2.3.6. Промышленные робототехнические комплексы

Промышленные роботы предназначены для автоматизации операций по загрузке-выгрузке деталей и смены инструмента на металлорежущих станках. К промышленным роботам может быть отнесен станок, позволяющий обрабатывать детали на поворотном столе в трех координатных осях и со сменой 50 различных инструментов. Технические характеристики некоторых из них приведены в табл. 2.7. Робот ПР РБ 242Б, обслуживающий станки с ЧПУ, имеет характеристики, представленные в таблице 2.8.

Таблица 2.7

Параметры	МРУ-901	МП-4	1Р-3
Грузоподъемность, кг	0,02	5	40–100
Число степеней подвижности	2	3	3
Система управления	Циклическая по упорам	Позиционная	Позиционная
Точность позиционирования, мм	0,1	3	3
Скорость линейная, м/с	0,1	0,05	0,8
Скорость угловая, рад/сек	130	100	60
Перемещение линейное, мм	10	100	1000
Перемещение угловое, град	20–90	200	270
Масса, кг	13	460	1200

Таблица 2.8

Наименование показателя	Величина показателя
Количество обслуживаемых станков	1
Номинальная грузоподъемность, кГ при установке: одинарного захвата двойного захвата	10 2х5
Абсолютная погрешность позиционирования	0.5 мм
Максимальное линейное перемещение	150 мм
Максимальные угловые перемещения, гр по осям А, С, В  (блок поворота Б, В)	90, 120, 180 90/180, 270
Диапазон скоростей линейного перемещения, мм,с	0.0080.5
Диапазон  углового перемещения, о/сек, по осям: А, С, В 	1,36 120 90
Число степеней свободы (подвижности)	6
Усилие захватывания, н (Рат = 0.5 Мпа)	> 350
Время захватывания, сек	 2
Время отпускания, сек	 2
Диапазон  захватываемых деталей, мм по наружному  по внутреннему 	20150 38168
Количество рук/захватов на руку	1/1 или ½
Тип привода: электрический, пневматический	Оси x/z; А/С,В
Масса робота, кг	 145
Габариты, мм ширина х длина х высота	340х1238х751

Промышленный робот «Фароб» с изгибающейся в вертикальной плоскости «рукой» (6 степеней подвижности) предназначен для сварки, замены инструмента, абразивной обработки материалов. Грузоподъемность – 70 кг, точность позиционирования – 0,4 мм. Это универсальный промышленный робот, имеющий большую рабочую зону, легко перепрограммируемый. Автоматизирует операции: сварки, сборки, шлифовки, полировки, может укладывать грузы на поддоны. Точность позиционирования 0,5 мм. Промышленные мини- и микророботы имеют массы соответственно 6,5 и 3 кг для миниатюрных изделий до 0,1 кг с микропроцессорной системой управления и точностью позиционирования 100 и 50 мкм.

2.3.7. Уникальные сверхмощные и микромощные двигатели и генераторы

В наше время возникает необходимость создания как сверхмощных электрических генераторов (более миллиона киловатт), так и электрических двигателей очень малой мощности (сотые доли ватта) для устройств автоматики и микроэлектроники. Отечественные достижения в области уникальных машин постоянного тока характеризуются созданием самых крупных в мире двигателей мощностью 17600 кВт для электроприводов винтов атомных ледоколов «Арктика» и «Сибирь».

Из управляемых машин переменного тока можно назвать отечественные мощные двигатели и моторгенераторы гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Мощности синхронных двигателей достигли 60 тыс.кВт, а мотор–генераторов ГАЭС – 200 тыс. кВт и более, турбогенератор мощностью 200 МВт. Что касается скоростей электродвигателей, то в мировой практике имеются двигатели с частотой вращения 400–500 тыс.об/мин на подшипниках с газовой смазкой. Создание электродвигателей с очень малой частотой вращения оказалось столь же сложной задачей, как и создание ультраскоростных машин. Это обусловлено требованием иметь очень малую частоту вращения, составляющую до 1 об/ 5 сут.

На принципе линейных двигателей, в которых роль статора играют обмотки катушек на платформе, создающие бегущее с заданной скоростью магнитное поле, а роль ротора – платформа скоростного транспорта, создаются разные варианты скоростного транспорта. В настоящее время такой электротранспорт – поезд TGV, перемещающийся со скоростью 250 км/час, эксплуатируется во Франции на линии Марсель - Париж, концерн «Трансрапид» в Германии довел скорость поездов до 500 км/час. В Японии уже в 1972 году создан экспериментальный 4-тонный вагон, который двигается по трассе-статору с обмоткой из сверхпроводящего материала. Серийный вагон развивает скорость 550 км/час.

В 80-х годах был создан отечественный самый мощный в мире турбогенератор в 1200 МВт. Ротор генератора выполнен из магнитной стали, причем он должен был быть длиной не более 8-9 м, иначе возникнут недопустимые прогибы, приводящие к вибрации. Для механической обработки применялись высокоточные фрезерные станки и балансировочные стенды с управлением от ЭВМ. В результате удалось достичь амплитуды вибраций на подшипниках в пределах 10 мкм. Испытаны генераторы на 2000 и 2500 МВт.

Конструктивная интеграция электромеханического преобразователя с рабочим органом технологической установки приводит к ЭП с рядом новых свойств: мотор-колесо, МГД-насос в литейном производстве, в котором роль подвижной части двигателя играет сама перекачиваемая электропроводная жидкость (расплав металла). ЭП имеют мощности от микроватт (в электроприводах приборных систем) до десятков мегаватт (в электроприводах компрессоров газоперекачивающих систем), то есть диапазон в 10¹². Такого же порядка и диапазон скоростей вращения. От 1 оборота за десятки часов (установка по выращиванию кристаллов), до 150 000 об/мин. (шлифовальный круг в алмазном производстве). Применение ЭП – от искусственного сердца до шагающего экскаватора. Назовем еще некоторые из нестандартных ОПМ, отличающиеся от обычного типа:

Крановое судно – гигант. Процесс добычи нефти с шельфа потребовал создания нефтяных платформ высотой до 234 м и массой до 350 тыс. т (платформа Брент-Б, добыча 22 тыс. т/сутки). Монтаж и ремонт таких сооружений потребовал создания специальных плавучих кранов, как, например крановое судно «Микопери-7000». Корпус его состоит из двух полностью погруженных поплавков, на которые опирается высоко расположенная над водой платформа размером 175х87 м. Полная длина кранового судна – 190 м, ширина 87 м, высота 43,5 м. Водоизмещение – 172 тыс. тонн. Имеется взлетно-посадочная площадка для 2 тяжелых вертолетов. Осадка судна колеблется от 10,5 до 27,5 м. На судне установлены два крана каждый грузоподъемностью 7000 т с длиной стрелы 140 м – самые мощные в мире. Первый кран используется для монтажа над поверхностью воды модулей весом в несколь тысяч тонн. Второй – для подводных работ на большой глубине (до 450 м). Имеет специальный модуль, обеспечивающий работу 14 водолазов, а также специальную подводную лодку с глубиной погружения 350 м. Кран-судно имеет две системы позиционирования: статическую, состоящую из 16 якорей весом по 400 т, натяжение канатов которых контролируется компьютером, который к тому же выдает на экран рекомендации по их размещению и динамическую, состоящую из 8 винторулевых колонок и двух подруливающих устройств водометного типа общей мощностью 35 тыс. кВт. Система обеспечивает удержание судна на заданной позиции при волнении моря до 8 баллов. Отечественное судно-гигант «Богатырь» имеет грузоподъемность 300 т, вылет стрелы 15–27 м, высоту подъема крюка 3,5 м, массу перевозимого груза 900 т. Водоизмещение судна 1500 т. По разделу рекомендована литература [17–19].

Контрольные вопросы

1. Дайте классификацию общепромышленных механизмов и установок.

2. Опишите параметры, характеризующие ОПМ.

3. Какими параметрами ЭП характеризуются грузоподъемные краны?

4. Опишите электроприводы компрессорных установок и станций.

5. Охарактеризуйте ЭП металлообрабатывающих станков.

6. Какими основными параметрами характеризуются буровые и строительные машины?

7. Возможности робототехнических комплексов.

8. Опишите сверхмощные и микромощные двигатели и генераторы.

3. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ МАШИН, УПРАВЛЯЕМЫХ ОПЕРАТОРОМ

Лекция 9

Главным технологическим требованием, влияющим на выбор ЭП общепромышленных механизмов, управляемых оператором, является регулирование скорости. Диапазон D регулирования определяется отношением рабочей скорости к минимальной, необходимой для мягкой установки груза в определенное место без недопустимого толчка. Регулирование скорости облегчает оператору остановку механизмов с необходимой точностью, сокращает число необходимых повторных включений ЭП.

Условия работы определяются назначением. Управление скоростью ЭП должно осуществляться при ограничениях, наложенных на ускорение, ток и момент. Рабочие скорости таковы, что время переходных процессов составляет небольшую долю общего времени цикла, на производительность ИО влияния не оказывают и точного воспроизведения уравнений движения не требуют. Однако при проектировании необходимо оценивать влияние раскачивания груза, кинематических зазоров, принимать меры по ограничению динамических нагрузок.