Позиционный пневматический привод

 

Изобретение предназначено для использования в технологическом оборудовании. Цель изобретения - улучшение динамических характеристик, повышение точности позиционирования и ресурса работы. Позиционный пневматический привод содержит силовой пневмоцилиндр 1, установленный на основании 6, демпфирующий гидроцилиндр 17, шток 15 которого жестко связан со штоком 2 пневмоцилиндра 1, а полости 18, 19 сообщены через дросселирующий распределитель 22, фрикционные тормозные устройства 4, 25, размещенные на основании 6 с возможностью взаимодействия соответственно со штоком 2 и корпусом 23 гидроцилиндра 17, и управляющее устройство 13, которое может быть выполнено в виде ЭВМ.Изобретение позволяет снизить ударные нагрузки и получить высокую точность позиционирования, поскольку окончательное торможение и выход на координату осуществляется тормозным устройством 4 с "ползучей" скорости, а не с рабочей. Введение управления с самообучением, при котором привод сам по предложенному алгоритму корректирует начало торможения с учетом прошлых ошибок в отработке координат, значительно увеличивает точность привода при простоте построения устройства 13. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4370007/25-29 (22) 28.01.88 (46) 5.09.89. Бюл. № 34 (71) Владимирский политехничс ский институт (72) О. Н. Трифонов, С. В. Угорова, А; И. Евдокимов и К. И. Зуев (53) 621.225.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1455062, кл. F 15 В 11/12, 1987. (54) ПОЗИЦИОННЫЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД (57) Изобретение предназначено для использования в технологическом оборудовании.

Цель изобретения — улучшение динамических характеристик, повышение точности позиционирования и ресурса работы. Позиционный пневматический привод содержит силовой пневмоцилиндр 1, установленный на основании 6, демпфирующий гидроцилиндр 17, шток !5 которого жестко связан

ÄÄSUÄÄ 3568015 A 1

2 со штоком 2 пневмоцилиндра 1, а полости !8 и 19 сообщены через дроссслирукпцнй распределитель 22, фрикционные тормозные устройства 4 и 25, размещенные на основании 6 с возможностью взаимодействия соответственно со штоком 2 и корпусом 23 гндроцилиндра 17, и управляющее устройство 13, которое может быть выполнено в виде

3ВМ. Изобретение позволяет снизить ударные нагрузки и получить высокую точность позиционирования, поскольку окончательное торможение и выход на координату осуществляется тормозным устройством 4 с

<ползучей» скорости, а не с рабочей. Введение управления с самообучением, при котором привод сам по предложенному алгоритму корректирует начало торможения с учетом прошлых ошибок в отработке координат, значительно увеличивает точность привода при простоте построения устройства 13. 1 ил.

3

Изобретение относится к машиностроению, в частности к средствам пневмоавтоматики, и может быть использовано в приводах промышленных роботов, автоматов и автооператоров.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик, повышение точности позиционирования и ресурса работы.

На чертеже представлена принципиальная схема привода.

Позиционный пневматический привод состоит из силового пневмоцилиндра 1, шток

2 которого соединен с подвижным звеном 3 фрикционного тормозного устройства 4, корпус 5 которого механически соединен с основанием 6 силового пневмоцилин тра l, распределителей 7 — 12, управляющего устройства 13, датчика 14 обратной связи перемещений и скорости. Шток 2 связан со штоком 15 и поршнем 16 демпфирующего гидроцилиндра 17, полости 18 и 19 которого содержат возвратные пружины 20 и 21 и соединены между собой через дросселирующий распределитель 22, а корпус 23 механически связан с подвижным элементом 24 дополнительного фрикционного тормозного устройства 25, корпус 26 которого также связан с основанием 6 силового пневмогидроцилиндра !. Управляющее устройство 13 соединено с распределителями 7 — 12, 22 и да;чиком 14 каналами 27 — 34. Фрикционные тормозные устройства 4 и 25 содержат тормозные пружины 35 и 36.

Работа пневматического позиционного привода заключается в следующем.

В исходном состоянии распределители 7--1! отключены 12, 22 включены, т. е. есть сигналы 33, 34. При этом силовой пневмоцилиндр находится под атмосферным давлением, а звено 3 действием пружины 36 заторможено. Следовательно, застопорен и шток 2, элемент 24 под действием давления в верхней полости тормозного устройства 25 расторможен и корпус 23 гидроцилиндра 17 пружинами 20, 21 выставлен в нейтральное положение, относительно поршня 16.

При подаче от управляющего устройства 13 сигнала, например, 28 на распределитель 7 левая полость (на чертеже не обозначено) пневмоцилиндра 1 заполняется сжатым воздухом, шток 2 начинает перемещаться вправо (по чертежу), с датчика !4 в устройство 13 поступает сигнал 27, пропорциональный линейному перемещению и скорости штока 2. При этом элемент 24, корпус 23 гидроцилиндра 17 перемещается совместно с поршнем 16. Когда шток 2 достигает координаты начала торможения х, она определяется устройством 13, распределители 12, 22 отключаются, а распределитель 11 включается, при этом элемент 24 под действием пружины 35 и давления в нижней полости тормозного устройства 25 стопорится, корпус 23 останавливается, жидкость из полости 19 гидроцилиндра 17 движущимся порш508015

5

1О !

4 нем 16 через дросселирующий распределитель 22 перемещается в полость 18. На поршне 16 создается перепад давлений и встречная тормозная сила.

Происходит интенсивное торможение, скорость выходного штока 2 падает до «ползучей» скорости и при достижении второй координаты торможения х, выключается распределитель 10 и включается распределитель 9, звено 3 тормозится усилием пружины 36 и силой от давления в верхней полости тормозного устройства 4, скорость штока 2 падает до нуля и он останавливается в координате, близкой к заданной по программе, х.

После остановки штока 2 выключается распределитель 11 и включаются распределители 12, 22. Элемент 24 растормаживается и корпус 23 гидроцилиндра 17 под действием пружин 20, 21 занимает среднее положение относительно поршня 16.

Возможна схема с одним дросселем без распределителя 22, это упрощает схему, но увеличивает время возврата гидроцилиндра 17, в исходное положение, кроме того, изменяя при снятии сигнал 34 по определенному закону во времени при переходе поршнному закону во времени при переходе поршня 2 в координату х, можно добиться плавного уменьшения площади дросселя и нужного закона торможения штока 2, что исключает также удары при торможении.

Управление приводом осуществляется управляющим устройством 13, которое может быть выполнено в виде ЭВМ.

Управляющее устройство 13 выполняет две функции: функцию программного позиционного управления приводом и функцию определения в режиме самообучения в процессе выхода на координаты, координаты начала торможения хПрограммное управление осуществляется по записанной в память ЭВМ информации по координатам, которые выходной шток 2 в различных тактах должно отработать. Это традиционная функция управления управляющих устройств позиционных приводов.

При этом в устройстве управления 13 осуществляется (в каждом такте работы привода) сравнение информации, записанной в память, с информацией с датчика 14 обратной связи и при совпадении этой инфор, мации выходной шток 2 привода должен остановиться.

Точ ность отработки коорди нат за висит от многих факторов: стабильности сил трения, перемещаемых масс, температур, давлений, запаздываний и т. д. Учитывая то, что позиционный привод работает в системах программного управления и заранее по техпроцессу известны координаты выходного штока 2, последовательность их смены и перемещаемые массы, алгоритм управления осуществляется в режиме самообучения

ЭВМ, при котором координаты начала торможения х определяется по зависимости:

15080 г -«ъ / — 1 + х — — координата начала торможения при очередной отработке конкретной координаты с конкретного исходного состояния выходного штока 2; — координата начала торможения при отработке той же координаты с того же исходного состояния выходного звена в ближайшем предыдущем такте отработки координаты; — величина пробега (знак минус) координаты или величина недохода (знак плюс) координаты в ближайшем предыдущем такте отработки этой же. координаты (знаки перед Лх,. меняются на обратные при подходе к координате с обратной стороны; где х, 5

1О

Ах;всех факторов, приводящих к ошибке позиционирования, сводя эту ошибку в каждом очередном такте к минимальной величине, т. е. привод учится на предыдущих ошибках и стремится к сведению их к нулю при даль55

i — номер очередного такта 2(i(2Q

Причем X„=X» — — х — х... å х — координата, которую должен отработать выходной шток 2 привода; х . — путь торможения, который получается из статических расчетов привода при максимальной силе торможения гидроцилиндра 17 и при заведомо минимальном запаздывании распределителей 11, 22.

Это обеспечивает гарантированный пробег координаты при первой отработке приводом конкретной координаты и выход после пуска на режим самообучения — автоматической коррекции от такта к такту координаты начала торможения с учетом ошибки отработки конкретной координаты в ближайшем прошлом. Расчетная величина х . BBQдится при программировании координат в ЭВМ.

При пуске привода в режиме самообучения первое торможение, а именно срабатывание распределителя 11 и включение распределителей 12, 22, осуществляется по жест- 40 кой програ мме при достижени и выходным штоком 2 координаты x I Пробег +xl=+x2 который получается в первом такте, используется для сдвига х при определении координаты начала торможения х 2 при очередном такте отработки этой же координаты 45 с той же исходной позиции. Величина пробега или недохода координаты, полученная после остановки выходного штока 2 при вторичной отработке координаты, используется

ЭВМ для вычисления по выше приведенной зависимости координаты начала торможения в текущем третьем такте отработки этой же координаты и т. д.

Этот способ управления позволяет автоматически учитывать суммарное влияние

15 нейших отработках, сдвигая начало торможения в ту или другую сторонч, т. е. в течение короткого времени параметры привода (коэффициенты трения, температура, износ и т. д.) изменяются ничтожно мало, то это делает возможность получить высокую точность привода как в этот период, так и в процессе всей эксплуатации привода, контролируя и корректируя их влияние на точность привода.

Предложенный способ управления не требует большого объема памяти ЭВМ, освобождает от необходимости вводить в ЭВМ характеристики множества изменяющихся параметров, влияющих на .точность.

Процесс начального обучения привода по 3 — 5 тактов на координату с различными массами и с выходом его на максимальную точность позиционирования составляет несколько минут, дальше работа осуществляется автоматически. Каждой координате с каждой массой соответствует своя ячейка питания ЭВМ. При определении второй координаты начала торможения х также в режиме самообучения точность привода возрастает.

Для того, чтобы координата начала торможения «не ушла> в сторону, предусмотрен сдвиг по программе Лхо этой координаты в сторону пробега при каждом такте или через ряд тактов на несколько долей поля отработки координаты Лх,-О,! мм — программное «возмущение» привода. Такой алгоритм x,=õ;, +-Лх;,+Ах управления с программным «возмущением» с перебегом в сторону отработки координат «прижимает» координату начала торможения ближе к координате «остановка», уменьшая время движения на «ползучей» скорости. Это увеличивает быстродействие привода.

Предложенный позиционный пневматический привод позволяет снизить ударные на грузки, т. к. тормоз обеспечивает необходимое замедление выходного штока 2 привода, развивая большую тормозную силу за счет перепада давлений на поршне 16 гидроцилиндра 17 при полностью заторможенном корпусе 23 и снижая скорость до

«ползучей».

Привод позволяет также получить высокую точность позиционирования, т. к. окончательное торможение и выход на координату осуществляется фрикционным тормозным устройством 4 с «ползучей» скорости, а не с рабочей максимальной скорости, т. е. разброс постоянной времени привода тормоза и коэффициента трения трущихся пар фрикционного привода при торможении с малой скорости меньше сказывается на неточности отработки координат, чем при торможении с большей скорости.

В предложенном приводе потенциальная энергия движущихся масс и основная часть энергии активных движущихся сил расселвается при торможении в тепловую энергию

15080

)<,11 . I(< (! 11, !! О()хо,1я<цмю <(E)(3 дРОсселиРУю<1,111<:,

>1<а)l!< I(VII:II I I <)(7!IHOB ИСПОЛНИтЕлЬНОГО ЗВЕ()ст;1(I (ÿ необходимость рассеять отно,,::, цпч) Ho()<>,IHH! к> оставшуюся энергию.

-); О ф )IIKIIHoHHo(тормозное устройство 4

1>а()<) Г;(е г Б «к«7(гк11х» $ словиях (Возможно

H(11<).7ьзОВ IHHp u BTopolo фрикционного устпо»(-, Ва 25 при одновременном включении ц.)1< вы кл ючен ни распределителей 11, 22), . (I это 11озволяет получить более стабильный ко->ффициент трения, большую точность ос<,! HoH;I и большой ресурс тормозного устр011стВ(1 и >1ри Вода В ц(лом.

Введе)11)с управления с самообучением, 15

8 привода при простоте о,троения устройства управл(:ния.

Формула изобретения

Пози цион н ы и и невмати ческий привод, содержагций силовой пневмоцилиндр, установленный на основании, демпфируюший гидроцилиндр, шток которого жестко связан со штоком пневмоцилиндра, а полости сообщены между собой через дросселирующий распределитель, и фрикционное тормозное устройство, размещенное на основании с возможностью взаимодействия со штоком пневмоцилиндра, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, повышения точности позиционирования и ресурса работы, привод снабжен дополнительным фрикционным тормозным устройством, жестко связанным с основанием с возможностью взаимодействия с корпусом гидроцилиндра.

Состаи) и) ель В. Ко в ал ь

1 сдакгор H. К вг)н Тсхрс;(И. Верее Корр(ктор М. <Макси)<ишинец

5 l(i

1)НИИ1!И < <суда >\ гневного комитета Ilo иаобрс)ениям и открытиям ири ГКНТ СССР!

13035, Москва, Ж вЂ” З5, Раушская наб., д. 4/5

11роивводсгв< нно-иадатсаьский комбинат «Патент>, г. Ужгород, ул. Гагар«на, 101