RU2699847C2

RU2699847C2 - Closed power supply system of pneumatic drive

Info

Publication number: RU2699847C2
Application number: RU2017146482A
Authority: RU
Inventors: Валерий Тимофеевич Шароватов; Азамат Казбекович Арбиев
Original assignee: Валерий Тимофеевич Шароватов
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-09-11
Also published as: RU2017146482A3; RU2017146482A

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: system is intended for closed pneumatic drives of various mechanisms. System consists of a compressor, the input of which is connected to the output of the low pressure receiver, and the output is connected to the high pressure receiver; pneumatic distributors, which provide connection of the cavities of the power part of the pneumatic actuator executive motor along the discharge line with high pressure receiver output and via discharge line to input of low pressure receiver, wherein power part of actuating motor of pneumatic actuator is tight; pneumatic valves are arranged in sealed container connected to low pressure receiver by pipeline.EFFECT: technical result is complete sealing of pneumatic drive.4 cl, 1 dwg

Description

Заявленное техническое решение относится к области машиностроения, а именно, к пневматическим приводам (ПП).The claimed technical solution relates to the field of engineering, namely, pneumatic drives (PP).

Как известно, в ПП на традиционных пневмоцилиндрах (ПЦ) в качестве рабочего тела используют воздух из окружающей атмосферы, и система питания ПП работает по принципу: воздух из атмосферы компрессором нагнетается в ресивер высокого давления (ВД), откуда по линии нагнетания через пневмораспределители (ПР) он поступает в силовую часть (СЧ) исполнительного двигателя (ИД), из которой отработанный воздух через ПР по линии сброса уходит в атмосферу. Такую систему питания принято считать разомкнутой по расходу рабочего тела.As you know, in traditional industrial pneumatic cylinders (PCs), air from the surrounding atmosphere is used as a working medium, and the PP power supply system works according to the principle: air from the atmosphere is pumped by the compressor into a high-pressure receiver (HP), from where it is pumped through pneumatic distributors (PR) ) it enters the power part (MF) of the executive engine (ID), from which the exhaust air through the PR through the discharge line goes into the atmosphere. Such a power system is considered to be open at the expense of the working fluid.

Использование атмосферного воздуха в ПП является их важным достоинством, однако, по этой же причине возникают серьезные ограничения на область их применения (например, в вакууме, во влажной или загрязненной среде ПП на традиционных ПЦ непосредственно применить нельзя). Это является существенным недостатком ПП на традиционных ПЦ. Для ПП на нетрадиционных ПЦ, где в качестве СЧ применяются силовые бесштоковые пневмоцилиндры (СБПЦ), выполненные на основе герметичных конструкций, не обладающих объемными потерями (в настоящее время к таким конструкциям относятся силовые оболочковые элементы (СОЭ) и плоские упругие трубчатые элементы (ПУТЭ) типа трубки Бурдона), путем применения ряда простых технических приемов, связанных с улавливанием объемных потерь от других пневмоэлементов ПП, а также объемных потерь, возникающих при появлении аварийной ситуации при работе ПП, можно создать полностью замкнутую по расходу рабочего тела систему питания, которая как сохраняет достоинства ПП, обусловленные применением воздуха в качестве рабочего тела, так и исключает ряд недостатков ПП, связанных с его использованием. Предлагаемое изобретение направлено на получение технического решения по устранению упомянутого противоречия.The use of atmospheric air in PPs is their important advantage, however, for the same reason, serious restrictions arise on the area of their application (for example, in vacuum, in a humid or polluted environment, PPs cannot be directly applied to traditional PCs). This is a significant disadvantage of software on traditional PCs. For PPs at non-traditional PCs, where powerless rodless pneumatic cylinders (SBPCs) are used as MFs, made on the basis of sealed structures that do not have volumetric losses (currently such structures include power shell elements (ESR) and flat elastic tubular elements (PUTE) type of Bourdon tube), by applying a number of simple techniques related to the capture of volumetric losses from other pneumatic components of the PP, as well as the volume losses that occur when an emergency occurs during the operation of the PP, we can but to create a food system that is completely closed by the consumption of the working fluid, which both preserves the advantages of PP due to the use of air as a working fluid, and eliminates a number of disadvantages of PP associated with its use. The present invention is aimed at obtaining a technical solution to eliminate the contradiction.

Наиболее близкой по своему функциональному построению к предлагаемой в настоящей заявке замкнутой системе питания ПП является система питания традиционного ПП, запатентованная Рагиновым Н.М. и Калугиным И.Б. (Патент РФ №2056551 «Замкнутая пневмосистема», опубликован 27.08.1995 г.). Согласно формуле изобретения в данном патенте предложен ПП с замкнутой системой питания, содержащий компрессор, линия нагнетания которой через ресивер ВД подключена к ПР, связывающим исполнительный механизм (ИМ) с линией нагнетания и линией сброса, связанной с ресивером НД, снабженный компенсационным каналом с последовательно установленным в нем фильтром пылеотделителем и обратным клапаном, с линией всасывания компрессора, второй обратный клапан и предохранительный клапан, отличающаяся тем, что она снабжена фильтром маслоотделителем, установленным в линии всасывания компрессора, ресивер НД снабжен выпускным патрубком с предохранительным клапаном, при этом второй обратный клапан установлен в линии сброса.The closest in its functional construction to the closed-loop PP power supply system proposed in this application is the power supply system of traditional PP, patented by N. M. Raginov and Kalugin I.B. (RF patent No. 2056551 "Closed pneumatic system", published on 08.27.1995). According to the claims, this patent proposes a PP with a closed power system, comprising a compressor, the discharge line of which through the VD receiver is connected to the PR, connecting the actuator (MI) with the discharge line and a discharge line connected to the ND receiver, equipped with a compensation channel with a series installed it contains a dust separator filter and a check valve, with a compressor suction line, a second check valve and a safety valve, characterized in that it is equipped with an oil separator filter, installed in the compressor suction line, the LP receiver is equipped with an exhaust pipe with a safety valve, while the second non-return valve is installed in the discharge line.

Основным недостатком системы питания этого ПП является то, что не весь объем воздуха сохраняется внутри системы питания, так как объемные потери от ИМ ввиду его негерметичности уходят в атмосферу, объемные потери от ПР и возможных аварийных ситуаций также уходят в атмосферу. В итоге, эти потери требуется компенсировать, забирая утраченный объем воздуха из атмосферы через выпускной патрубок ресивера НД на каждом цикле работы ИМ, т.е., по сути, упомянутая выше замкнутая система питания является частично замкнутой.The main disadvantage of the power supply system of this PP is that not all of the air is stored inside the power supply system, since the volume losses from the MI, due to its leakage, go into the atmosphere, the volume losses from the PR and possible emergency situations also go into the atmosphere. As a result, these losses must be compensated by taking the lost volume of air from the atmosphere through the exhaust pipe of the LP receiver at each MI operation cycle, i.e., in fact, the aforementioned closed power system is partially closed.

Имея в виду пример использования такого пневмоэлемента как клапан быстрого выхлопа (КБВ) для быстрого сброса воздуха при появлении аварийных ситуаций при внезапном увеличении давления в полостях ВД СЧ ИД ввиду действия внешних сил (см. Шароватов. В.Т., Ласточкин А.А., Яковенко Н.Г., Чернусь П.П. «Противотаранное устройство запрещения проезда с накладкой». Патент на изобретение №2538738, опуб. в Бюл. №1 от 10.01.2015 г.), для решения задачи по устранению ранее изложенных противоречий, присущих ПП на традиционных ПЦ, в замкнутую пневмосистему, включающую компрессор, линию нагнетания, связанную через ПР с СЧ ИД, и линию сброса, связанную через ресивер НД со входом компрессора, имеющую вспомогательные элементы, внесены следующие изменения и новые элементы: на выходе ресивера ВД установлен регулятор давления (РД); СЧ ИД представлена СБПЦ различного типа; ПР размещены в герметичной емкости, связанной трубопроводом с ресивером НД; для защиты ПП в аварийных ситуациях и улавливания аварийных потерь в ПП применен КБВ; фильтры масло и пылеотделения, выпускной патрубок из системы питания ПП исключены.Bearing in mind the example of the use of such a pneumatic element as a quick exhaust valve (KBV) for the rapid release of air in the event of an emergency when the pressure in the cavities of the VD MF ID suddenly increases due to external forces (see Sharovatov. V.T., Lastochkin A.A. , Yakovenko N.G., Chernus P.P. “Anti-ram device of prohibition of travel with cover plate.” Patent for invention No. 2538738, published in Bul. No. 1 of 01/10/2015), to solve the problem of eliminating the previously stated contradictions inherent in PP on traditional PCs, in a closed pneumatic system, including the compressor, the discharge line connected through the PR to the MF ID, and the discharge line connected through the LP receiver to the compressor input, which has auxiliary elements, the following changes and new elements have been made: the pressure regulator (RD) is installed at the output of the VD receiver; MF ID is represented by SBPC of various types; PR placed in a sealed container connected by a pipeline with the receiver ND; To protect the PC in emergency situations and to capture emergency losses in the PCB, KBV was used; filters oil and dust separation, the exhaust pipe from the power supply system PP excluded.

Упомянутые изменения и новые элементы обеспечивают ПП на СБПЦ полную герметичность, улавливание и направление объемных потерь от ПР и аварийных потерь воздуха в ресивер НД, что делает излишним забор воздуха из атмосферы и сброс отработанного воздуха в атмосферу, но сохраняют за ним, как самым дешевым рабочим телом, приоритет в его применении в системах питания ПП.The mentioned changes and new elements ensure that the PP at the SBPTs is completely tight, traps and directs volume losses from the PR and emergency air losses to the LP receiver, which makes it unnecessary to take air from the atmosphere and discharge the exhaust air into the atmosphere, but retain it as the cheapest worker by the body, priority in its application in PP power systems.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение области применения ПП на СБПЦ с замкнутой системой питания, повышение его надежности, снижение стоимости и массогабаритных показателей, уменьшение критичности показателей качества ПП к климатическим условиям эксплуатации, увеличение времени необслуживаемости, снижение уровня шума и энергопотребления.The technical result of the invention is to expand the scope of application of PCBs with closed-circuit power supply system, increase its reliability, reduce cost and weight and size indicators, reduce the criticality of PP quality indicators to climatic conditions of operation, increase maintenance time, reduce noise and power consumption.

Описание замкнутой системы питания ПП на СБПЦ проведем на примере ПП на СБПЦ двустороннего действия на СОЭ тянущего типа с использованием КБВ, как наиболее сложной пневмоконструкции, что позволяет не рассматривать ПП на СБПЦ двустроннего действия на СОЭ толкающего типа ввиду идентичности принципов их работы и простые варианты ПП на СБПЦ одностороннего действия на СОЭ обоих типов.We will describe the closed-loop power supply system of the PP at the SBPTs using the example of a double-acting SBPT on the ESR of the pulling type using KBV as the most complex pneumatic construction, which allows us not to consider the PS at the double-sided SBPTs on the ESR of the pushing type due to the identity of the principles of their operation and simple PP on SBPTs of unilateral action on ESR of both types.

Появление внешних сил, непосредственно действующих на оболочку СОЭ, что ведет к увеличению давления воздуха в СОЭ до аварийных значений, связано с их назначением: СОЭ тянущего типа чаще всего применяются для перемещения ОУ с небольшой массой, а внешние силы, действующие на оболочку СОЭ, возникают при выходе ОУ на участок «перебега» траектории его движения, когда тянущее усилие на ОУ со стороны СОЭ уже снято; СОЭ толкающего типа чаще используются для перемещения и удержания многомассового ОУ. Внешней силой для этого случая является внезапный рост массы нагрузки (см. Патент на изобретение, указанный на стр. 3 данного текста).The appearance of external forces acting directly on the ESR shell, which leads to an increase in air pressure in the ESR to emergency values, is related to their purpose: pulling ESRs are most often used to move OS with a small mass, and external forces acting on the ESR shell arise when the OS reaches the “overrun” section of the trajectory of its movement, when the pulling force on the OS is already removed from the ESR; Push-type ESRs are more often used to move and hold a multi-mass op-amp. The external force for this case is a sudden increase in the load mass (see Patent for the invention indicated on page 3 of this text).

Другой пример: аварийный сброс воздуха из полостей СБПЦ, выполненных на СОЭ толкающего типа, которые применяются в пневмосистемах подрессоривания кузовов автотранспортных средств, при попадании их колес в случайную выбоину на трассе.Another example: emergency air discharge from SBPT cavities made on a push-type ESR, which are used in pneumatic systems for suspension of vehicle bodies when their wheels hit a random bump on the track.

ПП на СБПЦ двустороннего действия на СОЭ (см.Фиг. «Замкнутая система питания пневмопривода») содержит: компрессор 1, нагнетающий воздух в ресивер ВД 2, на выходе которого установлен РД 3, из ресивера НД 7, связанного с линией сброса. Линия нагнетания и сброса соединены с соответствующими входами ПР 4. Связь между полостями СБПЦ 5 и этими линиями происходит через ПР 4 и КБВ, если конструкция ПП с СБПЦ на СОЭ предполагает появление аварийных значений давлений в полостях СБПЦ ввиду внезапного действия внешних сил непосредственно на оболочку СОЭ.The software for double-sided SBPTs on ESR (see Fig. "Closed pneumatic drive power supply system") contains: a compressor 1 that pumps air into the VD 2 receiver, at the output of which RD 3 is installed, from the ND 7 receiver connected to the discharge line. The discharge and discharge line are connected to the corresponding inputs of PR 4. The connection between the cavities of SBPTs 5 and these lines occurs through PR 4 and KBV, if the design of the PP with SBPTs on ESR implies the appearance of emergency pressure values in the cavities of SBPTs due to the sudden action of external forces directly on the ESR shell .

Если СБПЦ 5 выполнены на ПУТЭ, то из-за специфики его конструкции аварийная трансформация корпуса ПУТЭ внешними силами недопустима, поэтому в этом случае нагнетание и сброс отработанного воздуха из полостей ПУТЭ осуществляется через ПР 4, т.е. без КБВ.If SBPTs 5 are carried out at a PUTE, then, due to the specifics of its design, emergency transformation of the PUTE housing by external forces is unacceptable, therefore, in this case, the discharge and discharge of exhaust air from the PUTE cavities is carried out through PR 4, i.e. without KBV.

Перед работой ПП на СБПЦ двустороннего действия ОУ 6 необходимо установить в нейтральное положение. Для этого в обе полости СБПЦ 5 одновременно следует подать из ресивера ВД 2 воздух под давлением 0,5Рзад., где Рзад. является заданной величиной рабочего давления, устанавливаемого на РД 3. После выполнения этой процедуры золотники ПР 4 запирают воздух в полостях СБПЦ 5, и ПП готов к работе. Для ПП на СБПЦ одностороннего действия такая операция не нужна: ПП готов к работать сразу после включения компрессора.Before the operation of the PCB on the double-acting SBPTs, the OS 6 must be set to neutral. For this, in both cavities of SBPTs 5 simultaneously, air should be supplied from the VD 2 receiver at a pressure of 0.5 Rzad., Where Rzad. is the set value of the working pressure set on taxiway 3. After performing this procedure, the spools of PR 4 lock the air in the cavities of SBPTs 5, and the PP is ready for operation. Such an operation is not necessary for a control panel on a single-acting SBPC: the control panel is ready to work immediately after turning on the compressor.

Пневмораспределители ПР 4 размещены в герметичной емкости 8, соединенной трубопроводом с ресивером НД 7. Объем ресиверов ВД 2 и НД 7 рассчитывается в соответствии с законом Менделеева-Клапейрона. Перед началом эксплуатации система питания ПП на СБПЦ вакуумируется от попавшего в ПП при его сборке воздуха до предельно малых значений давления, после чего ресивер НД 7 заполняется очищенным и высушенным воздухом до давления 0,1 МПа.Directional valves PR 4 are located in a sealed container 8, connected by a pipeline to the receiver ND 7. The volume of the receivers VD 2 and ND 7 is calculated in accordance with the law of Mendeleev-Clapeyron. Before starting operation, the PP power supply system at the SBPTs is evacuated from the air entering the PP during its assembly to extremely low pressure values, after which the ND 7 receiver is filled with cleaned and dried air to a pressure of 0.1 MPa.

Заявленная замкнутая система питания ПП с СБПЦ в стационарном режиме (этап вывода ОУ 6 в нейтральное положение рассмотрен ранее) функционирует следующим образом (см. Фиг.). При подаче электротропитания на компрессор 1 он нагнетает воздух из ресивера НД 7 в ресивер ВД 2 до уровня заданного давления, определяемого РД 3. По сигналу с пульта управления на обмотку одной из катушек электромагнитов управления золотник соответствующего ПР 4 сдвигается, и одна из полостей СБПЦ 5 через КБВ соединяется с линией нагнетания, а другая с линией сброса. Это происходит следующим образом: сжатый воздух перебрасывает запорный элемент (мембрану) внутри КБВ со входа канала нагнетания 1 на вход канала сброса 3 КБВ, запирая его, в результате сжатый воздух через канал 2 КБВ следует в полость СБПЦ 5.Другая полость СБПЦ 5 остается соединенной через КБВ с линией сброса. В итоге, давление в одной из полостей СБПЦ 5 возрастает, усилие и перемещение выходной координаты этой полости увеличиваются, а в другой полости СБПЦ 5 давление и приращение координаты уменьшаются. Так как СБПЦ 5 это ПЦ двустороннего действия, состоящий из двух СОЭ, усилия и перемещения которых направлены встречно, то СБПЦ 5 передает результирующее усилие на ОУ 6, передвигая его.The claimed closed-loop power supply system for PPs with SBPTs in a stationary mode (the stage of putting OS 6 into a neutral position was considered earlier) operates as follows (see. Fig.). When electric power is supplied to compressor 1, it pumps air from the ND 7 receiver to the VD 2 receiver to the level of the set pressure determined by the RD 3. At the signal from the control panel, the spool of the corresponding PR 4 is shifted to the winding of one of the control electromagnet coils, and one of the cavities of the SBPTs 5 through the KBV it is connected to the discharge line, and the other to the discharge line. This happens as follows: compressed air transfers a shut-off element (membrane) inside the KBV from the input of discharge channel 1 to the input of the discharge channel 3 of the KBV, locking it, as a result, the compressed air through the channel 2 of the KBV flows into the cavity of the SBPTs 5. The other cavity of the SBPTs 5 remains connected through the KBM with a reset line. As a result, the pressure in one of the cavities of SBPC 5 increases, the force and displacement of the output coordinate of this cavity increase, and in the other cavity of SBPC 5, the pressure and increment of the coordinate decrease. Since SBPC 5 is a double-sided processing center consisting of two ESR, the forces and movements of which are directed counterclockwise, SBPC 5 transfers the resulting force to OS 6, moving it.

Сброс воздуха из полостей СБПЦ 5 происходит при переключении ПР 4 с линии нагнетания на линию сброса. При этом происходит сброс давления на входе канала нагнетания 1 КБВ, что приводит к перебросу мембраны в корпусе КБВ со входа канала выхлопа 3, ранее запертого ею, на вход канала нагнетания 1, закрывая его. Таким образом, отработанный воздух из полости ВД СБПЦ 5 по каналу 2 КБВ, связанному трубопроводом со штуцерами полостей СБПЦ 5 устремляется через открытый канал выхлопа 3 КБВ в линию сброса.The discharge of air from the cavities SBPTs 5 occurs when switching PR 4 from the discharge line to the discharge line. When this occurs, the pressure is released at the inlet of the discharge channel 1 KBV, which leads to the transfer of the membrane in the housing of the KBV from the input of the exhaust channel 3, previously locked by it, to the input of the discharge channel 1, closing it. Thus, the exhaust air from the VD SBPTs 5 cavity through channel 2 of the KBV connected by a pipeline to the fittings of the cavities of SBPTs 5 rushes through the open exhaust channel 3 of the KBV to the discharge line.

Работа КБВ в аварийном режиме аналогична его работе в штатном режиме сброса отработанного воздуха из полостей ВД СБПЦ 5.The operation of the KBV in emergency mode is similar to its operation in the normal mode of discharge of exhaust air from the cavities of the VD SBPTs 5.

Пневмоприводы на СБПЦ с такой системой питания могут применяться в качестве: ПП железнодорожных и шахтных стрелочных переводов, в устройствах запрещения проезда, в вибраторах вибростендов, в системах управления рулями подвижных подводных объектов, в системах управления антропоморфных роботов, в ПП малых перемещений в микроэлектронном приборостроении, в системах стабилизации кузовов автотранспортных средсв, в ПП схватов манипуляторов, в астрономии, медицине, фармакологии и т.д..Pneumatic actuators at SBPTs with such a power supply system can be used as: railway and mine turnout switches, in devices of prohibition of passage, in vibrators of vibration stands, in control systems of rudders of moving underwater objects, in control systems of anthropomorphic robots, in small-scale control devices in microelectronic instrument making, in stabilization systems for bodies of motor vehicles, in software for gripping manipulators, in astronomy, medicine, pharmacology, etc.

Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым приведенными выше действиями по применению соответствующих пневмоэлементов, организации их взаимодействия, является получение полностью герметичного ПП, что позволяет создать замкнутую по расходу рабочего тела систему питания ПП, значительно расширив область их применения, а также: повысить надежность, снизить массогабаритные показатели и стоимость, уменьшить критичность показателей качества к климатическим условиям эксплуатации, увеличить время необслуживаемости, снизить уровень шума и энергопотребления.Thus, the technical result provided by the above actions on the use of the corresponding pneumatic elements, the organization of their interaction, is to obtain a completely sealed PP, which allows you to create a PP-closed power supply system for the PP, significantly expanding their scope, as well as: increase reliability, reduce weight and size indicators and cost, reduce the criticality of quality indicators to climatic conditions of operation, increase the time of maintenance, reduce ur Wen noise and power consumption.

Claims

1. A closed pneumatic drive power system, consisting of a compressor, the input of which is connected to the output of the low pressure receiver, and the output - to the high pressure receiver; pneumatic distributors providing the connection of the cavities of the power part of the pneumatic actuator executive motor through the discharge line with the output of the high pressure receiver and the discharge line with the input of the low pressure receiver, characterized in that the power part of the pneumatic actuator is airtight; pneumatic valves are placed in a sealed container connected by a pipeline to a low-pressure receiver.

2. A closed pneumatic drive power supply system according to claim 1, characterized in that the connection between the output of the high-pressure receiver and the discharge line is carried out through the pressure regulator.

3. A closed pneumatic actuator power supply system according to claim 2, characterized in that the power part of the pneumatic actuator executive motor, represented by a sealed power rodless pneumatic cylinder made on power shell elements, is connected to the discharge and discharge lines through pneumatic distributors and quick exhaust valves.

4. The closed pneumatic drive power supply system according to claim 2, characterized in that the power part of the pneumatic actuator executive motor, represented by a sealed power rodless pneumatic cylinder made on flat elastic tubular elements, is connected to the discharge and discharge lines through the pneumatic valves.