystemu przemysłu naukowo-technologicznego, pomagając ludzkości przejść w stronę wyższej ery technologicznej.
Czas publikacji: 08 stycznia 2025 r