Магнитореологическая позиционирующая и виброизолирующая система

Система предназначена для прецизионного машиностроения. Система содержит основание, каретку, установленную с возможностью перемещения относительно основания, сильфонные гидроцилиндры, насосную станцию, полость свободного слива, входные магнитореологические дроссели и выходные магнитореологические дроссели. Каретка содержит систему трех взаимно перпендикулярных штоков, обеспечивающих перемещение объекта вдоль трех соответствующих осей и закрепленных в гидроцилиндрах за счет сильфонов, гидроцилиндры объединены в единый модуль, закрепленный на фундаменте, а объект перемещения, жестко связанный с подвижной кареткой при помощи трех тяг, закреплен в узле упругой подвески, расположенном соосно с кареткой. Все входные и выходные магнитореологические дроссели дополнительно содержат постоянные магниты, встроенные в магнитопровод, а одна из стенок рабочего зазора дросселя снабжена концентраторами напряженности магнитного поля в виде окружных зубцов, впадины между которыми заполнены немагнитным материалом. В предпочтительном варианте осуществления узел упругой подвески объекта перемещения выполнен в виде пневмоцилиндра с направляющим и уплотнительным элементом в виде упругой мембраны и снабжен трубопроводом для подачи сжатого воздуха. Технический результат - повышение точности позиционирования объекта; уменьшение габаритов; увеличение числа степеней подвижности до трех. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к прецизионному машиностроению, а конкретно к позиционирующей и виброизолирующей системе, которая может быть использована в технологическом и исследовательском оборудовании: в системах адаптивной оптики, в установках ионной, электронной, рентгеновской и оптической литографии, в координатно-измерительных машинах, в сканирующих зондовых микроскопах, в оборудовании для механообработки и др.

Известен позиционный пневмогидравлический привод, содержащий кинематически последовательно связанные пневмоприводной цилиндр и гидроприводной цилиндр, в которых размещены поршни со штоками с образованием соответствующих режиму позиционирования приводных и тормозных полостей, две из которых выполнены пневматическими и связаны с источником рабочей среды, а две другие - гидравлическими, заполнены магнитореологической жидкостью и связаны между собой с помощью регулируемого дросселя в виде дросселирующих каналов, охваченных двумя последовательно установленными электромагнитными катушками, подключенными с помощью блока управления, - одна к источнику постоянного тока, а другая - к источнику переменного тока, а также связанный с блоком управления датчик обратной связи по перемещению выходного штока, каждый из указанных цилиндров выполнен пневмогидравлическим, причем регулируемый дроссель и гидроприводной цилиндр выполнены встроенными в поршне и штоке пневмоприводного цилиндра, тормозная полость которого выполнена гидравлической и соединена с помощью упомянутого регулируемого дросселя с приводной полостью гидроприводного цилиндра, а тормозная полость последнего выполнена пневматической (Патент РФ №2065092, МПК6 F15D 11/12, 10.08.1996).

При подаче рабочей среды в полость пневмоприводного цилиндра поршень начинает перемещаться. Магнитореологическая жидкость из одной полости гидроприводного цилиндра вытесняется в другую через дросселирующие каналы. Проводимость каналов определяется формой и величиной питающего напряжения на катушках. Для снижения вязкости жидкости, протекающей через дроссель в неуправляемом режиме, служит катушка, соединенная с источником переменного тока. Другая катушка питается постоянным током и изменяет вязкость протекающей через каналы магнитореологической жидкости. Датчик служит для сравнения фактического и заданного положений штока. При реверсе привода давление в полости сбрасывается, отключается управляющая катушка и под действием возвратной пружины осуществляется обратный ход штока. Для ускоренного реверса в полость подается избыточное давление рабочей среды от источника. При аварийном сбросе давления в рабочей полости цилиндра возможен возврат штока в исходное положение или фиксация в положении, предшествующем аварии.

Недостатком известного устройства является большое время реверса привода, обусловленное большой сжимаемостью воздуха, который подается под давлением поочередно в полости пневмоприводного цилиндра. В наибольшей степени этот недостаток проявляется, если необходимо осуществить позиционирование привода в заданной точке с высокой точностью. При этом привод, как правило, сначала проскакивает заданное положение, затем останавливается и начинает обратное движение к заданной точке. Этот процесс возвратно-поступательного движения привода повторяется до тех пор, пока не произойдет позиционирование в нужном положении и с заданной точностью. Еще одним недостатком известного устройства является низкая точность позиционирования привода вследствие больших сил трения, возникающих при движении поршней в пневмоприводном и гидроприводном цилиндрах.

Известен также магнитореологический демпфер, содержащий цилиндр, заполненный магнитореологической жидкостью, поршень, электромагнитную катушку, магнитопровод, образованный элементами поршня, выполненный в поршне дросселирующий канал, образованный стенками, из которых, по крайней мере, одна имеет поперечные пазы. (US 6637556 (В1), F15F 15/03, 2002 (08), 2003).

При движении поршня магнитореологическая жидкость перетекает из одной полости цилиндра в другую через дросселирующий канал. При подаче управляющего тока в электромагнитную катушку в магнитопроводе демпфера возникает магнитный поток. За счет использования поперечных пазов в стенках дросселирующего канала демпфера происходит фокусировка и усиление магнитного потока на выступах между канавками, за счет чего повышается эффективность воздействия магнитного поля на протекающий в дросселирующем канале поток магнитореологической жидкости. При этом происходит большее изменение вязкости жидкости по сравнению с магнитореологическим демпфером, имеющим дросселирующий канал с гладкими стенками.

Недостатком известного устройства является недостаточно высокая фокусировка и усиление магнитного потока на выступах между поперечными канавками, так как выступы имеют прямоугольную форму. При этом максимальная индукция магнитного поля вблизи выступов, равная отношению магнитного потока в магнитопроводе демпфера к площади поверхности верхней части выступов, ограничивается технологически выполнимой минимальной величиной этой площади. Еще одним недостатком известного устройства является увеличенное гидравлическое сопротивление дросселирующего канала вследствие того, что поперечные канавки в стенках канала не заполнены немагнитным материалом. При течении магнитореологической жидкости через канал происходит искривление траектории движения жидкости, завихрение гидравлического потока, нарушение ламинарного режима течения и, как следствие, увеличение гидравлического сопротивления дросселирующего канала. Это приводит к уменьшению скорости движения демпфера и возрастанию нагрузок при демпфировании.

Известна наиболее близкая к заявляемому устройству магнитореологическая позиционирующая и виброизолирующая система, содержащая основание, каретку с перемещаемым объектом, установленную на опоре с возможностью углового перемещения относительно основания, сильфонные гидроцилиндры, закрепленные между основанием и кареткой, насосную станцию, полость свободного слива, входные магнитореологические дроссели, установленные между насосной станцией и сильфонными гидроцилиндрами, выходные магнитореологические дроссели, установленные между сильфонными гидроцилиндрами и полостью свободного слива (US 5452745 A, F15B 21/00, 1994 (07), 1995).

За счет подачи управляющих сигналов на входные и выходные магнитореологические дроссели происходит изменение вязкости рабочей жидкости и, как следствие, изменение давлений в сильфонных гидроцилиндрах, под действием которых происходит угловое перемещение каретки, установленной на опоре. Система автоматического управления контролирует положение объекта перемещения и осуществляет его позиционирование и виброзащиту от внешних возмущающих воздействий.

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности по обеспечению точности позиционирования объекта за счет наличия сферического подшипника с парой внешнего трения, снижающей точность перемещения, возможность только угловых перемещений при позиционировании и виброизоляции, отсутствие самоторможения гидроцилиндров при выключенной системе управления, большие габариты устройства вследствие того, что его элементы разнесены в пространстве.

Технический результат, обеспечиваемый настоящим изобретением, заключается в существенном расширении функциональных возможностей системы, а именно:

- в значительном повышении точности позиционирования объекта перемещения (теоретически на порядок лучше за счет замены сферического подшипника с парой внешнего трения на узел упругой подвески) по сравнению с аналогом в автоматическом режиме регулировки и стабилизации ускорения объекта перемещения;

- в существенном уменьшении габаритов (за счет расположения магнитореологических дросселей внутри гидроцилиндров);

- в обеспечении самоторможения гидроцилиндров при выключенной системе управления (за счет введения в магнитную цепь магнитореологических дросселей постоянных магнитов);

- в увеличении числа степеней подвижности при позиционировании и виброизоляции (до трех степеней подвижности).

Достижение технического результата обеспечивает магнитореологическая позиционирующая и виброизолирующая система, содержащая основание, каретку, установленную с возможностью перемещения относительно основания, сильфонные гидроцилиндры, насосную станцию, полость свободного слива, входные магнитореологические дроссели, установленные между насосной станцией и сильфонными гидроцилиндрами, выходные магнитореологические дроссели, установленные между сильфонными гидроцилиндрами и полостью свободного слива. Каретка содержит систему трех взаимно перпендикулярных штоков, обеспечивающих перемещение объекта вдоль трех соответствующих осей и закрепленных в гидроцилиндрах за счет сильфонов, гидроцилиндры объединены в единый модуль, закрепленный на основании, а объект перемещения, жестко связанный с подвижной кареткой при помощи трех тяг, закреплен в узле упругой подвески, расположенном соосно с кареткой.

Для обеспечения самоторможения устройства при выключенной системе управления все входные и выходные магнитореологические дроссели дополнительно содержат постоянные магниты, встроенные в магнитопровод, а одна из стенок рабочего зазора дросселя снабжена концентраторами напряженности магнитного поля в виде окружных зубцов, впадины между которыми заполнены немагнитным материалом, что позволяет увеличить напряженность магнитного поля в районе зубцов, и тем самым увеличить эффективность работы дросселя (при том же электрическом токе на э/м катушке в области рабочего зазора дросселя обеспечивается локально большая концентрация силовых линий магнитного поля и большая магнитная индукция).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения узел упругой подвески объекта перемещения выполнен в виде пневмоцилиндра с направляющим и уплотнительным элементом в виде упругой мембраны и снабжен трубопроводом для подачи сжатого воздуха.

Возможность промышленной применимости изобретения иллюстрируется примером конкретного осуществления магнитореологической позиционирующей и виброизолирующей системы.

На фиг.1 представлена схема магнитореологической позиционирующей и виброизолирующей системы; на фиг.2 - схема сильфонного гидроцилиндра; на фиг.3 - схема магнитореологического дросселя.

Магнитореологическая позиционирующая и виброизолирующая система (фиг.1) содержит каретку 1, шесть сильфонных гидроцилиндров 2, гидравлическую насосную станцию 3, узел упругой пневмоподвески 4, объект перемещения 5, трубопровод для подачи сжатого воздуха 6, тяги (рычаги) 7, основание 8.

Перемещение от каретки 1 передается при помощи тяг 7 на объект 5. Объект 5 закреплен на упругой мембране узла пневмоподвески 4 таким образом, что его центр тяжести совпадает с центром упругой мембраны. При сборке устройства необходимо обеспечить максимальное совпадение вертикальной оси каретки 1 и вертикальной оси узла пневмоподвески 4 и объекта 5. Объект 5 может перемещаться относительно узла пневмоподвески 4 по трем координатам (двум угловым - вокруг горизонтальных осей Х и Y; и одной линейной - вдоль вертикальной оси Z). Сильфонные гидроцилиндры 2 предназначены для перемещения каретки 1 и закреплены навстречу друг к другу - по два на каждую из координат. Корпуса шести гидроцилиндров 2 выполнены в виде единого модуля и закреплены к основанию 8. Насосная станция 3 предназначена для подачи рабочей жидкости - магнитореологической суспензии - в сильфонные гидроцилиндры 2 и создания в них требуемого давления. Узел упругой пневмоподвески 4 предназначен для крепления объекта перемещения 5 с возможностью его перемещения по трем координатам (двум - угловым и одной - осевой) и для вывешивания массы объекта 5 при помощи силы, возникающей при воздействии сжатого воздуха на упругую мембрану 4, что позволяет перенести часть веса объекта на указанный узел. Сжатый воздух подводят при помощи трубопровода 6.

Сильфонный гидроцилиндр 2 (фиг.2) состоит из корпуса гидроцилиндра 13, в котором за счет сильфона 10 закреплен шток 9. Уменьшение габаритов магнитореологического устройства достигается за счет размещения входного магнитореологического дросселя 11 и выходного магнитореологического дросселя 12 внутри штока 9.

Магнитореологический дроссель (фиг.3) содержит магнитную систему, состоящую из магнитопровода и электромагнитной катушки 14. Магнитопровод состоит из кольца 15, втулки 16 и собственно штока 17. В магнитопровод встроены постоянные магниты 21 для обеспечения самоторможения устройства при выключенной системе управления. Одна из стенок рабочего зазора дросселя 18 снабжена концентраторами напряженности магнитного поля в виде окружных зубцов, впадины между которыми заполнены немагнитным материалом 22 (вид А). Для фиксации всех элементов дросселя применены два кольца из немагнитного материала 19, а для уплотнения стыков деталей используются резиновые кольца круглого сечения 20.

Магнитореологическая позиционирующая и виброизолирующая система предназначена для работы как в вертикальном, так и в наклонном положении. При этом угол наклона оси Z от вертикали может находиться в диапазоне от 0 до 90 градусов, что необходимо при использовании системы, например, в оборудовании для адаптивной оптики (например, в адаптивных составных оптических телескопах). При изменении угла наклона системы давление сжатого воздуха в узле упругой пневмоподвески 4 регулируется таким образом, чтобы действующая на упругую мембрану сила была равна осевой составляющей веса объекта перемещения. Таким образом, объект перемещения 5 с учетом того, что его центр тяжести совпадает с центром мембраны узла пневмоподвески 4, полностью уравновешен как в вертикальном, так и в наклонном положении (от 0 до 90 градусов). При этом происходит компенсация веса объекта перемещения, и создаются условия для достижения максимальной точности при позиционировании и виброизоляции. Предлагаемое устройство работает с замкнутой системой автоматического управления, содержащей датчик положения объекта перемещения и управляющий контроллер (на рисунках не показаны).

В результате предлагаемая система сможет обеспечить высокое качество перемещения объекта в автоматическом режиме с временем переходных процессов порядка 50-100 мс, с обеспечением возможности активного демпфирования (частоты вибрации не более 200 Гц) и коэффициентом эффективности вибрационной защиты 0.01…0.001.

1. Магнитореологическая позиционирующая и виброизолирующая система, содержащая каретку, установленную с возможностью перемещения относительно основания, сильфонные гидроцилиндры, насосную станцию, полость свободного слива, входные магнитореологические дроссели, установленные между насосной станцией и сильфонными гидроцилиндрами, выходные магнитореологические дроссели, установленные между сильфонными гидроцилиндрами и полостью свободного слива, магнитореологические дроссели содержат магнитопровод и электромагнитную катушку, отличающаяся тем, что каретка содержит систему трех взаимно перпендикулярных штоков, обеспечивающих перемещение объекта вдоль трех соответствующих осей, закрепленных в гидроцилиндрах за счет сильфонов, гидроцилиндры объединены в единый модуль, закрепленный на основании, а объект перемещения, жестко связанный с кареткой при помощи тяг, закреплен в узле упругой подвески, расположенном соосно с кареткой, также для обеспечения самоторможения устройства при выключенной системе управления все входные и выходные магнитореологические дроссели дополнительно содержат постоянные магниты, встроенные в магнитопровод, а одна из стенок рабочего зазора дросселя снабжена концентраторами напряженности магнитного поля в виде окружных зубцов, впадины между которыми заполнены немагнитным материалом.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что узел упругой подвески выполнен в виде пневмоцилиндра с направляющим и уплотнительным элементом в виде упругой мембраны и снабжен трубопроводом для подачи сжатого воздуха.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам преобразования электромагнитной энергии в механическую и может быть использовано в электрических машинах, в приводах манипуляторов, в качестве двигателей колебательного и вращательного движений.

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к водным герметичным гидроприводам. .

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации и может быть использовано в пневматических системах автоматического управления. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приводных устройствах технологического оборудования. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электрогидравлическим шаговым приводам, и может быть использовано для создания различных механизмов, транспортных средств.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано и в других областях, а именно в приводах для передачи тягового усилия перемещаемому объекту.

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации и может быть использовано в пневматических и гидравлических системах автоматического управления. .

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано для испытаний цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) гидравлического типа. .

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано в приводах исполнительных органов ракет и других летательных аппаратов. .

Изобретение относится к средствам автоматики и может быть использовано в роботах и манипуляторах. .

Изобретение относится к области объемных гидравлических приводов (гидроприводов), в частности, имеющих цепи ступеней, взаимодействующих с помощью гидравлических средств, и может быть широко использовано в машиностроении.

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в приводах исполнительных органов ракет и других летательных аппаратов. .

Изобретение относится к области гидроавтоматики, в частности к системам управления различных, преимущественно, летательных, аппаратов

Изобретение относится к области пневмоавтоматики и может быть использовано в приводах технологического оборудования и промышленных роботов

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидроприводам исполнительных механизмов

Изобретение относится к механизмам переключения передач в трансмиссиях транспортных средств

Гидропривод предназначен для управления летательными аппаратами. Гидропривод содержит корпус 1, представляющий собой статор неполноповоротного исполнительного гидродвигателя. Корпус 1 снабжен крышкой 2 статора гидродвигателя. В расточке 3 корпуса 1 с образованием рабочих полостей 4 и 5 установлены ротор 6 гидродвигателя с валом 7 и поворотной лопастью 8, разделитель 9 рабочих полостей 4, 5. Разделитель 9 крепится к внутреннему торцу расточки 3 корпуса 1 с помощью штифтов 10. Вал 7 имеет продольные каналы 16 для подвода рабочей жидкости в полости 4, 5 от торца 17, служащего основанием гидрораспределителя. Гидрораспределитель расположен в соединенной со сливной линией 32 расточке корпуса 1 и включает торец 17 в качестве основания, крышку 18 и поворотный плоский золотник 19. Крышка 18 жестко, а плоский золотник 19 с возможностью поворота закреплены к торцу 17 вала 7 с помощью ввинченного в ротор 6 болта 20. Распорная шайба 21, установленная на пояске болта 20, служит осью поворота для золотника 19. Болт 20 имеет канал 29, соединенный с напорной линией 30. Через пакет сопряженных болтом 20 частей 17-19 гидрораспределителя проходят два сквозных отверстия 22, соосные каналам 16 и соединенные с ними. В золотнике 19 в отверстия 22 установлены втулки 23, а в крышке 18 имеют заглушки 24, закрывающие отверстия 22 со стороны, противоположной каналам 16. Втулки 23 разделяют кольцевые канавки 25 на обоих торцах золотника 19 на напорный 26 и сливной 27 секторы. Подпружиненный поршень 41 выполнен с коническим хвостовиком 42, вокруг которого в радиальных отверстиях 43 вала 7 установлены шаровые фиксаторы 44 с возможностью взаимодействия с лунками 45 в крышке 2. Технический результат - уменьшение массогабаритных показателей гидропривода в целом и издержек его производства, с одновременным повышением КПД, увеличением диапазона углов поворота вала до 240°, а также надежность автоматической фиксации вала в нулевом положении при хранении и транспортировании в составе основного изделия. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Система, поворотное устройство, устройство вращения, способ и контроллер для управления системой предназначены для перемещения нагрузки из одного положения в другое. Система включает гидроусилитель, посредством которого генерируются суммарные усилия, действующие на нагрузку, по меньшей мере, одну рабочую камеру, работающую по принципу вытеснения и расположенную в указанном гидроусилителе, один контур подпитки высокого давления и один контур подпитки низкого давления, управляющий контур, посредством которого к одной из рабочих камер могут быть по очереди подключены по одному из вышеупомянутых контуров подпитки высокого и низкого давления, при этом управляющий контур содержит для каждой предопределенной камеры управляемые интерфейсы управления, посредством которых подключение к контуру подпитки высокого давления или низкого давления может быть открыто или закрыто, причем каждая рабочая камера способна генерировать силовые составляющие, которые соответствуют давлениям контуров подпитки, подключаемых к указанной рабочей камере, а каждая силовая составляющая создает по меньшей мере одну из вышеупомянутых суммарных сил, отдельно или совместно с силовыми составляющими, вырабатываемыми другими рабочими камерами указанного гидроусилителя. Технический результат - снижение энергопотерь. 5 н. и 40 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к трансмиссии транспортного средства. Трансмиссия содержит первый и второй вращающиеся валы, первую и вторую пару находящихся в зацеплении зубчатых колес, каждая из которых содержит холостую шестерню, установленную с возможностью вращения на втором валу, один синхронизатор, выполненный с возможностью смещения вдоль второго вала между первым и вторым положениями зацепления, в которых он фиксирует одну из холостых шестерен на втором валу посредством нейтрального положения и гидравлический привод для смещения синхронизатора. Привод содержит цилиндр (61) и поршень (65), выполненный с возможностью перемещения внутри цилиндра (61), разграничивая первую и вторую камеры (23, 24). Объем первой камеры (23) является наименьшим при нахождении привода в первом положении зацепления, а объем второй камеры (24) является наименьшим при нахождении привода во втором положении зацепления. Поршень (65) также ограничивает в цилиндре третью камеру (72), объем которой является наименьшим при нахождении привода (20; 20'; 21; 21') в нейтральном положении. Достигается упрощение конструкции устройства. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройства предназначены для контроля клапанов и потока газообразной среды в трубе. Пневматическое устройство содержит последовательно расположенные в продольном направлении первый вращающийся пластинчатый силовой привод (1), содержащий переднюю сторону (2), а также заднюю сторону (4), причем упомянутая передняя сторона (2) содержит вращающуюся головку (3), и второй вращающийся пластинчатый силовой привод (10), содержащий переднюю сторону (11), а также заднюю сторону; причем каждый из упомянутых первого (1) и второго (10) силовых приводов обеспечен сжатым воздухом посредством промежуточного пневматического клапана, соединенного с двумя портами (7, 8; 14, 15) на каждом из упомянутых первом и втором силовых приводах. Устройство контроля для потока газообразной среды в трубе (31) содержит: по меньшей мере, один клапан (21), размещенный в трубе для контроля потока газообразной среды, проходящей в трубе (31), и, по меньшей мере, одно пневматическое устройство для контроля клапанов, причем последнее может быть соединено, соответственно, с одним клапаном (21), размещенным в трубе (31). Аппарат для синтеза или очищения радиоактивных элементов, выполненный с возможностью для размещения патрона одноразового использования и содержащий устройство контроля, управляющее вращением клапанов от первого заданного положения до второго заданного положения, при этом он содержит, по меньшей мере, одно пневматическое устройство для контроля клапанов. Технический результат - повышение надежности устройства и аппарата. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к прецизионному машиностроению, а конкретно к позиционирующей и виброизолирующей системе, которая может быть использована в технологическом и исследовательском оборудовании: в системах адаптивной оптики, в установках ионной, электронной, рентгеновской и оптической литографии, в координатно-измерительных машинах, в сканирующих зондовых микроскопах, в оборудовании для механообработки и др

Наверх