SU1716200A1 - Способ управлени позиционным пневмоприводом - Google Patents

Abstract

Изобретение м.б. использовано в пневмоприводах возврата поступательного перемещени .. Цель изобретени  -повышение быстродействи  привода. Управление позиционным пневмоприводом осуществл етс  путем изменени  количества сжатого воздуха , поступающего в полости одноштокового пневмоцилиндра и выпускаемого из них путем дросселировани  через проходные сечени  подвод щих и отвод щих каналов с регулируемой по положению поршн  пневмоцилиндра площадью сечени , при этом площадь одного из каналов посто нна, а второго - переменна  и определ етс  по представленным математическим зависимост м . В результате осуществл етс  перемещение поршн  пневмоцилиндра по требуемому наперед заданному закону. 4 ил.

Description

сл

с

Изобретение относитс  к области машиностроени , в частности к средствам гид- ропневмоавтоматики и может быть использовано в пневмоприводах возвратно-поступательного перемещени .

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  привода.

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема управлени  позиционным пневмоприводом при дросселировании на выходе из штоковой полости; на фиг. 2 to же, но при дросселировании на входе в поршневую полость; на фиг. 3 - графически представлены результаты расчета оптимального по быстродействию процесса перемещени  груза пневмоприводом при дросселировании отвод щего канала; на фиг, 4 - то же, но при дросселировании подвод щего канала.

Способ управлени  позиционным пневмоприводом осуществл етс  путем изменени  количества сжатого воздуха, поступающие в полости пневмоцилиндра и выпускаемые из них путем дросселировани  через проходные отверсти  подвод щих и отвод - . щих каналов с регулируемой площадью проходных сечений. Подача и отвод сжатого воздуха в полости пневмоцилиндра регулируют в зависимости от положени  поршн , при этомг эффективна  площадь одного из каналов посто нна , а второго переменна  и определ ютс  зависимост ми

f- Р2 х - Р2 (. S + XQ2 - х )Д р2 РМЦ 1 )/2k

иЛ

)/2k()

Pi х + РУ(хр1-Ьх )/k -Fi

KPMVpTM p(a)

(

ю о о

а давление воздуха и скорость его измене ни  в полост х цилиндра св заны эависимо- D PiFi -Mx-P(t)

СТЯМИР2 гi-i

PiFi-Mx-P(t)

где fi , f2 - эффективные площади подвод щего и отвод щего каналов, м ;

Pi, P2 - давление воздуха в полост х цилиндра, мПа;

Fi, F2 - площади торцов поршн  в полост х , м ,

xoi, хЬе - приведенные начальна  и конечна  координаты положени  поршн , м;

k 1,4 - показатель адиабаты; S - ход поршн , м;

х - координата перемещени  поршн , м;

Рм - давление воздуха в магистрали, мПа;

K V2k/(k-1) .:

R 287 Дж/(кг К) - газова  посто нна ;

Тм -температура воздуха в магистрали, 6К;

tp{ tJi ), р ( aa/ai)r Функци  расхода;

М - масса поршн  и присоединенных к нему поступательно движущихс  частей, кг;

P(t) - результирующа  всех сил, приложенных к поршню, кроме сил давлени  сжатого воздуха. Н.

Процесс перемещени  поршн  пневмопривода описываетс  следующими уравнени ми: Мх

Р1

Р2 PiFi - P2F2 - P(t);

КЯКРмУ Тм KPi Fi(xoi+x) 1 (xoi + x)

№Рг()/2

;(2)

F2(S+xo2-x)PM( KP2 ,x.(3)

(S4-X02-X/

«x

Реша  совместно приведенные уравнени )...(3), можно получить значени  PL PL Р2. Р2, х, х, х дл  каждого момента времени. Варьиру  параметрами fi3, f23, Fi. fz и Рм можно измен ть по времени Pi, P2, Pi, P2, х, х и х . Однако, однозначно мен   первые параметры, невозможно получить необходимое изменение по времени вторых пара- метро в.

Реализацию заданного закона движени  поршн  рассмотрим на примере оптимального по быстродействию закона движени  поршн .

Оптимальный по быстродействию процесс перемещени  штучного груза по неподвижной плоскости под действием посто нной по величине движущей силы состоит из двух этапов: наиболее интенсивного разгона груза под действием максимально возможной движущей силы, и торможение его с наибольшим замедлением при отключенной движущей силе.

0

5

0

5

На первом этапе уравнени  движени  груза

x(Q(mrP)-gf; (4)

x (Q/(mrp) (5)

х (Q/mrp) - gfj tV2 (6) где Q - движуща  сила, Н;

mrp - масса груза, кг;

g - ускорение силы т жести, м/с2

f - коэффициент трени  между грузом и плоскостью;

t - врем , с.

На втором этапе движени  груза

x-.-gf: (7)

(T-t); (8)

x -(T-t)2+S,(9)

где Т - врем  перемещени  груза с начальной в конечную позицию.

Подставл   уравнени  (4)...(6) дл  первого этапа, и уравнени  (7)...(9) дл  второго этапа в формулу (2), получим значени  Pi и Pi дл  каждого момента времени.

Из уравнени  (1) получаем Р2 P1 F1 - Мх - Р (t)(1Q)

где М m + mrp, продифференцировав которое, Pi Fi - MX - Р (t)

получим Р2

ъ

(11)

0

5

0

RIM p()

Подставл   в формулу (10) значени  Pi, а в формулу (11) значени  Pi, полученные ранее из уравнени  (2), получим значени  Р2 и Р2 дл  каждого момента времени. Подставл   их в уравнени  (3), можно определить значение f23 дл  каждого момента времени или положени  поршн  х на каждомэтапедвижени 

P2X-P2(S +XQ2 -x)/ l 3F2P№k 1 )/2k

(12)

Аналогичным образом рассчитывают значение fi3 в случае, если прохождение сжатого воздуха регулируют изменением эффективной площади подвод щего канала

f3 -Л р1х +Pl(xQ1 + x)/k Pi ,

KPMVRTM p(ai) U Использу  зависимости (12) и (13), можно спроектировать конструкцию переменного дроссел  с целью реализации заданного закона движени .

Использу  приведенную методику, можно осуществить реализацию любого требуемого закона движени  поршн  пневмопривода .

Существенным отличием предлагаемо го способа  вл етс  то, что эффективные площади подвод щего и отвод щего каналов измен ютс  по приведенным математическим зависимост м, а не произвольно, как в существующих ранее. В результате использовани  предлагаемого способа осущё- ствл етс  перемещение поршн  пневмопривода по требуемому наперед заданному закону, что может обеспечить точность по- зиционировани , заданное быстродействие или производительность пневмопривода, уменьшение динамических нагрузок на поршень и др.

На фиг. 3 и 4 графически представлены результаты расчета оптимального по быстродействию процесса перемещени  груза пневмоприводом при дросселировании подводного или отводного каналов при следующих исходных данных: Q 60,8 Н; mrp 19,6Kr;f 0,3; S 0.25м; fi 31-10 4 м2; F2 28-10 4 м2; xoi хо2 0,05 м; m 3 кг - масса подвижных частей пневмоцилиндр а; Pp(t) 139,65 Н - результирующа  сил сопротивлени  на этапе разгона; Pt(t) 78,43 Н - результирующа  сил сопротивлени  на этапе торможени - Тм 293 К; Рм 39,24-104 Н/м2; fi3 1, м2 (дл  фиг.З); h м2 (дл  фиг.4.

Устройство, реализующее предложенный способ, (фиг. 1,2) содержит пневмоци- линдр 1, внутри которого размещаетс  поршень 2, соединенный со штоком 3 и образующий поршневую и штоковую полости 4 и 5. Регулируемый дроссель 6 подключаетс  к каналу 7 при дросселировании штоко- вой полости 5 и к каналу 9 при дросселировании поршневой полости 4. Эффективна  площадь сечени  каналов 7 и 8 измен етс  в зависимости от текущей координаты поршн  2 по приведенным выше зависимост м.

На фиг. 1 изображен пример управлени  дросселированием отверсти  подвода- отвода воздуха штоковой полости 5.-В данном случае, если рабочей полостью  вл етс  поршнева  полость 4. то дросселирр- вание осуществл етс  отвод щим каналом 7, а его эффективна  площадь определ етс  зависимостью

ft - P2X-P2(S. + XQ2 -x)/k F2P|ftk 1) 2k )/2kvr-p(tTa/02)

Если рабочей полостью  вл етс  штоко- ва  полость 5, то дросселирование осуществл етс  подвод щим каналом 7, а его эффективна  площадь определ етс  зависимостью

« IPlx+Pl(xD1 + x)A -F1

KPMVRTM p(ai)

На фиг. 2 изображен пример управле ни  дросселированием отверсти  подвода- отвода воздуха поршневой полости 4. В

данном случае, если рабочей полостью  вл етс  поршнева  полость 4, то дросселирование осуществл етс  подвод щим каналом 8, а его эффективна  площадь определ етс  зависимостью ч

ft -f Pi(xoi + x)A -Fi KPMVRTM p(7i)

8 случае, если рабочей полостью  вл етс  штокова  полость 5, то дросселирование осуществл етс  отвод щим каналом , а его эффективна  площадь определ етс  зависимостью

f| - L.P2 х -- Р2 (S +XQ2 x )/k F2 Р 1 k )/2kvW y(a/)

Использование насто щего устройства позволит обеспечить реализацию требуе лого наперед заданного закона движени  поршн  2 пневмопривода, что позволит в каждом конкретном случае обеспечить точность позиционировани , повысить быстродействие или производительность, повысить надежность работы пневмопривода .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ управлени  позиционным пневмоприводом путем изменени  количества сжатого воздуха, поступающего в полости одноштокового пневмоцилиндра и выпускаемого из них путем дросселировани  через проходные сечени  подвод щих и отвод щих каналов с регулируемой по положению поршн  пневмоцилиндра площадью сечени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  привода, эффективную площадь сечени  одного из каналов выбирают посто нной, а второго - измен ют в соответствии с зависимостью

   f| P2x-P2(s+x02-x)/k F2Pf6k y)/2k

   () :

   f9 Pix -P-i (api +х)/к- Fi

   КРм )

   при этом давление воздуха и скорость его изменени  в полост х цилиндра выбирают в соответствии с зависимост ми

   Р2 Р2-ЬЬ

   PiFi -Mx- P(t) F2

   M P(t) TT

   где fi , fz - эффективные площади подвод щего и отвод щего каналов;

   Pi, Рг давление воздуха в полост х цилиндра;

   Fi, F2 - площади торцов поршн ;

   xoi; xo2 - приведенные начальна  и конечна  координаты положени  поршн ;

   k 1,4 - показатель адиабаты;

   S - ход поршн ;

   х - координата перемещени  поршн ;

   -V2

   R - газова  посто нна ; Тм - температура воздуха в магистрали;

   Рм -давление воздуха в магистрали; K-V2k/ k-1 :

   / Ч 2 5

   / / / /

   Т

   фие.7

   8 б

   p(o)(aaAfiY функции расхода;

   М - масса поршн  и присоединенных к нему поступательно движущихс  частей;

   P(t) - результирующа  всех сил, прило- женных к поршню, кроме сил давлени  сжатого воздуха.

   J. /

   ф.

   1

   .

   t /« Ґ

   ICT

   Э

   П

   В.

   о

   OJ

   Ъ

   «N

   H

   iuE

   I - A

   ю

   a