SU1652679A1

SU1652679A1 - Multiposition air-fluid drive

Info

Publication number: SU1652679A1
Application number: SU884466563A
Authority: SU
Inventors: Михаил Никифорович Педченко; Сергей Васильевич Протасов
Original assignee: Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1988-06-27
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1991-05-30

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к средствам пневмо(гидро)автоматики и может быть использовано в промышленных роботах, позиционерах и других транспортирующих механизмах.The invention relates to mechanical engineering, in particular to means of pneumatic (hydro) automation and can be used in industrial robots, positioners and other transporting mechanisms.

Целью изобретения является повышение быстродействия, а также унификация управляющей части и уменьшение ее габаритов.The aim of the invention is to improve performance, as well as the unification of the control part and the reduction of its dimensions.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого привода.The drawing shows a schematic diagram of the proposed drive.

Многопозиционный пневмо(гидро)привод содержит цилиндр 1 двухстороннего действия с установленными в нем поршнем 2 и штоком 3 с образованием рабочих полостей 4 и 5, которые подключены через дифференциальный дроссель 6 и трехпозиционный четырехлинейных распределитель 7 к магистралям 8 и 9 слива и нагнетания. Кроме того, привод содержит систему управления, включающую задающее устройство 10, элемент 11 сравнения и устройство 12 обратной связи по положению штока 3, выполненное в виде блока 13 зубчатых колес 14 и 15. Длина делительной окружности колеса 14 больше длины делительной окружности зубчатого колеса 15 на величину, определяемую соотношениемThe multi-position pneumatic (hydro) drive contains a double-acting cylinder 1 with a piston 2 and a rod 3 installed in it with the formation of working cavities 4 and 5, which are connected through a differential throttle 6 and a three-position four-way distributor 7 to the drain and discharge lines 8 and 9. In addition, the drive includes a control system including a driver 10, a comparison element 11 and a feedback device 12 for the position of the rod 3, made in the form of a block 13 of gears 14 and 15. The length of the pitch circle of the wheel 14 is greater than the length of the pitch circle of the gear 15 by value determined by the ratio

AS = Si-S₂ =U · Si , где AS - длина делительной окружности зубчатых колес 14 и 15:AS = Si-S ₂ = U · Si, where AS is the pitch circumference of the gears 14 and 15:

S) - длина делительной окружности зубчатого колеса 14;S) is the length of the pitch circle of the gear 14;

S₂ - длина делительной окружности зуб чатого колеса 15;S ₂ - the length of the pitch circle of the tooth of the chat wheel 15;

U - передаточное число цепи обратной связи.U is the gear ratio of the feedback circuit.

Блок 13 зубчатых колес 14 и 15 подвижно расположен на оси 16, жестко связанной со штоком 3 тягой 17, при этом зубчатые колеса 14 и 15 взаимодействуют с соответствующими рейками 18 и 19, расположенными параллельно оси цилиндра 1, причем рейка 18 закреплена неподвижно, а рейка 19 - подвижно относительно цилиндра 1. Элемент 11 снабжен переключателями 20 и 21, подключенными к управляющим электромагнитам 22 и 23 распределителя 7. Задающее устройство 10 установлено с возможностью взаимодействия с поворотным рычагом 24, пружиной 25 и подвижной рейкой 19 через выходное звено 26. Дифференциальный дроссель 6 включает заслонку 27, жестко связанную с рычагом 24. расположенную между соплами 28 и 29, установленными в корпусе 30, взаимодействующем с центрирующими пружинами 31 и 32 и пе ремещающимися в направляющей 33. В нейтральной позиции распределитель 7 удерживается пружинами 34 и 35 и сообщает рабочие полости 4 и 5 и параллельно подключенные к ним сопла 28 и 29 магистралью 9 нагнетания через регулируемые дроссели 36 и 37.Block 13 of the gears 14 and 15 is movably located on the axis 16, rigidly connected to the rod 3 by the rod 17, while the gears 14 and 15 interact with the respective racks 18 and 19, parallel to the axis of the cylinder 1, and the rack 18 is fixed, and the rack 19 is movable relative to the cylinder 1. The element 11 is equipped with switches 20 and 21 connected to the control electromagnets 22 and 23 of the distributor 7. The master device 10 is installed with the possibility of interaction with the rotary lever 24, the spring 25 and the movable rail 19 through the output link 26. Differential throttle 6 includes a damper 27, rigidly connected to the lever 24. located between the nozzles 28 and 29 mounted in the housing 30, interacting with the centering springs 31 and 32 and moving in the guide 33. In the neutral position, the distributor 7 is held by the springs 34 and 35 and communicates the working cavities 4 and 5 and the nozzles 28 and 29 connected to them in parallel by the injection line 9 through adjustable chokes 36 and 37.

Рейка 19 подвижна вдоль оси 0 цилиндра на величину перемещения, определяемую соотношениемThe rail 19 is movable along the axis 0 of the cylinder by the amount of displacement defined by the relation

Soc =/Б_Ф · ^S2/· где Soc - величина перемещения подвижной рейки 19:Soc = / Б _Ф · ^S2 / · where Soc is the amount of displacement of the movable rail 19:

Sop - величина фактического перемещения штока 3 цилиндра 1;Sop is the actual displacement of the rod 3 of cylinder 1;

- длина делительной окружности зубчатого колеса 14;- the length of the pitch circle of the gear 14;

- длина делительной окружности зубчатого колеса 15.- the length of the pitch circle of the gear 15.

Величина перемещения рычага 24 определяется соотношением д = К · ( 8з - Soc).The magnitude of the movement of the lever 24 is determined by the relation d = K · (8z - Soc).

где д -- величина перемещения рычага 24;where d is the amount of movement of the lever 24;

- величина перемещения выходного звена 26 задающего устройства 10;- the magnitude of the movement of the output link 26 of the driver 10;

Soc - величина перемещения подвижной рейки 19;Soc is the amount of movement of the movable rail 19;

К - коэффициент усиления.K is the gain.

Многопозиционный пневмо(гидро)привод работает следующим образом.Multiposition pneumatic (hydro) drive operates as follows.

При нулевом задающем сигнале (S₃ - 0) выходное звено 26 задающего устройства 10 занимает крайнее левое (по чертежу) положение. Этому соответствуют исходные положения остальных элементов привода распределитель 7 находится в нейтральной позиции; шток 3 цилиндра 1 - в крайнем левом положении, подвижная рейка 19максимально выдвинута влево, а рычаг 24 с заслонкой 27 так распределяет зазоры <5з и 04, что в полостях 4 и 5 цилиндра 1 устанавливаются давления рабочей среды, удерживающие шток 3 и связанные с ним подвижные части привода в состоянии динамического равновесия. Каждая из полостей 4 и 5 цилиндра 1 представляет собой проточную камеру, в которую осуществляется подвод рабочей среды через один из дросселей 36 и 37 и ее отвод через соответствующее сопло 28 или 29 и зазор <5з или 04. Динамическому равновесию штока 3 соответствует определенное положение заслонки 27, определяющее соотношение зазоров дз и 0/, и. следовательно, уровни давлений рабочей среды в полостях 4 и 5 цилиндра 1.With a zero reference signal (S ₃ - 0), the output link 26 of the driver 10 occupies the leftmost (according to the drawing) position. This corresponds to the initial position of the remaining elements of the actuator, the distributor 7 is in a neutral position; the rod 3 of cylinder 1 is in the extreme left position, the movable rail 19 is maximally extended to the left, and the lever 24 with the shutter 27 so distributes the gaps <5z and 04, so that in the cavities 4 and 5 of the cylinder 1 are set the working fluid pressure holding the rod 3 and associated moving parts of the drive in a state of dynamic equilibrium. Each of the cavities 4 and 5 of the cylinder 1 is a flow chamber, into which the working medium is supplied through one of the throttles 36 and 37 and is discharged through the corresponding nozzle 28 or 29 and the gap <5z or 04. A certain position of the valve corresponds to the dynamic balance of the rod 3 27, which determines the ratio of the gaps gc and 0 /, and. therefore, the pressure levels of the working medium in the cavities 4 and 5 of the cylinder 1.

Пусть требуется переместить выходное звено 2 в позицию с координатой 1г, которая отсчитывается от исходного положения поршня 2 цилиндра 1. Тогда задающий сигнал должен быть таким, чтобы выходное звено 26 задающего устройства 10 выдвинулось на величинуLet it be necessary to move the output link 2 to the position with the coordinate 1g, which is measured from the initial position of the piston 2 of the cylinder 1. Then, the driving signal should be such that the output link 26 of the driving device 10 extends by

S3 “ U · 1г.S3 “U · 1g.

Так как перемещение вправо выходного звена 26 задающего устройства 10 ограничено рейкой 19, то его выдвижение вызывает смещение задающего устройства 10 влево (по чертежу), поворот рычага 24 против часовой стрелки и сжатие пружины 25. При этом заслонка 27 прикрывает сопло 28 и открывает сопло 29. что вызывает увеличение давления рабочей среды в рабочей полости 4 и уменьшение давления в рабочей полости 5. В результате шток 3 цилиндра 1 начинает движение вправо.Since the movement to the right of the output link 26 of the driver 10 is limited by the rail 19, its extension causes the driver 10 to move to the left (according to the drawing), turn the lever 24 counterclockwise and compress the spring 25. At the same time, the shutter 27 covers the nozzle 28 and opens the nozzle 29 which causes an increase in the pressure of the working medium in the working cavity 4 and a decrease in pressure in the working cavity 5. As a result, the rod 3 of the cylinder 1 starts to move to the right.

Если S3 · I b/a I > <5з, то рычаг 24. продолжая поворачиваться против часовой стрелки, перемещает корпус 30 с соплами 28, 29 влево. В случае, если S₃ · I с/а I >di , то конец рычага 24. выбрав зазор di , воздействует на переключатель 20, включая электромагнит 22 и вызывая переключение распределителя 7. При этом полости 5 и 4 сообщаются напрямую соответственно с магистралями 8 и 9 слива и нагнетания и шток 3 цилиндра 1 продолжает движение вправо, но с увеличенной скоростью.If S3 · I b / a I><5h, then the lever 24. continuing to turn counterclockwise, moves the housing 30 with nozzles 28, 29 to the left. If S ₃ · I s / a I> di, then the end of the lever 24. selecting the gap di, acts on the switch 20, including the electromagnet 22 and causing the switch to switch 7. In this case, the cavities 5 and 4 communicate directly with highways 8, respectively and 9 drain and discharge and the rod 3 of cylinder 1 continues to move to the right, but with increased speed.

Вместе со штоком 3 цилиндра 1 перемещаются тяга 17 и блок 13 зубчатых колес 14 и 15. При этом колесо 14 с длиной делительной окружности Si обкатывается по неподвижной рейке 18. а колесо 15 с длиной делительной окружности S2 - по подвижной рейке 19. При линеиним перемещении оси •16 вместе с тягой 17 на величину Si, благодаря обкатке зубчатого колеса 14 по неподвижной рейке 18. блок 13 зубчатых колес 14 и 15 совершает полный оборот. При этом зубчатое колесо 15, обкатываясь по подвижной рейке 19. может переместиться только на величину S2, соответствующую его полному обороту, но зацепление с подвижной рейкой 19 не нарушается, так как недостающая величина перемещения зубчатого колеса 15, равная величине разности S1-S2, компенсируется за счет перемещения подвижной рейки 19 в направлении движения оси 16. Таким образом, движение штока 3 цилиндра 1 сопровождается пропорциональным перемещением подвижной рейки 19 в том же направлении, причем коэффициент пропорциональности (Si-S2)/Si - U является передаточным числом цепи обратной 5 связи. Чем меньше разность S1-S2, тем меньше передаточное число U и больше передаточное отношение I = (1 /U) цепи обратной связи. С уменьшением U увеличивается компактность устройств управляющей час10 ти привода, но понижается ее чувствительность и точность.Together with the rod 3 of cylinder 1, the rod 17 and the block 13 of the gears 14 and 15 are moved. In this case, the wheel 14 with the length of the pitch circle Si rolls around the stationary rail 18. And the wheel 15 with the length of the pitch circle S2 - along the movable rail 19. With linear movement axles • 16 together with the thrust 17 by the amount of Si, due to the running of the gear 14 along the fixed rack 18. the block 13 of the gears 14 and 15 makes a complete revolution. In this case, the gear wheel 15, running on the movable rack 19. can only move by an amount S2 corresponding to its full revolution, but the engagement with the movable rack 19 is not violated, since the missing amount of movement of the gear 15, equal to the difference value S1-S2, is compensated due to the movement of the movable rail 19 in the direction of movement of the axis 16. Thus, the movement of the rod 3 of the cylinder 1 is accompanied by a proportional movement of the movable rail 19 in the same direction, and the proportionality coefficient (Si-S2) / Si - U is is the gear ratio of the feedback loop 5. The smaller the difference S1-S2, the smaller the gear ratio U and the greater the gear ratio I = (1 / U) of the feedback circuit. With decreasing U, the compactness of the devices controlling the drive part of the drive increases, but its sensitivity and accuracy decrease.

Выдвижение штока 3 цилиндра 1 в позицию с координатой 1г соответствует перемещению рейки 19 на величину Soc = U · I2. 15 В меру отработки требуемой координаты выходное звено 26 задающего устройства 10 перемещается вправо (по чертежу) в месте с рейкой 19, чем постепенно устраняется рассогласование между сигналом 20 задающего устройства 10 S3 = U· (2. который, соответствует требуемой координате I2 штока 3 цилиндра ! и сигналом обратной связи Soc = U · lj, соответствующим значению координаты lj штока 3 в данный момент 25 времени. При подходе к заданной координате рассогласование S3¹ и Soc¹ становится достаточно малым и рычаг 24 элемента 11 сравнения под действием пружины 25 начинает поворачиваться по часовой стрелке. В 30 начале этого поворота освобождается переключатель 20, отключая электромагнит 22. Распределитель 7 устанавливается при этом в нейтральную позицию, соответствующую следящему режиму движения приво35 да. Из-за последующего изменения давлений в полостях 4 и 5 цилиндра 1 происходит торможение его штока 3 и двигающихся вместе с ним частей привода. Скорость штока 3 уменьшается до скорости 40 следящего движения.The extension of the rod 3 of the cylinder 1 to the position with the coordinate 1 g corresponds to the movement of the rack 19 by the value Soc = U · I2. 15 To the extent that the required coordinate is worked out, the output link 26 of the driver 10 moves to the right (according to the drawing) in place with rail 19, which gradually eliminates the mismatch between the signal 20 of the driver 10 S3 = U · (2. which corresponds to the required coordinate I2 of the cylinder rod 3 ! and the feedback signal Soc = U · lj corresponding to the coordinate lj of the rod 3 at the given moment 25. When approaching the given coordinate, the mismatch between S3 ¹ and Soc ¹ becomes quite small and the lever 24 of the comparison element 11 under the action of the spring 25 starts t rotates clockwise.At the beginning of this turn 30, switch 20 is released, turning off the electromagnet 22. The distributor 7 is installed in a neutral position corresponding to the tracking mode of movement of the drive35 yes. its rod 3 and moving parts of the drive with it .. The speed of the rod 3 is reduced to a tracking speed of 40.

Дальнейший поворот рычага 24 по часовой стрелке дает возможность корпусу 30 под действием центрирующих пружин 31 и 32 возвратиться в исходное положение. 45 Только после этого заслонка 27 начинает открывать сопло 28 и прикрывать сопло 29, плавно уменьшая скорость движения штока 3 до нуля. В момент достижения штока 3 позиции с координатой I2 снова устанавли50 вается динамическое равновесие поршня 2 в цилиндре ! При этом задающее устройство 10 и рычаг 24 с заслонкой 27 находятся в исходном положении, а выдвижение S3 выходного звена 26 задающего устройства 10 полностью компенсируется перемещением подвижной рейки 19, т.е. S₃ = Soc.Further rotation of the lever 24 clockwise allows the housing 30 under the action of the centering springs 31 and 32 to return to its original position. 45 Only after that, the shutter 27 begins to open the nozzle 28 and cover the nozzle 29, gradually reducing the speed of the rod 3 to zero. When the rod 3 reaches the position with coordinate I2, the dynamic equilibrium of piston 2 in the cylinder is again established50! In this case, the driver 10 and the lever 24 with the shutter 27 are in the initial position, and the extension S3 of the output link 26 of the driver 10 is fully compensated by the movement of the movable rail 19, i.e. S ₃ = Soc.

При работе привода в режиме слежения сигнал рассогласования S₃ ^1_ Soc¹ усиливается (коэффициент усиления к = b/а). Это позволяет частично или полностью компенсировать потери чувствительности и точности при следящем режиме движения, которые обусловлены значительным передаточным числом U цепи обратной связи. Однако следует учитывать, что повышение чувствительности и точности понижает устойчивость привода.When the drive is in tracking mode, the mismatch signal S ₃ ^1_ Soc ^{1 is} amplified (gain k = b / a). This allows you to partially or fully compensate for the loss of sensitivity and accuracy in the tracking mode of motion, which are due to a significant gear ratio U of the feedback circuit. However, it should be noted that increasing sensitivity and accuracy reduces the stability of the drive.

Для перемещения штока 3 в любую другую позицию в пределах рабочего хода Ιι достаточно подать соответствующий сигнал задающему устройству 10. При этом движение штока 3 влево осуществляется аналогично рассмотренному движению вправо. Если координата новой позиции штока 3 мало отличается от предшествующей координаты, то переход в новую позицию может осуществляться только в следящем режиме без включения повышенной скорости.To move the rod 3 to any other position within the operating stroke достаточноι, it is sufficient to apply the corresponding signal to the setting device 10. In this case, the movement of the rod 3 to the left is carried out similarly to the considered movement to the right. If the coordinate of the new position of the stem 3 differs little from the previous coordinate, then the transition to a new position can be carried out only in the tracking mode without switching on the increased speed.

Предлагаемый привод обладает более высоким быстродействием, так как шток 3 движется со следящей скоростью только лишь в заключительной стадии движения непосредственно перед остановкой в позиции с заданной координатой, а основной участок пути он проходит со скоростью быстрого хода, которая в 2-5 раз превышает скорость слежения. Кроме того, за счет передаточного отношения в цепи обратной связи в предлагаемом приводе резко уменьшаются габаритные размеры управляющей части привода и, следовательно, всего привода в целом. Наличие передаточного отношения в цепи обратной связи позволяет также управляющую часть предлагаемого привода использовать для управления цилиндрами 1 с различными длинами ходов путем изменения этого передаточного отношения путем подбора зубчатых колес 14 и 15 и установки нового комплекта реек 18 иThe proposed drive has a higher speed, since the rod 3 moves with a tracking speed only in the final stage of movement immediately before stopping at a position with a given coordinate, and it passes the main part of the path with a fast speed that is 2-5 times higher than the tracking speed . In addition, due to the gear ratio in the feedback circuit in the proposed drive, the overall dimensions of the control part of the drive and, therefore, the entire drive as a whole are sharply reduced. The presence of the gear ratio in the feedback circuit also allows the control part of the proposed drive to be used to control cylinders 1 with different stroke lengths by changing this gear ratio by selecting gears 14 and 15 and installing a new set of racks 18 and

19. Таким образом достигается расширение эксплуатационных и технологических воз* можностей привода.19. Thus, the expansion of operational and technological * capabilities of the drive is achieved.

Предлагаемый привод позволяет обеспечить требуемую точность позиционирования, Для этого элемент 11 сравнения снабжено усилителем сигнала рассогласования, роль которого выполняет рычаг 24. Усилитель повышает чувствительность и точность следящего движения, но понижает устойчивость привода, запас которой был создан вводом передаточного отношения в цепь обратной связи. Поэтому при выборе значения коэффициента усиления необходимо ориентироваться на требуемую точность, не допуская чрезмерного ее повышения в ущерб устойчивости.The proposed drive allows you to provide the required positioning accuracy. For this, the comparison element 11 is equipped with an error signal amplifier, the role of which is the lever 24. The amplifier increases the sensitivity and accuracy of the tracking movement, but reduces the stability of the drive, the reserve of which was created by introducing the gear ratio into the feedback circuit. Therefore, when choosing the value of the gain, it is necessary to focus on the required accuracy, preventing its excessive increase to the detriment of stability.

Эффект применения предлагаемого привода состоит в том, что с его помощью промышленные роботы, базирующиеся на простых, надежных, быстродействующих и дешевых пневматических (гидравлических) приводах, смогут соответствовать усложнившимся современным задачам их применения. При этом быстродействие предлагаемого привода находится на уровне быстродействия дискретных двухпозиционных приводов, превышая на 20-30% быстродействие специальных позиционирующих устройств.The effect of the proposed drive is that with its help industrial robots based on simple, reliable, high-speed and cheap pneumatic (hydraulic) drives will be able to meet the complicated modern tasks of their application. Moreover, the speed of the proposed drive is at the level of speed of discrete on / off drives, exceeding the speed of special positioning devices by 20-30%.

Claims

Claim

1. Multiposition air (hydro) drive. comprising a double-acting cylinder, the working cavities of which are connected via a differential throttle nozzle-damper to the discharge and discharge lines, a control system including a driver, a comparison element and a feedback device for the position of the cylinder rod, characterized in that, in order to increase speed, the drive equipped with a three-position four-way valve, connected in parallel to the differential throttle nozzle-throttle, and the comparison element is equipped with control switches p spredelitelem.

2. Drive pop. 1, characterized in that, in order to unify the control part and reduce its size, the feedback device is made in the form of a block of gears with different lengths of pitch circles, which is movably located on the axis, rigidly connected to the cylinder rod, each gear wheel is made with the possibility of engagement with a corresponding rail parallel to the axis of the cylinder, moreover, one rail is fixed motionless relative to the cylinder, and the other rail is movable.