Электропневматический позиционный следящий привод

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (111 5967 39 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.02,76 (21)2325090/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (43) Опубликовано 05,03.78. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания15.02.И. (51) М. Кл.

Р 15 В 9/16

В 25 J 9/00

Государствеииый комитет

Совета Министров СССР по делам иэооретеиий и открытий (53) УДК 62 1-52 5 (088. 8) (72) Авторы изобретения

М. С, Ворошилов и Н. И, Бердяков

Ленинградский завод турбинных лопаток имени 50-летия СССР (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОЗИЦИОННЫЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД

Изобретение относится к области автоматизации машиностроительного производства и преимущественно может быть использовано в манипуляторах или промышленных работах с программным управлением и в механизмах с точным остановом рабочив органов в заданной точке.

Одной из проблем в данной области является создание следящих приводов, надежно работающих в тяжелых условиях горячих цехов с агрессивными средами и обеспечивающих точное позиционирование при наличии больших скоростей заданного движения и больших масс рабочих органов манипуляторов.

Известен следящий гидропривод, содержащий электродвигатель, гидронасос, фильтр, расхо нный бак для масла, регулятор давления, аккумуля. ор давления, электрогидравлические сервозолотники, силовые гидроцилиндры, цепные механизмы для преобразования поступательного движения во вращательное, датчики положения. Однако такой гидропривод сравнительно большой грузоподъемности и малой инерционности обеспечивает скорость движения до 1 м(сек при точности позицирования

++- 1,5 — ++- 1,0 мм (11.

Известный следящий гидропривод обладает следующими недостатками: существенным ограничением величины линейных перемещений, значительной сложностью изготовления. недостаточной стойкостью против агрессивных воздушных сред, низким коэффициентом полезно о действия.

Наиболее близким техническим решением к данному является электропневматический позиционный следящий привод, содержащий двигатель, обмотки которого подключены к входному каналу и выходу одного из датчиков обратной связи по перемещению исполнитель1" ного органа, который связан через червячную пару и цепную передачу с валом двигателя и фрикционные муфты 12).

Известный электропривод обладает следующими недостатками: большой выбег при тор15 можении с номинальной скорости, низкая точность позицирования вследствие погрешности кинематической цепи и вследствие ее упругих деформаций.

Целью настоящего изобретения является повышение точности позиционирования электропневматического позиционного следящего привода.

Это достигается благодаря тому, что в нем установлены пневматический исполнительный механизм и пружинный реверсивный узел, кинематически связанный через первую фрикцион596739 ную муфту с одним из концов червяка червячной пары, с другим концом которого через вторую фрикционную муфту соединен шток пневматического исполнительного механизма, полость которого соединена с выходом другого датчика обратной связи по перемещению исполнительного органа.

Привод изображен на чертеже.

Электропневматический следящий привод, содержит двигатель 1, обмотки которого подключены к входному каналу (например, через тиристорный преобразователь 2) и выходу одного из датчиков обратной связи по перемещению исполнительного органа, один из датчиков обратной связи включает в себя бесконтактной конечный выключатель 3, на который воздействуют механические упоры 4, установленные на линии перемещения исполнительного органа 5.

Исполнительный орган 5 является рабочим органом манипулятора.

Привод включает также связанные с валом двигателя 1, зубчатую пару 6 и 7, червячную пару 8 и 9, цепную передачу 10 и 11 для передачи движения рабочему органу манипулятора, пневматический исполнительный механизм 12 с фрикционной муфтой 13 и пружинный реверсивный узел 14 для обеспечения дополнительного реверсивного движения и фиксации исполнительного органа 5 при выключении электро-пневмопитания. Пневматический исполнительный механизм управляется при помощи другого датчика обратной связи по перемещению исполнительного органа 5, механических передвижных упоров 15 рабочего органа манипулятора, которые воздействуют на пневматический исполнительный механизм через датчик обратной связи (положения) типа сопло-заслонка 16, включающий заслонку 17, удерживаемую в исходном положении пружинами 18, образуя с ними точную следящую систему, компенсирующую все погрешности позиционирования. Взаимосвязь пневм атического исполнительного механизма 12 с двигателем 1 и рабочим органом манипулятора 5 осуществляется через концы червяка червячной пары 8, 9, имеющую две степени свободы. Двигатель 1 вращает вал червяка 8 через зубчатую пару 6, 7, пневматический исполнительный механизм 12 с пружинным реверсивным узлом 14 обеспечивает осевое перемещение червяка, червячная пара 8, 9 работает при этом как зубчатореечная передача с весьма высоким КПД. Один из концов червяка связан с узлом 14 через фрикционную муфту 19. Червячная пара выполнена самотормозящейся.

Воспроизводимое приводом перемещение задается для каждого направления движения двумя упорами (в данном случае упорами 4 и 15) .

Силы, воспринимаемые упорами от датчиков в обратной связи, составляют несколько грамм.

При выключении электропитания электропневматическое реле 20 сообщает рабочую полость исполнительного механизма с атмосферой, вал червяка под влиянием узла 14 переместится вправо и фрикционная муфта 13 затормозит движение.

Привод при воспроизведении задан l0i.о перемещения рабочего органа мa,lèllóëÿòîðà 5 в направлении, указанном ны чертел,с стрелкой, работает следующим образом. Двигытель 1, включенный Р сеть по cHI нылу систс ll! прогрым много управления тиристорным преобразователем 2 перемещает с большой скоростью рабочий орган 5 до тех пор, пока один из механических упоров 4 не выключит конечный выключатель 3. В результате это о двигыте.;;= будет включен на режим интенсивного э.гектродинамического торможения. Кинем тич ".кая энергия, запасенная 8 ррааббооччеем м ооррггаанне еманипулятора, при данной скорости движения больше кинематической энергии двигателя и кроме этого

1Î

60 она, не может быть возвращена двигателю, так как червячная пара 8 выполнена самотормозящейся. В результате этого начнется осевое перемещение выла червячка, которому будет противодействовать пневмыгнческий исполнительн»й механизм 12 или узел 14. Противодействие осевому перемещению валы червяка при торможении привода происходит следующим образом. Во время движения привода заслонка 7 датчика положен H 16 надежно удерживается в фиксированном положении пружинами 18. Силы пружины достаточны, ггобы удержать заслонку 17 в ис:o нам полож:пии при изменении интенсивности струи воздуха, выходящего из сопла датчика положе ия 16.

При движении рабочего органа манипулятора 5 вниз, двигатель привода отключается и переходит в режим электродинамического торможения. Тормозной момент, развиваемый двигагелем, гасит кинетическую:- ícðl.ию, запасе !Hólo в его роторе и в звеньях кинемати.- есной цепи зубчатой передачи 6, 7 и червячной пары 8.

Что касается кинетической энергии, запасенной в рабочем органе манипулятора 5, то она не может быль передача через самотормозящуюся червячную пару 8 B це ь двигателя и в результате этого вал червяка 8 получит осевое перемещение в направлении исполнительного механизма 12. Воздух в мембранной полости исполнительного механизма будет сжиматься, что приведет к резкому возрастанию силы противодействия осевому !lc ðcvå!!låíèþ.

Таким образом, кинетическая энсргvB, запасенная в рабочем органе манипулятора 5, расходуется на преодоление избыточной силы, возникающей в исполнительно l механизме 12 вследствии сжатия воздуха. При сжатии воздуха в полости исполнительного механизма 12 расход воздуха через cопло даT÷èêà положения 16 увеличится, но это увеличе :ие расхода не окажет заметного влияния на начальную стадию динамического процесса горможения, так как диаметр сопла мал и солавляет величину 0,5 — 1 0 мм. Однако, на "îíå÷íîé стадии торможения расход воздуха через сопло датчика положения 16 обеспечивает значительное демпфирующее действие, лнквидирующес колебательный процесс. Если шсвмытичес;;;ий исполнительный механизм 12 движer li вверх„ то в этом случае вал червяка под влиянием динамической силы, обусловленной запасом ки-., нетической энергии в рабочем органе 5, бу596739 дет двигаться в противоположную сторону. При этом давление сжатого воздуха в полости исполнительного механизма 12 уменьшается, а сила противодействия узла 14 возрастает, то есть испольнительный механизм 12 и узел 14 и в данном случае обеспечит существенное тормозное действие. Следует отметить, что рабочие органы роботов-манипуляторов имеют большие скорости движения 0,7 — 1,5 м/сек. При данных скоростях их кинетическая энергия, которая в данном случае гасится электропневматическим приводом, больше кинетической энергии, запасенной в роторе двигателя и в звеньях кинематической цепи 6, 7, 8. Кроме того, тормозной эффект пневмопривода может быть усилен при подходе рабочего органа манипулятора к заданной координате за счет применения упоров с двумя выступами. При движении рабочего органа манипулятора 5 вниз первый выступ первого упора 15 переместит заслонку 17 до полного закрытия сопла, при этом давление в исполнительном механизме 12, на некоторое время возрастает, что усилит тормозное действие привода, затем заслонка 17 вновь займет исходное состояние, а на втором выступе первого упора 15 пневмопривод в следящем режиме обеспечит точную остановку рабочего органа манипулятора в данном положении. При движении рабочего органа манипулятора 5 вверх (после отключения двигателя по инерции) первый выступ второго упора 15 отодвигает заслонку 17 от сопла и понижает давление в исполнительном механизме, при этом щ соответствующее тормозное действие оказывают узел 14 так как сила, развиваемая исполнительным механизмом, снижается почти до нуля. Длина первых выступов упоров 15 меняется в зависимости от степени инерционности рабочих органов манипулятора и определяетМ ся экспериментально.

Погрешность позиционирования таких электропневматических позиционных следящих приводов измеряется сотыми долями миллиметра. 40

Изобретение применяется в работе манипуляторе для кузнечно-штамповочных цехов, обслуживающему ковочные прессы и вращающиеся печи, и имеющему грузоподъемность 30 кг.

Настоящий привод по расчетным данным обеспечивает скорость движения рабочих ор- 4 ганов манипулятора до 1 м/с при точности позиционирования равной +- 1,0 +- 0,05 мм.

Электропривод при той же скорости движения будет иметь точность позиционирования

+- 20 — +- 10 мм, если ступенчато снижать скорость движения перед остановкой, то точность позиционирования уменьшится до +- 5 —;

4- 3,5 мм.

По сравнению с аналогичными устройства ми привод имеет следующие технико-экономические преимущества: более стойкость против агрессивных сред, так как пневматические исполнительные механизмы работают успешно в тяжелых условиях химического производства, более высокий КПД и отсутствие специальных агрегатных, насосных или компрессорных установок, так как пневматические исполнительные механизмы получают питание сжатым воздухом непосредственно из заводской сети и более высокая точность позиционирования, позволяющая расширить область применения роботов-манипуляторов для автоматизации производства.

Формула изобретения

Электропневм атический позиционный следящий привод, содержащий двигатель, обмотки которого подключены к входному каналу и выходу одного из датчиков обратной связи по перемещению исполнительного органа, который связан через червячную пару и цепную передачу с валом двигателя, и фрикционные муфты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования, в нем установлены пневматический исполнительный механизм и пру.жинный реверсивный узел, пневматически связанный через первую фрикционную муфту с одним из концов червяка червячной пары, с другим концом которого через вторую фрикционную муфту соединен шток п невматического исполнительного механизма, полость которого соединена с выходом другого датчика обратной связи по перемещению исполнительного органа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1 Мясников Б. Я. и др. Программное управление оборудованием. «Машиностроение», Л., 1974, с. 341, 532.

2. Авторское свидетельство СССР № 260027, кл. G 21 С 19/00, 1967.

596739

Составитель О. Гудкова

Техред О. Луговая Корректор А. Гриценко

Тираж 918 Г!одписное

Редактор

Заказ 1 084/35

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Мини тров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская нао. д. 4j5

Филиал 11ПП «Патент», г. Ужгород, ул. Г!росктная, 4