Обзор электрогидравлических приводов, применяемых в промышленных роботах роботизированных технологических комплексов

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070

процедура формирования командной информации и управление ВПС. В противном случае осуществляется следующая итерация, на основе принимаемого решения по изменению параметров моделируемой системы.

Интеллектуализация процессов управления предусматривает формирование командной информации, базирующейся на использовании системы понятий прикладной области, использовании знаний в естественном виде, эксплуатация без программистов. Реализация концепции интеллектуализации опирается на развитые методы работы со знаниями: их представление, хранение, использование и т.д. При этом под знаниями понимаются: система понятий прикладной области, а также связь с их представлениями в формальной модели; структура данных информационной модели прикладной области; математические модели, используемые при проектировании; правила принятия решений. Интеллектуальной системе достаточно задать постановку задачи в виде требуемого результата и условий его получения. Последовательность операций, необходимых для получения результата, определяется системой автоматически.

Таким образом, целеустремленная среда позволяет аккумулировать прогрессивные технологические решения, способствует созданию новых, более совершенных технологических процессов. Технологическая подготовка производства в условиях функционирования целеустремленной среды оказывается чрезвычайно эффективной, обеспечивающей существенное снижение, как себестоимости производства новых изделий, так и снижение сроков их выпуска в целом. Повышение коэффициента использования производственных ресурсов обеспечивает увеличение рентабельности производства в целом. Все это обуславливает рост конкурентоспособности изделий.

Список использованной литературы

1. Кузнецов П.М. «Информационно-технологическое обеспечение венчурных предприятий» г. Москва, «Приводная техника», №4 2010 г.

2. Кузнецов П.М. «Разработка информационной модели процесса функционирования отдельного производственного модуля в условиях единичного производства» г. Москва, «Приводная техника», №2 2009 г.

3. Москвин В.К. Математическое моделирование обобщенного привода роботов технологического назначения. / Технология машиностроения. - М., 2013., № 5,с. 55-57.

4. Москвин В.К. Разработка структурной схемы и математической модели обобщенного привода промышленного робота. / МГОУ-ХХ1-Новые технологии.- М., 2013., 2013., № 2, с. 13-16.

© Москвин В.К., 2016

УДК 621.865.8

П.М. Кузнецов, В.К. Москвин

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

ОБЗОР ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТАХ РОБОТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Аннотация

В статье рассматриваются различные варианты электрогидравлических приводов, применяемых в качестве привода захватного органа промышленного робота (ПР), автоматизирующего «загрузку-выгрузку» изделий в роботизированных технологических комплексах (РТК). Отмечается, что для обеспечения успешного функционирования робота при перемещении захватного органа по сложным переменным траекториям, обуславливаемым частой сменой объекта производства в сложных производственных условиях взаимодействия с технологическим оборудованием целесообразнее всего использовать следящий электрогидравлический двухкаскадный привод с дроссельным управлением. Рассматриваются наиболее

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_

совершенные образцы электрогидравлических приводов, выпускаемых отечественной промышленностью и промышленностью ведущих зарубежных стран.

Ключевые слова

привод, инерционная нагрузка, статические и динамические характеристики, следящий золотник,

гидроусилитель.

ANNOTATION

This article discusses the various options electrohydraulic actuators used as an industrial robot (PR) drive the gripper body, automates "loading-unloading" selling robotic technological complexes (RTC). It is noted that in order to ensure the successful functioning of the robot by moving the grip body on complex variable trajectories that lead to frequent changes of the production facility in demanding production environments interaction with technological equipment would be best to use a two-stage electrohydraulic servo drive with throttle control. We consider the most perfect examples of electrohydraulic actuators manufactured by the domestic industry and the industry's leading foreign countries.

Keywords

drive, inertial load, static and dynamic characteristics, servo valve, hydraulic actuator.

Известно, что привод является одним из основных элементов ПР, определяющих в итоге показатели производительности, качества и надежности функционирования РТК. На основе анализа требований, предъявляемых к приводам ПР, были выявлены области применения приводов различных типов в зависимости от грузоподъемности, скорости перемещения захватного органа, точности позиционирования [1]. Для обработки типовой детали с массой свыше 15 кг на РТК робот, входящий в его состав, должен быть оснащен приводом, использующим электрическую энергию для управления и энергию гидравлического потока жидкости в исполнительном силовом канале. Анализ существующих конструкций ПР отечественных и зарубежных фирм подтверждает сохранение тенденции преобладающего использования электрогидравлических приводов в ПР при обработке на РТК изделий с параметрами, соответствующими нормальной грузоподъемности [2].

Рисунок 1 - Электрогидравлический привод с однокаскадным гидроусилителем дроссельного типа

Для начала рассмотрим схему привода с однокаскадным гидроусилителем дроссельного типа (рис. 1) [3]. Привод состоит из электромеханического преобразователя (ЭМП) магнитоэлектрического типа, золотника и силового гидравлического цилиндра. В состав ЭМП входят две катушки 2, находящиеся под воздействием сильного магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами 3. В нейтральное положение

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_

катушки устанавливаются дифференциальными пружинами 1 и 4. Катушки посредством рычага 5 соединены с плунжером золотника 6. Исполнительным элементом служит силовой гидравлический цилиндр 7.

Работает привод следующим образом. При подаче управляющего сигнала в виде постоянного напряжения на обмотки катушек создается электромагнитное поле, взаимодействующее с полем постоянных магнитов. В соответствии с величиной и знаком напряжения катушки смещаются в заданном направлении, деформируя пружины. Это движение через рычаг передается на золотник, который соединяет полости гидроцилиндра с подводимым давлением рн и со сливом. Образующийся перепад давлений Ap = рг -Р2заставляет сместиться поршень, а вместе с ним и захватный орган.

С целью повышения чувствительности гидроусилителя на обмотки катушек подается осциллирующий сигнал, заставляющий колебаться плунжер золотника с постоянной амплитудой. Привод должен работать при наличии датчика обратной связи. Основным недостатком привода является характерный для всех однокаскадных систем низкий коэффициент полезного действия, составляющий 30%. Это объясняется в частности тем, что при наличии на исполнительном органе ПР значительных динамических нагрузок вследствие больших ускорений при разгоне и торможении требуются значительные расход, давление рабочей жидкости и размеры золотника, причем золотник требует повышенную мощность входного воздействия, которую не может обеспечить однокаскадный привод. В этом заключается его основной недостаток.

Рисунок 2 - Электрогидравлический привод типа «сопло-заслонка» фирмы Kyb-Peqasus

В качестве альтернативы рассмотрим двухкаскадный привод, построенный на базе электрогидравлического усилителя типа «сопло-заслонка» (рис. 2) [3]. На рисунке показана схема двухкаскадного гидроусилителя фирмы «Kyb-Pegasus» (США). Первый каскад включает в себя электромеханический преобразователь (ЭМП) с соплом - заслонкой, второй - управляющий золотник. Подвод управляющего сигнала в виде постоянного напряжения и переменного напряжения осцилляции с частотой 250 гц осуществляется через разъем 12 на ЭМП 11. Особенностью ЭМП является то, что зона электромагнитов полностью изолирована от главного корпуса пружинным элементом (на схеме не показан), в котором крепятся якорь 10 и заслонка 7. Нулевое положение якоря заслонки регулируется винтами 9. Регулировка зазоров на соплах осуществляется резьбой, выполненной на соплах. При подаче управляющего сигнала заслонка 7 поворачивается относительно регулируемых опор 8. Заслонка 7 с соплами 2,

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_

размещенными в золотнике 3, образует два переменных дросселя, к которым рабочая жидкость подается через магистрали 2, постоянные дроссели 4, торцевые полости золотника 5 и магистрали 6. При повороте заслонки 7 меняются сопротивления переменных дросселей, что вызывает появление перепада давления в управляющих торцевых полостях 5 золотника 3. Золотник при этом смещается, обеспечивая тем самым подачу рабочей жидкости в исполнительный гидроцилиндр 13, причем перемещение золотника будет до тех пор, пока не сравняются зазоры между заслонкой 7 и соплами 2. Тем самым обеспечивается обратная связь по положению заслонки.

Одной из причин того, что данный усилитель применяется в приводах подач роботов, являются повышенные устойчивость и надежность работы, полученные благодаря симметричности схемы. Кроме того, в торцевых полостях золотника отсутствуют силовые пружины. Это обстоятельство способствует снятию ограничения по размерным соотношениям золотниковой пары. Все это позволяет повысить выходную мощность усилителя до 35 квт.

Рисунок 3 - Электрогидравлический привод типа «сопло-заслонка» фирмы Бо^у

Из зарубежных моделей электрогидравлических преобразователей класса «сопло-заслонка», нашедших применение в роботах, следует отметить преобразователи с упругой обратной связью по положению золотника английской фирмы «Бо^у» (рис. 3) [4].Управляющее напряжение подается на электромеханический преобразователь 5, в результате чего смещается заслонка 4 относительно сопелЗ и появляется перепад давлений на торцах золотника 1, который заставит его сместиться и обеспечить расход жидкости в исполнительный гидроцилиндр 6. При этом вступит в действие упругая механическая обратная связь 2 между золотником 1 и якорем ЭМП 5. Эта связь выполнена в виде упругого стержня 2, закрепленного одним концом с якорем ЭМП, а другим концом входящего без зазора в паз золотника 1. Эта связь и будет ограничивать движение золотника до того положения, когда сравняются моменты, созданные на стержне золотником, развиваемые ЭМП и гидродинамической силой:

Мэмп = «гд* + ^ос'ос >'

где: Мэмп - момент, развиваемый на якоре ЭМП; Ягд - гидродинамическая сила, действующая на заслонку со стороны сопла; I - плечо действия Ягд ; Яос - сила, изгибающая стержень при повороте заслонки и при перемещении золотника; 1ос - плечо действия Кос.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_

Преимуществом преобразователя является повышенная устойчивость, выражающаяся в том, что вследствие особой технологии изготовления механизма упругой обратной связи, он способен работать при наличии незначительных отклонений от нулевого положения заслонки. Это обстоятельство способствовало тому, что ряд роботостроительных японских фирм использовал этот преобразователь в своих моделях роботов.

Широкое применение в роботах нашли электрогидравлические усилители, разработанные в отечественной промышленности ( ПЭГ-ПМ 16/160, ЭГП-1 и другие). На рис. 4 представлена доработанная схема преобразователя ПЭГ-ПМ 16/160, хорошо зарекомендовавшая себя в гидроприводах станков с ЧПУ и роботах. Доработка коснулась втулки золотника 2, в окнах которой были сделаны дополнительные прорези, позволившие получить оптимальные зависимости расхода от задающего воздействия в зонах малых и больших смещений золотника. В этом преобразователе в отличие от предыдущих имеются два дополнительные сопла 5 в цепи обратной связи. Управляющий сигнал в виде постоянного напряжения подается на обмотки ЭМП 8, заставляя повернуться заслонку 7. Этот поворот вызывает рассогласование в виде разности зазоров между заслонкой 7 и соплом 6, вследствие которого появляется перепад давлений на торцах золотника 2. Золотник смещается, открывая доступ рабочей жидкости в исполнительный гидроцилиндр 9. Конструктивно золотник связан с заслонкой 3, которую он поворачивает относительно опоры 1. В процессе поворота заслонки 3 меняются зазоры у сопел 5. Перемещение золотника 2 будет до тех пор, пока не выровняются зазоры в соплах 5 и 6. В этот момент произойдет выравнивание перепада давлений в полостях управления золотника. Устранение залипания достигается за счет подачи на ЭМП напряжения осцилляции с частотой 150 - 250 Гц.

Рисунок 4 - Электрогидравлический привод с преобразователем типа ПЭГ-ПМ 16/160

Важными положительными качествами, сыгравшими решающую роль в применении этого преобразователя в роботах, можно отметить малые габариты, высокие статические и динамические характеристики, большой коэффициент усиления (до Ку = 400000). Однако сдерживающим фактором является то, что симметричность схемы несколько нарушается наличием пружины 4, создающей дополнительную нагрузку на золотник. Кроме того, ПЭГ-ПМ является преобразователем статического типа, в котором доля момента гидравлических сил, действующих на заслонку, достаточно велика по сравнению с преобразователями с пружинной обратной связью.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070

Рисунок 5 - Электрогидравлический привод с преобразователем типа ЭГП-1

Хорошо зарекомендовал себя преобразователь «сопло-заслонка» с подпружиненным золотником модели ЭГП-1 (рис. 5). В отличие от преобразователя «Kyb-Peqasus» здесь сопла 4 вынесены за пределы золотника 2 и размещены в корпусе и обратная связь по положению золотника осуществляется пружинами 3. Управляющий перепад давлений Ap на торцах золотника 2 образуется при подаче сигнала управления на обмотки ЭМП 6 и отклонении заслонки 5, которое вызывает изменение дросселирования рабочей жидкости в соплах 4. Перепад давлений Ap заставляет сместиться золотник 2 для обеспечения требуемого расхода жидкости в исполнительный гидроцилиндр 7. Анализ устойчивости привода, проведенный на основе передаточной функции, подтверждает наличие достаточного запаса устойчивости по амплитуде и фазе. Балансные дроссели 1 в гидроусилителе выполнены в виде пакетов дросселирующих шайб для того, чтобы уменьшить вероятность облитерации. Для повышения чувствительности на электромеханический преобразователь подается напряжение осцилляции. Нулевое положение регулируется за счет резьбы на соплах.

Недостатком в преобразователе служит сложная конструкция пружинного подпора, т.к. для устранения возникновения радиальных сил на золотнике пружины помещены в самоустанавливающиеся опоры с точечным касанием. Кроме того, пружинная обратная связь вносит ограничения по мощности преобразователя.

Общим достоинством этой и ранее рассмотренных схем является симметричность конструкции, благоприятно сказывающаяся на надежности работы. Расчетную схему этих гидроусилителей можно представить в виде двухплечевого симметричного гидравлического моста, в плечи которого включены попарно балансные постоянные дроссели и переменные дроссели, а в диагонали - источник питания и нагрузка, роль которой играет перепад давлений на золотнике.

Надо сказать, что рассмотренные преобразователи могут быть использованы в паре как с исполнительным двигателем линейного типа - гидроцилиндром, так и роторного типа - гидромотором. В отечественных и зарубежных роботах широкое применение нашли преобразователи, используемые в приводах чисто роторного типа, известные под названием «гидроусилители крутящих моментов». В качестве задающего устройства для этих усилителей используются шаговые несиловые электродвигатели. Большим преимуществом шаговых систем является возможность непосредственного числового управления, надежное и простое регулирование, разомкнутость системы управления и др. Из отечественных электрогидравлических усилителей с шаговым двигателем распространены гидроусилители типа МГ - 18 с

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_

поворотным золотником и Э32Г18 с золотником осевого перемещения. В таблице представлены технические характеристики рассмотренных электрогидравлических преобразователей:

Таблица 1

Параметры Kyb-Peqasus Dawte ПЭГ-ПМ 16-160 12Г68-1 ЭГП-1 МГ-12М Э32Г18

Номинальное давление, мПа 14 14 16 5,0 7,0 5,0 6,0

Расход при перепаде на золотнике 0,5 номин., л/мин 40 40 40 8,0 18 20

Расход в нулевом положении, л/мин 1,5 1,2 4,0 3,0 3,5 0 0

Мощность сигнала управления, ВТ 0,9 0,9 0,22 0,135 0,95 140 140

Наибольший крутящий момент, кгс.м - - - - - 1,2 1,6

Цена импульса, град - - - - - 1,5 1,5

Гистерезис, % 1,5 3,0 2,0 1,75 1,5 - -

Зона нечувствительности, % 1,0 0,5 1,0 - - 0,14 -

Нелинейность, % - - 10 9,5 8,0 11,0 10,5

Постоянная времени, с 3.10-3 0,01 0,015 0,15 0,012 0,3 0,3

К-т демпфирования 0,5 0,3 0,35 0,3 0,3 0,3 0,25

Список использованной литературы:

1. Москвин В.К. Приводы роботов технологического назначения. - Технология машиностроения, 2013., №4, с.50-54.

2. Проектирование автоматизированных станков и комплексов: учебник в 2-х томах, / Под ред. Чернянского П.М. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014.

3. Гидравлические и пневматические приводы промышленных роботов и автоматических манипуляторов. / Под ред. Крейнина Г.В, М.: Машиностроение, 1993.

4. Кузнецов П.М. Поддержка стадии изготовления изделий в условиях мелкосерийного и единичного производства. - Информационные технологии в проектировании и производстве, 2014, № 1, с. 40-44.

© Кузнецов П.М., Москвин В.К., 2016

УДК: 004.322

Т.А. Онуфриева

кафедра «Компьютерные системы и сети», к.т.н., доцент Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана

А.А. Зайцева

кафедра «Компьютерные системы и сети», студентка 6 курса Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана

АЛГОРИТМЫ АДАПТИВНОЙ МАРЩРУТИЗАЦИИ В №-ЛЕФОНИИ

Аннотация

В статье рассматривается необходимость применения адаптивных алгоритмов маршрутизации в мультисервисных сетях 1Р-телефонии. Предлагается рассматривать построение таблиц маршрутизации на основе критерия минимального пути.

Ключевые слова

1Р-телефония, адаптивная маршрутизация, мультисервисные сети, граф, деревья.

В области корпоративной телефонии общее направление развития технологий и оборудования определяется пользователем, а не оператором связи или разработчиком телекоммуникационного