Способ управления позиционным пневмоприводом

 

Изобретение м.б. использовано в пневмоприводах возврата поступательного перемещения .. Цель изобретения -повышение быстродействия привода. Управление позиционным пневмоприводом осуществляется путем изменения количества сжатого воздуха , поступающего в полости одноштокового пневмоцилиндра и выпускаемого из них путем дросселирования через проходные сечения подводящих и отводящих каналов с регулируемой по положению поршня пневмоцилиндра площадью сечения, при этом площадь одного из каналов постоянна, а второго - переменная и определяется по представленным математическим зависимостям . В результате осуществляется перемещение поршня пневмоцилиндра по требуемому наперед заданному закону. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 15 В 9/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Иг1= стямиР2—

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4664602/29 (22) 22.03;89 . (46) 29.02.92. Бюл. hL 8 (71) Киевский технологический институт пищевой промышленности (72) А.П.Кривопляс и А.И,Волчко (53) 62-82 (088.8) (56) Филипов И.Б. и др. Системы позиционирования рабочих органов промышленных роботов с пневмоприводами. M.: НИИмаш, 1983, с, 37, рис. 26а. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИОН-.

НЫМ ПНЕВМОПРИВОДОМ (57) Изобретение м.б, использовано в пнев моприводах возврата поступательного пе= ремещения., Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к средствам гидропневмоавтоматики и может бы т.ь, использовано в пневмоприводах возвратно-поступательного перемещения.

Целью изобретения является повышение быстродействия привода.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема управления позиционным пиев- моприводом при дросселировании на выходе из штоковой полости: на фиг;2.-:то же, но при дросселировании на входе @поршневую полость; на фиг. 3 — графически представлены результаты расчета ойтимального по быстродействию процесса перемещения груза пневмоприводом-ври дросселировании отводящего канала; на фиг. 4 — то же, но при дросселировании подводящего канала.

Способ управления позиционным пневмоприводом осуществляется путем измфне„, Ы„, 171620OAl быстродействия привода, Управление позиционным пневмоприводом осуществляется путем изменения количества сжатого воздуха, поступающего в полости одноштокового пневмоцилиндра и выпускаемого из них путем дросселирования через проходные сечения подводящих и отводящих каналов с регулируемой по положению поршня пневмоцилиндра площадью сечения, при этом площадь одного из каналов постоянна, а второго — переменная и определяется по представленным математическим зависимостям. В результате осуществляется перемещение поршня пневмоцилиндра по требуемому наперед заданному закону.

4 ил.

1ния количества сжатого воздуха, поступающие в полости пневмоцилиндра и выпускаемые из них путем дросселирования через проходные отверстия подводящих и отводя. щих каналов с регулируемой площадью проходных сечений. Подача и отвод сжатого воздуха в полости пневмоцилиндра регули- 0 руют в зависимости от положения поршня, Я . при этом эффективная площадь одного из каналов постоянная, а второго переменная С) и определяются зависимостями (Р2х Р2 .5+хе2 — х k)F2 Py . а М вЂ” 1 1/2К,ф

° ев ЗК вЂ” 1)/2К

М а давление воздуха и скорость его измене; ния в полостях цилиндра связаны эависимо1716200 иР2— где f1, f2 — эффективные площади подводящего и отводящего каналов, м;

Р1, Р2 — давление воздуха в полостях 5 цилиндра, мПа;

F1, F2 — площади торцов поршня в поло стях,м

22 Л. ! хо1, хое — приведенные начальная и конечная координаты положения поршня, м; .10

k = 1,4 — показатель адиабаты; S — ход поршня, м;

x — координата перемещения поршня,м;

PM —. давление воздуха в магистрали, 15 . мПа;

22 2 - 2 1:

R - 287 Дж/(кг К) — газовая постоянная;

Т -температура воздуха в магистрали, К; (р{ о1 ),.p { о,/ )- функция расхода; 20

М вЂ” масса поршня и присоединенных к нему поступательно движущихся частей, кг;

P(t) — результирующая всех сил, приложенных к поршню, кроме сил давления сжатого воздуха. Н. 25

Процесс перемещения поршня пневмопривода описывается следующими уравнениями:

Мх = P1F1 - P2F2 - P(t); (1)

P1—

K f)KB )f VÃRTM K P1

F1 хо1+х Гхо1+х5 х()

Р2 =.

К 22 К Pf 22 — 1 )/2М 22 RT 12 (>

+ х.(3).

Решая совместно йриведенные уравнения,(1)...(3), можно получить значения Р1, Р1, Р2, Р2, х, х, х для каждого момента времени.

Варьируя параметрами f1, 9, F1, F2 и Рм можно изменять по времени Р1, Р2, Р1, Р2, х, х и х. Однако, однозначно меняя первые параметры, невозможно получить необхо-. димое изменение по времени вторых параметрбв, Реализацию заданного закона движения поршня рассмотрим на примере оптимального по быстродействию закона движения поршня.

Оптимальный по быстродействию процесс перемещения штучного груза по неподвижной плоскости под действием постоянной по величине движущей силы состоит из двух этапов: наиболее интенсивного разгона груза под действием максимально возможной движущей силы. и торможение его с наибольшим замедлением при отключенной движущей силе.

На первом этапе уравнения движения груза х= (Q(mrp) - gfi (4) х = ((Q/(mrp) - дф (5)

x = ((Q/игр) - gf) t /2 (6)

1 где Q — движущая сила, Н;

mfp — масса груза, кг;

g — ускорение силы тяжести, м/с

f — коэффициент трения между грузом и плоскостью;

t — время, с.

На втором этапе движения груза х=-gf; (7) х=-gf(T t); (8)

° =- 9(Т-t) +S,(9) дf где Т вЂ” время перемещения груза с начальной в конечную позицию.

Подставляя уравнения (4)...(6) для первого этапа, и уравнения (7}...(9) для второго этапа в формулу (2), получим значения Р1 и

Р1 для каждого момента времени.

Иэ уравнения (1) получаем

P1F1 — Mx — Р 1 где М = m+ m

Подставляя в формулу (10) значения Р1, а в формулу (11) значения Р1, полученные ранее из уравнения (2), получим значения Р2 и 4 для каждого момента времени. Подставляя их в уравнения (3), можно определить значение f2 длЯ каждога Мамента времени или положения поршня х на каждом этапе движения (Р2 х — Р2 $ + х02 — х /k ) Е2 РУ

2 (М вЂ” 1 )/21с

Р3 32 1)/22 (12}

Аналогичным образом рассчитывают значение f1 в случае, если прохождение сжатого воздуха регулируют изменением эффективной площади подводящего канала

Г1 (Р1x+p1 хО1+x / ) Р1

КРМ Нту f/) O 1

Используя зависимости (12) и (13), можно спроектировать конструкцию переменного дросселя с целью реализации заданного закона движения.

Используя приведенную методику, можно осуществить реализацию любого требуемого закона движения поршня пневмопривода.

Существенным отличием предлагаемо-. го способа является то, что эффективные площади подводящего и отводящего каналов изменяются по приведенным математическим зависимостям, а не произвольнО, как в существующих ранее. В результате ис1716200

Рг и пользования предлагаемого способа осуще- 25 ствляется перемещение поршня пневмопривода по требуемому наперед заданному закону, что может обеспечить точность позиционирования, заданное быстродействие или производительность пневмопривода, 30 уменьшение динамических нагрузок на поршень и др.

На фиг. 3 и 4 графически представлены результаты расчета оптимального по быстродействию процесса перемещения груза 35 пневмоприводом при дросселировании подводного или отводного каналов при сле дующих исходных данных; 0 = 60,8 Н, mrp =

19,6 кг; f=03; $=0,25м; f1=31 10 м; Ег

= 28.10 м; хо1 = хог = 0,05 м; m = 3 кг — масса 40 подвижных частей пневмоцилиндра; Pp(t) =

139,65 Н вЂ” результирующая сил сопротивления на этапе разгона; Pr(t3 = 78,43 Н вЂ” результирующая сил сопротивления на этапе торможения T = 293 К; Р)л = 39 24 10 Н/м 45

f1 = 1,3 ° 10 м (для фиг,3); f2 = 5.10 м

4 . 3 -6 г (для фиг,4.

Устройство, реализующее предлож;н- ° ный способ, (фиг. 1,2} содержит пневмоцилиндр 1, внутри которого размещается 50 поршень 2, соединенный со штоком 3 и образующий поршневую и штоковую полости

4 и 5. Регулируемый дроссель 6 подключается к каналу 7 при дросселировании штоковой полости 5 и к каналу 9 при 55 дросселировании поршневой полости 4.

Эффективная площадь сечения каналов 7 и

8 изменяется в зависимости от текущей координаты поршня 2 по приведенным выше зависимостям. 40

На фиг. 1 изображен пример управления дросселированием отверстия подводаотвода воздуха штоковой полости 5.. В данном случае, если рабочей полостью является поршневая полость 4,тодросселиро- 45 вание осуществляется отводящим каналом

° 7, а его эффективная площадь определяется зависимостью )с --1)/ге ( (Ргх Рг S+x02 — х Л)(г Р

50,(з 1)/г), — д /, Если рабочей полостью является штоковая полость 5, то дросселирование осущест-. вляется подводящим каналом 7, а его 55 эффективная площадь определяется зависимостью

На фиг, 2 изображен пример управления дросселированием отверстия подводаотвода воздуха поршневой полости 4. В данном случае, если рабочей полостью является поршневая полость 4, Tî дросселирование осуществляется подводящим каналом 8, а его эффективная площадь определяется зависимостью

В случае, если рабочей полостью является штоковая полость 5, то дросселирование осуществляется отводящим каналом, а его эффективная площадь определяется зависимостью р < Р2 Х вЂ” Р2 (5 +Х02 — Х )/k) F2 PIll (k — 1 }/2k

f3 р(3 I)/2k / — ()

Использование настоящего устройства позволит обеспечить реализацию требуе лого наперед заданного закона движения поршня 2 пневмопривода, что позволит в каждом конкретном случае обеспечить точность позиционирования, повысить быстродействие или производительность, повысить надежность работы пневмопривода. ,Формула и эо бр ете н и я

Способ управления позиционным пневмоприводом путем изменения количества сжатого воздуха, поступающего в полости одноштокового пневмоцилиндра и выпускаемого из них путем дросселирования через проходные сечения подводящих и отводящих каналов с регулируемой по положению поршня пневмоцилиндра площадью сечения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия привода, эффективную площадь сечения одного из каналов выбирают постоянной, а второго— изменяют в соответствии с зависимостью

\ (k — 1)/г) (Рг x — Рг S + хОг — x /k ) F2 PM ко " ) 2 vð p(a,/m) ff (Р1х-Р1(а 1+к /K. F)

КРУ V КТМфП1) при этом давление воздуха и скорость его изменения в полостях цилиндра выбирают в соответствии с зависимостями

Рг г где f<, fz — эффективные площади подвоз дящего и отводящего каналов;.

Р1, Рг — давление воздуха в полостях цилиндра;

Р1, Гг — площади торцов поршня; хо1, хог — приведенные начальная и конечная координаты положения поршня;

k = 1,4 — показатель адиабаты, 1716200

$ — ход поршня: х — координата перемещения поршня;

Рм — авление воздуха в магистрали;

2k/ k — 1 °

R — газовая постоянная;

Т - температура воздуха в магистрали;

p(a>),ô(Î8/6 )- функции расхода;

М - масса поршня и присоединенных к нему поступательно движущихся частей;

P(t) — результирующая всех сил, прило5 женных к поршню, кроме сил давления сжатого воздуха.

3716200

H.

1716200

Составитель В.Коваль

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор C.×åðíè

Редактор Н.Н.Коляда

Заказ 597 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбйнат Ч агент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Способ управления позиционным пневмоприводом Способ управления позиционным пневмоприводом Способ управления позиционным пневмоприводом Способ управления позиционным пневмоприводом Способ управления позиционным пневмоприводом Способ управления позиционным пневмоприводом 

 

Наверх