Пневматический привод
Пневматический привод (полезная модель) предназначен для привода станков и промышленных роботов и может быть использован для решения задач энергосбережения. Для увеличения эффективности привода путем обеспечения возможности подачи в двигатель дозированной энергии сжатого воздуха (газа), соответствующей величине перемещаемой массы нагрузки, изменяющейся в значительном диапазоне, привод содержит силовой пневмоцилиндр (двигатель), фрикционное тормозное устройство, двухпозиционные трехлинейные распределители, редуктор давления, ресивер, компрессор, набор регулируемых пневмоемкостей, канал силового пневмопитания, управляющее устройство. Технический результат - повышение энергосбережения привода путем обеспечения возможности подачи в силовой пневмоцилиндр дозированной энергии сжатого воздуха, соответствующей величине перемещаемой массы нагрузки, изменяющейся в значительном диапазоне.
Полезная модель относится к пневмоавтоматике и может быть использована в конструкциях приводов автооператоров, станков и промышленных роботов.
Известен пневматический привод (см. Герц Е.В. Пневматические приводы. - М.: «Машиностроением, 1969, стр.37, рис.6), содержащий силовой пневмоцилиндр (двигатель), управляющий рапределитель, связанный с каналом силового пневмопитания (магистралью).
Недостатком данного привода является его низкая экономичность, обусловленная тем, что при каждом срабатывании привода в его рабочую полость подается одна и та же энергия (давление, ~0,8 МПа) из магистрального канала питания, что, в свою очередь, при перемещении масс, которые в разных тактах работы технологичекой машины имеют разную величину, с меньшей величиной приводит к завышенным скоростям, ударам в конце хода и перерасходу (избыточности) энергии сжатого газа.
Известен пневматический привод (см. Кудрявцев А.И., Пятидверный А.П., Рагулин Е.А. Монтаж, наладка и эксплуатация пневматических приводов и устройств. - М.: «Машиностроением, 1990, стр.8, рис.1.3. - К), содержащий силовой пневмоцилиндр, каждая полость которого через распределитель и редуктор давления соединена с источником питания (магистралью).
Недостатком данного привода является то, что при срабатывании привода в каждую рабочую полость двигателя подается с выхода редукторов давления одно и то же давление (энергия) газа, что при перемещении более легких масс, изменяющихся в широком диапазоне, приводит из-за избыточности для этих масс энергии в полостях цилиндра к перерасходу энергии из магистрали питания.
Известен пневматический привод (см. Трифонов О.Н., Иванов В.И., Трифонова Г.О. «Приводы автоматизированного оборудования». Учебник для машиностроительных техникумов. - М.: Машиностроение, 1991, стр.286, рис.4.6, стр.280, (рис.4.1), содержащий силовой пневмоцилиндр, управляющий распределитель, ресивер, компрессор, редуктор давления.
Недостатком данного привода является перерасход энергии при перемещении более легких масс, из широкого их диапазона, из-за того, что в рабочую полость цилиндра подается с редуктора давления одно и то же давление (энергия) газа.
Наиболее близким аналогом является пневматический привод (см. авторское свидетельство СССР 
1455062, кл. F15В 11/12, 1987; опубл. 15.09.89 Бюл. 34).
Данный привод содержит силовой пневмоцилиндр, полости которого через двухпозиционные трехлинейные распределители связаны с силовым каналом пневмопитания (магистралью), фрикционное тормозное устройство, устройство управления.
Недостатком данного привода является перерасход из магистрали энергии сжатого воздуха при перемещении более легких масс нагрузки, изменяющихся в широком диапазоне, из-за того, что заполнение полостей пневмоцилиндра осуществляется под одним и тем же магистральным давлением как при одних массах нагрузки, так и при других массах нагрузки, т.е. количество энергии (произведение магистрального давления на объем рабочей камеры пневмоцилиндра) сжатого газа, "заканчиваемой" в полости цилиндра, не соотнесено с величиной перемещаемой массы.
Технической задачей предлагаемого пневматического привода является повышение экономичности за счет подачи дозированной энергии сжатого газа, направляемого в силовой пневмоцилиндр, соответствующей величине перемещаемой массы нагрузки, изменяющейся в значительном диапазоне.
Технический результат по повышению эффективности привода за счет подачи в силовой пневмоцилиндр дозированной энергии сжатого воздуха, соответствующей величине перемещаемой массы нагрузки достигается тем, что пневматический привод содержит силовой пневмоцилиндр, взаимодействующий с фрикционным тормозным устройством, двухпозиционные трехлинейные управляющие распределители, каналы питания которых связаны с каналом силового пневмопитания, редуктор давления, ресивер, компрессор, управляющее устройство, выходы которого соединены с управляющими входами управляющих распределителей привода, при этом каналы питания управляющих распределителей силового пневмоцилиндра соединены с силовым каналом пневмопитания через дополнительные двухпозиционные трехлинейные распределители и набор регулируемых пневмоемкостей, а управляющие входы дополнительных двухпозиционных трехлинейных распределителей соединены с дополнительными выходами управляющего устройства.
На чертеже (рис.1) представлена блок-схема предлагаемого пневматического привода.
Пневматический привод содержит силовой пневмоцилиндр 1, взаимодействующий с переменной массой m (нагрузкой) 2, двухпозиционные трехлинейные (трехходовые) управляющие рапределители 3, 4, 5, 6, 7, 8, регулируемые пневмоемкости 9, 10, 11, связанные через распределители 6, 7, 8, с каналом силового пневмопитания 12, связанного через редуктор (стабилизатор) давления 13 с ресивером 14 и через обратный клапан 15 с компрессором 16, фрикционное тормозное устройство 17 с тормозной пружиной 18, мембраной 19 и подвижным звеном (фрикционной пластиной) 20, механически соединенным со штоком 21 цилиндра 1, управляющее устройство 22, соединенное с распределителями 3-8 каналами управления 23-28. Канал питания 29 распределителя 5 непосредственно, а канал питания 30 распределителя 4 через регулируемый дроссель 31 соединены с выходными каналами 32, 33, 34 распределителей 6, 7, 8. Давление в канале 12 настраивается (по манометру 35) и поддерживается постоянным с помощью редуктора давления 13.
Работа пневматического привода заключается в следующем. В исходном состоянии распределители 3-8 отключены, т.е. нет сигналов 23-28 с устройства управления 22. При этом шток 21 силового пневмоцилиндра с грузом 2 находится в крайнем нижнем положении, звено 20 действием пружины 18 заторможено, полости пневмоемкостей 9-11 через распределители 6-8 соединены с силовым каналом пневмопитания 12 и заполнены воздухом (газом) под давлением (- 0,7 МПа) этого канала и обладают каждая потенциальной энергией давления газа, равной произведению давления на объем пневмоемкости.
При подаче устройством управления сигналов управления 26-28 пневмоемкости 9-11 распределителями 6-8 отсоединяются от канала силового пневмопитания 12 и соединяются с каналами питания 29, 30 управляющих распределителей 4, 5.
Подъем грузов. Управляющим устройством 22 подаются сигналы управления 23 и 25, при этом звено 20 и шток 21 тормозным устройством 17 растормаживаются, штоковая полость силового пневмоцилиндра 1 через канал 29 соединяется (в зависимости от величины массы нагрузки 2) с одной или несколькими пневмоемкостями (9, 10, 11), энергия сжатого воздуха из полости (полостей) пневмоемкости (пневмоемкостей) "перетекает" (по принципу сообщающихся сосудов) в штоковую (нижнюю) полость, груз поднимается вверх, воздух из поршневой полости сбрасывается в атмосферу (А), в крайнем верхнем положении груза сигнал 23 управляющим устройством 22 отключается, звено 20 и шток 21 с грузом 2 пружиной 18 стопорятся, давление в пневмоемкости (в пневмоемкостях) снижается и выравнивается с давлением в штоковой полости пневмоцилиндра 1.
При увеличении величины поднимаемых масс нагрузки к каналу 29 управляющим устройством (сигналами 26, 27, 28) подключается пневмоемкость с большим внутренним объемом или совокупность пневмоемкостей, при этом сигналы управления 26-28 распределителями 6, 7, 8 могут устройством управления 22 подаваться в релейном или релейно-частотном режиме.
При релейном режиме управления пневмоемкость (пневмоемкости) при одном такте срабатывания пневмоцилиндра 1 один раз заполняются сжатым газом из канала 12 и один раз разрежаются на рабочую полость пневмоцилиндра.
При релейно-частотном режиме управления этот цикл наполнение-опорожнение полостей пневмоемкостей при одном такте срабатывания пневмоцилиндра 1 осуществляется более одного раза.
Этот режим управления, при допустимости некоторого увеличения неравномерности скорости движения штока 21 пневмоцилиндра 1, позволяет сократить число пневмоемкостей в приводе до двух штук.
Сокращение числа пневмоемкостей может достигаться также при выполнении их объемов в двоичном соотношении (1:2:4
), тогда, к примеру, при числе пневмоемкостей n=4 можно реализовать N сочетаний различных объемов, равное N=2n -1=15, что обеспечивает возможность подавать в полости пневмоцилиндра 1 до 15 различных "порций" энергии из пневмоемкостей, что, в свою очередь, позволяет осуществлять более точное соотнесение направляемой энергии сжатого газа в силовой цилиндр с величиной массы нагрузки пневмопривода. Настройка самих объемов полости регулируемых пневмоемкостей осуществляется под конкретный набор оперируемых приводом масс нагрузки в заданном диапазоне.
Опускание грузов осуществляется при подаче управляющим устройством 22 сигналов 23 и 24 (замедленное, безударное, опускание груза). В этом случае шток 21 растормаживается, воздух (энергия из штоковой полости через демпфирующий дроссель 31 и распределитель 4 поступает в поршневую полость. Ускоренное опускание груза осуществляется при подаче сигналов 23, 24, 25, 26. В этом случае воздух из штоковой полости цилиндра 1 через распределитель 5 сбрасывается в атмосферу (А). Замедленное опускание груза также повышает экономичность привода. Фрикционное тормозное устройство 17 повышает надежность удержания груза в верхнем положении в случае внезапного отказа (разрушения) уплотнений цилиндра, срыва со штуцера или разрушения шлангов питания и др.
Уменьшение количества энергии сжатого газа, подаваемого в рабочие полости силового пневмоцилиндра, при уменьшении величины перемещаемых приводом масс нагрузки, изменяющихся в широком диапазоне, позволяет снизить потребляемую приводом энергию (экономить сжатый газ в ресивере 14).
Общее управление приводом устройством управления 22 может осуществляться по времени или по пути с использованием сигналов концевых (путевых) датчиков (на рисунке не показаны) и комбинированно (по пути и по времени).
Пневматический привод, содержащий силовой пневмоцилиндр, взаимодействующий с фрикционным тормозным устройством, двухпозиционные трехлинейные управляющие распределители, каналы питания которых связаны с каналом силового пневмопитания, редуктор давления, ресивер, компрессор, управляющее устройство, выходы которого соединены с управляющими входами управляющих распределителей привода, отличающийся тем, что каналы питания управляющих распределителей силового пневмоцилиндра соединены с силовым каналом пневмопитания через дополнительные двухпозиционные трехлинейные распределители и набор регулируемых пневмоемкостей, а управляющие входы дополнительных двухпозиционных трехлинейных распределителей соединены с дополнительными выходами управляющего устройства.
