Привод криволинейного перемещения
CURVILINEAR MOVEMENT DRIVE

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, роботостроения и может использоваться в пневматическом и гидравлическом оборудовании.
Наиболее эффективно применение устройства в качестве приводного механизма ноги шагающего аппарата.
Известны пневматические приводы криволинейного перемещения, в которых для перемещения рабочих органов применяются один сильфон (см. пат. РФ МПК F15B 15/10 №2206011 «Смещенный щелевой затвор с криволинейной траекторией перемещения», Васин В.А., опубл. 10.06.2003 г., Бюл. №16; пат. РФ МПК F15B 15/10, №2206012 «Щелевой затвор с криволинейной траекторией перемещения», Васин В.А., опубл. 10.06.2003 г., Бюл. №16; пат. РФ МПК F15B 15/10, №2215224 «Бескорпусной затвор с криволинейной траекторией перемещения», Васин В.А., опубл. 27.10.2003 г., Бюл. №30). В данных устройствах сильфон выполнен неосесимметричным. У части гофр сильфона центры внешней и внутренней окружностей гофра не совпадают. Конструктивное исполнение сильфона позволяет реализовывать криволинейное перемещение рабочего органа под воздействием давления рабочей среды.
Применение одного сильфона упрощает конструкцию и повышает надежность работы устройств, но необходимость использования специфической формы гофр усложняет их изготовление. Кроме этого, данные устройства также обладают ограниченными функциональными возможностями и областью применения, реализуя криволинейное перемещение только по одной траектории.
Известны приводы криволинейного перемещения; которые имеют расширенную область применения за счет реализаций требуемых траекторий криволинейных перемещений. Данные устройства представляют собой механические рычажные приводы, передаточный механизм которых включает рычаги разной длины, шарнирно соединенные между собой (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 №2622071 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Мольков А.А, опубл. 09.06.2017 г., Бюл. №16), или один рычаг (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №170165 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Овчинников В.А., опубл. 17.04.2017 г., Бюл. №11; пат. РФ МПК F25J 15/06 №128150 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Столяров А.В., опубл. 20.05.2013 г., Бюл. №14).
В данных устройствах внешним силовым воздействием осуществляется перекос рычагов, взаимным расположением которых задается требуемое направление криволинейного перемещения. Перемещение осуществляется созданием на рычаг осевого силового воздействия. Устройства отличаются расширенными функциональными возможностями, однако область их применения ограничена необходимостью создания осевого силового воздействия на рычаги со стороны приводного механизма в процессе их функционирования.
Известно устройство (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №2691155 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Гребняков П.М., опубл. 27.09.2018 г., Бюл. №27), где применен привод криволинейного перемещения, состоящий из сильфона и заглушек, образующих герметичную камеру, охватывающую место соединения рычагов, выполненную с возможностью соединения с пневматическими линиями питания. Устройство работает следующим образом. Внешнее силовое воздействие на рычаг в начале функционирования привода приводит к перекосу рычагов, взаимным расположением которых задается направление требуемого криволинейного перемещения. Создание давления разрежения в камере сильфона приводит к его сжатию, дальнейшему повороту рычагов и выполнению криволинейного перемещения.
Данное устройство расширяет функциональные возможности привода, однако оно обладает низкой силовой характеристикой, так как для реализации криволинейного перемещения используется ограниченное по величине давление разрежения воздуха. Применение рычагов разной длины, шарнирно связанных между собой, усложняет конструкцию, снижает надежность и долговечность его работы.
Наиболее близким из известных по технической сущности является привод криволинейного перемещения (см. пат. РФ №2709945 «Нога шагающего аппарата», Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Маскин А.С., опубл. 23.12.2019 г., Бюл. №36), также состоящий из сильфона и заглушек, образующих герметичную камеру, охватывающую место соединения рычагов, выполненную с возможностью соединецйя с пневматическими линиями питания. Устройство работает следующим образом. Первоначально создается перекос рычагов, их взаимным расположением которых задается направление требуемого криволинейного перемещения. Создание давления разрежения в камере сильфона приводит к его сжатию, дальнейшему повороту рычагов и выполнению криволинейного перемещения. Соединение камеры с атмосферой приводит к выпрямлению рычагов.
Устройство расширяет функциональные возможности привода, так как его работоспособность не зависит от соотношения Длин рычагов. Однако оно обладает низкой силовой характеристикой, так как для реализации криволинейного перемещения используется ограниченное по величине давление разрежения воздуха. Кроме этого, в данных устройствах существенной силовой характеристикой привода является не взаимный поворот рычагов, а выполнение функции их выпрямления, которая зависит от угловой упругости сильфона. Ее увеличение приводит к уменьшению сил искривления сильфона.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы привода криволинейного перемещения путем увеличения силовых характеристик при сохранении его массогабаритных параметров и упрощения управления.
Поставленная задача достигается тем, что в приводе криволинейного перемещения, включающем поворотный механизм, 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 закреплена гибкая подпружиненная тяга, а на заглушках по периметру закреплен ограничитель их взаимного осевого перемещения, выполненный в виде гибкой нерастяжимой оболочки.
Пример предлагаемого устройства представлен на чертежах, где показаны схема привода, этапы его работы (фиг. 1) и вид общий устройства (фиг. 2) соответственно изогнутого (фиг. 2, а) и выпрямленного (фиг. 2, б) сильфона.
В приводе криволинейного перемещения о: (фиг. 1) торцевые поверхности сильфона 1 закрыты заглушками 2 и 3 образуя герметичную полость А. На заглушке 3 закреплен стержень 5. На заглушках по оси сильфона закреплена гибкая подпружиненная тяга 4, а по периметру - гибкая нерастяжимая оболочка 6, выполненная с возможностью ограничения их взаимного осевого перемещения. Полость А выполнена с возможностью соединения с линиями пневмопитания через редуктор 7, распределители 8 и 9.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении (фиг. 1, а) полость А соединена через распределитель 9 с линией разрежения воздуха. Сильфон за счет давления разрежения воздуха в полости А сжат. Заглушки располагаются параллельно друг другу, а стержень 5 располагается по оси сильфона.
зад
Перед началом работы поворачивают стержень 5 и заглушку 3 в требуемом направлении криволинейного перемещения на угол α (фиг. 1, б).
Затем, включая распределитель 8 и 9 через редуктор 7, соединяют полость А с пневмолинией питания избыточного давления р1.
1
пов
Увеличение давления воздуха в полости А до давления р приводит к повороту рычага на угол α (фиг. 1, в).
пит
1
2
Для поворота стержня 5 в направлении оси сильфона переключают распределитель 8, подключая полость А с пневмолинией питания, имеющей давление р, большее р. Это приводит к растяжению тяги 4, натяжению оболочки 6, созданию силового воздействия на сильфон, направленного к его оси. При давлении р в камере сильфон занимает симметричное относительно оси положение (фиг. 1, г).
2
1
Последовательным переключением распределителя 8, изменяя давление воздуха в камере А в пределах от р до р, реализуют возвратно поступательные криволинейные перемещения стержня в заданном направлении.
Использование для криволинейного перемещения более энергоемкий источник питания для выпрямления сильфона повышает эффективность работы привода путем увеличения силовых характеристик при сохранении его массогабаритных параметров и упрощения управления.
Моделирование, макетирование, проведенные натурные исследования предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность, эффективность и промышленную применимость.