ШИБЕРНЫЙ ПИТАТЕЛЬ С УПРАВЛЯЕМЫМ ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

Предполагаемая полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам для поштучной подачи деталей из кассеты на позицию захвата манипулятором с последующей передачей в рабочую зону обработки в направлении, совпадающем с направлением движения шибера.
Известно питающее устройство с возвратно-поступательным движением шибера, который за один двойной ход совершает возвратно-поступательное движение в направляющих и подает из магазина в открытую приемную часть питателя заготовку на позицию загрузки (С.Н.Кожевников, Я.И.Есипенко, Я.М.Раскин. Механизмы. Справочник. Изд. 4-е перераб. и доп. Под ред. С.Н.Кожевникова. М.: Машиностроение, 1976, рис.13.19, стр.761).
Известен шиберный питатель с пневматическим приводом, ведомый шибер которого с открытым трафаретом соединен непосредственно со штоком пневмоцилиндра двустороннего действия. Питатель снабжен кассетой с деталями, при этом нижняя деталь опирается на поверхность шибера загрузочного устройства, связанного с поршнем пневмоцилиндра. (Автоматическая загрузка технологических машин: Справочник/ И.С.Бляхирев, Г.М.Варьяш, А.А.Иванов и др. Под общ. ред. И.А.Клусова. М.: Машиностроение, 1990. - 400 с; табл.3, стр.74.). Управление шиберным питателем осуществляется от пневмомеханического распределителя.
Известен шиберный питатель с индивидуальным пневматическим приводом, включающий пневмоцилиндр двустороннего действия, на штоке которого размещена зубчатая рейка, кинематически связанная через зубчатые колеса с другой подвижной рейкой, на которой закреплена каретка шибера (Автоматическая загрузка технологических машин: Справочник/ И.С.Бляхирев, Г.М.Варьяш, А.А.Иванов и др. Под общ. ред. И.А.Клусова. М.:Машиностроение, 1990. - 400 с; рис.11, стр.76, прототип). Питатель, благодаря наличию редуктора с зубчатой передачей, позволяет увеличить ход шибера более чем в 2 раза. Питатель работает совместно с кинематическим циклом технологического оборудования. Настройка привода питателя на заданную скорость осуществляется с помощью дросселя, установленного на линии подвода воздуха. При этом настройка выполняется только в нерабочем состоянии, после чего привод работает с постоянной скоростью.
К недостаткам прототипа относится то, что при уменьшении времени цикла подачи деталей на позицию захвата манипулятора за счет увеличения рабочих скоростей имеется опасность отрыва детали от шибера в начале движения и при остановке в конце рабочего хода, что снижает точность подачи и ухудшает условия ориентации. Для исключения этого явления необходимо или снижать рабочие скорости, либо устанавливать рациональный закон движения, то есть, чтобы в начале и конце движения шибер имел нулевое значение скоростей и ускорений и плавное интенсивное нарастание скорости после соприкосновения с деталью. В прототипе управление законом движения шибера невозможно, так как позиционирование в крайних точках осуществляется по упору с применением демпфирующих устройств различной конструкции.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является увеличение производительности и надежности шиберного питателя за счет реализации управляемого безударного закона движения штока пневмоцилиндра двустороннего действия.
01
02
Технический результат достигается тем, что шиберный питатель с управляемым пневматическим приводом, содержащим шибер, установленный под кассетой с заготовками с возможностью возвратно-поступательного перемещения на позицию захвата манипулятором посредством привода, выполненного в виде силового цилиндра двустороннего действия, на штоке которого размещена зубчатая рейка, кинематически связанная через зубчатые колеса с другой подвижной рейкой, на которой закреплена каретка шибера, причем пневмоцилиндр питателя снабжен датчиком положения, пропорциональным распределителем прямого действия с управляемым золотником и контроллером, обеспечивающим безударный циклоидальный закон шибера путем одновременного изменения площадей впускного f и выпускного f отверстий пневмоцилиндра в соответствии с выражениями:
где t - время перемещения штока цилиндра, с.
При безударном законе движения штока пневмоцилиндра и кинематически связанного с ним шибера, скорость и ускорение в начале движения и в конце рабочего хода равны нулю, т.е. исключается возможность отрыва детали от шибера в начале движения и при торможении на позиции загрузки, что повышает точность подачи и улучшает работу устройства. Таким образом, применение предполагаемой полезной модели позволяет повышать надежность и производительность работы шиберного питателя.
На фиг.1 представлена схема шиберного питателя с управляемым пневматическим приводом, на фиг.2 - схема управления приводом шиберного питателя.
упр
Устройство содержит основание 1, на котором закреплен исполнительный механизм, выполненный в виде пневмоцилиндра 2 двустороннего действия, управление которым осуществляется с помощью пропорционального 5/3 распределителя 3 прямого действия с управляемым золотником. Распределитель подключен к питающей сети с помощью блока подготовки воздуха 4. Поршень 5 пневмоцилиндра выполнен в виде зубчатой рейки 6 и находится в зацеплении с подвижной рейкой 10 посредством трех зубчатых колес 7, 8, 9, что позволяет каретке 11 и шиберу 12 совершать возвратно-вращательное движение. В верхней части станины смонтирована кассета с заготовками 13. Пневмоцилиндр снабжен датчиком положения 14, который используется для получения сигнала обратной связи по перемещению штока пневмоцилиндра (фиг.2). Управление пневмоцилиндром осуществляется от контроллера 15, имеющего аналоговые входы-выходы, который получает и обрабатывает сигналы обратной связи и выдает управляющие сигналы U на распределитель 3, которые преобразуются в пропорционально открытую часть входного и выходного отверстий распределителя в соответствии с циклоидальным законом движения.
Работа шиберного устройства осуществляется следующим образом. Заготовки 13 загружаются вручную в ориентированном положении в кассету. Нижняя заготовка опирается на поверхность шибера 12 питателя загрузочного устройства, кинематически связанного через зубчатые колеса 7-9 с поршнем пневмоцилиндра 2.
Цикл работы шиберного загрузочного устройства связан с циклом работы манипулятора, рука 16 которого берет заготовки 13 с позиции загрузки 17 и передает их в рабочую зону обработки. В исходном положении заготовка 13 находится на позиции загрузки 17. Поршень 5 пневмоцилиндра 2 находится при этом в крайнем правом положении. После того, как рука манипулятора 16 забирает заготовку с позиции загрузки 17, воздух через пропорциональный 5/3-распределитель 3 прямого действия подается в правую полость пневмоцилиндра. Поршень 5 и подвижная рейка 10 с шибером 12, кинематически связанная с поршнем посредством зубчатых колес 7-9, начинают перемещаться также влево. Нижняя заготовка из кассеты попадает в окно шибера и перемещается на позицию загрузки 17. При этом управляемый золотник распределителя 3 изменяет с помощью контроллера 15 расход воздуха одновременно в рабочей и выхлопной полостях пневмоцилиндра в соответствии с требуемым циклоидальным законом движения.
упр
упр
0i
yпp
01
02
ynp
Управление золотником и пневмоприводом питания в целом происходит следующим образом. На вход распределителя 3 подается электрический сигнал U, который преобразуется в пропорционально открытую часть входного отверстия распределителя (фиг.2). Датчик положения 14, отслеживающий положение штока пневмоцилиндра, используется для получения сигнала обратной связи по перемещению, выходной аналоговый сигнал которого изменяется в диапазоне от 0 до 10В. Согласно техническим характеристикам 5/3 пропорционального распределителя получена с помощью аппроксимации зависимость площади проходного сечения отi напряжения: U=5,194+160151,639f, i=1; 2; где U - управляющее напряжение для пропорционального распределителя, f, f - эффективные площади проходного сечения соответственно подводящей и выхлопной линии пневмоцилиндра. Таким образом, управляющее напряжение U является функцией времени t, поэтому контроллер 15 в процессе работы формирует выходной аналоговый сигнал по напряжению для управления пропорциональным распределителем 3 (фиг.2).
Контроллер 15 обрабатывает сигналы обратной связи и управляет пропорциональным распределителем 3 в соответствии с заданным циклоидальным законом движения шибера, который, характеризуется следующими зависимостями:
где 0≤τ<1, τ=t/T- безразмерное время; t - текущее время, T-полное время цикла движения; - соответственно первая, вторая и третья производные текущей координаты шибера, связанного со штоком пневмоцилиндра.
Циклоидальный закон движения шибера обеспечивает более высокое (до 30%) быстродействие и благоприятные динамические характеристики на режимах разгона и торможения. Начало и конец движения шибера осуществляется плавно с нулевой скоростью и ускорением. Время перемещения поршня пневмоцилиндра при безударном циклоидальном законе движения сокращается на 35% по сравнению с традиционным способом торможения.
Таким образом, применение предполагаемой полезной модели позволяет увеличить производительность шиберного питателя и повысить его надежность за счет реализации безударного циклоидального закона движения пневмопривода.