1. Описание объекта автоматизации

1.1. Цикловые приводы с демпфированием рабочего органа при позиционировании

Для решения функционально простых технологических задач применяются приводы, предназначенные для транспортировки и ориентации заготовок (деталей) в пространстве, а также различного рода механизмы автоматической смены инструмента в "станочных модулях". В них останов исполнительного органа осуществляется преимущественно по жестким упорам или с помощью фиксаторов. При этом выполняется, как правило, вращательное, поступательное или комбинация этих движений от упора до упора. Известны также конструкции, имеющие гидро, электро или пневмоприводы, с расширенными технологическими возможностями, где увеличено количество точек останова исполнительного органа по упорам. По мощностным характеристикам приводы распределяются, начиная с наибольших: гидравлический, электромеханический и пневматический, а по скоростным: пневматический, электромеханический и гидравлический.

Угловые скорости исполнительных органов механизмов автоматической смены инструмента с использованием гидропривода находятся в пределах (1,6 - 5,26) 1/с или (0,3 - 1,2 м/с) на радиусе расположения инструментов с точностью отработки положения при позиционировании исполнительного органа в пределах (0,01 - 0,5) 10 -3 м.

Общность всех движений цикла исполнительного органа данных механизмов заключается в следующем. Каждое движение включает три фазы: разгон, установившееся движение с постоянной скоростью, торможение. В ряде случаев, в частности, при малой длине хода, продолжительность трех фаз соизмерима.

Таким образом, переходные процессы играют важную роль в формировании движения и составляют до 50% от времени движения.

Позиционирование исполнительных органов механизмов по упорам связано с возникновением ударных явлений. Плавность выхода исполнительного органа на жесткий упор, безударная работа осуществляется двумя способами:

а) установкой перед упором демпфирующих систем;

б) снижением скорости движения исполнительного органа, которое осуществляется торможением приводного механизма по определенному закону.

Рис. 1.1.  Классификация цикловых приводов

Наибольшая скорость исполнительного органа при подходе его к упору определяется возможностью возникновения ударных нагрузок. Скорости, допустимые по условиям прочности соударяющихся тел, значительно выше реально установленных при отладке механизмов. Величину допустимой скорости движения исполнительного органа наладчики определяют экспериментально по уровню шума и колебаниям. В приводах манипуляционных механизмов максимальная скорость выхода исполнительного органа на жесткий упор должна быть ниже (0,16 - 0,2) м/с, а в механизмах автоматической смены инструментов эта скорость составляет (0,03 - 0,05) м/с. Такая большая разница в допустимой максимальной скорости для исполнительных органов манипуляционных механизмов связана с многообразием факторов, влияющих на нее, таких, как форма и масса соударяющихся частей, требования к точности позиционирования и так далее.

Таким образом, в цикловых приводах позиционирование подвижного исполнительного органа производят двумя способами.

Первый способ - наиболее распространенный, заключающийся в следующем. При подходе исполнительного органа к жесткому упору из системы управления поступает сигнал приводному механизму на его торможение. Затем производится торможение исполнительного органа, при котором приводной механизм тормозится по такому закону, чтобы исполнительный орган успел затормозиться до скорости безударного выхода его на жесткий упор.

Второй способ отличается от первого тем, что исполнительный орган при подходе к упору тормозиться демпфером, установленным рядом с упором, а не приводом.

Недостатки данных способов заключаются в том, что необходимо применять довольно сложные в изготовлении и настройке демпфирующие устройства, рассчитывая и задавая им определенный закон торможения исполнительного органа. Такое демпфирование не гарантирует надежной безударной работы привода при изменении его параметров. Минимальное время фиксации подвижного исполнительного органа на жесткий упор данными способами ограничено оптимальной работой демпфера. Работа демпфирующих механизмов основана на гашении энергии движения исполнительного органа, поглощении, отводе энергии.

Повышения быстродействия цикловых приводов достигают методами уменьшения времени переходных процессов (разгон, торможение) исполнительного органа, а также уменьшением времени цикла работы механизма. Уменьшения времени торможения исполнительного органа достигают за счет оптимизации закона торможения привода при выходе исполнительного органа на жесткий упор. Для этого определяют требуемый профиль втулки демпфера в гидроцилиндре.

Разработкой оптимальных по быстродействию конструкций демпферов занимаются как в нашей стране, так и за рубежом. Так, например, предлагается повышать быстродействие цикловых механизмов путем увеличения жесткости механизма, уменьшения инерционности исполнительного органа, уменьшения длины кинематических цепей и так далее.

Таким образом, разработчики стремятся получить оптимальный по быстродействию апериодический закон торможения исполнительного органа с максимально возможным ускорением торможения. Данные ускорения приближаются к (0,3 - 0,4) g (g - ускорение свободного падения), тогда как допустимые ускорения для цикловых приводов без учета ударных явлений об упор намного выше. Причем допустимые ускорения торможения снижаются при ухудшении динамических свойств механизма (инерционность, жесткость, наличие зазоров и так далее). Это показывает на невозможность значительного улучшения технических характеристик цикловых приводов с позиционированием исполнительного органа на жесткий упор применением традиционного способа позиционирования и потребность исследования их с использование методов поискового конструирования.