PL240602B1

PL240602B1 - Pneumatic actuator

Info

Publication number: PL240602B1
Application number: PL424565A
Authority: PL
Inventors: Jakub Sikorski
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2022-05-09
Also published as: PL424565A1

Abstract

Siłownik pneumatyczny, posiadający cylinder z dwiema końcowymi pokrywami, z których pokrywa przednia posiada otwór osiowy dla przemieszczającego się pomiędzy nimi tłoczyska z tłokiem, charakteryzuje się tym, że cylinder (1) wyposażony jest w otwór (9) do którego przyłączona jest wytwornica zmiennego ciśnienia hydraulicznego (10), w cylinder (1) wsunięty jest cylinder wewnętrzny (2), w którym umieszczone jest tłoczysko (6) z tłokiem (7), cylinder wewnętrzny (2) w przekroju poprzecznym ma kształt pierścienia, przy czym obrys zewnętrzny pierścienia ma kształt elipsy, a obrys wewnętrzny pierścienia ma kształt okręgu, przy czym oś wielka elipsy jest krótsza od średnicy wewnętrznej cylindra (1), cylinder wewnętrzny (2) zakończony jest z obu stron kołnierzami o średnicy zasadniczo równej średnicy wewnętrznej cylindra (1), a przestrzeń pomiędzy cylindrem (1) i cylindrem wewnętrznym (2) wypełniona jest cieczą hydrauliczną (12), tłoczysko (6) posiada elementy dystansowe (13, 14), o długości równej co najmniej dwukrotnej grubości kołnierza cylindra wewnętrznego (2).A pneumatic cylinder with a cylinder with two end covers, the front cover of which has an axial hole for the piston rod moving between them, is characterized by the fact that the cylinder (1) is equipped with a hole (9) to which a variable hydraulic pressure generator is connected. (10), the inner cylinder (2) is inserted into the cylinder (1), in which the piston rod (6) with the piston (7) is placed, the inner cylinder (2) has the shape of a ring in cross-section, and the outer outline of the ring has the shape ellipse, and the inner outline of the ring has the shape of a circle, the major axis of the ellipse is shorter than the inner diameter of the cylinder (1), the inner cylinder (2) is ended on both sides with flanges with a diameter essentially equal to the inner diameter of the cylinder (1), and the space between cylinder (1) and the inner cylinder (2) are filled with hydraulic fluid (12), the piston rod (6) has spacers (13, 14), with a length equal to at least twice the thickness of the inner cylinder flange (2).

Description

PL 240 602 B1PL 240 602 B1

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 subassemblies and in drives of entire manipulator units.

Siłownik pneumatyczny to rodzaj siłownika napędzanego gazowym czynnikiem roboczym, najczęściej odpowiednio przygotowanym powietrzem.A pneumatic actuator is a type of actuator driven by a gaseous 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 mikrowybraniach 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 is where additional working gas is supplied to the seal sub-assembly, which is dynamically compressed in the micro-recesses 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 samym 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 work 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 due to 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 the reduction of the unfavorable phenomenon of adhesion of seals to sliding surfaces.

Istotą wynalazku jest siłownik pneumatyczny, posiadający cylinder z dwiema końcowymi pokrywami, z których pokrywa przednia posiada otwór osiowy dla przemieszczającego się pomiędzy nimi tłoczyska z tłokiem, charakteryzujący się tym, że cylinder wyposażony jest w otwór do którego przyłączona jest wytwornica zmiennego ciśnienia hydraulicznego, w cylinder wsunięty jest cylinder wewnętrzny, w którym umieszczone jest tłoczysko z tłokiem, cylinder wewnętrzny w przekroju poprzecznym ma kształt pierścienia, przy czym obrys zewnętrzny pierścienia ma kształt elipsy, a obrys wewnętrzny pierścienia ma kształt okręgu, przy czym oś wielka elipsy jest krótsza od średnicy wewnętrznej cylindra, cylinder wewnętrzny zakończony jest z obu stron kołnierzami o średnicy zasadniczo równej średnicy wewnętrznej cylindra, a przestrzeń pomiędzy cylindrem i cylindrem wewnętrznym wypełniona jest cieczą hydrauliczną, tłoczysko posiada elementy dystansowe, o długości równej co najmniej dwukrotnej grubości kołnierza cylindra wewnętrznego.The essence of the invention is a pneumatic actuator having a cylinder with two end covers, the front cover of which has an axial opening for the piston rod moving between them, characterized by the fact that the cylinder is equipped with an opening to which the generator of variable hydraulic pressure is connected, with a cylinder the inner cylinder is inserted into which the piston rod is placed, the inner cylinder has the shape of a ring in cross-section, the outer contour of the ring has the shape of an ellipse, and the inner contour of the ring has the shape of a circle, and the major axis of the ellipse is shorter than the inner diameter of the cylinder , the inner cylinder ends on both sides with flanges with a diameter substantially equal to the inner diameter of the cylinder, and the space between the cylinder and the inner cylinder is filled with hydraulic fluid, the piston rod has spacers, the length of which is at least twice the thickness of the flange cy the inner cylinder.

Korzystnie pokrywa tylna oraz pokrywa przednia osadzone są w cylindrze wewnętrznym.Preferably, the rear cover and the front cover are seated in the inner cylinder.

Specjalny eliptyczny kształt cylindra wewnętrznego sprawia, że grubość jego ścianki jest nierównomierna na całym obwodzie, dzięki temu uzyskuje się zmienną sztywność ścianki cylindra wewnętrznego. Pozwala to na jego odkształcanie pod wpływem wzrostu ciśnienia cieczy hydraulicznej. Ciecz hydrauliczna doprowadzana jest do siłownika otworem znajdującym się w cylindrze zewnętrznym. Wytwornica zmiennego ciśnienia hydraulicznego zapewnia właściwe ciśnienie cieczy hydraulicznej oraz realizuje jego pulsację niezbędną do uzyskania efektu drgania cylindra wewnętrznego.The special elliptical shape of the inner cylinder causes the wall thickness to be uneven around its entire circumference, thus achieving variable stiffness of the inner cylinder wall. This allows for its deformation under the influence of the increase in pressure of the hydraulic fluid. The hydraulic fluid is fed to the actuator through an opening in the outer cylinder. The generator of variable hydraulic pressure ensures the proper pressure of the hydraulic fluid and realizes its pulsation necessary to obtain the vibration effect of the inner cylinder.

Rozwiązanie według wynalazku sprawia, że pulsację ciśnienia cieczy hydraulicznej znajdującej się w przestrzeni pomiędzy cylindrami powodują odpowiadające im odkształcenia cylindra wewnętrznego dzięki czemu uzyskiwany jest wzajemny ruch pomiędzy powierzchnią ślizgową oraz uszczelnieniem tłoka redukujący zjawisko przywierania uszczelnień do powierzchni ślizgowych. Uruchomienie pulsacji ciśnienia cieczy hydraulicznej przed rozpoczęciem właściwego ruchu roboczego siłownika pneumatycznego pozwala na jego płynny start ze zminimalizowaniem skokowych przemieszczeń tłoka w początkowym okresie pracy siłownika.The solution according to the invention causes that the pressure pulsation of the hydraulic fluid located in the space between the cylinders causes corresponding deformations of the inner cylinder, thanks to which mutual movement is obtained between the sliding surface and the piston seal, reducing the adhesion of the seals to the sliding surfaces. Starting the pressure pulsation of the hydraulic fluid before the beginning of the actual working movement of the pneumatic actuator allows for its smooth start with minimization of the stroke displacement of the piston in the initial period of the actuator's operation.

Claims

The solution according to the invention allows for high precision in controlling the pneumatic actuator, especially in the field of small displacements and low speeds of the piston movement. It is particularly useful in drives of gripper components 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. The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows a longitudinal section of the mechanism, fig. 2 a cross-section of the mechanism along the line A-A. The pneumatic cylinder consists of a cylinder 1 and an internal cylinder 2 inserted into it, in which the rear cover 3 and the front cover 4 are mounted, which are detachably connected to the cylinder 1 by means of screws 5. The front cover 4 is provided with an axially located hole and a socket with a seat in it. them slidably by a piston rod 6, the end of which is placed in the inner cylinder 2 and is connected to the piston 7 by means of a nut 8 screwed onto the end of the piston rod. The cylinder 1 is provided with an opening 9 to which a generator of variable hydraulic pressure is connected. The inner cylinder 2 has the shape of a ring in a cross-section along the line A-A, the outer contour of the ring has the shape of an ellipse, and the inner contour of the ring is circular, and the major axis of the ellipse is shorter than the inner diameter of the cylinder 1. The inner cylinder 2 ends on both sides with flanges with a diameter substantially equal to the internal diameter of cylinder 1, provided with sealing elements 11. The space between cylinder 1 and internal cylinder 2 is filled with hydraulic fluid 12. The piston rod 6 has spacers 13, 14, with a length of at least twice the thickness of the cylinder flange the inner 2, and the piston 7 is provided with elastic seals 15. The front cover 4 is provided with, placed in the seat, a guide element 16, a scraper ring 17 and a sealing ring 18 in which the piston rod 6 is guided. shape in ex cross-section, making its wall thickness uneven around its entire circumference, allows its deformation under the influence of the increase in pressure of the hydraulic fluid 12 located in the space between the cylinder 1 and the inner cylinder 2. A variable hydraulic pressure generator 10 connected to the cylinder 1 through the hole 9 provides proper pressure of the hydraulic fluid 12 and implements its pulsation necessary to obtain the vibration effect of the inner cylinder 2 by its cyclical deformation. Pulsation of the pressure of the hydraulic fluid 12 in the space between cylinders 1 and 2 is caused by corresponding deformations of the inner cylinder 2, thanks to which a mutual movement is obtained between the sliding surface of the inner cylinder 2 and the sealing 15 of the piston 7, reducing the adhesion of the seals to the sliding surfaces. Patent claims

1. Pneumatic cylinder having a cylinder with two end covers, the front cover of which has an axial opening for a piston rod with a piston moving between them, characterized in that the cylinder (1) is provided with an opening (9) to which the variable pressure generator is connected hydraulic (10), the inner cylinder (2) is inserted into the cylinder (1), in which the piston rod (6) with the piston (7) is placed, the inner cylinder (2) has the shape of a ring in its cross-section, and the outer contour of the ring has the shape of an ellipse, and the inner contour of the ring has the shape of a circle, the major axis of the ellipse being shorter than the inner diameter of the cylinder (1), the inner cylinder (2) ends on both sides with flanges with a diameter substantially equal to the inner diameter of the cylinder (1), and the space between the cylinder (1) and the inner cylinder (2) is filled with a hydraulic fluid (12), the piston rod (6) has spacers (13), (14) of a length equal to c at least twice the flange thickness of the inner cylinder (2).

2. Actuator according to claim 3. The device of claim 1, characterized in that the rear cover (3) and the front cover (4) are seated in the inner cylinder (2).