ПНЕВМОПРИВОД С ТОРМОЗНЫМ УСТРОЙСТВОМ
AIR DRIVE WITH BRAKE DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тех областях, в частности в космической технике для раскрытия посадочного устройства пилотируемого космического корабля (ПТК), где необходимо осуществить торможение поршня пневмоцилиндра в конце его движения для избежания удара, который нежелателен или недопустим.
Известна схема пневмопривода с внутренним тормозным устройством - аналог, описанная в патенте RU 2447329 С2, 23.06.2010, МПК: F15B 15/22, F16K 31/122.
шт
шт
Пневмопривод содержит корпус, на котором установлен входной штуцер и дроссель для соединения поршневой полости силового цилиндра с источником сжатого воздуха. Силовой цилиндр, размещенный внутри корпуса, слева закрыт крышкой с упором, обращенным к поршню, а справа крышкой, на которой выполнен выступ, охватывающий поршень, при этом торец выступа размещен на расстоянии, равном ходу штока х относительно правого торца поршня. Внутри цилиндра установлен поршень со штоком, в центре которого со стороны торца штока выполнено глухое отверстие, при этом в конце этого отверстия на расстоянии l от плоскости А просверлено сквозное отверстие, перпендикулярное оси глухого отверстия, для сообщения с правой полостью цилиндра, которая через регулируемый дроссель и выпускное отверстие сообщается с атмосферой. Шток с глухим и сквозным отверстиями, внутренняя поверхность выступа крышки и регулируемый дроссель с выпускным отверстием образуют тормозное устройство. При перемещении поршня на расстояние l>Х относительно исходной плоскости происходит перекрытие сквозного отверстия и включение торможения поршня.
2
Недостатком аналога является низкая эффективность торможения для пневмопривода, работающего при высоком давлении воздуха (порядка 120 кгс/см) и имеющего малый объем камеры торможения силового цилиндра, которым является пневмопривод в посадочном устройстве ПТК. В результате низкого уровня противодавления в камере торможения развиваемое усилие будет недостаточным для сопротивления удару.
Известен также пневмопривод с внешним тормозным устройством - ближайший аналог (прототип), описанный в [Т.М.Башта. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М., Машиностроение, 1972, стр.293].
Пневмопривод с тормозным устройством снабжен силовым цилиндром, камерой торможения, поршнем с односторонним штоком, поршневой полостью силового цилиндра, связанной с пневмовыходом первого четырехходового клапанного распределителя, соединенного с задатчиком команды начала движения, при этом пневмовход первого клапанного распределителя через пневмомагистраль связан с источником сжатого воздуха. Камера торможения силового цилиндра соединена с пневмовходом второго трехходового клапанного распределителя, пневмовыход которого связан с атмосферой, при этом второй клапанный распределитель связан с сигнализатором положения одностороннего штока в виде кулачка.
При перемещении поршня вправо сжатый воздух отводится через первый и второй клапанные распределители в атмосферу. В определенном (заданном) месте хода односторонний шток поршня при помощи кулачка переключает (утапливает) второй клапанный распределитель, в результате воздух будет выходить лишь через регулируемый дроссель, ввиду чего обеспечивается снижение скорости поршня до требуемой величины.
2
Указанная схема применяется для промышленных пневмоприводов, где давление воздуха составляет порядка 10 кгс/см, а объемы тормозных камер пневмопривода достаточно велики, что при небольших нагрузках на штоке (удержание инструмента) обеспечивает эффективное торможение. Для пневмопривода, используемого в посадочном устройстве ПТК, где передвигаемые массы посадочных опор достаточно велики, такая схема торможения не будет эффективной из-за низкого уровня противодавления в камере торможения и развиваемого усилия сопротивления удару.
Задачей пневмопривода с тормозным устройством является обеспечение перемещения штока от упора исходного положения до упора конечного положения, при этом на конечном участке пути скорость перемещения поршня должна быть минимальной для уменьшения энергии удара поршня об упор конечного положения. Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение возможности снижения скорости по ходу поршня пневмопривода и демпфирования удара при подходе к упору.
Технический результат достигается за счет того, что в пневмоприводе с тормозным устройством, содержащем силовой цилиндр, первый и второй клапанные распределители, при этом первый клапанный распределитель связан с задатчиком команды начала движения, пневмовход через пневмомагистраль - с источником сжатого воздуха, а пневмовыход - с поршневой полостью силового цилиндра, причем второй клапанный распределитель связан с сигнализатором положения одностороннего штока, в отличие от известного, клапанные распределители выполнены в виде двух электропневмоклапанов, сигнализатор положения одностороннего штока выполнен в виде электрического датчика, а второй электропневмоклапан электрически связан с сигнализатором положения одностороннего штока, при этом пневмовход второго электропневмоклапана через пневмомагистраль связан со вторым источником сжатого воздуха, а пневмовыход его через пневмомагистраль соединен с камерой торможения силового цилиндра.
Таким образом, благодаря данному техническому решению осуществляется возможность снижения скорости движения поршня пневмоцилиндра по ходу штока и обеспечивается демпфирование удара при подходе к упору.
Отличие тормозного устройства заявляемого пневмопривода от тормозного устройства прототипа состоит в том, что в нем тормозное устройство образуется за счет поступления сжатого воздуха от второго источника сжатого воздуха в камеру торможения силового цилиндра, которое осуществляется при подаче команды на второй электропневмоклапан, связанный пневмомагистралью с камерой торможения. Включение второго электропневмоклапана осуществляется в конце движения штока по сигналу от сигнализатора положения одностороннего штока. К этому моменту посадочная опора находится в раскрытом и взведенном положении, и благодаря замкам в конструкции опоры, образующим жесткую связь, движение штока пневмопривода в обратном направлении не может произойти. В связи с этим объем сжатого воздуха в камере торможения силового цилиндра практически не изменяется, что позволяет использовать баллон малой емкости в качестве источника сжатого воздуха. Снижение скорости штока пневмопривода осуществляется за счет противодействия его движению со стороны камеры торможения силового цилиндра, что приводит к демпфированию удара. Использование для целей торможения сжатого воздуха от единого источника сжатого воздуха (баллона) невозможно, так как в этом случае давление воздуха в обеих полостях силового цилиндра будет одинаковым и перепад на его поршне будет равен нулю.
Осуществление заявленного технического решения поясняется с помощью чертежа пневмопривода. На чертеже цифрами обозначены:
1 - силовой цилиндр;
2 - поршень;
3 - односторонний шток;
4 - задатчик команды начала движения;
5 - первый электропневмоклапан;
6 - второй электропневмоклапан;
7 - первый источник сжатого воздуха;
8 - второй источник сжатого воздуха;
9 - сигнализатор положения одностороннего штока.
Внутри силового цилиндра 1 расположен поршень 2 с односторонним штоком 3. Поршневая (рабочая) полость силового цилиндра связана с пневмовыходом первого электропневмоклапана 5, при этом его пневмовход связан с первым источником сжатого воздуха 7 в виде баллона. Первый электропневмоклапан 5 связан с электрическим задатчиком начала движения 4 (в прототипе - эта связь механическая).
Камера торможения силового цилиндра 1 связана с пневмовыходом второго электропневмоклапана 6, а его пневмовход связан со вторым источником сжатого воздуха 8 в виде баллона. Второй электропневмоклапан 6 электрически связан сигнализатором положения одностороннего штока 9 (в прототипе - эта связь механическая), который соединен с односторонним штоком 3. Второй источник сжатого воздуха 8, второй электропневмоклапан 6 и камера торможения силового цилиндра 1 образуют тормозное устройство.
2
3
Рассмотрим работу пневмопривода с тормозным устройством. При подаче команды на электропневмоклапан 5 от задатчика команды начала движения 4 происходит поступление сжатого воздуха давлением порядка 120 кгс/см из первого баллона 7 через первый электропневмоклапан 5 в поршневую полость силового цилиндра 1. Поршень 2 с односторонним штоком 3 под действием перепада давления начинает перемещаться вправо, при этом вытесняемый поршнем воздух остается в камере торможения силового цилиндра. В связи с малым объемом камеры (около 30 см) давление в ней повысится незначительно и его будет недостаточно для создания эффекта торможения в конце хода штока. Это проверено экспериментально.
При перемещении поршня 2 к упору конечного положения сигнализатор положения одностороннего штока 9 вырабатывает электрический сигнал, по которому на второй электропневмоклапан 6 подается команда на его открытие. В результате сжатый воздух под большим давлением из второго источника сжатого воздуха 8 поступает тормозную камеру силового цилиндра 1, что приводит к созданию противодействующего усилия с эффектом торможения, что вызывает демпфирование удара.
Таким образом, заявляемый пневмопривод обеспечивает снижение скорости движения поршня пневмопривода по ходу штока и демпфирование удара.
Особенностью схемы раскрытия и торможения посадочной опоры является ограниченный объем источников сжатого воздуха (баллоны объемом 1 л), что обусловлено малым объемом отсека ПТК, отведенным для обеспечения питанием пневмоприводов.