ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Полезная модель относится к пневмоавтоматике и может быть использована в конструкциях приводов автооператоров, станков и промышленных роботов.
Известен пневматический привод (см. Герц Е.В. Пневматические приводы. Теория и расчет.- М.: «Машиностроение», 1969, стр.37, рис.6), содержащий силовой пневмоцилиндр (двигатель), двухпозиционный четырехлинейный управляющий воздухораспределитель, связанный с каналом пневмопитания (магистралью).
Недостатком данного привода является его низкая экономичность, обусловленная тем, что в при каждом срабатывании привода в его рабочую полость подается одна и та же энергия (давление, ~ 0,8 МПа) из магистрального канала питания, что, в свою очередь, при перемещении масс, которые в разных тактах работы технологической машины имеют разную величину, с меньшей величиной приводит к завышенным скоростям, ударам в конце хода и перерасходу (избыточности) энергии сжатого газа.
Известен пневматический привод (см. Кудрявцев А.И., Пятидверный А.П., Рагулин Е.А. Монтаж, наладка и эксплуатация пневматических приводов и устройств. - М.: «Машиностроение», 1990, стр.8, рис.1.3. - К), содержащий силовой пневмоцилиндр, каждая полость которого через распределитель и редуктор давления соединена с источником питания (магистралью).
Недостатком данного привода является то, что при срабатывании привода в каждую рабочую полость двигателя подается с выхода регуляторов давления одно и то же давление (энергия) газа, что при перемещении более легких масс, изменяющихся в широком диапазоне, приводит из-за избыточности для этих масс энергии в полостях цилиндра к перерасходу энергии из магистрали питания.
Наиболее близким аналогом является пневматический привод (см. Кудрявцев А.И., Пятидверный А.П., Рагулин Е.А. Монтаж, наладка и эксплуатация пневматических приводов и устройств. - М.: «Машиностроение», 1990, стр.8, (рис.1.3 - Н).
Данный привод содержит силовой пневмоцилиндр, поршневая полость которого через воздухораспределитель и редуктор давления соединена с источником питания (магистралью), а штоковая полость через параллельно соединенный редуктор давления и обратный клапан соединена с каналом питания воздухораспределителя. Недостатком данного привода является перерасход энергии при перемещении более легких масс, из широкого их диапазона, из-за того, что в рабочую полость цилиндра подается с регуляторов давления одно и то же давление (энергия) газа, не соотнесенное с конкретной величиной текущей перемещаемой массы (нагрузки).
Технической задачей предлагаемого пневматического привода является повышение экономичности за счет изменения энергии, направляемой в силовой двигатель, путем подачи в силовой двигатель давления сжатого воздуха, соответствующего величине перемещаемой массы нагрузки, изменяющейся в значительном диапазоне.
Технический результат по повышению эффективности привода за счет подачи в силовой двигатель давления сжатого воздуха, соответствующего величине перемещаемой массы нагрузки, достигается тем, что пневматический привод содержит силовой пневмоцилиндр, двухпозиционный четырехлинейный управляющий воздухораспределитель, канал питания которого через обратный клапан, редуктор давления и ресивер соединен с выходом компрессора, программный блок, выход которого соединен с управляющим входом управляющего воздухораспределителя, при этом параллельно цепочке из последовательно соединенных редуктора давления и обратного клапана, подсоединен набор параллельно соединенных цепочек, состоящих каждая из последовательно соединенных редуктора давления, двухпозиционного клапана (распределителя) и обратного клапана, а управляющие входы двухпозиционных клапанов соединены с дополнительными выходами программного блока.
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого пневматического привода.
Пневматический привод содержит силовой пневмоцилиндр 1, взаимодействующий с переменной массой (нагрузкой) 2, двухпозиционный четырехлинейный управляющий воздухораспределитель 3, канал питания 4, который через обратный клапан 5, редуктор давления 6, ресивер 7 соединен с выходом воздушного компрессора 8, программный блок 9, канал управления 10 которого соединен с управляющим входом распределителя 3, параллельно цепочке из последовательно соединенных редуктора давления 6 и обратного клапана 5 подсоединен набор параллельно соединенных цепочек (ветвей) 11, 12, 13, состоящих каждая из последовательно соединенных редуктора (стабилизатора) давления 14, (15, 16), двухпозиционного клапана (распределителя) 17 (18, 19) и обратного клапана 20, (21, 22 - соответственно), управляющие входы 23, 24, 25 двухпозиционных клапанов 17, 18, 19 соединены с дополнительными выходами программного блока 9, манометры 26, 27, вентили со штуцерами 28, 29, 30, 31 для присоединения манометра (27) настройки разновеликих давлений на выходе редукторов давлений 6, 14, 15, 16.
Пневматический привод работает следующим образом. При отсутствии сигнала управления в канале управления 10, газ из канала питания 4 с давлением Р через распределитель 3 поступает в поршневую (верхнюю) полость цилиндра 1, шток цилиндра (с грузом или без него) выдвигается (в крайнее нижнее положение), воздух из нижней (штоковой) полости при этом сбрасывается в атмосферу (А). При подаче программным блоком 9 сигнала в канал управления 10 распределитель 3 переключается, воздух из канала 4 подается в штоковую полость, шток втягивается в цилиндр 1, поднимая вверх груз (m), воздух из верхней полости при этом сбрасывается в атмосферу.
Подъем грузов. При массе (m), состоящей из массы поршня, штока и нагрузки, до 0,25 m∗, где m∗ - максимальная расчетная масса, поднимаемая (перемещаемая) приводом, к каналу 4 через обратный клапан 5 подается давление (~0,15 МПа) с выхода редуктора (стабилизатора) давления 6.
При перемещаемой массе (m) в пределах (0,25…0,5)m∗ к каналу (цилиндру 1) питания 4 подается давление (~0,3 МПа) через обратный клапан 20, клапан 17 (подан сигнал управления 23) с выхода редуктора давления 14. При перемещаемой массе в пределах m=(0,5…0,75)m∗ к каналу 4 через обратный клапан 21, клапан 18 (подан сигнал 24) подается давление (~0,45 МПа) с выхода редуктора давления 15. При массе m≈m∗ - к каналу 4 через обратный клапан 22, клапан 19 (подан с блока 9 сигнал управления с управляющего входа 25) подается давление (~0,6 МПа) с выхода редуктора давления 16, при этом клапаны 17, 18 не отключаются, что уменьшает частоту их срабатывания (увеличивает их ресурс).
При переходе на пониженное давление питания канала 4 редукторы давления с более высоким давлением клапанами (17, 18, 19) отключаются от канала питания снятием сигналов управления.
Опускание грузов. Осуществляется при питании цилиндра 1 (канала 4) от редуктора давления 6.
Максимальную величину перемещаемых (при давлении Р=0,6 МПа) масс m∗ и давление (Р) на выходе редукторов давления 6, 14, 15, 16 для текущей массы (диапазона масс) выбирают согласно зависимости
P=(N+m(a+gsinφ))/ω, Па,
где N - суммарная сила трения цилиндра 1 (поршня, штока), Н.
g=9,81 м/с^2 - ускорение свободного падения, а - задаваемое минимально допустимое ускорение перемещаемых масс, обычно a=(0,4~0,6)g, м/с^2, φ - угол отклонения осевой линии силового цилиндра 1 от горизонтальной плоскости, град., ω - эффективная площадь поршня цилиндра 1, м2.
При срабатывании привода рабочая полость «потребляет» энергию (Э)
Э=Pωl, Дж,
где l - полный ход поршня (штока), м.
Уменьшение давления (Р) питания цилиндра при m<m∗ и выбор ускорения a<g при подъеме (перемещении) изменяющихся в значительном диапазоне масс (нагрузки) позволяет снизить потребляемую энергию приводом (экономить сжатый газ в ресивере 7).
Общее управление приводом (блоком 9) может осуществляться по времени или по пути с использованием сигналов концевых (путевых) датчиков (на рисунке не показаны) и комбинированно (по пути и по времени).