Классификация следящих гидравлических приводов.




 

В зависимости от критериев, положенных в основу классификации, существующие следящие гидроприводы можно разделить на несколько групп.

По типу программоносителя, на котором записывается управляющая программа, гидроприводы подразделяются на приводы с копировальным управлением и с числовой системой программного управления (ЧПУ). В приводе с копировальным управлением программоносителем является копир, выполненный в соответствии с профилем обрабатываемой детали. В приводах с ЧПУ программа записывается на перфолентах, магнитных лентах и др. в числовом виде.

В зависимости от вида управляющего воздействия приводы делятся на приводы непрерывного или аналогового управления и дискретного или шагового управления. В приводах с аналоговой системой управления управляющая информация задается в виде электрического сигнала, непрерывно изменяющегося во времени, которому соответствует непрерывное изменение выходного параметра (подачи, перемещения и т. д.). В приводах с дискретной системой управления программа задается в виде единичных импульсов, причем варьироваться могут как частота следования импульсов, так и их количество. Причем каждому импульсу соответствует перемещение рабочего органа на определенную величину (дискрету), а частота определяет величину подачи.

По наличию в приводе контура внешней обратной связи приводы делятся на разомкнутые (при отсутствии контура) и замкнутые.

В зависимости от количества контуров внешней обратной связи существуют приводы одноконтурные (с обратной связью по одному параметру) и многоконтурные.

По способу регулирования подачи исполнительных рабочих органов, следящие приводы подразделяются на приводы объемного и дроссельного регулирования. При объемном регулировании изменение скорости исполнительных органов осуществляется за счет изменения рабочих объемов насоса или гидродвигателя. В приводах дроссельного регулирования процесс управления скоростью происходит за счет дросселирования потока жидкости в рабочих щелях распределителей.

По количеству каскадов усиления приводы можно разделить на однокаскадные и многокаскадные.

В зависимости от конструктивного исполнения исполнительного органа приводы подразделяются на линейные (в случае использования гидроцилиндра) и роторные (если на выходе используется гидродвигатель).

 

8.5 Обзор следящих электрогидравлических приводов,

применяемых в промышленных роботах

 

В качестве примера предлагается рассмотреть два варианта привода - привод с аналоговой системой управления и привод с дискретной системой управления.

Схему и принцип действия привода с аналоговой системой управления можно рассмотреть на примере типового привода класса «сопло-заслонка» с обратной связью по положению заслонки. Привод получил свое название по двум элементам, применяемым в первом каскаде усиления. Схема привода показана на рис. 10.

Подвод управляющего сигнала в виде постоянного напряжения и переменного напряжения осцилляции с частотой 250 гц осуществляется через разъем 12 электромеханического преобразователя 11. Заслонка 7 крепится к якорю 10. Нулевое положение заслонки регулируется винтами 9. При подаче управляющего сигнала заслонка 7 поворачивается относительно регулируемых опор 8 на угол, пропорциональный управляющему напряжению. Сопла 2, размещенные в плунжере золотника 3, образуют с заслонкой 7 два переменных дросселя, к которым подводится жидкость через магистрали 1, постоянные дроссели 4, торцевые полости плунжера 5 и магистрали 6. При повороте заслонки 7 меняются сопротивления переменных дросселей, что вызывает появление перепада давлений в управляющих торцевых полостях 5 плунжера 3. Плунжер при этом смещается, обеспечивая подачу рабочей жидкости в гидроцилиндр 13 с расходом, величина которого пропорциональна смещению заслонки, причем перемещение плунжера 3 будет до тех пор, пока не сравняются зазоры между заслонкой 7 и соплами 2. Тем

Рис.10. Схема электрогидравлического привода с

аналоговой системой управления

 

самым обеспечивается обратная связь по положению заслонки, за счет чего отпадает надобность в торцевых пружинах, снимается ограничение в размерах плунжера и, самое главное, снимается ограничение по скорости исполнительного органа, что имеет существенное значение для привода робота.

Достоинством привода являются также повышенные устойчивость и надежность работы благодаря симметричности схемы.

Другим примером привода, применяемого в качестве привода робота, можно привести электрогидравлический привод с дискретной системой управления (см. рис. 11).

 

Рис.11. Схема электрогидравлического привода с дискретной

системой управления

 

В качестве устройства, воспринимающего информацию в дискретном виде, использован не силовой шаговый электрический двигатель. При подаче одного электрического импульса он отрабатывает эту информацию в виде поворота вала на дискретный угловой шаг Δφ. Причем, от частоты следования импульсов f зависит угловая частота вращения двигателя n, а от количества импульсов зависит суммарный угол поворота вала. Таким образом, варьируя этими параметрами, можно задать любой закон движения.


Однако, учитывая, что двигатель несиловой, мощность на выходе не превышает 200 вт, что недостаточно для перемещения захватного устройства робота. Поэтому для увеличения крутящего момента и передачи заданного закона движения с требуемой точностью используется гидравлический усилитель крутящих моментов с заданным коэффициентом усиления.


На схеме масло от насоса подается в центральную расточку следящего золотника 13 и, одновременно, через постоянные дроссели 12 и 14 в магистрали 11 и 16. Через магистрали масло поступает в отверстия 17 и 18 управляющей втулки 19 и далее идет на слив и, одновременно, через магистрали 10 и 15 в торцевые полости золотника 13.

С помощью силовых магистралей 7 и 8 золотник подает масло в рабочие полости цилиндра 5, шток которого соединен с захватным устройством робота 6. Вал шагового двигателя 1 через редуктор 2 соединен с управляющей втулкой 19. Отверстия 17 и 18 во втулке вместе с прямоугольной резьбой винта 3 образуют два дросселя переменного сечения. Шаговый двигатель 1, редуктор 2, управляющая втулка 19 и винт 3 объединены в единый узел, который называется шаговым задатчиком. Кронштейн 4, связывающий шток цилиндра 5 с винтом 3, образует внутреннюю жесткую единичную обратную связь. В исходном состоянии при отсутствии управляющих импульсов вал шагового двигателя 1 неподвижен. Отверстия 17 и 18 в управляющей втулке перекрыты кромками резьбы винта 3 ровно наполовину. Это означает, что давления в магистралях 11 и 16, а также в торцевых полостях золотника р1 и р2 равны. Плунжер золотника при этом занимает нейтральное положение, перекрывая подачу масла в полости силового цилиндра 5. Следовательно, шток цилиндра, а вместе с ним и захватное устройство робота 6, неподвижны. При подаче управляющего импульса на шаговый двигатель вал двигателя поворачивается на угловой шаг Δφ и через редуктор 2 с передаточным отношением i поворачивает управляющую втулку 19. При этом нарушается равенство проходных сечений отверстий в управляющей втулке и, соответственно, равенство давлений р и р на торцах золотника. Возникает перепад давлений Δр = р — р , который смещает плунжер золотника на пропор-циональную величину Δх. Золотник открывается и пропускает жидкость в силовой цилиндр, соединяя одну из полостей с напорной магистралью, вторую — со сливом. Образовавшийся перепад давлений на поршне цилиндра Δр = р — р заставит сместиться поршень вместе с рабочим органом. При этом вступает в действие обратная связь – через кронштейн 4 винт 3 движется вместе с поршнем. Причем, это движение направлено в сторону возврата проходных сечений отверстий в управляющей втулке к исходному состоянию. Как только проходные сечения отверстий сравняются, перепад давлений на торцах золотника станет равным нулю, и плунжер золотника вернется за счет действия пружин в нулевое положение. При этом прекратится подача жидкости в полости цилиндра, и рабочий орган остановится, пройдя при этом расстояние, равное:

 

δ = (Δφ / 360) i t; (1)

 

где: Δφ — угловой шаг на валу двигателя при подаче одного импульса; t – шаг винта. Таким образом, суммарная длина перемещения L будет зависеть от количества поданных импульсов n и величины дискретности δ:

 

L = nδ; (2)

 

Величина подачи рабочего органа будет зависеть от частоты следования импульсов f. Варьируя значениями параметров f и n, можно задавать любой закон движения рабочего органа.

Эта схема обладает рядом достоинств. Во-первых, дискретная система управления не требует наличия контура внешней обратной связи. Это значительно упрощает систему управления и удешевляет привод. Во-вторых, при линейном исполнении привода шток цилиндра непосредственно соединяется с захватным органом без промежуточных кинематических звеньев, Это упрощает конструкцию, увеличивает быстродействие привода за счет минимизации массы подвижных звеньев, повышает точность позиционирования за счет отсутствия погрешностей промежуточных звеньев. Быстродействие привода повышается также за счет конструктивного исполнения шагового задатчика, в котором шаговый двигатель приводит во вращение не винт, обладающий значительной массой, а шестерни несилового мелкомодульного редуктора. Немаловажное значение имеет симметричное исполнение схемы усилителя, поскольку это повышает надежность работы привода за счет того, что устраняет влияние колебаний давления жидкости на входе.

Все эти положительные качества привода согласуются с требованиями, предъявляемыми к приводам роботов.

 

8.6 Пример расчета параметров

исполнительного органа привода перемещения руки робота и насосной станции

 

Расчет будем производить для схемы электрогидравлического дискретного привода подачи захватного органа робота (рис.12).

На схеме приняты следующие обозначения:

1 — фильтр грубой очистки; 2 — насос; 3 — фильтр нормальной очистки; 4 — обратный клапан; 5 — дроссель; 6 — следящий золотник; 7 — управляющая втулка; 8 — винт-золотник; 9 — шаговый двигатель; 10 — редуктор; 11 — кронштейн внутренней обратной связи; 12 — гидроцилиндр; 13 — опора руки; 14 — захватный орган с деталью; 15 — дроссель; 16 — клапан противодавления; 17 — переливной клапан; 18 — теплообменник; 19 — фильтр тонкой очистки; 20 — предохранительный клапан; 21 — бак.

 

Рис. 12. Схема привода подачи захватного органа робота

 

Для расчета параметров исполнительного органа привода составим расчетную схему (рис. 13). На схеме обозначены следующие параметры: Q — расход рабочей жидкости; F — площадь поршня; р — давление в рабочей полости; р — давление в обратной полости:; Т — сила трения в поршне; Т — сила трения в штоке; Т — сила трения в направляющих руки робота; Т — сила инерции; G — вес детали, руки и элементов конструкции; V — скорость захватного органа;

 

Рис. 13. Расчетная схема привода

 

Исходные данные для расчета: V — максимальная скорость перемещения захватного органа в рабочей зоне; D — диаметр силового цилиндра; L — длина перемещения захватного органа; m — масса детали, руки и перемещаемых элементов конструкции; t — время разгона захватного органа до максимальной скорости; L — длина трубопроводов; марка масла — «Индустриальное 20».

Последовательность выполнения:

5.1. Изучение работы схемы. Определение назначения и типа элементов, входящих в состав схемы.

5.2. Расчет параметров исполнительного органа привода. Определение производительнос-ти насоса. Выбор типа насоса. Выполнение эскиза рабочего сечения. Расчет давления насоса.

5.3. Расчет основных параметров элементов гидросистемы (переливного клапана, фильтра, обратного клапана,золотника, клапана противодавления). Выполнение эскизов рабочих сечений элементов гидроаппаратуры.

 

8.7 Тепловой расчет гидросистемы

 

Расчет параметров исполнительного органа привода.

5.2.1. Определение производительности насоса.

В схеме задействован насос постоянной производительности.

Сначала определяется производительность Q, необходимая для обеспечения максималь-ной скорости захватного органа (в л/мин):

 

Q = F V; (3)

 

где: F — площадь поршня; V — максимальная скорость захватного органа.

С учетом объемных потерь в насосе его производительность будет определяться по формуле:

 

Q = Q / η ; (4)

Где: η — объемный коэффициент полезного действия (КПД) насоса; для шестеренчатых и пластинчатых насосов η = 0,75.

Полученное значение производительности насоса округляется до ближайшего большего значения из нормального ряда производительностей (л/мин): 3; 5; 8; 12; 18; 25; 35; 50; 70; 100; 140…

При необходимости учесть диаметр штока d необходимо округлить этот диаметр до ближайшего меньшего значения из нормального ряда диаметров (мм): 2; 3; 4; 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 30; 32; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100; 105; 110; 120; 125; 130; 140; 150…

После расчета производительности насоса необходимо определить диаметр трубопроводов d :

d Q /πV ; (5)

где: Q — расход масла, проходящий по трубопроводу; V — скорость масла в трубопроводе (1…5 м/с).

Полученный диаметр трубопровода должен быть округлен до ближайшего большего числа из ряда диаметров.

Для обеспечения благоприятного ламинарного течения масла в трубопроводе необходимо проверить число Рейнольдса (ламинарный режим принимается из условия минимальных потерь на трубопроводе):

 

Re =(V d ) / υ; (6)

 

Где: υ — кинематическая вязкость масла. Для масла «Индустриальное 20», которое наиболее часто применяется в гидросистемах станков и роботов, υ = 2.10 м /с.

После расчета производительности насоса выбирается его тип (чаще всего в гидросистемах станков и роботов используется насос пластинчатого типа), дается эскиз рабочего сечения насоса.

 

5.2.2. Расчет давления насоса.

 

Для расчета давления насоса воспользуемся расчетной схемой привода (рис. 7). Обозначение параметров на схеме см. выше.

Сначала определим давление в цилиндре р, которое необходимо подать в рабочую полость для перемещения захватного органа. Для этого составим уравнение сил, действующих на поршень вдоль оси цилиндра:

 

р.F ≥ Т + Т + Т + Т + ро F; (7)

 

р ≥ (Т + Т + Т + Т + ро F) / F; (8)

 

Сила инерции возникает при разгоне захватного органа:

 

Т = (V / t) m = (V / t) (G / g); (9)

 

где: m — масса детали, захватного органа и подвижных элементов конструкциии; g — ускорение свободного падения.

Сила трения в поршне зависит от вида уплотнения. В случае уплотнения металлическими поршневыми кольцами (см. рис. 14) расчетная формула будет иметь следующий вид:

 

Рис. 14 Схема для расчета силы трения в уплотнении поршня

 

Т = πD в [ (z – 1) р + р ] f.10 ; (10)

 

где: в — ширина поршневого кольца (в = 4.10 м); z — количество поршневых колец (z = 3…4); р — контактное давление кольца (р = 0,13 Мпа); f — коэффициент трения кольца относительно стенок цилиндра (f = 0,1). Так как в формуле оказывается два неизвестных, для определения Т , нужно решить совместно два уравнения (8) и (10).

 

 

Рис. 15. Схема для расчета силы трения в уплотнении штока.

 
 


Сила трения штока также определяется типом уплотнения. На рис.15 показан вариант уплотнения штока манжетами. В этом случае расчетная формула имеет следующий вид:

 

Т = π d l р f. 10 ; (11)

 

где: l — длина уплотнения (l = 2 d ); р — удельное давление манжеты; f — коэффициент трения материала манжеты относительно штока; можно принять что р f = 0,12 Мпа.

Сила трения в направляющих Т зависит от конструкции направляющих. В общем случае можно принять, что:

 

Т = G f ; (12)

 

где f — коэффициент трения в направляющих захватного устройства (f = 0,16).

Давление в обратной полости гидроцилиндра р определяется суммой потерь давления на сливном участке трубопровода:

 

р = Σ Δр + Δр ; (13)

где: Δр — потери давления на i — том элементе гидросистемы на сливном участке трубопровода; Δр — потери давления на сливном участке трубопровода. Для рассматриваемой схемы (рис. 7):

 

 

Σ Δр = Δ + Δр + Δр + Δр ; (14)

 

Потери давления на клапанах, золотниках, фильтрах примем равными 0,15 Мпа, исключая потери на клапане противодавления (Δр = 0,5 Мпа).

Потери давления на трубопроводе определим по формуле:

 

Δр = λ ρ (L V ) / (2.10 . d ); (15)

 

где λ — коэффициент трения в трубопроводе;

 

λ = 75 / Re; (16)

 

Re — число Рейнольдса (см. формулу (6)).

 

После расчета всех составляющих и подстановки в уравнение (8) определяется давление р в цилиндре. Давление насоса будет отличаться от этого давления на величину потерь на нагнетательном участке гидросхемы;

 

р = Σ Δр + Δр (17)

 

где Δр — потери давления на j — том элементе гидросистемы на нагнетательном участке трубопровода; Δр — потери давления на нагнетательном участке трубопровода (примем эти потери численно равными потерям на сливном участке трубопровода).

5.2.3. На этом этапе выполняются эскизы рабочих сечений основных элементов гидро-системы (переливного клапана, фильтра, обратного клапана, золотника, клапана противодавления и производится расчет их основных параметров.

5.2.4. Тепловой расчет.

Тепловой расчет гидросистемы заключается в определении.количества тепла q (в кДж), которое выделяется за один час работы гидросистемы, и в определении количества масла V в баке (в литрах) из условия ограничения температуры масла в гидросистеме допустимым значением (для масла «Индустриальное 20» оно составляет 55 град). Количество масла в баке

 

V = 6.10 ; (18)

 

С другой стороны, для обеспечения заданной долговечности масла его объем в литрах (обозначим его V ) должен быть численно равен (3…5) Q .Т.о,. если Q = 18 л/мин, то V = (54…90)л. В случае, если V < min V , то выбираемый объем масла в баке V = V . При V > max V , V = V и необходим теплообменник площадью F ; в других случаях V = V

Площадь теплообменника (в м ) равна;

 

F = (q – q ) /10500; (19)

 

где: q — количество тепла, рассеиваемое баком.

Количество тепла, выделяемое гидросистемой за час работы, определяется как сумма потерь на всех участках цикла перемещения рабочего органа с учетом различных режимов работы.

 

9 Библиографический список

 

1. Автоматизация процессов машиностроения: Учеб. пособие для машиностр. спец. ВУЗов / Я. Буда, В. Гановски, В. С. Вихман и др. / Под ред. А. И. Дащенко — М.: Высш. шк.., 1991.—480 с.: ил.

2. Волчкевич Л. И. Автоматизация производственных прцессов: Учеб. пособие. — 2-е изд., стер. — М.: Машиностроение, 2007. — 380 с.: ил.

3. Юревич Е. И. Основы робототехники.-2-е изд. Перераб.и доп. — СПб.: БХВ — Петербург. 2005—416 с.: ил.

4. Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учеб. пособие для техн. ВУЗов / Ю М. Соломенцев, К. П. Жуков, Ю. А. Павлов и др.; Под общ. ред. Ю. М. Соломенцева. — М.: Машиностроение, 1986.—140 с.: ил.

5. Гидравлические и пневматические приводы промышленных роботов автоматических манипуляторов. / Под ред. Г.В. Крейнина, М.: Машиностроение, 1993.

6. Москвин В. К. и др. — Расчет параметров металлорежущих станков и автоматизирован-ных комплексов. — Методические указания по выполнению домашних заданий по дисциплинам: «Проектирование приводов станков» и др., М.: Издательство МГТУ им. Н Э. Баумана, 2001.

7. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3 т. / Под ред. Проникова А. С., — М.: Издательство МГТУ им.Н. Э. Баумана; Машиностроение, 2000.

8. Свешников В. К. Станочные гидроприводы — справочник, 3-е изд., М.: Машинострое-ние, 1995.

9. Механика промышленных роботов: Учеб. Пособие для втузов: В 3 кн./Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн. 2: Расчет и проектирование механизмов/Е.И Воробьев, О.Д. Егоров, С,А. Попов. – М.: Высш.шк., 1988. -367 с.: ил.

 

Приложение

 

Описание компакт-диска

На компакт-диске находится видеоприложение к Учебно-методическому пособию: Курсовой проект по дисциплине «Технические средства автоматизации». Приложение представляет собой справочное пособие в виде альбома схем и чертежей, оформленное на цифровом носителе. Альбом содержит чертежи общих видов и конструктивных элементов наиболее характерных моделей промышленных роботов, транспортных и грузоподъемных устройств, предназначенных для автоматизации механических сборочных и других технологических процессов. Даны классификация и принципиальные схемы роботов

Для того чтобы работать с содержащейся на компакт-диске информацией необходимо иметь на компьютере Майкрософт офис 2003 или иные совместимые с ним системы и версии.

 

Содержание

Введение…………………………………………………………….…………………………………...3

1 Цель курсового проекта………………………………………………………………….............. 3

2 Структура курсового проекта.................................................................................................. 3

3 Общие сведения о проектировании и конструировании машин........................................ 4

4 Стадии разработки курсового проекта................................................................................... 6

5 Объем курсового проекта и правила его оформления......................................................... 7

6 Защита проекта………..………………….……………………………………………….............. 8

7 Техническое задание................................................................................................................. 5

7.1 Объект разработки............................................................................................................ 9

7.2 Анализ требований к приводам промышленных роботов............................................ 11

7.3 Области применения приводов различных типов в промышленных роботах……..………11

7.4 Варианты исходных данных для проектирования........................................................ 15

7.5 План работы над курсовым проектом.......................................................................... 18

 

8 Методические рекомендации................................................................................................. 19

8.1 Зубчатые ременные передачи........................................................................................ 19

8.2 Расчет передачи винт-гайка скольжения....................................................................... 21

8.3. Расчет передачи винт - гайка качения……………………………………………………… 23

8.4 Классификация следящих гидравлических приводов................................................... 31

8.5 Обзор следящих электрогидравлических приводов, применяемых в промышленных роботах ... ………………………………………………………………………………………..31

8.6 Пример расчета параметров исполнительного органа привода перемещения

руки робота и насосной станции.………………………………….…………………………34

8.7 Тепловой расчет гидросистемы..................................................................................... 35

 

Библиографический список.......................................................................................................... 38

Приложение

Описание компакт-диска.............................................................................................................. 39

Содержание................................................................................................................................... 39



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: