Способ управления шаговым двигателем перемещения запорно-регулирующих элементов гидравлической, пневматической и смазочной аппаратуры и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в гидроприводах металлорежущих станков и других машин.

Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия системы управления.

На фиг. 1 представлена принципиальная конструктивная схема гидравлического регулятора расхода; на фиг. 2 - сечение Л -Л на фиг, 1ф на фиг. 3 - принципиальная конструктивная схема гидравлического предо хранительного клапана.

Способ реализуют следующим образом.

Перед запуском гидравлической пнеп магической или смазочной системы запор- но-регулирующиеэлементы

гидравлической, пневматической или смазочной аппаратуры должны находиться в строго определенном исходном положении (нейтральном для гидрораспределмтелей, соответствующем установленному расходу для дросселей или ДЗВЛРНИЮ для клапанов). Для этого при пусгоналадочных работах на этапе поиска исходного положения преп.па рительмо рассчитывают количество В импульсов, необходимых для перемещения запорно-регулирующего элемента до xeci кого упора из наиболее удаленного от жес- тког., упора положения Это количество зависит от типа шагового двигателя, передаточного отношения механизма преобрз зования его углового смещения в пинейное или угловое перемещение папорио-pei /пирующего элемента и максимального хода последнего

Далее для гидравлических ре уллтороо расхода экспериментально определяют ко личество С импульсов, необходимых для перемещения запорно регулирующею элемента от жесткого упора до исходного положения, которому соответствуег заданный расход рабочей жидкости при запуске гидросистемы Для этого па шаювый двига тель подают определенное количество им пульсов и измеряют фактический расход рабочей жидкости Еспи этот расход не соответствует заданной величине, количество импульсов изменяют, после чего вновь измеряют фактический расход Эту операцию продолжают до тех пор, пока фактическим расход не становится равным заданной величине, причем соответстующее количество импульсов принимают за количеаао С

При испытаниях предохранительных клапанов количество импульсов С определяют по фактическому значению давления з напорной линии гидросистемы

Для гидрораспределителей методом проб определяют количество импупьсов С, требующееся для перемещения запорно- регулирующего элемента (золотника) от жесткого упора до нейтрального положения, при котором гидродвигатель неподвижен

Эту операцию проводят с точностью до ± 1 имп, т е. при подаче на шаговый двигатель количества С± 1 имп гидродпигатель начинает двигаться в соответствующем направленич, если уровень трения в приводимом механизме позволяет это сделать. При наличии в момент реверса движения гидродвигателя зоны нечувствительности более ±1 имп количество С устанавливают до середины указанной зоны.

После завершения пусконаладочных рабо f на шаговый двигатель подают количе ство В импульсов в сторону перемещения к жесткому упору,

Поскольку система управления, например, программируемый контроллер, работает пи жесткому циклу, время которого составляет 5-20 мс, и расчет состояния вы- УОДОВ обычно производится один раз за

шчкл, частота импупьсов, подаваемых на шаговый двигатель, не презышэет 50-200 Гц, что офани ивает быстродействие системы угфг понич Для устранения этого дефекта ы.1иигп°пио состояний фазовых обмоток

ii aionnro дви агеля и вывод полученного решения на выходы системы управления производя f многократно k раз, где -допускаемое шаговым двигателем число шагов зт один цикл работы системы управления.

При пом расчетное количество импульсов розЬг-тают на кратное числу и остаток. В каждом цикле вычисление углового смеще- шэгового двигателя производят одно- кратчо, а вычисление состояний его

фччовых обмоток и вывод полученного решения на выходы системы управления - k раз при отработке основного количества импупьсов и однократно при отработке остатка При этом, во избежание чрезмерного

увеличения программы, угловое смещение ШЗЮРОГО двигателя вычисляют в цикле од- нгжратно.

В результате запорно-регулирующий элемент прижимается к жесткому упору, а

оставшееся количество импульсов (если за- порко-регулирующии элемент не находился в наиболее удаленном от жесткого упора положении) проходит через фазовые обмотки шагового двигателя, не вызывая его дальнейшего поворота

Аналогичным образом на шаговый двигатель подают количество С импульсов, реализующих перемещение запорно- регулирующего элемента в исходное положение, и количества Ai-An импульсов, соответствующих заданным рабочим положениям запорно-регулирующего элемента.

С целью исключения опасности заклинивания винтового механизма преобразования углового смещения шаговтэго двигателя в линейное перемещение запор- но-регулирующего элемента, подачу коли- чества С импульсов осуществляют при форсированном значении тока в фазовых обмотках шагового двигателя, поэтому развиваемый им крутящий момент при отходе от жесткого упора превышает момент, дей- ствующий во время прижима к упору.

Предлагаемый способ реализован в устройстве (фиг. 1), которое содержит систему 1 управления и установленный на гидравлической, пневматической или смазочной ап- паратуре 2 шаговый двигатель 3 с фазовыми обмотками 4, кинематически связанный с запорно-регулирующим элементом 5. Система 1 управлении выполнена в виде программируемого контроллера б, силовые выходы 7 которого через юкозядающие резисторы 8 непосредственно связаны с фазовыми обмотками 4 шагового двигателя 3 (возможно управление несколькими шаговыми двигателями). Кинематическая связь (пози цией не обозначена) шагового двигателя 3 и загюрно-регулирующего элемента 5 клапана может дополнительно содержать пружину 9 (фиг. 3) связи с запорно-регулирующим элементом.

На фиг. 1 и 2 g качестве аппаратуры 2 показан гидравлический регулятор расхода, в корпусе 10 и переходнике 11 которого размещены гильза 12 с редукционным клапаном 13, нагруженным пружиной 14, и гильза 15 с запорно-регулирующим элементом 5, на который снизу воздействует пружина 16, а сверху - винт 17, поворачиваемый валиком 18. Последний опирается на упорный подшипник 19, имеет жесткий упор 20 и через поводковую муфту 21 связан с шаговым двигателем 3. На фиг. 1-3 также обозначены: линии 22-24 подвода, отвода и дренажа соответственно, дросселирующая щель 25, дросселирующее отверстие 26 редукционного клапана, соединительные каналы 27-30, полости 31-36, блок 37 питания. На фиг. 3 в качестве управляемого аппарата 2 показан предохранительный клапан.

Устройство работает следующим образом.

Перед включением гидросистемы с силовых выходов 7 программируемого контроллера 6 через токозадающие резисторы В- на фазовые обмотки 4 шагового двигателя 3 подается количество В импульсов в сторону перемещения запорно-регулирующего элемента 5 до жесткого упора 20 из любого (в том числе, наиболее удаленного от жесткого

упора) положения. При этом коммутация фазовых обмоток 4 шагового двигателя 3 реализуется непосредственно программируемым контроллером б, Момент от шагового двигателя 3 через поводковую муфту 21 передается на валик 18, поворачивающий винт 17. В результате винт 17 вместе с запорно-регулирующим элементом 5, прижимаемым к нему пружиной 16, поднимается вверх до контакта с жестким упором 20. Далее на фазовые обмотки 4 подается количество С импульсов (возможно при форсированном значении тока), обеспечивающих перемещение запорно-рогулирую- щего элемента 5 в сторону от жесткого упора 20 до исходного положения.

После включения гидросистемы рабочая жидкость из напорной линии 22 через дросселирующее отверстие 26 редукционного клапана 13 поступает в полость 33 и далее через дросселирующую щель 25 гильзы 15, частично перекрытую запорно-регулирующим элементом 5, полость 35 и линию 23 отводится в гидросистему. Поскольку полость 33 входа в дросселирующую щель 25 каналами 27 и 28 соединена соответственно с полостями 32 и 34, а линия 23 отвода - каналом 29 с полостью 31, редукционный клапан 13 автоматически поддерживает постоянным перепад давлений на дросселирующей щели 25 независимо от изменения давлений в линиях 22 и 23, причем величина этого перепада равна отношению усилия пружины 14 к площади головки (не обозначена) редукционного клапана 13. С целью уменьшения нагрузки на шаговый двигатель 3 уплотнение валика 18 относительно гильзы 15 реализовано за счет малого диаметрального зазора, по которому возможна утечка рабочей, жидкости. Для того, чтобы эта утечка не влияла на стабильность установленного расхода при изменении давления, полость 33 каналом 30 связана с кольцевой канавкой уплотняющего пояска (не обозначены). Поскольку перепад давлений между указанной канавкой и полостью 35 постоянный (равен перепаду давлений на. дросселирующей щели 25), утечка из кольцевой канавки в полость 35 не зависит от давления на выходе, а утечка в полость 36 отводится в линию 24 дренажа. Осевое усилие, действующее на валик 18 со стороны полости 35 воспринимается упорным подшипником 19, одно из колец(не обозначено) которого не имеет беговой дорожки с целью облегчения самоустановки шариков.

При необходимости изменения установленной величины расхода на фазовые обмотки 4 шагового двигателя 3 подаются

количества импульсов, соответствующих заданным рабочим положениям.

Область применения предлагаемого устройства может быть расширена путем его использования в клапанах, где требуется программное изменение усилия, действующего на запорно-регулирующий элемент 5 (а не его положения, как в случае дросселей и гидрораспределителей). При работе предохранительного кпапана (фиг. 3) шаговый двигатель 3 изменяет натяжение пружинн 9 связи с запорно-регулирующим элементом 5. При установке исходного положения винт 17 прижимается к жесткому упору 20.

Применение предлагаемых способа и устройства позволяет существенно упростить гидравлическую, пневматическую и смазочную аппаратуру 2 и обеспечить повышение надежности за счет исключения ненадежных электрических выключателей и повышения точност и установки исходного положения запорпо-регулирующ ЕО элемента и быстродейсшия системы управления.

Для исключения опасности заклинивания интовых механизмов после подж-лия к жесткому упору 20 возможно использота- ние форсированного тока при движении от жесткого упора 20 к исходному положению. Применение программируемого контроллера 6 для непосредственного управления шаговым двигателем 3 через токозадающие резисторы 8 позволяет существенно упростить систему 1 управления путем исключения блока управления (не показан) шаговым двигателем 3 и за этот счет повысить ее надежность. Способ многократного вычисления состояний фазовых обмоток 4 шагового двигателя 3 и вывода полученного решения на силовые выходы 7 при однократном вычислении угловсго смещения шагового двигателя 3 в каждом цикле работы системы управления открывает широкие возможности повышения быстродействия гидравлической, пневматической и смазочной аппаратуры.

Поскольку программируемые контроллеры б применяются па подавляющем большинстве металлорежущих станков и обычно имеют определенную избыточность по количеству выходов 7, появляется возможность программного управления гидравлическими, пневматическими или смазочными аппаратами практически бяз усложнения электроавтоматики или использования специального управляющего числового программного устройства.

Формула изобретения

1Способ управления шаговым двигателем перемещения запорно-рсгулирующих

элементов гидравлической, пневматической и смазочной аппаратуры, заключающийся в подаче определенной последовательности импульсов от системы управления на фазовые обмотки шагового

двигателя, в поиске исходного положения и уста шци-е рабочих положений запорно-ре- гупирующего элемента импульсов, о т л и ч я ю щ и и с я теп, что, с целью повышения надежности и быстродействия

системы управления, на этапе поиска исходного положения рассчитывают количество В импульсов, необходимое для перемещения оапорно-регулирующего элемента до жесткого упора из наиболее отдаленного от него

положения, экспериментально определяют колшество С импульсов, необходимое для перемещения запорно-регулирующего эле- иемтэ от жесткого упора до исходного положенья при этом каждое из указанных

количеств А,П,С импульсов разбивают на основное, кратное допускаемому шаювым двигателем числу k шагов за один цикл работы системы управления, и остаток, меньший , причем в каждом цикле вычисление

углового смещения шагового двигателя производят однократно, а вычисление состояний его фазовых обмоток и полученного решения нэ выходы системы управления - k раз при отработке основного

количества импульсов и однократно при отработке остатка.

2Способ по п.1, от л ича ющи йся тем, чго подачу количества С импульсов осуществляю при форсированном значении тока в

фа адпых обмотках шагового двигателя.

3. Устройство для управления шаговым двигагрпем перемещения запорно-регули- рующих элементов гидравлической, пневматической и смазочной аппаратуры,

содержащее систему управления, выполненную в виде программируемого контроллера, и шаговый двигатель, кинематически спязаинь й с запорно-регулирующим элементом, отличающееся тем, что, с

иелыо повышения надежности, оно снабже- нотокозадающими резисторами, связывающими силовые выходы программируемого контроллера с фазовыми обмотками шаго вого двигателя.

4. Устройство по п.З, отличающее- с я тем, что кинематическая связь дополнительно снабжена пружиной

J

H

fj

Редактор Н.Тупица

22423 №5

Составитель В.Коваль Техред М.МоргенталКорректор Н.Ревская

J4

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в гидроприводах металлорежущих станков и других машин. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия системы управления. Способ заключается в подаче определенной последовательности импульсов от системы управления на шаговый двигатель, последующем преобразовании его углового смещения в линейное или угловое перемещение запорно-регулирующего элемента и установке исходного и рабочих положений запорно-регулирующего элемента. Устройство содержит систему управления, выполненную в виде программируемого контроллера, и шаговый двигатель, кинематически связанный с запорно-регулирую- щим элементом. Новым в способе является то, что рассчитывают количество импульсов, необходимых для перемещения запорно- регулирующего элемента до жесткого упора из наиболее удаленного от жесткого упора положения, экспериментально определяют количество импульсов, необходимых для перемещения запорно-регулирующего эле- мента от жесткого упора до исходного положения, После чего подают на шаговый двигатель последовательно количество В импульсов в сторону перемещения к жесткому упору, количество С импульсов в сторону перемещения от жесткого упора и количество Ai...An импульсов, соответствующих заданным рабочим положениям, разбивая каждое из указанных количеств на основное, кратное допускаемому шаговым двигателем числу k шагов за один цикл работы системы управления, и остаток, меньший k. Причем в каждом цикле вычисление углового смещения шагового двигателя производят однократно, а вычисление состояний его фазовых обмоток и вывод полученного решения на выходы системы управления - к раз при отработке основного количества импульсов и однократно при отработке остатка. Подача количества С импульсов может осуществляться при форсированном значении тока в фазовых обмотках шагового двигателя. Новым в устройстве является то, что оно дополнительно содержит токозаадющие резисторы, связывающие силовые выходы программируемого контроллера с фазовыми обмотками шагового двигателя, 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил. ч ел со о о ы