Сильфонный привод криволинейного перемещения
BELLOWS CURVILINEAR MOVEMENT DRIVE

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, роботостроения и может использоваться в пневматическом и гидравлическом оборудовании.
Наиболее эффективно его применение для работы приводов криволинейного перемещения подвижных звеньев промышленных роботов.
Известны сильфонные приводы криволинейного перемещения (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №147155 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Юнцзе Цао, опубл. 27.10.2014 г., Бюл. №30; пат. РФ МПК F25J 15/06 №2 622 071 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Мольков А.А, опубл. 09.06.2017 г., Бюл. №16), в которых в качестве энергоносителя используют давление разрежения воздуха. Они имеют рабочую герметичную камеру, образованную сильфоном и торцевыми заглушками, соединенными между собой с возможностью ограничения осевой длины камеры. В качестве ограничителя осевой длины камеры применяется рычажный передаточный механизм, соединенный с заглушками. В исходном положении сильфон занимает симметричное относительно его оси положение. Внешним силовым воздействием осуществляют предварительное искривление камеры сильфона, задавая требуемое радиальное направление перемещения. Затем создают давление разрежения пневмопитания в камере, приводящее к реализации криволинейного перемещения.
Исполнение данных сильфонных приводов не позволяет изменять и управлять траекторией криволинейного перемещения, что ограничивает его функциональные возможности. Кроме этого, применение рычажного ограничителя осевой длины камеры снижает надежность работы привода, а использование в качестве энергоносителя давления разрежения воздуха, ограничивает его силовые характеристики.
Известен сильфонный привод криволинейного перемещения (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №2722200 «Привод криволинейного перемещения», Сысоев С.Н., Овчинников В.А., Голубева Т.Н., опубл. 28.05.2019 г., Бюл. №16), в котором в качестве энергоносителя используется избыточное давление рабочей среды. Устройство, включает поворотный механизм, состоящий из кольцевого сильфона, по оси которого на торцах закреплены две заглушки, образующие герметичную полость, выполненную с возможностью соединения со средством давления, а в полости на заглушках по оси сильфона закреплена гибкая нерастяжимая тяга. В исходном положении полость соединена через распределитель с атмосферой. Сильфон за счет упругости гофр занимает симметричное относительно оси положение. Заглушки располагаются параллельно друг другу. Внешним силовым воздействием, перекосом одной заглушки относительно другой предварительно задают направление криволинейного перемещения. Для осуществления движения приводом криволинейного перемещения создают в полости сильфона давление рабочей среды. Силовое воздействие от избыточного давления приводит к криволинейному перемещению рабочего органа.
Данный способ повышает эффективность работы привода путем увеличения силовых характеристик при сохранении его массогабаритных параметров, однако не позволяет управлять траекторией криволинейного перемещения.
Наиболее близким по технической сущности является сильфонный привод криволинейного перемещения (см. пат. РФ МПК F15B 15/10 №2736902 «Привод криволинейного перемещения», Сысоев С.Н., Никифоров И.Е., Мосалев А.А., опубл. 23.11.2020 г., Бюл. №33), состоящий из кольцевого сильфона, по оси которого на торцах закреплены две заглушки, образующие герметичную полость, выполненную с возможностью соединения со средством давления, по оси сильфона на заглушках закреплен ограничитель осевой длины камеры, выполненный в виде гибкой подпружиненной тяги, а на заглушках по периметру закреплен ограничитель их взаимного осевого перемещения, выполненный в виде гибкой нерастяжимой оболочки. В исходном положении сильфон за счет упругости гофр занимает симметричное относительно оси положение.
Для осуществления движения приводом криволинейного перемещения в камере сильфона повышают давление рабочей среды. Силовое воздействие от избыточного давления приводит к искривлению камеры. Дальнейшее повышение величины давления в камере приводит к увеличению осевой длины камеры и выпрямлению сильфона.
Данный способ расширяет функциональные возможности приводов, но он не позволяет управлять траекторией в процессе их функционирования.
Таким образом, в данном устройстве и всех известных, отсутствует возможность управления радиальным направлением криволинейного перемещения, а также самой траекторией.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения управления траекторией криволинейного перемещения.
Поставленная задача достигается тем, что в сильфонном приводе криволинейного перемещения, включающим закрепленный на корпусе сильфон, торцы которого закрыты двумя крышками, связанными между собой гибкой тягой, образующие герметичную камеру, выполненную с возможностью соединения со средством давления рабочей среды, по оси сильфона в крышке со стороны корпуса установлен шток управления приводом, соединенный с тягой и выполненный с возможностью осевого и радиального перемещения тяги, а крышка выполнена в виде торообразной гибкой нерастяжимой герметичной оболочки, соединенной одним концом с торцевой поверхностью сильфона а другим с тягой.
Пример реализации предлагаемого устройства представлен на чертежах, где показаны этапы работы сильфонного привода криволинейного перемещения (фиг. 1) и общие виды разнообразных положений механизма (фиг. 2) при постоянном давлении питания в камере сильфона.
В сильфонном приводе криволинейного перемещения (фиг. 1, а) на корпусе 1 установлен сильфон 2, торцевые поверхности которого закрыты двумя крышками, образуя герметичную полость А. На крышке 3 закреплен рабочий орган 4. В полости сильфона установлена гибкая нерастяжимая тяга 5, одним концом соединенная по оси с крышкой 3, а другим - со штоком управления 6, который охватывает герметичная гибкая нерастяжимая торообразная оболочка 7. Один конец оболочки закреплен на тяге 5, а другой - на торцевой поверхности сильфона и реализует функцию крышки, закрывающей торцевую поверхность сильфона со стороны корпуса. Герметичная камера А выполнена с возможностью соединения через распределитель 8 с давлением питания рабочей среды.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении (фиг. 1, а) полость А соединена через распределитель 8 с атмосферой. Тяга 5 не оказывает силового воздействия на камеру сильфона. За счет упругости гофр он занимает симметричное относительно оси положение.
Перед началом работы задают требуемые направление радиального перемещения рабочего органа и его траекторию.
Например, для перемещения рабочего органа против часовой стрелки (фиг. 1, б) поворачивают шток управления, смещая в радиальном направлении тягу 5 вправо.
Включением распределителя 8 соединяют линию питания воздуха с полостью А (фиг. 1, в), создавая давление р1, величина которого не приводит в реализации криволинейного перемещения рабочего органа.
Осевым перемещением штока управления 6 вверх, уменьшением осевой длина сильфона, реализуют криволинейное перемещение рабочего органа против часовой стрелки на величину α (фиг. 1, г).
Дальнейшее увеличение осевого смещения штока управления (фиг. 1, д) приводит к увеличению угла поворота β рабочего органа.
При необходимости управления радиальным направлением криволинейного перемещения рабочего органа изменяют радиальное смещение тяги в соответствии с требуемым направлением, что приводит к повороту рабочего органа и устранению рассогласования его положения относительно заданного направления радиального смещения тяги.
Изменение величины ограничения осевой длины камеры сильфона позволяет управлять траекторией криволинейного перемещения.
В наклоненном и вытянутом положении штока управления сильфон занимает искривленное положение (фиг. 2, а). Осевое перемещение штока управления приводит к уменьшению кривизны сильфона и его выпрямлению (фиг. 2, б, в, г).
Дополнительное регулирование давления в камере расширяет возможности управления и существенно увеличивает возможности получения разнообразных траекторий криволинейного перемещения.
Кроме этого, данное устройство открывает возможность создания нового типа безнасосных сильфонных приводов криволинейного перемещения.
Таким образом, предлагаемое техническое решение расширяет функциональные возможности сильфонных приводов за счет управления не только направлением криволинейного перемещения, но и траекторией.
Макетирование, проведенные натурные исследования предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность, эффективность и промышленную применимость.