Обратимая следящая система Советский патент 1982 года по МПК G05B11/60 G05D3/12 F15B9/16 

(5) ОБРАТИМАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к устройст вам, предназиаиенным для механизации и автоматизации производственных процессов в опасных для человека зонах и может быть использованр в дистанционных манипуляторах. Известны обратимые следящие системы, построенные на основе сельсинной передачи 1. Недостатком таких систем является неврзможность достижения высокой точности при большом моменте нагрузки. Известна двухканальная обратимая следящая система, содержащая задающий и исполнительный органы, канал слежения по положению задающего органа и обратный канал отражения усилия. Каждый канал содержит по два датчика соо ветственно углов и моментов, элемент сравнения, два усилителя, два привода 2. К недостаткам этой схемы можно отнести наличие большого числа линий связи, довольно сложную аппаратурную реализацию, а также невозможность увеличения грузоподъемности на выходе системы, что сужает область ее применения. Цель изобретения - упрощение конструкции и расширение области применения. Указанная цель достигается тем, что в обратимой следящей системе, содержащей задающий и исполнительный валы, две пары гидроприводов, усилители и блок сравнения, каждый, гидропривод содержит два однополостных гидроцилиндра , поршневые полости которых соединены между собой, штоки первых гидроцилиндров каждой пары гидроприводов кинематически соединены с задающим и исполнительным валами, а блок сравнения состоит из двух приводов и вала, кинематически связанного с тремя рейками, противоположные концы двух из которых жестко соединены со штоками вторых гидроцилиндров каждой пары гидроприводов, а каждый

из противоположных концов третьей рейки жестко соединен со штоком соответствующего привода, причем вход каждого из усилителей соединен с поршневыми полостями,первых гидроцилиндров 5 гидропривода задающего вала, а выход со входом соответствующего привода.

На чертеже приведена схема обратимой следящей системы.

Система состоит из задающего 1 «о и исполнительного 2 валов, кинематически связанных с однополостными гидроцилиндрами 3 , 5 и 6, которые попарно соединены линиями связи с гидроцилиндрами 7, 8, 9 и 10 так, что 15 ббразуют гидроприводы, передающие движения с задающего 1 на исполнительный 2 вал. При вращении указанных валов штоки гидроцилиндров 3 и 4, 5 и 6 имеют противоположные направления 20 движения. Система содержит также блок сравненрГя 11, состоящий из вала 12, с которым связаны три рейки 13. li и 15. Противоположные концы рейки 15 со- 25 единены со штоками приводов, например пневмоприводов 16 и 17i а противоположные концы реек 13 и I жестко связаны с гидроцилиндрами 7 8, 9 и 10. С гидросистемами приводов задающего вала 1 соединены входные камеры усилителей 18 и 19, выполненных, например, в виде гидропневмопреобразователей, управляющих пневмоприводами 16 и 17. Система работает следующим образом. Пусть к задающему валу 1 приложен момент силы по часовой стрелке, как показано на чертеже. Тогда под его действием давление под поршнем в гидроцилиндре Ц возрастает и, поскольку жидкость в гидролинии несжимаема, со стороны штока гидроцилиндра 8 на вал 12 станет действовать некоторая сила, показанная на чертеже стрелкой Эта сила создает некоторый момент на валу 12. Кроме того, давление во вход ной камере гидропневмопреобразователя 19 повышается, поскольку последняя соединена с гидросистемой, включающей полости гидроцилиндров и 8. Выходной пневмосигнал гидропневмопреобразователя также преобразуется пневмоприводом 17 в момент на валу 1 Этот момент суммируется с моментом, создаваемым штоком гидроцилиндра 8, и вал 12 поворачивается. При этом ос щесталяется движение поршня цилиидра 9 и преодолевается момент полезного сопротивления, создаваемый его штоком на валу 12.

За счет перетока жидкости в гидросистеме шток гидроцилиндра 5 перемещается по стрелке вверх, что. приводит к повороту исполнительного вала 2.

8 процессе работы системы жидкость свободно перетекает из полостей гидроцилиндров 6 и 7 соответственно в полости гидроцилиндров 10 и 3- На выходе гидропневмопреобразователя 18 сигнал отсутствует.

Таким образом, при движении, указанном стрелками,активно работает одна половина системы. Другая работает аналогично первой при смене направления движения задающего вала 1.

Поворот задающего вала 1 преобразуется в поворот исполнительного вала 2, который следит за углом поворота вала 1, т.е. имеет место слежение по положению. Точность такого слежения определяется сжимаемостью идкости в линиях связи и упругостью самих линии. Обратная передача момента с исполнительного вала 2 на задающий 1 происходит следующим образом. При приложении момента к валу 2, как показано на чертеже, возникает сила, действующая со стороны штока гидроцилиндра 10 на вал 12, последний, стремясь повернуться, создает силу, действующую на шток гидроцилиндра 7, давление в полости которого повышается,, что вызывает возникновение силы, с которой шток гидроцилиндра 3 создает момент на задающем валу I. При этом на выходе гидропневмопреобразователя 18 возникает некоторый пневмосигнал. Пневмопривод 16 частично компенсирует момент, создаваемый гидроцилиндром 10, Обратимая следящая система характеризуется коэффициентом передачи по моменту (усилию) -и по перемещению (угловому, или линейному). При воздействии на вал 2 с внешней стороны пневмо приводами 16 и 17 происходит частичная компенсация момента, поэтому на вал 1 передается не вся нагрузка, а ее часть. При этом уравновешивающая нагрузка на валу Т строго пропорциональна силовой внешней нагрузке на валу 2. Таким образом, в предлагаемой системе при передаче силовой нагрузки с вала 2 на вал 1 осуществляется ее масштабирование. Это необходимо при применении предлагаемой системы, например, в грузоподъемных механизмах, когда оператор, воздействуя на задаю щий вал 1, физически не может удержать нагрузку, приложенную к исполни тельному валу 2, если коэффициет передачи системы по нагрузке равен еди нице. Статический коэффициент передачи по моменту предлагаемой системы .в предположении, что момент нагрузки с исполнительного вала 2 передается на вал 12 без изменения (в масштабе 1:1), можно выразить в виде: ст ) где 5,5л,5, - соответственно площади поршней цилиндров 7 (8), ЗС), 16 07) d.,do соответственно диаметры валов 12 и 1; К - статический коэффициент усиления гидропне мопреобразователей 18 и 19 по давлению. При применении предлагаемой системы в мощных грузоподъемных механиз мах, величина К может быть как угодно увеличена путем введения в систему многокаскадных гидро- или пневмоусилителей. Величины перемещений валов 1 и 2 предлагаемой системы определяются ки нематическими и гидравлическими связями между ними, т.е. зависят от соотношений площадей цилиндров 3, t, 7, 8, 5, 6, 9, 10,диаметров валов 1, 2, 12, сцепляющихся с рейками 13-15Путем вариации этих параметров можно вводить в систему масштабирова ние по перемещению задающего 1 и исполнительного 2 валов. Но перемещения валов 1 и 2 при любом масштабе по перемещению строго пропорциональны. Установка преобразователей 18 и 19 вызвана указанной выше необходимостью введения в систему масштабирования по нагрузке. А применение именно гидропневматических преобразователкй вызвано необходимостью питать систему от источника пневмоэнергии, В качестве преобразователей 18 и 19 могут быть применены любые устройства, давление.воздуха в выходной камере которых пропорционально давлению жидкости в командной камере; Применение высоконапорной гидравлики на выходе предлагаемой системы позволяет увеличить грузоподъемность последней по сравнению с известной при упрощении конструкции. Формула изобретения Обратимая следящая система, содержащая задающий и исполнительный валы, две пары гидроприводов, усилители и блок сравнения, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения области применения, каждый гидропривод содержит два однополостных гидроцилиндра, поршневые полости которых соединены между собой, штоки первых гидроцилиндров каждой пары гидроприводов кинематически соединены с задающим и исполнительным валами, а блок сравнения состоит из двух приводов и вала, кинематически связанного с тремя рейками, противоположные концы двух из которых жестко соединены со штоками вторых гидроцилиндров каждой пары гидроприводов, а каждый из противоположных концов третьей рейки жестко соединен со штоком соответствующего привода, причем вход каждого из усилителей соединен с поршневыми полостями первых гидроцилиндров гидропривода задающего вала, а выход - с входом соответствующего привода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Свечарник Д.В. Дистанционные (передачи. М., Энергия, 197, с.1201. 2.Патент Великобритании № , кл. G 3 Р опублик. 19б5 (прототип).