Привод микроперемещений для пневмостатической опоры

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистичесних

РЕСПУБЛИК (р 4 F 15 В 9/02 В 23 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3818903/25-06 (22) 29.11.84 (46) 15.05.86. Бюл. И - 18 (71) Владимирский политехнический институт (72) В.Б. Боков (53) 621.952(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 280150, кл. F 15 В 15/02, 1970.

Авторское свидетельство СССР

Ф 770739, кл. В 23 g 5/06, 1979. (54)(57) 1. ПРИВОД МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ

ДЛЯ ПНЕВМОСТАТИЧЕСКОЙ ОПОРЫ, содержащий задатчик, мембранный усилитель и две пневмополости, одна иэ которых соединена с источником давления питания, а другая — с выходной камерой мембранного усилителя, связанного с элементом сопло — заслонка обратной связи, сопло которого неподвижно закреплено, а заслонка механически связана с шипом опоры, о т л и ч а ю шийся .тем, что, с целью повышения жесткости и улучшения динамичес. ких свойств, эадатчик выполнен в виде элемента сопло - заслонка, мембранный усилитель снабжен дополнительным ис„,Я0„„1231285 А 1 точником давления и выполнен с: семью камерами, разделенными мембраной и пятью перегородками, и со ступенчатым золотником, имеющим два коничес-, ких пояска, закрепленных на мембране, выполненной с жестким центром, при этом перегородки выполнены с отверстиями, взаимодействуннцими с поясками . золотника, две камеры, разделенные мембраной, попарно соединены с соплами элементов сопло — заслонка задатчика и обратной связи,ачерез дроссели,образованные коническими поясками золотника в отверстиях перегородок, — с соседними камерами подключенными к допол1

O нительному источнику давления, причем у в двух других камерах, подключенных к источнику давления питания, размещены торцы золотника, а выходная камера соединена с камерой, в которой размещен торец золотника большего ди- . Я аметра, образующий с отверстием в перегородке регулируемый дроссель.

2. Привод по и. 1, о т л и ч а ю- (Я шийся тем, что заслонка элемента сопло — заслонка обратной связи выполнена заодно с шипом опоры.

1231285

Изобретение относится к пневмоантоматике и может быть использовано в конструкциях станков и промышленных роботов.

Целью изобретения является повышение жесткости и улучшение динамических свойств.

На чертеже изображена схема привода микроперемещений для пневмостатической опоры.

Привод содержит задатчик, выполненЭ ный в виде элемента 1 сопло — заслонка с соплами 2, 3 и заслонкой 4, пненмополости 5 и 6, источник давления питания (не показан), соединенный с пневмополостью 5, элемент 7 сопло.— заслонка обратной связи с соплами 8, 9 и заслонкой, выполненной заодно с шипом 10 опоры, а также мембранный усилитель, выполненный с камерами 11-

17,.разделенными вялой мембраной 18 и перегородками 19-23, и со ступенчатым золотником 24, имеющим конические пояски 25 и 26. Перегородки 19-23 выполнены с отверстиями (не обозначены) .

Камеры 13 и 14 разделены мембраной

18, выполненной с жестким центром, попарно соединены с соплами 2, 8 и 3, 9, а через дроссели 27 и 28, образованные поясками 25 и 26 в отверстиях перегородок 20 и 21, — с соседними камерами 12 и 15, подключенными к дополнительному источнику давления (не изображен) . В камерах 11 и 16, подключенных к источнику давления пита- 35 о ния, размещены торцы 29 и 30 золотника 24, а выходная камера 17 соединена с камерой 16, в .которой размещен торец 30 .большего диаметра, образующий с отверстием н перегородке 23 регули- 40 руемый дроссель 31. Угол конуса пояска 25 выполняется меньшим угла конуса пояска 26. Заслонка 4 соединена с электромеханическим преобразователем 32. 45

Привод микроперемещений для пневмостатической опоры работает следующим образом. . Для смещения шипа 10 на необходимую величину, не превышающую зазора 50 в пневмостатической оноре, на электромеханический преобразователь 32 подается электрический .сигнал соответствующей величины и полярности. Заслон.ка 4, поворачиваясь, изменяет проход- ное сечение установленных перед ее поверхностью сопл 2 и 3, например, уменьшает проходное сечение сопла 2 и увеличивает проходное сечение сопла

3. В результате уйеличивается давление в камере 13 и уменьшается в камере 14. Разность давлений в камерах

13 и 14, действуя на мембрану 18, вызывает перемещение золотника 24 с коническими поясками 25 и 26 вниз. Проходное сечение дросселей 27 и 28 при этом увеличивается, что ведет к унеличению давления как н камере 13, так и и камере 14. Однако в результате того, что угол конуса пояска 26 больше угла конуса пояска 25, давление в камере 14 нарастает быстрей, чем в камере 13, и в определенном положении золотника 24 их значения приблизительно сравняются.

При движении золотника 24 уменьша ется проходное сечение дросселя 31 и давление сжатого воздуха в ненагруженной полости Ь. Разность давлений в полостях 5 и 6 опоры вызывает перемещение шипа 10 влево по чертежу. При этом уменьшается проходное сечение сопла 9 и увеличивается проходное. сечение сопла 8. Это .приводит к увеличению давления н камере 14 и уменьшению давления н камере 13, чем достигается ускорение процесса уравновеши вания давлений в камерах .13 и 14. Перемещение шипа 10 влево продолжается до тех пор, пока сила, возникающая из-за разности давлений в полостях 5 и 6, .не уравновесится нагрузкой на шип 10 и упругими силами. . При движении заслонки 4 вниз в камерах 13 и 14 после достижения равновесия у танавливается несколько: более низкое давление по сравнению с тем, которое было при размещении заслонки

4 в нейтральном положении. При этом по дросселю 27 камеры 13 осуществля- ется положительная обратная связь, а по дросселю 28 камеры 14 - отрицатель. ная. Присутствие положительной обратной связи в мембранном усилителе в сочетании с применением вялой мембраны 18 (нулевой жесткости) увеличивает его коэффициент усиления, отрицательная обратная связь обеспечивает устойчивую его работу и высокие динамические свойства, так как в камерах

13 и 14 происходит регулирование давления с незначительчым его изменением.

При этом жесткость привода тем 4 больше, чем большая разность давлений возникает в полостях 5 и 6 при смеще4

У вЂ” текущее положение. пояска 25, У,, =У„-е; для }, — начальное положение пояс-. ан ка 25;

23 р-,,, — коффициенты расхода:, 43 э диаметры и рабочие зазо- . ры сопл 8 и 9 соответственно; р,„ и:р, — коэффициенты расхода дросселей 27 и 28;

1 в диаметр отверстий дросселей 27 и 28i

8 и g — углы конусов конических поясков 26 и 25.

Принимая d = d„, и коэффициенты расхода дросселей 27 и 28 в рабочих пределах перемещений золотника 24 и заслонки 4 равными 0,8,.а также считая, что до приложения нагрузки

2Э 43„ где .$ — исходный рабочий зазор 23 сопла 8; „ и у,.„ †. определяются из соотношений

1231285

23 23 23

25 — с в т

cf

Y о12 3;„

43 43 43

1 d Я

Sin

ie — Sin Z .

30 где

С(oi4 . У (31:

Sn 4 — 5<„У где d, — диаметр торца 29 золотника 24, Из соотношений (1), .(2) и (3) получаем зависимость р у

Sin P Sin — - Sin 4 Sia—

Отсюда коэффициент усиления конту- или ра элемент 7 — дроссели 27, 28 опре 55 пеляется как

as„

К= нии шипа 10 под действием нагрузки.

Эта разность давлений создается мембранным усилителем, подключенным к полости 6, путем уменьшения проходного сечения дросселя 31. При этом проход- 5 ное сечение дросселя 3 1 становится тем меньше, чем больше коэффициент усиления контура,.включающего элемент

7 сопло — заслонка и дроссели 27 и 28.

Этот коэффициент определяется как от- 0 ношение перемещения золотника 24 к изменению измерительного зазора сопла

9. Можно считать, что измерительный зазор сопла 9 не изменяется, а также остаются неизменными зазоры в элемен-(5 те 1 сопло — заслонка. Пренебрегая весом подвижных деталей привода и жесткостью мембраны 18, на основании равенства расходов газа через дроссели 27 и 28 камер 13 и 14 в статичес- 20 ких условиях работы .получаем соотношение

Р„4 14(d- 2 ьл3")ьь т текущее положение пояска

26, „= .„-е; начальное положение пояс-З5 ка 26; величина смещения золотни" ка 24;

2 (л Si> — — Sin gS л — ) Р

43 2 2

1231?85

4 р ь т/2 .

si — d

Ж вЂ”.— — - 2 й

16 з

23 (2

d (i- — " - — ) К = о

lg ll

Таким образом, коэффициент усиле-. ния привода и его жесткость могут быть значительно увеличены.

Составитель С..Рождественский

Техред К.Бонкапо . Корректор В. Синицкая

Редактор И. Рыбченко

Заказ 2552/41 Тираж 610

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Подписное

Ф Э Э

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

При работе привода в малом интервале изменения измерительного зазора

S от исходного его значения 5 з, Анализируя полученное соотношение, видно, что абсолютная величина коэффициента К. тем больше, чем больше .диаметр отверстия дросселей 27 и 28 ,и меньше рабочий зазор сопл 8 и 9, а также диаметр торца 29 золотника 24.

Кроме того, чем меньше углы р и у отличаются друг от друга, тем больше коэффициент К по абсолютной величине

40 (s) где можно считать, что S S„q ".S рассматриваемый коэффициент К можно оценить соотношением

Улучшение динамических свойств привода достигается за счет наличия дополнительной отрицательной обратной связи по дросселю 28 камеры 14, которая обеспечивает. ускорение затухания переходных процессов в камерах усилителя и привода в целом.

Использование данного изобретения в конструкциях станков и промышленных роботов позволит повысить их жесткость, улучшить динамические свойства и, следовательно, увеличить эффективность их использования.