close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

(pdf, 768kb)

код для вставкиСкачать
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
Тема 2. Приводы
Оглавление
Общая структура ..................................................................................................... 2
Классификация приводов ....................................................................................... 3
Типы приводов ........................................................................................................ 3
Электрический (электропривод)......................................................................... 3
Пневматический привод (пневмопривод) ......................................................... 5
Гидравлические приводы (гидроприводы) ....................................................... 9
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 1
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
Общая структура
Привод - энергосиловое устройство, приводящее в движение машину
или механизм.
Состав привода –
1. источник энергии,
2. передаточный механизм и
3. аппаратура управления.
Источником энергии может быть:
1. Двигатель –
a. тепловой,
b. электрический,
c. пневматический,
d. гидравлический
2. Устройство, отдающее заранее накопленную механическую энергию
a. Пружинный механизм,
b. Инерционный механизм, гиревой механизм и др.).
К приводам, применяемым в мехатронных системах, предъявляют
весьма жесткие специфические требования, поскольку они являются встроенными в рабочие органы системы - в манипуляторы и системы передвижения.
Вот некоторые из этих требований:

Минимальные габариты и масса;

Переходные процессы в них должны проходить без колебаний;

Удобство в эксплуатации;

Малые погрешности при широком спектре скоростей (скорость
поступательного движения на выходе приводов мехатронных системах в
среднем составляет от долей до нескольких м/с при погрешности отработки
перемещения, равной долям миллиметра).
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 2
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
Классификация приводов
В мехатронных системах нашли применение практически все известные типы приводов: электрические, гидравлические и пневматические; с поступательным и вращательным движением; регулируемые (по положению и
скорости) и нерегулируемые; замкнутые (с обратной связью) и разомкнутые;
непрерывного и дискретного действия (в том числе шаговые).
Типы приводов
Электрический (электропривод)
Электрический привод (сокращённо — электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.
Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической
энергии в промышленности.
Определение по ГОСТу Р 50369-92
Электропривод
-
электромеханическая
система,
состоящая
из преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и
устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими,
управляющими и информационными системами, предназначенная для
приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и
управления этим движением в целях осуществления технологического
процесса.
Функциональная схема электропривода приведена на рис. 1. Здесь Р – регулятор, ЭП – электрический преобразователь, ЭМП - электромеханический
преоразователь, МП – механический преобразователь, Упр — управляющее
воздействие, ИО — исполнительный орган.
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 3
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
Рисунок 1. Структурная схема электропривода
Регулятор (Р) предназначен для управления процессами, протекающими в электроприводе.
Электрический преобразователь (ЭП) предназначен для преобразования электрической энергии сети в регулируемое напряжение постоянного
или переменного тока.
Электромеханический преобразователь (ЭМП) — двигатель, предназначен для преобразования электрической энергии в механическую.
Механический преобразователь (МП) может изменять скорость вращения двигателя.
Электрический привод, несмотря на его хорошую управляемость, простоту подвода энергии, больший к.п.д. и удобство эксплуатации имеет худшие массогабаритные характеристики, чем пневматический и гидравлический приводы.
Прогрессивное увеличение в последние годы доли электромеханических мехатронных систем в общем парке мехатронных устройств в мире вызвано быстрым прогрессом в создании новых типов электрических двигателей, изначально предназначенных для роботов и позволяющих создавать более компактные комплектные приводы всех требуемых типов.
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 4
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
На сегодня основная область применения электрических приводов в
мехатронике — это устройства средней грузоподъемности (десятки килограмм), легкие МС с высококачественным управлением и мобильные роботы.
На рис. 2 приведен внешний вид электродвигателя с независимым возбуждением ПЯ 250Ф, предназначенного для привода мехатронных модулей,
станков с ЧПУ и промышленных роботов.
Рисунок 2. Электродвигатель с независимым возбуждением ПЯ 250Ф
Пневматический привод (пневмопривод)
Пневматический
привод
(пневмопривод) —
совокупность
устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством энергии сжатого воздуха.
Пневмопривод используется для силового зажима деталей, движения
инструментов, шаговой и прерывистой подач по прямой и по окружности,
применяется при резке, прессовании, сборке и множестве других технологических операций. Примерно половина промышленных роботов имеет пневматический привод.
Его принципиальная идея чрезвычайно проста. Компрессор сжимает
воздух. Эта газовая «пружина» хранит накопленную потенциальную энергию
до тех пор, пока воздух не подадут в пневматический двигатель. При расши© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 5
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
рении потенциальная энергия перейдёт в кинетическую энергию выходного
звена, например, поршня со штоком (рис. 3), который, в свою очередь, приведёт в движение рабочий орган машины.
Пневмоцилиндр одностороннего действия
Рисунок 3. Простейший пневмодвигатель
Кроме простоты конструкции, пневматический привод обладает множеством
достоинств. Прежде всего всегда под рукой рабочее тело, оно в прямом смысле слова берётся «из воздуха». К тому же после использования туда же и выбрасывается, причём
почти без всяких экологических неприятностей. А поскольку воздух гигиеничен по сравнению с другими рабочими телами, то пневмопривод широко используется в пищевой, электронной, фармацевтической промышленности, а также в точном приборостроении.
Установки с пневматическим приводом при прочих равных условиях получаются
дешевле, надёжней, хорошо работают в жару и холод, не боятся высокой влажности и
пыли, гарантируют полную пожаро-, электро- и взрывобезопасность. Срок службы
пневмоприводов доходит до 20000 часов, рабочее усилие достигает нескольких тонн, а
рабочие скорости в 5 раз выше, чем у гидропривода, причём и усилие, и скорость могут
плавно регулироваться с помощью очень простых устройств. Во многих случаях пневмопривод удаётся соединить напрямую с рабочим органом машины, который, таким образом, приводится в действие без сложных механических передач. Другие важные преимущества по сравнению с электроприводом - возможность торможения до полной остановки под нагрузкой на неограниченное время и возможность обходиться без устройств,
защищающих от перегрузки. Итак, достоинств множество, и пневмопривод, безусловно,
оказался бы вне конкуренции, если бы у него не оказалось столь же многочисленных недостатков.
Избавиться от них тяжело, так как эти недостатки - органическое продолжение
достоинств. Обусловлены они тем, что рабочее тело-воздух, сжимаемый газ. Из-за этого свойства невозможно осуществить плавное перемещение рабочих органов машины
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 6
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
при колебаниях нагрузки, сложно остановить инструмент в строго определённой точке,
а пневматическую команду по трубопроводу можно передавать только со скоростью
звука. Поэтому в некоторых случаях удобными оказываются гибридные системы: пневмогидравлические (если нужна высокая плавность хода или точность остановки) и электропневматические (если необходимо обеспечить быстродействие).
Преимущество гидравлического привода - возможность использовать высокое
давление рабочей жидкости (до 500 атмосфер). Оно позволяет создавать усилия в сотни
и тысячи тонн при небольших размерах цилиндра. Почему же в пневмоприводе не применяют столь же высокие давления? Во-первых, его трудно создать в воздушном компрессоре, а во-вторых, опасно использовать. При разрыве трубопровода сжатый воздух разнесёт осколки, словно шрапнель. Итак, подводя итоги, можно утверждать, что, кроме
тех случаев, когда требуются большие усилия и точность фиксации детали или рабочего
инструмента, лучше всего использовать простой, дешёвый и надёжный пневмопривод.
В качестве пневматических двигателей используют самые различные механизмы:
мембранные, поршневые, лопастные, турбинные... Но мало иметь двигатель, производящий механическую работу, нужно ещё управлять его движением, а для этого необходимо
решать три основные задачи: изменять направление прямолинейного и вращательного
движения, плавно изменять его скорость и плавно регулировать создаваемое рабочее
усилие. Для этой цели созданы всевозможные пневмоаппараты Они являются уже исполнительными механизмами, которые будут рассматриваться в следующей теме.
Обязательными
элементами
пневмопривода
являют-
ся компрессор (генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель.
КОМПРЕССОР – это машина для сжатия воздуха или газа до избыточного давления не ниже 0,015 МПа. Устройство поршневого компрессора показано на рис. 4.
Основное назначение пневмопривода, как и механической передачи, —
преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 7
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
Рисунок 4. Устройство поршневого компрессора: 1 - кривошипный механизм; 2 - цилиндр; 3 - поршень; 4 - клапаны; 5 - фильтр
Передача энергии в пневмоприводе происходит следующим образом
(рис. 5):
1. Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал компрессора
(на рисунке не показан), который сообщает энергию рабочему газу, находящемуся в воздухопроводе.
2. Рабочий газ после специальной подготовки по пневмолиниям через регулирующую аппаратуру поступает в пневмодвигатель, где пневматическая
энергия преобразуется в механическую.
3. После этого рабочий газ выбрасывается в окружающую среду, в отличие от гидропривода, в котором рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в гидробак, либо непосредственно к насосу.
Применение пневматических приводов в мехатронных системах объясняется их дешевизной, простотой и соответственно надежностью. Правда,
эти приводы плохо управляемы и поэтому используются в основном как нерегулируемые с цикловым управлением. Пневматические приводы применяют только в роботах небольшой грузоподъемности — до 10 кг, реже 20 кг.
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 8
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
Рисунок 5. Функциональная схема пневмопривода: 1 — вентиль воздушный; 2 — водоотделитель; 3 — клапан редукционный; 4 — лубрикатор; 5 —
клапан
обратный; 6—рабочий
орган;
7
—
пневмоцилиндр; 8
—
воздухопровод
Гидравлические приводы (гидроприводы)
Гидравлический
двигатель (гидродвигатель) — гидравлическая
машина, предназначенная для преобразования гидравлической энергии
в механическую.
Основные компоненты:
1)
Насос - является источником гидравлической энергии;
2)
гидродвигатель - преобразует гидравлическую энергию в механиче-
скую;
3)
гидролинии, по которым жидкость перемещается в гидросистеме.
Управление движением выходных звеньев гидродвигателей осуществляется
либо с помощью регулирующей аппаратуры дросселей, гидрораспределителей (пример на рис. 6) и др., либо путём изменения параметров самого гидродвигателя и/или насоса.
Критически важной для гидропривода (в первую очередь объёмного) является
очистка рабочей жидкости от содержащихся в ней (и постоянно образующихся в процессе работы) абразивных частиц. Поэтому системы гидропривода обязательно содержат фильтрующие устройства (например, масляные фильтры), хотя принципиально
гидропривод некоторое время может работать и без них.
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 9
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
Поскольку рабочие параметры гидропривода существенно зависят от температуры рабочей жидкости, то в гидросистемах в некоторых случаях, но не всегда, устанавливают системы регулирования температуры (подогревающие и/или охладительные
устройства).
Рисунок 6. Принцип действия золотникового гидрораспределителя,
управляющего движением штока гидроцилиндра
Типы гидродвигателей
К гидродвигателям относят гидромоторы, гидроцилиндры, гидротурбины и поворотные гидродвигатели.
Гидромоторы сообщают выходному звену вращательное движение на
неограниченный угол поворота.
Гидроцилиндры сообщают
выходному
звену
возвратно-
поступательное движение.
Поворотные гидродвигатели сообщают выходному звену вращательное движение на ограниченный угол поворота меньший 360°.
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 10
http://cifra.studentmiv.ru/mr-lektsiya-2/
Гидравлические приводы наиболее сложны и дороги по сравнению с
пневматическими и электрическими. Однако при мощности 500—1000 Вт и
выше они обладают наилучшими массогабаритными характеристиками и поэтому являются основным типом привода для тяжелых и сверхтяжелых мехатронных систем. Гидравлические приводы хорошо управляются, поэтому
они нашли также применение в мехатронных системах средней грузоподъемности, для которых требуются высококачественные динамические характеристики.
© И.В. Музылева, 2014 год
Страница 11
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа