PL239757B1

PL239757B1 - Pneumatic actuator

Info

Publication number: PL239757B1
Application number: PL425178A
Authority: PL
Inventors: Jakub Sikorski
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2022-01-03
Also published as: PL425178A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest siłownik pneumatyczny, znajdujący zastosowanie w napędach podzespołów chwytaków oraz w napędach całych zespołów manipulatorów.The subject of the invention is a pneumatic actuator, used in drives of gripper sub-assemblies and in drives of entire manipulator assemblies.

Siłownik pneumatyczny to rodzaj siłownika napędzanego gazowym czynnikiem roboczym; najczęściej odpowiednio przygotowanym powietrzem.Pneumatic actuator is a type of actuator driven by a gas working medium; most often with properly prepared air.

Znane są siłowniki pneumatyczne wyposażone w naolejacz zapewniający pracę uszczelnień i współpracujących z nimi powierzchni ślizgowych w stałej mgle olejowej redukującej wzajemne tarcie i przywieranie elementów uszczelniających.Pneumatic actuators equipped with an oiler are known to ensure the operation of seals and sliding surfaces cooperating with them in a solid oil mist reducing mutual friction and adhesion of sealing elements.

Znane jest również rozwiązanie konstrukcyjne siłownika pneumatycznego polegające na stosowaniu specjalnych materiałów zapobiegających przywieraniu uszczelnienia do powierzchni ślizgowych. W tej kategorii mieszczą się również uszczelnienia sznurowe oraz gąbczaste, które dzięki porowatości zapewniającej stałe zwilżenie środkiem smarnym posiadają niewielką tendencję do przywierania do powierzchni ślizgowych.The design of the pneumatic actuator is also known, which consists in the use of special materials preventing the seal from sticking to the sliding surfaces. This category also includes cord and sponge seals, which have little tendency to stick to sliding surfaces due to their porosity ensuring constant wetting with the lubricant.

Znany jest także siłownik pneumatyczny z uszczelnieniem gazodynamicznym, w którym elementy uszczelniające pracują bezstykowo z powierzchniami ślizgowymi. Uszczelnienie gazodynamiczne, polega na tym, że do podzespołu uszczelnienia doprowadza się dodatkowy gaz roboczy, który jest dynamicznie sprężany w mikro wybraniach pierścieni uszczelniających generując poduszkę gazową rozdzielającą współpracujące powierzchnie ślizgowe oraz uszczelnienia.A pneumatic cylinder with a gas-dynamic seal is also known, in which the sealing elements work contactlessly with the sliding surfaces. A gas-dynamic seal consists in supplying an additional working gas to the seal sub-assembly, which is dynamically compressed in the micro cavities of the sealing rings, generating a gas cushion separating the mating sliding surfaces and the seals.

Znany jest także siłownik pneumatyczny, w którym generator piezoelektryczny wprowadza drgania do układu siłownika. Powoduje to redukcję czasu, w którym siłownik jest nieruchomy, tym samych zmniejsza tarcie pomiędzy uszczelnieniem a powierzchniami ślizgowymi dzięki zapewnieniu stałego doprowadzenia środka smarnego pomiędzy powyższe elementy.A pneumatic actuator is also known in which a piezoelectric generator vibrates the actuator system. This reduces the time the actuator is stationary, thereby reducing the friction between the seal and the sliding surfaces by ensuring a constant supply of lubricant between the above components.

Siłowniki pneumatyczne opisane, powyżej działają prawidłowo podczas wzajemnego ruchu powierzchni ślizgowych oraz uszczelnień. Jednakże każde zatrzymanie siłownika pneumatycznego powoduje wystąpienie niekorzystnego zjawiska przywierania uszczelnień do powierzchni ślizgowych nasilające się wraz z wydłużeniem czasu zatrzymania siłownika. Wynika to z wyciskania środka smarnego spomiędzy powierzchni uszczelnienia oraz elementów ślizgowych. Spowodowane - elastycznością elementu uszczelniającego.The pneumatic cylinders described above function properly during the mutual movement of the sliding surfaces and the seals. However, each stop of the pneumatic actuator causes the unfavorable phenomenon of the seals sticking to the sliding surfaces, which increases with the extension of the actuator stopping time. This is due to the lubricant being forced out between the sealing surfaces and the sliding elements. Caused by - the elasticity of the sealing element.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej konstrukcji siłownika pneumatycznego, która pozwali na: redukcję niekorzystnego zjawiska przywierania uszczelnień do powierzchni ślizgowych.The aim of the invention is to develop a new design of the pneumatic actuator, which will allow: reduction of the unfavorable phenomenon of adhesion of seals to the sliding surfaces.

Istotą wynalazku jest siłownik pneumatyczny zawierający cylinder, pokrywę przednią, pokrywę tylną, tłoczysko, podzespół tłoka oraz elementy uszczelniające pomiędzy, podzespołem tłoka a cylindrem charakteryzujący się tym, że pokrywa przednia i pokrywa tylna zaopatrzone są w osiowo położone otwory, w których osadzone jest suwliwie tłoczysko składające się z tłoczyska głównego osadzonego w otworze pokrywy przedniej oraz tłoczyska pomocniczego osadzonego w otworze pokrywy tylnej, pomiędzy tłoczyskiem głównym oraz tłoczyskiem pomocniczym-umieszczony jest podzespół tłoka, składający się z tłoka wewnętrznego, osadzonego, na nim tłoka zewnętrznego w postaci pierścienia oraz pokrywy, pomiędzy którymi umieszczone są pierścienie uszczelniające, przy czym tłok zewnętrzny, wyposażony jest w dwa wypusty, a tłok wewnętrzny posiada połączone kanałem dwa wybrania, ponadto tłok wewnętrzny zawiera otwór od strony pierwszego wybrania, w którym suwliwie osadzony jest od strony wybrania tłoczek oraz trzpień umieszczony w wybraniu, przy czym w tym wybraniu umieszczony jest także popychacz oparty o tłoczek i wypust zaś w drugim wybraniu umieszczona jest sprężyna powrotna osadzona na trzpieniu i wypuście, przy czym tłoczek posiada wybranie, wyznaczające wraz ze ściankami tłoka wewnętrznego przestrzeń na sprężone powietrze, a od strony stykającej się z popychaczem trójkątne wybranie, przy czym tłoczysko główne, tłoczysko pomocnicze oraz tłok wewnętrzny wyposażone są w kanały doprowadzające sprężone powietrze do przestrzeni na sprężone powietrze oraz kanały odprowadzające sprężone powietrze.The essence of the invention is a pneumatic actuator including a cylinder, a front cover, a rear cover, a piston rod, a piston sub-assembly and sealing elements between the piston sub-assembly and the cylinder, characterized in that the front cover and the rear cover are provided with axially located holes in which the piston rod is slidably mounted. consisting of the main piston rod seated in the hole of the front cover and the auxiliary piston rod seated in the hole of the rear cover, between the main piston rod and the auxiliary piston rod - there is a piston subassembly consisting of an internal piston, an external piston mounted on it in the form of a ring, and a cover, between the sealing rings are placed, the external piston is equipped with two protrusions, and the internal piston has two recesses connected by a channel, moreover, the internal piston includes an opening from the side of the first recess, in which the piston and the pin are slidably mounted on the side of the recess placed in the recess, the recess also housing a pusher based on the piston and the projection, and in the second recess there is a return spring mounted on the pin and the projection, the piston having a recess defining, together with the walls of the internal piston, a space for compressed air, and on the side in contact with the pusher, a triangular recess, the main piston rod, the auxiliary piston rod and the internal piston are equipped with channels supplying compressed air to the compressed air space and channels for discharging compressed air.

Siłownik korzystnie wyposażony jest w element osadzony na tłoczysku głównym połączony z pokrywą przednią prowadnikami. Korzystnie element zabezpieczony jest przed możliwością zmiany położenia na tłoczysku za pomocą podkładki oraz nakrętki. Korzystnie tłoczysko główne oraz tłoczysko pomocnicze połączone są rozłącznie za pomocą wkrętów, a ich połączenie jest uszczelnione elementem gumowym. Korzystnie położenie tłoczka ograniczone jest przez wkręt ustalający.The actuator is preferably equipped with an element mounted on the main piston rod connected to the front cover by guides. Preferably, the element is secured against the possibility of changing its position on the piston rod by means of a washer and a nut. Preferably, the main piston rod and the auxiliary piston rod are detachably connected by means of screws, and their connection is sealed with a rubber element. Preferably, the position of the plunger is limited by a set screw.

Doprowadzenie sprzężonego powietrza do tłoczka powoduje jego przesunięcie co przekłada się na ruch popychacza dzięki czemu uzyskiwany jest wzajemny obrót pomiędzy powierzchnią ślizgowąThe supply of compressed air to the piston causes its displacement, which translates into the movement of the pusher, thanks to which mutual rotation between the sliding surface is obtained

PL 239 757 B1 cylindra oraz uszczelnieniem tłoka redukujący zjawisko przywierania uszczelnień do powierzchni ślizgowych. Doprowadzenie sprzężonego powietrza do tłoczka przed rozpoczęciem właściwego ruchu roboczego siłownika pneumatycznego pozwala na jego płynny start ze zminimalizowaniem skokowych przemieszczeń tłoka w początkowym okresie pracy siłownika.The cylinder and the piston seal reduce the adhesion of the seals to the sliding surfaces. Supplying compressed air to the piston before the actual working movement of the pneumatic actuator starts, allows for its smooth start with minimizing the stroke displacement of the piston in the initial period of the actuator's operation.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na uzyskanie dużej precyzji w sterowaniu siłownikiem pneumatycznym szczególnie w zakresie małych przemieszczeń oraz niewielkich prędkości ruchu tłoka. Jest to szczególnie przydatne w napędach podzespołów chwytaków oraz w napędach całych zespołów manipulatorów gdzie mogą zastąpić napędy śrubowe oraz napędy oparte na mechanizmach listwy zębatej i zębatki. Precyzyjnie sterowane siłowniki pneumatyczne mogą również zastąpić siłowniki hydrauliczne w układach wspomagających mechanicznie.The solution according to the invention allows for high precision in controlling the pneumatic actuator, especially in terms of small displacements and low speeds of the piston movement. It is especially useful in drives of gripper sub-assemblies and in drives of entire manipulator assemblies, where they can replace screw drives and drives based on rack and rack mechanisms. Precision control pneumatic cylinders can also replace hydraulic cylinders in mechanical support systems.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny siłownika, fig. 2 przekrój wzdłużny siłownika w osi kanału doprowadzającego sprężone powietrze, fig. 3 przekrój poprzeczny siłownika wzdłuż linii A-A.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows a longitudinal section of the actuator, fig. 2 a longitudinal section of the actuator along the axis of the compressed air supply channel, fig. 3 a cross-section of the actuator along the line A-A.

Siłownik pneumatyczny zawiera cylinder 1, w którym osadzone są pokrywa przednia 2 oraz pokrywa tylna 3 połączone rozłącznie z cylindrem 1 za pomocą śrub 4. Połączenia są uszczelnione za pomocą pierścieni gumowych 5. Pokrywa przednia 2 oraz pokrywa tylna 3 zaopatrzone są w osiowo położone otwory, w których umieszczone są elementy prowadzące 6, pierścienie zgarniające 7 oraz pierścienie uszczelniające 8, w których prowadzone są tłoczysko główne 9 oraz tłoczysko pomocnicze 10, przy czym tłoczysko główne przechodzi przez otwór w pokrywie przedniej 2, a tłoczysko pomocnicze 10 przez otwór w tylnej 3. Tłoczysko główne 9 oraz tłoczysko pomocnicze 10 połączone są rozłącznie za pomocą wkrętów 11 a ich połączenie jest uszczelnione elementem gumowym 12. Tłoczysko główne 9 zabezpieczone jest przed obrotem za pomocą elementu 13 połączonego z prowadnikami 14. Dodatkowo element 13 jest połączony rozłącznie z tłoczyskiem głównym 9 za pomocą podkładki 15 oraz nakrętki 16.The pneumatic cylinder comprises a cylinder 1 in which the front cover 2 and the rear cover 3 are mounted, detachably connected to the cylinder 1 by means of bolts 4. The connections are sealed with rubber rings 5. The front cover 2 and the rear cover 3 are provided with axially located holes, in which there are guide elements 6, scraper rings 7 and sealing rings 8, in which the main piston rod 9 and the auxiliary piston rod 10 are guided, the main piston rod passing through the hole in the front cover 2, and the auxiliary piston rod 10 through the hole in the rear cover 3. The main piston rod 9 and the auxiliary piston rod 10 are detachably connected by screws 11 and their connection is sealed with a rubber element 12. The main piston rod 9 is secured against rotation by means of an element 13 connected to guides 14. Additionally, the element 13 is detachably connected to the main piston rod 9 by means of washer 15 and nut 16.

Pomiędzy elementami tłoczyska głównego 9 oraz tłoczyska pomocniczego 10 umieszczony jest podzespół tłoka. Podzespół tłoka składa się z tłoka wewnętrznego 17, osadzonego na nim tłoka zewnętrznego 18 w postaci pierścienia oraz pokrywy 19, pomiędzy którymi umieszczone są pierścienie uszczelniające 20. Pomiędzy tłokiem zewnętrznym 18 oraz cylindrem 1 znajdują się elementy uszczelniające 21.Between the elements of the main piston rod 9 and the auxiliary piston rod 10 there is a piston subassembly. The piston sub-assembly consists of an internal piston 17, an external piston 18 mounted on it in the form of a ring, and a cover 19 with sealing rings 20 between them. Sealing elements 21 are provided between the external piston 18 and the cylinder 1.

Tłok zewnętrzny 18 wyposażony jest w wypusty 22 i 23, a tłok wewnętrzny 17 posiada połączone kanałem 24 wybrania 25, 26. Kanał 24 wyrównuje ciśnienie powietrza w wybraniach 25 oraz 26. Tłok wewnętrzny 17 zawiera otwór od strony wybrania 25, w którym suwliwie osadzony tłoczek 27, którego położenie ograniczone jest wkrętem ustalającym 28. Tłok wewnętrzny 17 zawiera także trzpień 29 umieszczony w wybraniu 26 w wybraniu 25 umieszczony jest popychacz 30 oparty o tłoczek 27 i wypust 22 zaś w wybraniu 25 umieszczona jest sprężyna powrotna 31 osadzona na trzpieniu 29 i wypuście 22. Tłoczek 26 posiada wybranie 32 tworzące ze ściankami tłoka wewnętrznego 17 komorę na sprężone powietrze, a od strony stykającej się z popychaczem 30 trójkątne wybranie. Tłoczysko główne 9, tłoczysko pomocnicze 10 oraz tłok wewnętrzny 17 wyposażone są w kanały 33 doprowadzające sprężone powietrze do komory oraz kanały 34 odprowadzające sprężone powietrze z komory.The outer piston 18 is provided with splines 22 and 23, and the internal piston 17 has recesses 25, 26 connected by a channel 24. The channel 24 equalizes the air pressure in the cavities 25 and 26. The internal piston 17 has an opening on the side of the recess 25 in which the piston is slidably seated. 27, the position of which is limited by the set screw 28. The internal piston 17 also includes a pin 29 placed in the recess 26, a pusher 30 is placed in the recess 25, a pusher 30 is placed against the piston 27 and the projection 22, and in the recess 25 there is a return spring 31 seated on the pin 29 and the tongue 22. The piston 26 has a recess 32 forming a compressed air chamber with the walls of the inner piston 17, and a triangular recess on the side contacting the pusher 30. The main piston rod 9, the auxiliary piston rod 10 and the internal piston 17 are provided with channels 33 for supplying compressed air to the chamber and channels 34 for discharging compressed air from the chamber.

Doprowadzenie sprężonego powietrza kanałami 33 do komory na sprężone powietrze powoduje przesunięcie tłoczka 27 w kierunku, wypustu 22. Ruch ten powoduje przesunięcie popychacza 30 i w konsekwencji obrót tłoka zewnętrznego 18. Przesuwanie tłoczka 27 w kierunku wypustu 22 jest możliwe, aż do momentu gdy wybranie 32 w tłoczku 27 połączy się z otworem odprowadzającym sprężone powietrze 34. Spadek ciśnienia w przestrzeni za tłoczkiem 27 powoduje jego zatrzymanie a sprężyna powrotna 31 powoduje przesunięcie go w lewo w położenie początkowe.Supplying compressed air through the channels 33 into the compressed air chamber causes the plunger 27 to move towards the tongue 22. This movement causes the plunger 30 to move and consequently the outer piston 18 to rotate. It is possible to move the piston 27 towards the tongue 22 until the recess 32 in the piston 27 will connect with the compressed air discharge opening 34. The drop in pressure in the space behind the piston 27 causes it to stop and the return spring 31 causes it to move to the left to its initial position.

Cykliczny ruch tłoczka 27 jest ściśle powiązany z cyklicznym obrotem tłoka zewnętrznego 18 dzięki czemu uzyskiwany jest wzajemny ruch pomiędzy powierzchnią ślizgową cylindra 1 oraz uszczelnieniem 21 tłoka zewnętrznego 18 redukujący zjawisko przywierania uszczelnień do powierzchni ślizgowych.The cyclic movement of the piston 27 is closely related to the cyclic rotation of the external piston 18, thanks to which a mutual movement is obtained between the sliding surface of the cylinder 1 and the seal 21 of the external piston 18, reducing the phenomenon of sticking of the seals to the sliding surfaces.

Claims

Patent claims

1. Pneumatic cylinder comprising cylinder, front cover, rear cover, piston rod, piston sub-assembly and sealing elements between the piston sub-assembly and the cylinder, characterized in that the front cover (2) and the rear cover (3) are provided with axial positions.

PL 239 757 B1 openings in which the piston rod is slidably seated, consisting of the main piston rod (9) embedded in the cover hole, the front (2) and the auxiliary piston rod (10) embedded in the rear cover (3) hole, between the main piston rod (9) and the auxiliary piston rod (10) there is a piston subassembly consisting of an internal piston (17), an external piston (18) mounted on it in the form of a ring and a cover (19), between which sealing rings (20) are placed, the piston the outer (18) is provided with splines (22), (23), and the inner piston (17) has recesses (25), (26) connected by a channel (24), moreover, the inner piston (17) has an opening on the side of the recess (25) ) with a sliding piston (27) and the spindle (29) placed in the recess, while the recess (25) also houses the pusher (30) resting on the piston (27) and the projection (22), and the recess (26) the return spring (31) is seated on the shaft (29) and the protrusion (23), the piston (27) having a recess (32) defining, together with the walls of the internal piston (17), a space for compressed air, and on the side contacting the pusher (30) a triangular recess, the main piston (9), the auxiliary piston (10) and the internal piston (17) are provided with channels (33) for supplying compressed air to the compressed air space and channels (34) for discharging compressed air.

2. Actuator according to claim A device according to claim 1, characterized in that it is equipped with an element (13) mounted on the main piston rod (9) connected to the front cover (2) by guides (14).

3. Actuator according to claim A method according to claim 2, characterized in that the element (13) is secured against the possibility of changing its position on the piston rod (9) by means of a washer (15) and a nut (16).

4. Actuator according to any of the claims from 1 to 3, characterized in that the main piston rod (9) and the auxiliary piston rod (10) are detachably connected by means of screws (11) and their connection is sealed with a rubber element (12).

5. Actuator according to any of the claims from 1 to 4, characterized in that the position of the piston (27) is limited by the set screw (28).