ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

Принцип действия ГП Объемного типа основан на использовании потенциальной энергии давления жидкости. В насосе механическая энергия преобразуется в потенциальную энергию давления жидкости, которая поступает в гидродвигатель. В гидродвигателе происходит обратное преобразование – потенциальная энергия преобразуется в механическую энергию.

Такое преобразование энергии легко проследить на простейшей модели ГП, состоящей из двух последовательно соединенных силовых цилиндров, представленной на рисунке.

Один из этих цилиндров выполняет функции насоса, если к его штоку приложить усилие R₁, а другой гидродвигателя, преобразующего давление жидкости в рабочее усилие R₂ на штоке.

Сила R₁, приложенная к штоку насоса, преобразуется в насосе в статическое давление жидкости P. Считая, что механические потери в насосе и двигателе отсутствуют можно записать

R₁=P*S₁,

Где R₁-рабочая площадь поршня насоса.

Вытесненная из насоса жидкость под действием перемещения поршня S₁ поступает в гидродвигатель. Если пренебречь потерями давления на пути жидкости из насоса в двигатель, то на поршень двигателя S₂ , жидкость будет действовать с тем же давлением P, создавая движущее усилие на штоке:

R₂=PS₂.

Сила R₂ приводит в движение выходной вал ГП, совершая при этом исходную работу.

Давление жидкости хотя и создается насосом, но величина этого давления не зависит от параметров насоса, т.е. размера, типа и т.д.

Разумеется насос должен быть спроектирован так, чтобы он мог обеспечивать максимальное рабочее давление и мощность.

Однако давление P определяется, главным образом, нагрузкой на выходном валу ГП. Это подтверждается предыдущей формулой, если переписать ее в виде:

P=R₂/ R₂, или P=М/Км;

Где Км-постоянный по величине коэффициент момента в см³, зависящий от конструкции двигателя, для нашего рис. Км=r *S₂;

M- нагрузочный момент, действующий на выходной вал:

M=R₂*r

С увеличением нагрузочного момента М для одного и того же двигателя давление жидкости увеличивается, а с уменьшением-уменьшается. Давление жидкости зависит также от геометрических размеров гидродвигателя- площади поршня S₂. Давление обратно пропорционально рабочей площади поршня, т,е. При одном и том же нагрузочном моменте давление будет больше в том гидроприводе, в котором Км или S₂. Исходя из этого при проектировании ГП давление подбирают, изменяя геометрические размеры двигателя.

Гидропривод характеризуется же не только давлением, но и расходом, т.е. объемом жидкости, проходящей через данное сечение в единицу времени:

Q=V/t,

где V- объем жидкости в см³ , (м³)

t- время в сек,

Q- расход жидкости в см³/с (м³/с)

Рассматривая работу гидропривода при допущении, что жидкость не сжимается, и утечки отсутствуют, можно записать

h₁*S₁= h₂*S₂ или V₁= V₂

Подставляя значения V в формулу расхода можно получить:

Q_H= V₁*S₁, Q_H=(h₁/t)*S₁= V₁*S₁

Q_д =V₂*S₂, Q_д =(h₂/t)*S₂= V₂*S₂

где Q_H- расход или производительность насоса- объем жидкости насосом в единицу времени;

V₁- скорость поршня насоса V₁=h₁/t;

Q_д- расход гидродвигателя-объем жидкости ,проходящей через рабочую камеру двигателя в единицу времени.

V₂- скорость поршня гидродвигателя.

При отсутствии утечки жидкости, расход гидродвигателя равен расходу насоса:

Q_H=Q_д=Q.

Исходя из этого можно найти:

для поступательного движения поршня гидродвигателя

V₂=Q/S₂, (см/с), (м/с)

или для вращательного движения выходного вала

Ω=Q/q_г (рад/с),

где q_г- удельный расход за один радиан поворота для силового цилиндра с рейкой и шестерней.

q₂=S₂*r

Ω-угловая скорость вращения выходного вала.

Из соседних формул вытекает, что скорость выходного вала гидродвигателя прямо пропорциональна расходу жидкости, проходящей через рабочую камеру этого двигателя.

Мощность ГП можно определить по формуле

N=R₂*V₂ (кг*см/с) (H*м/с)

N=M*Ω (кг*см/с) (H*м/с)

Подставляя в них формулы выражения R₂ и V₂, мощность ГП можно выразить через давление и расход жидкости:

N=Q*P (кг*см/с) (H*м/с)

Мощность ГП можно записать также в виде:

N=Q*P/61r (кВт)

где Q- расход жидкости в л/мин.

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

1.1. Обзор пневматических устройств, применяемых в робототехнике

В робототехнике, в различных управляемых и силовых системах находят широкое применение разнообразные пневматические устройства: приводы, демпферы, командоаппараты, захватные устройства, датчики, логические, усилительные, решающие и другие элементы пневмоавтоматики.

Рассмотрим основные функции, выполняемые пневматическими устройствами в системах манипуляционного робота, функциональная схема которого представлена на рис. I.

Рис. 1. Функциональная схема манипуляционного робота

Для приведения в движение рабочего органа робота используются пневмоприводы 1,2,3. Они позволяют осуществлять как поступательное, так и поворотное движения звеньев манипулятора. Каждый пневмопривод обслуживает одну из степеней подвижности. Для управления двигателями пневмоприводов используют пневматические распределительные устройства (РУ) 4, обеспечивающие возможность попеременного сообщения полостей пневмодвигателя с источником сжатого воздуха и с атмосферой. Уменьшение ударных перегрузок при соприкосновении звеньев манипулятора с упорами достигается применением пневмодемпферов 5. Для удержания детали роботом может использоваться пневматическое захватное устройство 6, например, пневмомеханический зажим или вакуумная присоска. Для определения положения звеньев манипулятора могут использоваться пневматические датчики 7. Система управления роботом 8 может быть также полностью реализована на пневматических элементах.

1.2. Функциональная схема пневмопривода робота

На рис. 2. представлена функциональная схема пневмопривода робота.

Рис.2. Функциональная схема пневмопривода робота

На рис. 2. обозначено: Н - нагрузка; РУ- распределительное устройство; Д-двигатель; УУ - устройство управления; СУ-система управления; ПП - пневмопривод.

РУ в соответствии с сигналом, формируемым УУ, регулирует площади каналов, сообщающих рабочие полости двигателя Дс источником сжатого воздуха и с атмосферой. Двигатель преобразует энергию сжатого воздуха в работу перемещения звеньев манипулятора и рабочего органа (нагрузки).

Рассмотрим более подробно конструктивные особенности и варианты используемых функциональных элементов ПП роботов.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 519; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!