Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленные роботы и робототехнические системы. Учебное пособие
.pdf
3. Выбирается гидроцилиндр, при этом учитывается, что долж-
≤…
2
,
max
PM
q
π
=
max
ã/ö ïîë
,
max
QVf= ⋅
ã/ì
,
max
max
M
QP= ⋅ω
,
max max
V ω
ïð í í
,êÂò,P PQ= ⋅
( )
í
1, 0 5 1, 10PP= …
( )
QQ
но выдерживаться соотношение
D
/
ãö
18 20
. Если соотношение
L
/
ãö
больше 20, то используются гидромоторы с винтовой или реечной
передачей движения к звеньям М;
В этом случае:
где q – удельная производительность гидромотора, м3/ч;
M
– максимальный момент гидромотора.
– 4. Рассчитывается расход рабочей жидкости;
Для гидроцилиндров и гидромоторов:
где
– максимальные скорости исполнительных двигате-
лей.
– 5. Определяется приводная мощность и подбирается насосная
станция;
Требуемое давление станции:
где
1, 25 1, 3 0
= …
í
– давление, создаваемое насосом;
– расход рабочей жидкости от насоса.
Повышающие коэффициенты позволяют учесть силы инерции и
утечки через уплотнения системы.
– 6 Выбирается по каталогам распределительная и контрольная
аппаратура и трубопроводы, исходными данными для вы-
бора будут значения величины расхода и давления рабочей
жидкости.
41
Гидроприводы со следящим управлением.
2
,
4
D
mF P
π⋅
⋅=
1, 5m =
= …
,
kn
EEA
= +
k
2
2
k
mV
E =
Принят следующий порядок расчета гидроприводов со следящим
управлением:
– рассчитываются значения P и Q, как показано выше;
– осуществляется предварительный выбор конструктивных
параметров гидродвигателей и трубопроводов;
– выбираются распределительные элементы и электрогидроу-
силители;
– выбираются датчики обратной связи.
2.3.4.2 Пневматический привод
Пневмопривод широко использовался в ПР первого поколения.
Наиболее широкое распространение имеют двухсторонние поршневые пневмодвигатели с одно и двухсторонним штоком, имеются
конструкции со встроенными в крышки тормозными устройствами,
обеспечивающими плавный останов. В случае малого хода широкое
распространение имеют мембранные устройства, имеются различные
конструкции поворотных двигателей.
В предварительных расчетах для выбора пневмоцилиндров используется зависимость:
где m – коэффициент, учитывающий вид уплотнения поршня:
F – усилие на штоке;
D – диаметр цилиндра;
P – давление в сети.
Для безударной остановки движущихся масс при подходе штока
пневмоцилиндра к упору используются гидроамортизаторы, подбираемые по суммарной поглощаемой энергии:
где
– манжетное уплотнение;
металлическими кольцами;
Σ
E
– кинетическая энергия привода;
– для поступательного движения;
42
1, 1 1, 3m
– уплотнение с
2
R
n
n nò
=
n
F
Ml
.
kn ò
E E A mgl
Σ
= +±
( )
22
,
3
r
F PR R r
π
= ++
/ 0, 6 0, 8rR= …
I ω
E
=
k
A
– дополнительная работа привода;
A Fl
– для вращательного движения;
– для поступательного движения;
– сила, развиваемая приводом;
l
– тормозной путь;
ò
AR=
n
ò
– для вращательного движения;
M – приводной момент.
При движении в вертикальной плоскости:
Знак определяется направлением движения:
(+) – при движении вниз;
(–) – при движении вверх.
Для мембранных механизмов усилие в штоке:
где P – давление в сети;
R – радиус периметра мембраны;
r – радиус центральной жесткой шайбы.
Рекомендуется соотношение
максимального усилия на штоке.
Максимальный ход штока мембранные механизмов не должен
превышать (0,25…0,30)R – для плоских мембран; (0,40…0,50)R – для
тарельчатых мембран.
Поворотные пневмоцилидры выбираются по крутящему моменту на выходном валу, требуемому углу поворота и угловой скорости
вращения.
2.3.4.3 Электрический привод
Электропривод выбирают, исходя из:
− требуемых динамических свойств при пуске, тормо-
− диапазона регулирования скорости;
жении и изменении нагрузки;
43
для достижения
– требований механической характеристики режима работы;
ϕ
ð
t
ö0
t tt= +
ñ
M
4
IM
⋅ϕ ⋅
( )
ì
,Kf= µ
( )
( )
/
gñ
MM f= µ
(
)
-1
ì
ì
2
,ñ .
1ðt
ϕ
ω=
+ξ
PM
ì
U
– частоты включения привода.
Двигатель выбирается по минимальной величине требуемого
момента. Исходными данными являются:
– угол поворота механизма, соответствующий полному вре-
ì
мени
перемещения РО;
t – длительность пауз, с;
0
– продолжительность цикла работы, с;
ð
I – момент инерции исполнительного механизма М, кг∙м2;
ì
– статический момент от нагрузки на выходном валу, Н∙м.
По этим данным определяется коэффициент, характеризующий
параметры исполнительного механизма и режим работы:
µ= =
ìì
2
⋅
tM
ðñ
M
max
ñ
.
Далее по справочным таблицам находятся коэффициенты
коэффициентов
определяются:
,fξ= µ
. На основе знамений этих
Скорость выходного вала механизма:
Эквивалентная мощность механизма:
t
ð
=ω⋅
ìì
.
g
t
ö
Подбирается двигатель и определяется передаточное отношение
редуктора:
ω
ïð
=
ð
.
ω
Если привод работает в кратковременном режиме, то на этом
расчет заканчивается‚ а если в повторно-кратковременном‚ то проверяется двигатель на нагрев.
44
2.3.5 Проектирование передаточных механизмов
На структуру и конструкцию исполнительных передаточных
механизмов влияют:
– тип двигателя – поступательный или вращательный;
– вид перемещения исполнительного звена – поступательное
или вращательное.
Передаточные механизмы могут использоваться для:
– превращения вида движения;
– согласования осей двигателя и исполнительного механизма;
– согласования скоростей движения двигателя и исполнительных
механизмов;
– согласование силовых характеристик.
Передаточные механизмы могут отсутствовать, а ведущие элементы двигателей непосредственно связываются с исполнительными
звеньями, а то и выполняют их функции.
Наиболее часто приходится применять передаточные механизмы
для преобразования поступательного движения гидро или пневмоцилиндров во вращательное движение исполнительного органа, для чего
применяются передачи реечные, винтовые и цепные.
При согласовании скоростей движения применяются зубчатые,
червячные и волновые редукторы.
Могут применяться ускорительные передачи между двигателем и
исполнительными звеньями, например ускоренная реечная передача
от гидроцилиндра к исполнительному звену.
2.3.6 Схемы расположения приводов
Место расположения привода М определяется конструктивными
особенностями его узлов.
Существует три схемы расположения приводов:
– двигатели располагаются на звеньях М. Это сравнительно про-
стые конструктивные решения, часто не имеют редукторов.
Блоки двигатель-редуктор отличаются только типоразмерами.
Удобны в управлении. Недостаток – увеличение размеров и
перемещающихся масс М. По этой схеме строят гидропривода
ПР с большой грузоподъемностью, а также пневматические
ПР на основе поступательных пар;
45
– приводы располагаются на основании. Двигатели связываются
= ⋅⋅ ⋅ ϕ
= ⋅⋅ ⋅ ϕ
со звеньями М кинематическими передачами. Такая схема обеспечивает меньшие размеры и массу звеньев М. Применяется
при электроприводах с цепной или тросовой передачей;
– комбинированные приводы. В этом случае часть двигателей
располагается на основании, а часть на подвижных звеньях,
а может быть и непосредственно в шарнирах. Наиболее распространенная схема.
2.4 Уравновешивающие системы
2.4.1 Уравновешивание статических нагрузок
манипулятора. Виды систем уравновешивания
М – это рычажный многозвенный механизм, опирающийся на
стойку и заканчивающийся РО. Все статические нагрузки этого механизма воспринимаются приводами.
В общем случае эти нагрузки определяются двумя составляющими:
– постоянная статическая нагрузка от массы звеньев, создающая
момент:
çâ çâ çâ
cos ;M m gr
– переменная статическая нагрузка от массы груза, изменяется
от 0 до
m , создающая момент:
ãð.max
ãð ãð ãð
cos .M m gr
Основное влияние статические нагрузки оказывают на приводы
региональных движений – более 80 % от общей нагрузки. Влияние
на приводы локальных движений существенно меньше, т.к. с целью
увеличения угла сервиса стремятся к минимальным размерам подвижного РО, соответственно, и к минимальным статическим нагрузкам.
Значительные статические нагрузки на приводы региональных
движений приводят к увеличению их мощности, размеров и массы
ПР в целом.
Для уменьшения энергоёмкости М создаются механизмы, разгружающие двигатели от нагрузок, обусловленных массами подвижных
звеньев.
Мощность привода без системы уравновешивания складывается
из мощностей на преодоление внешних нагрузок, статических нагрузок, инерционных нагрузок и сил трения. Составляющая мощности,
обусловленная полезной нагрузкой, остаётся неизменной.
46
Рис. 14 – К расчету статических нагрузок
P∆
( )
ñì ïí ìð ñì èí ìð
1,PP P P P k k∆ =∆ −∆ −∆ =∆ − −
èí
k
k
K kk=−−
ý
K
Для уменьшения мощности на преодоление статических нагрузок
применяют системы уравновешивания, которые могут быть:
– гравитационные (противовесные);
– пружинные;
– пневматические.
Применение уравновешивания приводит к снижению мощности
на величину
, необходимой для преодоления статической нагрузки. Но, поскольку, мощность, кроме полезной, расходуется на
преодоление инерционных нагрузок и трение, то потери мощности
можно определить:
где
– коэффициент инерционных потерь системы уравновеши-
вания;
– коэффициент потерь системы уравновешивания за счет
ìð
трения.
Выражение в скобках называют коэффициентом эффективности
системы уравновешивания
Оценка систем уравновешивания по
– область применения гравитационных систем уравновешива-
ния ограничивается низкоскоростными М без ограничений по
габаритам и массе;
1
ý èí ìð
47
.
, показала, что:
– область применения пружинных и пневмосистем уравновеши-
5 10P <⋅
( )
.Q constϕ=
.Gh F R⋅= ⋅
,ρ =α⋅ϕ
0
ϕ
h = ρ
0 ïð1
G FR⋅ρ = ⋅
00
ρ = α⋅ϕ
вания ограничений не имеет, но пружинные системы меньше
реагируют на изменение температур и имеют меньшие габа-
5
риты при
Па, т.е. являются более эффективными.
2.4.2 Проектирование пружинно-уравновешенных систем
При выборе упругого элемента (УЭ) предпочтение отдаётся пружинам постоянной жесткости, и разработка систем сводится к синтезу
передаточного механизма (ПМ). Такие устройства носят названия
систем с постоянной нагрузочной характеристикой, т.е. с УЭ, который
обеспечивает на выходном элементе постоянную силу в определенном
диапазоне его перемещения
Сила упругой деформации пружины постоянной жесткости растет
пропорционально её деформации, при этом передаточное отношение
ПМ должно уменьшаться, т.е. являться функцией перемещения. Наиболее простыми являются механизмы с двухтросовым барабаном,
эквивалентная расчетная схема которого представлена на рисунке 15.
Принцип действия – при перемещении груза постоянной силы
тяжести сохраняется равенство моментов относительно оси стойки
барабана на переменном плече h кулачка и переменной силы упругости
пружины
F , на постоянном плече R:
ïð
ïð
Для выполнения этого условия кулачок формируется по спирали
Архимеда:
где α – параметр спирали Архимеда;
φ – текущий угол.
с достаточной для практики точностью считать
где
Выбор значения начального угла
спирали Архимеда позволяет
,
– начальный радиус спирали Архимеда;
F – сила начальной упругости деформации пружины.
1ïð
48
, тогда:
( )
( )
ïð ïð1 0
F F cR= + ϕ−ϕ
( )
( )
G F cR R
( ) ( )
00
G cR
2
.
G
ñ
R
α
=
( )
0, 5 1 ,R de= −
Рис. 15 – расчетная схема двух барабанного
пружинно-уравновешенного устройства:
1,2 – упругие элементы; 3 – барабан; 4 – стойка; 5 – груз;
6 – пружина постоянной жесткости (УЭ).
При опускании груза и повороте барабана на угол
ϕ−ϕ про-
исходит деформация пружины. Сила её упругой деформации:
,
где c – жесткость пружины.
Тогда:
⋅ρ= + ϕ−ϕ
ïð1 0
.
Преобразовывая предыдущие выражения получаем:
⋅ ρ−ρ = ϕ−ϕ
2
.
Жесткость пружины определяется следующим выражением:
Это основное уравнение статики пружинно-уравновешенного
механизма с постоянной нагрузочной характеристикой.
Радиус блока R, определяющий ход пружины, вычисляется по
значению диаметра упругого элемента:
где d – диаметр троса;
e – коэффициент конструкции блока.
49
0
Из основного уравнения статики можно сделать вывод, что при
( )
( )
01
0, 5 1deρ= −
ϕ >π
00
/α=ρ ϕ
ϕ = π+ϕ
20
/
ê
PG= ϕϕ
( )
2
0, 5 1R de≥−
( )
22
( )
2
/cG R= ⋅α ⋅η
η= …
ê
λ = ⋅ϕ
необходимости может быть предусмотрена настройка нагрузочной
характеристики изменением R или c.
При расчете систем с постоянной нагрузочной характеристикой
принимается следующий порядок:
1. Выбирается диаметр троса
d fG= ;
1 max
2. Определяется начальный радиус спирали Архимеда
3. Выбирается начальный угол спирали Архимеда
4. Рассчитывается параметр спирали Архимеда
;
;
0
;
5. Вычисляется конечный угол спирали Архимеда
2
ê
;
0
6. Определяется наибольшее рабочее усилие пружины
7. Рассчитывается постоянный радиус блока
где
d fP= – диаметр троса;
8. Вычисляется жесткость пружины
где
0, 76 0, 78
9. Определяется наибольший ход пружины
;
– к.п.д. пружинного привода;
,
R
;
10. Конструируется или выбирается пружина;
11. Профилируется кулачок.
,
2.5.1 Классификация захватных устройств
Захватное устройство (ЗУ, ранее РО) является конечным элементом руки М. Все движения ПР, в конечном итоге, подчинены
одной цели – перемещению ЗУ с находящейся в нем деталью (объектом манипулирования) в нужное место рабочей зоны с требуемой
точностью. Поэтому ЗУ является одним из важнейших элементов
конструкции ПР, определяющих его технологические возможности
и область применения.
Простые с точки зрения автоматизации технологические процессы с «удобными» деталями не предъявляют серьезных требований к
ЗУ. У универсальных ПР функции ЗУ много сложнее. Автоматизация
их работы обуславливает необходимость использования либо сложных
2.5 Захватные устройства
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]