Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Основы робототехники. Механизмы выдвижения и поворота робота-погрузчика с пневмоприводом. Методические рекомендации

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 73 4 5 6 7 > Следующая >>>

))t5sin(

)t3sin(

)t(sin(

x 





(12)

))t5sin()5cos(

)t3sin()3cos(

)tsin((cos

x 





0,5

1,5

2,5

А/r

круговая частота

Схема 1

Схема 2

Нелинейный закон движения золотника поршня с учетом остановок мкнипулятора на этапах загрузки и разгрузки можно представить рядом Фурье в выражении:

(13)

Скорости и ускорения возбуждающего усилия определяются последовательным дифференцированием соответствующих рядов Фурье.

В результате эксперимента получен ряд графических зависимостей:

Рис. 11. Амплитудно-частотная характеристика для разных расчетных схем.

A/r — безразмерная амплитуда перемещения пневмопривода

Рис. 12. Частотно-силовая характеристика для разных расчетных схем

100

150

200

250

300

P/mr

круговая частота

Схема 1

Схема 2

P/mr — безразмерное амплитудное значение силы привода

Графики зависимостей скорости и ускорения от времени

и соответствующие фазовые диаграммы

манипуляционного звена при разных режимах работы (разных круговых частотах привода ) для разных параметров настройки манипулятора.

Анализ графических элементов позволяет оценить динамику движения

Рис. 13. Графики зависимостей скорости и ускорения от времени

и соответствующие фазовые диаграммы.

Из графиков видно, что при одних и тех же параметрах настройки

Рис. 14. Пневмоцилиндр, оснащенный рекуперативно-

тормозным блоком.

системы для схемы с компенсационно-упругим элементом (схема 2) нет характерно выраженных резонансных режимов (в сравнение со схемой 2 — они есть). Кроме того, необходимая сила привода для схемы 2 намного ниже, чем та, которая необходима для схемы 1, выравнивание происходит только в далеко

зарезонансных режимах (при больших частотах ).

В результате проведения теоретических исследований была разработана принципиально новая система рекуперации энергии — это оснащение системы специальным рекуперативным блоком. Этот блок представляет собой отдельный функциональный элемент, выполненный в виде бесштокового пневмоцилиндра, поршень которого жестко соединен с упругим элементом – пружиной (рис. 14). С основным приводным цилиндром он соединяется пневмолиниями через систему пневматических кранов с электромагнитным управлением.

Управление кранами позволяет не вытравливать воздух в атмосферу при торможении, а направлять его в рекуперативно–тормозной блок для воздействия на упругий элемент с целью накопления энергии. Кроме того,

управляя задержкой включения пневмокранов можно добиться полного сохранения энергии при движении исполнительного органа с грузом и без него.

Пружина работает в режиме сжатиярастяжения таким образом, что при

ходе поршня блока благодаря вытравливанию давления воздуха из любой полости основного пневмоцилиндра она накапливает в себе потенциальную энергию, которую использует при его разгоне в начале следующего цикла движения обратным вытравливанием сжатого воздуха.

Схема поступательного звена манипуляционной системы роботапогрузчика, оснащенного модулем рекуперативно-тормозного блока показана на рис. 15.

Работа пневмоцилиндра Ц по перемещению рабочего органа в безкомпенсационном режиме осуществляется при закрытых кранах К3, К4, К5, К6 и открытых — К1, К2. Переключение распределителя Р в левую позицию вызывает подачу давления воздуха в бесштоковую полость цилиндра при вытравливании рабочего тела из штоковой полости, что влечет перемещение поршня вправо. При переключении распределителя в правую позицию происходит перемещение поршня соответственно влево.

Компенсационные режимы (режим рекуперации при ходе с грузом и

Рис. 15. Схема пневмоцилиндра с рекуперативно-тормозным блоком:

напор — напорная магистраль;

сброс — выхлопная магистраль;

Р — пневмораспределитель;

К1К6 — пневматические краны с электромагнитным управлением;

Ц — пневмоцилиндр;

Б — рекуперативно-тормозной блок.

режим холостого хода) характеризуются одним принципом управления пневматическими кранами, но отличаются задержкой включения соответствующих для достижения наиболее полной рекуперации энергии. Это управление состоит в следующем. При переключении пневмораспределителя в левую позицию сжатый воздух попадает через открытый кран К1 в левую полость цилиндра Р и вытравливается из правой полости через кран К2. После первого пуска накопленной энергии нет и разгон происходит как в обычном приводе. Пройдя расстояние разгона, поршень выходит на максимальную скорость и движется до начала торможения. Торможение осуществляется закрытием выходной из цилиндра линии краном К2 и направлением рабочего

тела в рекуперативно-тормозной блок при открытии крана К4 (кран К5 открывается для удаления давления из правой полости блока, которое может вызвать сопротивление поршню и снижение уровня накапливаемой энергии). Поджимаемый останавливающимся поршнем воздух вытесняется в правую полость блока, смещая тем самым его поршень и деформируя упругий элемент. Остановка рабочего органа сопровождается закрытием все кранов и переключением пневматического распределителя в среднем положении. Последующий разгон производится переключением распределителя Р в правую позицию и открытием кранов К5, К4, К1 под действием сжатой пружины, которая сталкивает поршень компенсационного блока Б, вытесняя воздух через линию с краном К4 обратно в пневмоцилиндр (период начального разгона). Окончание разгона и продолжение движения поршня цилиндра осуществляется под действием давления воздуха из основной напорной линии при закрытых кранах К4, К5 и открытых — К2 и К1. Остановка с рекуперацией в этом полуцикле и последующий разгон в следующем — осуществляется аналогичным образом, но управление ведется уже кранами К1, К3 и К6.

В отличие от систем с пружинным аккумулятором, данная система накапливает энергию в период интенсивного ее рассеивания, то есть при остановке. Это дает возможность не оказывать влияния на рабочий (номинальный) период движения с максимальной постоянной скоростью (в приложении 1 — режим движения), отключая рекуперативно-тормозной блок в процессе этого перемещения и включая его только при торможении для рекуперации энергии и разгоне — для отдачи накопленной энергии.

3. ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО

,

X0 X

МЕХАНИЗМА МАНИПУЛЯТОРА

Динамическая схема рассматриваемой системы (рис. 16) представляет собой комплекс поступательного звена на пневмоприводе и рекуперативно тормозного блока, имеющие каждый свои упруго-вязкие свойства.

Рис. 16. Динамическая схема пневматического звена манипулятора с рекуперативно-

тормозным блоком.

На рисунке 16 показаны:

m — масса подвижных частей звена манипулятора; k0, c0 — упруговязкие коэффициенты сжатого воздуха (для пневматического привода); kT, cT — упруговязкие коэффициенты рекуперативно–тормозного блока; X0, X — перемещения соответственно

воздуха, поршня;

— соответствующие скорости.

Универсальная математическая модель поступательного

кинематического звена с рекуперативно-тормозным блоком позволяет воспроизводить любые конфигурации возбуждения, собственные характеристики системы «манипулятор-привод», всевозможные режимы работы, торможения при наличии или отсутствии рекуператора.

При полигармоническом возбуждении привода (разложенном Фурье)

 





nn0

tsinrx

 





nn0

tsinrx





     

,tcosrtcosrn2tsinrp

nn0

2 0





 

 XpXpXn2Xnn2X

2 0

2 trtt0C



XX



(14)

нелинейное уравнение движения

поступательного звена манипулятора с пневмоприводом имеет вид:

где

Х — перемещение поступательного звена манипулятора;

— скорость движения поступательного звена манипулятора; — ускорение поступательного звена манипулятора;

nC — приведенный гистерезисный параметр системы (затраты на

преодоление сопротивлений);

nT — коэффициент приведенных вязких сопротивлений упругого

элемента рекуперативнотормозного блока;

n0 — коэффициент приведенных вязких сопротивлений сжатого воздуха;

 — переключатель режима разгона или движения ( = 1) и торможения ( = 0);  — выключатель рекуперативнотормозного блока ( = 1 – торможение

с накоплением энергии,  = 0 – тормоз отключен,  = -1 – разгон с отдачей системе накопленной энергии);

pT — частота собственных колебаний упругого элемента рекуперативно

тормозного блока;

p0 — частота собственных колебаний пневмопривода;

 — круговая частота пневмопривода; r — максимальное значение амплитуды; t — время работы системы.

(15)

где



сТ — коэффициент вязких сопротивлений упругого элемента

рекуперативно–тормозного блока;

m — масса подвижных частей звена манипулятора и груза.

где

с0 — коэффициент вязких сопротивлений рабочего тела пневмопривода.

(16)

(17)

где

сС — эквивалентный коэффициент вязких сопротивлений в

кинематической паре.

где

kT — коэффициент упругих свойств упругого элемента рекуперативно–

тормозного блока.

(18)

(19)

где

k0 — коэффициент упругих свойств рабочего тела пневмопривода.

Выключатель  определяет активность рекуперативнотормозного

блока. Его обнуление говорит о выключенном тормозе (рекуперативнотормозной блок посредством пневматических кранов

отключен от основного пневмоцилиндра). В уравнении движения 

 

XpXn2F

2 trttT





включает/выключает тормозное усилие, характеризующее свойства рекуперативного тормоза в режиме торможения системы:

(20)

Причем, дополнительными переключателями t и r можно добиться

более гибкого управления соответственно тормозной и рекуперативной составляющими системы.

Что касается переключателя , то он является индикатором состояния

системы на данный момент времени (режим разгона, перемещения или торможения).

Программный модуль, реализующий решение дифференциального

уравнения численным методом и логику управления рекуперативно-тормозным блоком представлен в приложении 1 (математическая модель системы в условиях переменности массы) и приложении 2 (модель, построенная на бигармоническом анализе). Как видно из графиков зависимостей состояния

логических переключателей , t, r и  (логические 0 или 1) от времени, для работы системы возможна и необходима настройка для каждого режима работы (ход с грузом, без груза, на разные расстояния). Эта настройка может производится в автоматическом режиме, что легко достигается в условиях современных технологий в области управления. Основные результаты экспериментов представлены на рис. 4.17 и 4.18.

В рабочий цилиндр привода манипулятора рабочая среда (сжатый воздух) подаётся в соответствии с командами системы управления электропневматическим распределителем. Система управления формирует командный сигнал на подачу рабочей среды из расчета обеспечения необходимого перемещения поршня пневмопривода X0, обусловливающего выдвижение поступательного кинематического звена манипулятора на

<<< < Предыдущая 1 23 / 73 4 5 6 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]