RU2689662C1 - Позиционный пневматический привод - Google Patents
Позиционный пневматический привод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2689662C1 RU2689662C1 RU2018141990A RU2018141990A RU2689662C1 RU 2689662 C1 RU2689662 C1 RU 2689662C1 RU 2018141990 A RU2018141990 A RU 2018141990A RU 2018141990 A RU2018141990 A RU 2018141990A RU 2689662 C1 RU2689662 C1 RU 2689662C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pneumatic
- drive
- pressure
- motor
- air motor
- Prior art date
Links
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
- F15B21/02—Servomotor systems with programme control derived from a store or timing device; Control devices therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
- F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
- F15B11/04—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed
- F15B11/046—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed depending on the position of the working member
- F15B11/048—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed depending on the position of the working member with deceleration control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
- F15B11/06—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor involving features specific to the use of a compressible medium, e.g. air, steam
- F15B11/068—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor involving features specific to the use of a compressible medium, e.g. air, steam with valves for gradually putting pneumatic systems under pressure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
- Actuator (AREA)
Abstract
Привод предназначен для многокоординатных перемещений исполнительных механизмов машин. Привод включает пневматический двигатель, пневмораспределители и адаптивную систему управления, образуемую инверсным пневмомеханическим тормозным устройством, многофункциональным пневматическим датчиком с программируемым логическим контроллером. Технический результат заключается в повышении быстродействия и точности позиционирования привода и надежной фиксации исполнительного механизма после остановки. 6 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения. Реализуется позиционным пневмоприводом и может быть использовано для многокоординатных перемещений исполнительных механизмов машин.
Наиболее близкий аналог - позиционный пневматический привод, (см. патент RU № 2450174 C2, F15B11/12, F15B11/076, опубл. 10.05.2012), включающее двигатель с исполнительным механизмом, регулятор потока, шарико-винтовую передачу, взаимодействующую по типу обратной связи с вращающимся распределителем, отличающийся тем, что в приводе применены пневматический двигатель с пневмораспределителем и жестко связанный с ним гидравлический тормоз, управляемый гидросистемой, оснащенной гидрораспределителем, гидроаккумулятором и регулятором потока, установленным на слив, а вращающийся распределитель снабжен пневмораспределителем.
Однако привод имеет следующие недостатки:
1) Ограничение максимальной скорости привода суммарными силами сопротивления движению гидроцилиндра до 0.5 м/с.
2) Использование гидравлической подсистемы влечет за собой загрязнение рабочей зоны вблизи оборудования и снижение экологичности привода.
3) Управление торможением с помощью регулирования параметров рабочей жидкости, что ограничивает качество управления позиционированием, точность которого во многом определяется объемными потерями в уплотнениях гидроцилиндра и сжимаемостью жидкости при динамических режимах работы.
Задача изобретения – повышение быстродействия и точности позиционирования привода и надежная фиксация исполнительного механизма после остановки.
Сущность изобретения заключается в том, что позиционный пневматический привод, включающий пневматический двигатель и пневмораспределители при этом включает адаптивную систему управления, образуемую инверсным пневмомеханическим тормозным устройством, многофункциональным пневматическим датчиком с программируемым логическим контроллером.
Технический результат:
Интеллектуальная система управления позволяет адаптировать привод к изменению скорости поршня и нагрузки на шток силового цилиндра, на ходу меняя координату переключения управления на остановку, что сокращает область рассеивания выбега и повышает точность в 1,17 раз.
Повышено быстродействие привода в 1,22 раза за счет отсутствия гидравлической подсистемы, что позволяет более быстрый разгон и большую скорость перемещения поршня, а высокая интенсивность торможения с помощью инверсного пневмомеханического тормоза способствует меньшему времени торможения. Интенсивность торможения обеспечивается пружинным замыканием, что является наиболее быстрым способом остановки.
Тормозные цилиндры с пружиной в бесштоковой полости позволяют фиксировать шток силового цилиндра, не допуская опускание груза под собственным весом или осевые колебания штока при внешних воздействиях.
Объединение силового и информационного сигнала обеспечивает наименьшее время от подачи команды на остановку до начала торможения привода.
Привод, в отличии от аналога, имеет обратную связь по перемещению, нагрузке, скорости, ускорению, что позволяет наделить систему способностью диагностики.
Технический результат достигается:
• Наделением привода свойством адаптации к изменяющимся нагрузкам
• Установкой внешнего тормозного устройства – инверсного пневмомеханического тормоза.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на
фиг. 1 - Принципиальная схема позиционного пневматического привода;
фиг. 2 - Сборочный чертеж многофункционального пневматического датчика (МПД 9);
фиг.3 - Вид спереди многофункционального пневматического датчика 9; фиг. 4 – Разрез 4-4 многофункционального пневматического датчика 9;
фиг. 5 – Разрез 3-3 многофункционального пневматического датчика 9;
фиг. 6 – Осциллограмма изменения давления на выходе датчика 23.
Позиционный пневматический привод состоит из распределителя разжима тормоза 1; пневматического двигателя 2; штоковой полости 3 пневмодвигателя 2; штока 4 пневмодвигателя 2; инверсного пневмомеханического тормоза 5, установленного на двигатель 2; исполнительного механизма 6, соединенного с пневматическим двигателем 2; устройства ввода 7, задающего координату перемещения пневмодвигателя 2, на программируемый логический контроллер 8; управляющего приводом многофункционального пневматического датчика 9, полости которого соединены с полостями пневмодвигателя 2; пневматического распределителя тормозной системы 10, через который подходит воздух к инверсному пневмомеханическому тормозу 5; глушителя тормозных цилиндров 11, установленного на пневматическом распределителе тормозной системы 10; электромагнита управления подачей воздуха 12, распределителя 10; дросселя 13, с помощью которого происходит замедление хода пневмодвигателя 2; электромагнита переключения на режим замедления 14, установленного на распределителе перехода на режим замедления 15; который связан пневматической магистралью с пневмодвигателем 2; электромагнита подачи сигнала 16 на выдвижение штока 4 пневматического двигателя 2, который установлен на распределитель управления 17; электромагнита подачи сигнала 18 на втягивание штока 4; глушителей силового цилиндра 19 и 20, установленных на распределителе управления 17 пневмодвигателем 2; блока подготовки воздуха 21, который очищает воздух при подаче в систему; передней крышки 22, фиксируемой к корпусу 25 установленного на пневмодвигателе 2; и датчика давления 23, установленного на корпусе 25; шестерни 24, соединенной через шпонку 34 с внутренней втулкой 33; внешней втулки 26, установленной в корпус 25; напорной полости 27, связанной с поршневой полостью пневмодвигателя 2; полости 28, соединенной с датчиком давления 23; сливной полости 29, соединенной со штоковой полостью 3 пневматического двигателя 2; шагового двигателя 30, установленного на корпусе 25; вала шагового двигателя 31; задней крышки 32, объединяющей шаговый двигатель 30 и внешнюю втулку 26; внутренней втулки 33, соединенной с помощью шестерни 24 рейки с пневмодвигателем 2, шпонки 34, фиксирующей шестерню 24; фитинга напорной полости 35; фитинга сливной полости 36, через которые соединяется с помощью пневмолиний многофункционального пневматического датчика (МПД) 8 с двигателем 2.
Устройство работает следующим образом:
Через устройство ввода 7 на программируемый логический контроллер 8 задается координата перемещения привода в миллиметрах. Контроллер 8 переводит координату в число электрических импульсов и угол поворота внешней втулки 26.
Электрический импульс - это сигнал, определяемый программируемым логическим контроллером 8 при помощи датчика давления 23, появляющийся при резком изменении значения давления, которому способствует переменное соединение полости датчика давления 28 с напорной полостью 27 и со сливной полостью 29 пневматического двигателя 2. Угол поворота внешней втулки 26 –это значение, определяющее точную установку координаты перемещения привода.
После ввода координаты перемещения, внешняя втулка 26 поворачивается валом 31 шагового двигателя 30. Подается команда на включение электромагнита подачи сигнала на выдвижение штока пневматического двигателя 16, электромагнита переключения на режим замедления 14 и электромагнита управления тормозными цилиндрами 12.
Газ поступает от блока подготовки воздуха 21 через распределитель управления 17 в бесштоковую полость пневмодвигателя 2 и через распределитель 1 в штоковые полости цилиндров инверсного пневмомеханического тормоза 5. Тормоз постепенно разжимается. Привод начинает плавное движение. Воздух из штоковой полости 3 пневматического двигателя 2 через дроссель 13, распределитель перехода на режим замедления 15 и распределитель управления пневмодвигателем 17 поступает в атмосферу. Шток 4 пневмодвигателя 2 начинает выдвижение в режиме быстрого хода, вращая внутреннюю втулку 33, через шестерню 24 – рейку (рейка жестко привязана к штоку 4 пневмодвигателя 2). При смещении на угол поворота (до начала движения пневмодвигателя 2) внешней втулки 26 происходит совпадение отверстий внешней 26 и внутренней 33 втулок. Датчик давления 23 фиксирует быстрое повышение амплитуды давления и посылает сигнал на программируемый логический контроллер 8, который фиксирует этот скачек давления, сохраняя в памяти счетчика как первый импульс и записывая его значение. При повороте внутренней втулки 33 на 90̊, привод фиксирует второй импульс, записывая его порядковый номер и значение. Во время движения пневмодвигателя 2, программируемый логический контроллер 8 с помощью многофункционального пневматического датчика 9 считает количество импульсов, определяя координату перемещения. Вычисляет частоту импульсов, определяя скорость. Находит нагрузку на валу пневмодвигателя 2, фиксируя давления в полостях пневматического двигателя 2. При подходе к координате остановки снимается сигнал с электромагнита переключения на режим замедления 14. Газ из штоковой полости 3 пневматического двигателя 2 через дроссель 13 и распределитель управления 17 пневмодвигателем 2 соединяется с атмосферой. Привод переходит в режим замедления. На пониженной скорости происходит корректировка координаты совмещения отверстий внешней 26 и внутренней 33 втулок в зависимости от значения скорости движения поршня, нагрузке на штоке 4 и давлению в напорной полости пневмодвигателя 2. Корректировка на ходу угла «b» поворота внешней втулки 26 определяется по формуле (2), которая получается из уравнения баланса энергии (1).
Где,
m - масса тела, кг;
F1 – сила газа, действующая на поршень в напорной полости, Н;
F2 – сила газа, противодействующая поршню в выхлопной полости, Н;
Fтр – сила трения поршня, Н;
Fтор – сила торможения поршня, Н;
x – перемещение поршня, м;
v – cкорость поршня, м/с;
a – ускорение поршня, м/с2;
S1 – площадь поршня, м2;
S2 – площадь поршня минус площадь штока, м2;
S3 –площадь тормозного поршня, м2;
µ2 – коэффициент трения тормозных колодок о шток силового цилиндра;
p1 – давление в напорной полости цилиндра, Па;
р2 – давление в выхлопной полости цилиндра, Па;
g – ускорение свободного падения = 9.8 м/с2;
L – выбег поршня при торможении (тормозной путь), м;
b – угол поворота внешней втулки при корректировке на ходу с учетом выбега цилиндра,°;
d – диаметр внутренней втулки 31, м;
π – 3, 14
В итоге:
На «ползущей» скорости при подаче предпоследнего импульса перед конечным, снимается сигнал с электромагнита управления подачей воздуха 12. Время, за которое контроллер примет импульс, обработает его, отправит сигнал на переключение пневматического распределителя тормозной системы 10, отверстия многофункционального пневматического датчика 9 разойдутся и необходимое для торможения количество газа не поступит в бесштоковые полости инверсного пневмомеханического тормоза 5, до тех пор, пока не произойдет конечное совмещение отверстий втулок внешней 26 и внутренней 33. После соединения напорной полости пневматического двигателя 2 и бесштоковых полостей инверсного пневмомеханического тормоза 5, происходит сжатие штока 3 пневматического двигателя 2. Одновременно с этим при подаче конечного импульса снимается сигнал с электромагнита подачи сигнала 16 на выдвижение штока 4 пневматического двигателя 2. Тормозные цилиндры инверсного пневмомеханического тормоза 5 с помощью пружин фиксируют шток 4 пневматического двигателя 2. Привод останавливается в заданной координате. После выполнения рабочей операции, подается сигнал на электромагниты подачи сигнала 18, переключения на режим замедления 14 и управления подачей воздуха 12. Распределитель 1 переключается в первую позицию, подав воздух на разжатие инверсного пневмомеханического тормоза 5. Пневматический двигатель 2 совершает возврат в первоначальное положение. При обратном ходе поршня пневмодвигателя 2, шаговый двигатель повернет внешнюю втулку 26 обратно на такой же угол, на который элемент 26 повернулся в прямом направлении. Внешняя втулка 26 займет первоначальное положение, которое она занимала до начала цикла.
Описание работы системы распознавания импульсов
На Фиг. 6 изображен график, на котором показано изменение давления во времени, при движения штока 4 пневматического двигателя 2 и совмещения отверстий внешней 26 и внутренней 33 втулок. Участок А показывает неподвижное состояние поршня цилиндра пневматического двигателя -2 , В – повышение давления при соединении полостей напорной 27 и датчика давления 28, С – удержание давления на постоянном уровне при запирании полости 28 датчика давления, во время вращения внутренней втулки 33, D – участок понижения давления при совмещении полости датчика давления 28 и сливной полости 29, E – запирание полости и удержание давления. Таким образом программируемый логический контроллер 8 с помощью датчика давления 23 будет определять резкое изменение значение давления, как на участках В и D, и фиксировать импульс.
Claims (1)
- Пневматический позиционный привод, включающий пневматический двигатель и пневмораспределители, отличающийся тем, что включает адаптивную систему управления, образуемую инверсным пневмомеханическим тормозным устройством, многофункциональным пневматическим датчиком с программируемым логическим контроллером.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141990A RU2689662C1 (ru) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Позиционный пневматический привод |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141990A RU2689662C1 (ru) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Позиционный пневматический привод |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2689662C1 true RU2689662C1 (ru) | 2019-05-28 |
Family
ID=67037220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018141990A RU2689662C1 (ru) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | Позиционный пневматический привод |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2689662C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110107549A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-08-09 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 一种推力阀门的电液执行系统及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1508015A1 (ru) * | 1988-01-28 | 1989-09-15 | Владимирский политехнический институт | Позиционный пневматический привод |
| SU1536090A1 (ru) * | 1988-04-25 | 1990-01-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Позиционный пневматический привод |
| RU2041405C1 (ru) * | 1992-03-19 | 1995-08-09 | Угорова Светлана Вениаминовна | Пневматический позиционный привод |
| US7926409B2 (en) * | 2007-03-29 | 2011-04-19 | Festo Ag & Co. Kg | Valve cluster |
| US8266902B2 (en) * | 2007-08-16 | 2012-09-18 | Festo Ag & Co. Kg | Valve module |
-
2018
- 2018-11-29 RU RU2018141990A patent/RU2689662C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1508015A1 (ru) * | 1988-01-28 | 1989-09-15 | Владимирский политехнический институт | Позиционный пневматический привод |
| SU1536090A1 (ru) * | 1988-04-25 | 1990-01-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Позиционный пневматический привод |
| RU2041405C1 (ru) * | 1992-03-19 | 1995-08-09 | Угорова Светлана Вениаминовна | Пневматический позиционный привод |
| US7926409B2 (en) * | 2007-03-29 | 2011-04-19 | Festo Ag & Co. Kg | Valve cluster |
| US8266902B2 (en) * | 2007-08-16 | 2012-09-18 | Festo Ag & Co. Kg | Valve module |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110107549A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-08-09 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 一种推力阀门的电液执行系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR920007656B1 (ko) | 유체장치(Fluid Apparatus) | |
| AU2005276896B2 (en) | Hydraulic drive system and method of operating a hydraulic drive system | |
| EP2523064A2 (en) | Apparatus using electronically-controlled valves | |
| EP0556613A1 (en) | Rack and pinion pneumatic actuator with counter-pressure control and damping device | |
| CN103148047A (zh) | 一种内反馈数字伺服液压缸 | |
| JP4353335B2 (ja) | 複動形エアシリンダの位置決め制御機構 | |
| WO2010054155A3 (en) | System and method for pump-controlled cylinder cushioning | |
| ITTO980060A1 (it) | Perfezionamenti ai motori a combustione intenra con valvole ad azionam ento variabile. | |
| US4779513A (en) | Pneumatic cylinder with rod braking and decelerating mechanism | |
| RU2689662C1 (ru) | Позиционный пневматический привод | |
| EP2209970B1 (en) | Hydraulic valve operating system for operating a poppet valve of an internal combustion engine | |
| CN203784007U (zh) | 一种单出杆对称数字伺服液压缸 | |
| US20060254337A1 (en) | Device for controlling the drawing process in a transfer press | |
| CN1020786C (zh) | 具有液压放大作用的线性传动装置 | |
| JP6706025B2 (ja) | ウィング開閉装置 | |
| RU2007123571A (ru) | Устройство для цилиндра с осевым перемещением | |
| US10746107B2 (en) | Variable compression ratio reciprocating piston engine | |
| RU2330194C1 (ru) | Исполнительный механизм с индикацией окончания перемещения поршня | |
| CN108087351B (zh) | 电动液压的装置和液压轴 | |
| WO2021070828A1 (ja) | 液圧駆動装置 | |
| WO2008047396A3 (en) | Pneumatic actuator, in particular for valves | |
| CN104976188B (zh) | 致动器组件、工程机械及其臂架控制装置和方法 | |
| CN103742218B (zh) | 用于具有十字头的大型低速运行双冲程内燃发动机的排气阀装置 | |
| RU220091U1 (ru) | Электрогидравлический следящий линейный привод | |
| KR0133518Y1 (ko) | 정밀 위치제어용 공압실린더 |