ПОЗИЦИОННЫЙ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД Российский патент 1997 года по МПК F15B11/12 F15B9/03 

Изобретение относится к области пневмогидроавтоматики и может быть использовано в промышленных роботах, станках и манипуляторах.

Известен позиционный пневмогидравлический привод, содержащий исполнительный пневмоцилиндр, шток которого жестко связан с штоком гидроцилиндра [1]
Техническим недостатком этого привода является низкая точность.

Известен также позиционный пневмогидравлический привод, содержащий исполнительный пневмоцилиндр, шток которого жестко соединен с штоком тормозного гидроцилиндра, и регулируемое дроссельное устройство, имеющее корпус с каналами подвода и отвода, подключенными к полостями гидроцилиндра, и дросселирующий элемент в виде цилиндрического сердечника, жестко закрепленного на торце корпуса, а последний выполнен с внутренним резьбовым отверстием, в котором размещена резьбовая втулка, охватывающая упомянутый цилиндрический сердечник и установленная с возможностью перемещения под воздействием электромагнитной обмотки, охватывающей корпус и подключенной к системе управления, включающей датчики скорости и положения штока пневмоцилиндра, блок обратной связи, блок контроля отработки, блок запоминания и блок управления напряжением в электромагнитной обмотке [2]
Техническим недостатком данного привода является низкое качество управления при многократном изменении инерционной нагрузки на штоке пневмоцилиндра, что приводит к изменению динамических характеристик, нарушению плавности перемещения, появлению рывков и ударов в зоне позиционирования, снижению быстродействия и точности.

Сущность изобретения заключается в том, что в позиционном пневмогидравлическом приводе, содержащем исполнительный пневмоцилиндр, шток которого жестко соединен с штоком тормозного гидроцилиндра, и регулируемое дроссельное устройство, имеющее корпус с каналами подвода и отвода, подключенными к полостям гидроцилиндра, и дросселирующий элемент в виде цилиндрического сердечника, жестко закрепленного на торце корпуса, а последний выполнен с внутренним резьбовым отверстием, в котором размещена резьбовая втулка, охватывающая упомянутый цилиндрический сердечник и установленная с возможностью перемещения под воздействием электромагнитной обмотки, охватывающей корпус и подключенной к системе управления, включающей датчики скорости и положения штока пневмоцилиндра, блок обратной связи, блок контроля отработки, блок запоминания программ и блок управления напряжением в электромагнитной обмотке, система управления снабжена измерителем ускорения и третьей производной обобщенной координаты штока пневмоцилиндра и выполнена с возможностью формирования напряжения на указанной обмотке при разгоне и торможении штока по результатам контроля ускорения и третьей производной обобщенной координаты штока пневмоцилиндра, при этом измеритель ускорения и третьей производной обобщенной координаты выполнен в виде чувствительного элемента маятникового типа и соединенных с его маятниками датчиков угла поворота и угловой скорости, а также подключенного к ним вычислителя ускорения и третьей производной обобщенной координаты, включенного в цепь блока контроля отработки, а элемент маятникового типа снабжен центральным упором, установленным между маятниками.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема позиционного пневмогидравлического привода; на фиг. 2 схема датчика.

Привод содержит исполнительный пневмоцилиндр 1, шток 2 которого жестко соединен с штоком 3 тормозного гидроцилиндра 4, содержащего рабочие полости 5 и 6.

Дроссельное устройство 7 содержит корпус 8 с каналами 9, 10 подвода и отвода рабочей жидкости и дросселирующий элемент в виде цилиндрического сердечника 11, жестко закрепленного на торце корпуса 8, выполненного с внутренним резьбовым отверстием 12, в котором размещена резьбовая втулка 13, охватывающая сердечник 11. Втулка 13 установлена с возможностью перемещения под воздействием электромагнитной обмотки 14, охватывающей корпус 8 и подключенной к системе управления 15.

Система управления 15 содержит датчики 16, 17 скорости и положения штока 2 пневмоцилиндра 1, измеритель 18 ускорения и третьей производной обобщенной координаты штока 2, блок 19 обратной связи, блок 20 контроля отработки, блок 21 запоминания программ и блок 22 управления напряжением в электромагнитной обмотке 14.

Измеритель 18 ускорения и третьей производной обобщенной координаты (фиг. 2) выполнен в виде чувствительного элемента 23 маятникового типа, установленного в корпусе 24. С маятниками 23 взаимодействуют датчики угла поворота 25 и угловой скорости 26, а также подключенный к ним вычислитель 27 ускорения и третьей производной обобщенной координаты, включенный в цепь блока 20 контроля обработки. Корпус 24 снабжен центральным упором 28, установленным между маятниками 23.

Позиционный пневмогидравлический привод работает следующим образом.

При подаче воздуха в одну из полостей пневмоцилиндра 1 шток 2 начинает перемещаться совместно с штоком 3 тормозного гидроцилиндра 4. При этом жидкость, вытесняемая из полости 5 гидроцилиндра, перетекает в полость 6 через регулируемое дроссельное устройство 7. Скорость перемещения привода определяется расходом жидкости в дроссельном устройстве 7.

Проводимость дроссельного устройства 7 определяется взаимным положением цилиндрического сердечника 11 и резьбовой втулки 12. В начальный момент резьбовая втулка 12 прижата к торцу и перекрывает отверстие 10.

Для разгона привода на обмотку 14 подается управляющее напряжение с системы управления 15. Под действием возникающего крутящего момента резьбовая втулка 13 начинает вращаться и по внутренней резьбовой поверхности 12 корпуса 8 отходит от отверстий 10. Жидкость из полости 5 начинает поступать в полость 6 через зазор между втулкой 13 и сердечником 11. По мере продвижения втулки 13 длина зазора изменяется и по сигналам с датчиков 16, 17, 18 осуществляется управление приводом.

Измеритель 18 ускорения и третьей производной обобщенной координаты работает следующим образом.

Под действием силы, вызывающей ускорение, один из маятников 23 поворачивается на угол, пропорциональный величине ускорения. Скорость поворота маятника 23 пропорциональна третьей производной обобщенной координаты. Величина угла поворота маятника 23 отслеживается датчиком угла поворота 25, а величина скорости изменения угла поворота отслеживается датчиком угловой скорости 26. Управляющие сигналы с датчиков 25 и 26 обрабатываются вычислителем 27 ускорения и третьей производной обобщенной координаты. При уменьшении ускорения до нуля маятник 23 возвратится в начальное положение, определяемое центральным упором 28. Упор 28 предназначен для предотвращения колебаний маятников возле положения равновесия.

Параметры разгона и торможения привода при многократном изменении массы на рабочем органе формируются системой управления 15 в соответствии с алгоритмом управления и на основании информации о величине ускорения и третьей производной обобщенной координаты.

Система управления работает следующим образом.

Блок 22 управления напряжением в обмотках 14 работает в соответствии с сигналами, поступающими от блока 19 обратной связи и блока 20 контроля отработки. В блоке 21 производится запоминание информации о работе привода в соответствии с управляющей программой.

Реверс привода обеспечивается переключением рабочих полостей исполнительного пневмоцилиндра 1.

Применение в системе управления приводом информации о третьей производной обобщенной координаты позволяет увеличить быстродействие привода за счет построения управляющей программы по наиболее динамично изменяющемуся параметру движения привода. Использование информации о третьей производной обобщенной координаты позволяет достичь адаптации привода к изменяющейся внешней инерционной нагрузке.

Предлагаемый привод позволяет повысить качество управления при многократном изменении инерционной нагрузки на рабочем органе.

Использование: изобретение относится к области пневмогидроавтоматики. Сущность изобретения: в позиционном пневмогидравлическом приводе, содержащем исполнительный пневмоцилиндр, шток которого жестко соединен с штоком тормозного гидроцилиндра, и регулируемое дроссельное устройство, имеющее корпус с каналами подвода и отвода, подключенными к полостям гидроцилиндра, и дросселирующий элемент в виде цилиндрического сердечника, жестко закрепленный на торце корпуса, последний выполнен с внутренним резьбовым отверстием, в котором размещена резьбовая втулка, охватывающая упомянутый цилиндрический сердечник и установленная с возможностью перемещения под воздействием электромагнитной обмотки, охватывающей корпус и подключенной к системе управления, включающей датчики скорости и положения штока пневмоцилиндра, блок обратной связи, блок контроля отработки, блок запоминания программ и блок управления напряжением в электромагнитной обмотке, система управления снабжена измерителем ускорения и третьей производной обобщенной координаты штока пневмоцилиндра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Позиционный пневмогидравлический привод, содержащий исполнительный пневмоцилиндр, шток которого жестко соединен со штоком тормозного гидроцилиндра, регулируемое дроссельное устройство, имеющее корпус с каналами подвода и отвода, подключенными к полостям гидроцилиндра, и дросселирующий элемент в виде цилиндрического сердечника, жестко закрепленного на торце корпуса, последний выполнен с внутренним резьбовым отверстием, в котором размещена резьбовая втулка, охватывающая упомянутый цилиндрический сердечник и установленная с возможностью перемещения под воздействием электромагнитной обмотки, охватывающей корпус и подключенной к системе управления, включающей датчики скорости и положения штока пневмоцилиндра, блок обратной связи, блок контроля отработки, блок запоминания программ и блок управления напряжением в электромагнитной обмотке, отличающийся тем, что система управления снабжена измерителем ускорения и третьей производной обобщенной координаты штока пневмоцилиндра и выполнена с возможностью формирования напряжения на указанной обмотке при разгоне и торможении штока по результатам контроля ускорения и третьей производной обобщенной координаты штока пневмоцилиндра. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что измеритель ускорения и третьей производной обобщенной координаты выполнен в виде чувствительного элемента маятникового типа и соединенных с его маятниками датчиков угла поворота и угловой скорости, а также подключенного к ним вычислителя ускорения и третьей производной обобщенной координаты, включенного в цепь блока контроля отработки. 3. Привод по п.2, отличающийся тем, что элемент маятникового типа снабжен центральным упором, установленным между маятниками.