Изучение построения робототехнических комплексов для нанесения лакокрасочных материалов в мебельной промышленности

height="712" hspace="13" border="0" /> При вращении шестерен некоторая часть жидкости, находящей­ся в зоне нагнетания, периодически запирается в объеме А, откуда частично попадает в зону всасывания. Эта "обратная подача" снижа­ет объемный КПД насоса. Кроме того, в защемленном объеме может создаться высокое давление, что нежелательно. Для разгрузки за­щемленного объема от повышенного давления он сообщается с зо­ной нагнетания торцовой канавкой Б.

:

Рис. 23. Схема шестеренного насоса

3.3.4.3 Винтовые насосы

Принцип действия винтового насоса поясняется схемой, пока­занной на рис. 19. В корпусе насоса установлен с возможностью вращения, но без возможности поступательного перемещения, винт 1 (обычно с двухзаходной левой резьбой). В том же корпусе смонти­рованы пластины-рейки 2 и 3, зубья которых входят во впадины ме­жду витками резьбы винта 1. При вращении винта 1 против часовой стрелки рейки 2 и 3 будут перемещаться в направлении, указанном стрелками. Жидкость, находящаяся в межвитковых объемах винта, попадая на поверхности реек 2, 3, перемещается вместе с рейками в направлении, параллельном оси винта 1.

Конечно, конструктивная реализация устройства, показанного на рис. 24, невозможна, так как для его длительной работы необхо­димы рейки 2, 3 бесконечно большой длины. Поэтому в реальной конструкции вместо реек устанавливаются винты, направление вин­товой нарезки с циклоидальным профилем которых противополож­но направлению нарезки винта 1. Витки нарезки этих винтов (их на­зывают замыкающими) входят во впадины между витками резьбы рабочего винта.

Рис. 24. Схема, поясняющая принцип действия винтового насоса

Винтовые насосы обеспечивают абсолютно равномерную пода­чу жидкости. Они могут работать при давлении до 16 МПа, объем­ный КПД г|₀ = 0,70 ... 0,95. Насосы характеризуются высокой на­дежностью и долговечностью, но по сравнению с другими типами роторных насосов имеют при прочих равных условиях существенно большие размеры и массу, поэтому они в настоящее время практи­чески не применяются в гидроприводах робототехнических комплексов.

3.4 Исполнительные механизмы

Исполнительные механизмы гидравлических приводов - это гидроцилиндры, иначе называемые гидродвигателями поступательного движения.

В гидравлических приводах применяются гидроцилиндры трех типов: плунжерные, поршневые и дифференциальные (рис. 25).

Рис. 25. Типы гидроцилиндров, применяемых в гидравлических приводах:

а - плунжерный; б - поршневой; в - дифференциальный;

/ - цилиндр; 2 - плунжер; 3 - поршень; 4 - шток;

5 - уплотнительное устройство;

А - поршневая полость; Б - штоковая полость

Плунжерные гидроцилиндры (рис. 25, а) являются силовыми устройствами одностороннего действия: они передают силу давле­ния жидкости только в одном направлении. Поэтому для обеспече­ния прямого и обратного ходов ползуна на прессе необходимо иметь по крайней мере три плунжерных цилиндра - один рабочий и два возвратных (обычно с меньшим усилием). Усилия рабочего и воз­вратных цилиндров противоположно направлены.

Гидроцилиндр поршневого типа (рис. 25, б) - силовое устройст­во двухстороннего действия, поэтому прямой и обратный ход пол­зуна можно реализовать с помощью одного такого гидроцилиндра.

Диффренциальные гидроцилиндры, в отличие от "толкающих" плунжерных - "тянущего" вида, их используют при необходимости выигрыша в скорости за счет уменьшения развиваемого усилия. Они позволяют получить большую скорость ползуна пресса при малой подаче насоса.

Выбор типа гидроцилиндра определяется видом рабочей жид­кости. Работа на водомасляной эмульсии сопровождается корроди­рованием поверхностей и повышенным (по сравнению с работой на масле) трением. В этих условиях сопряжение поршень-цилиндр не­работоспособно по причине заедания и быстрого износа. Поэтому при работе на водомасляной эмульсии можно использовать только плунжерные и дифференциальные цилиндры. При работе на мине­ральном масле можно использовать цилиндр любого типа.

3.4.1 Краткие сведения о конструкции гидроцилиндров

Признаки, характеризующие конструкцию гидроцилиндра:

1) тип гидроцилиндра (плунжерный, поршневой, дифференци­альный);

2) способ базирования цилиндра на станине (с опорой на фланец или на дно цилиндра);

3) конструкция донной части (дно выполнено за одно целое с цилиндром или отъемным);

4) вид уплотнительного устройства.

На конструкцию цилиндра оказывает влияние также способ его изготовления (литье, ковка, сварка).

На рис. 26 показана распространенная конструкция литого гид­роцилиндра плунжерного типа с опорой на фланец, днище цилиндра выполнено за одно целое с цилиндром. В цилиндре 1 установлен плунжер 2, для направления которого предусмотрена втулка 3. Уп­лотнение 4 предназначено для герметизации полости цилиндра. Оно удерживается в цилиндре с помощью нажимной втулки 5 и кольца 6. Цилиндр фиксируется в станине с помощью кольца 7. Для уменьше­ния скорости плунжера при подходе его к крайнему верхнему поло­жению используется тормозной дроссель 8. При входе его в отвер­стие А, предназначенное для подвода и отвода жидкости, гидравли­ческое сопротивление проходного сечения существенно возрастает. Поэтому давление жидкости, а значит и сила сопротивления, при­ложенная к плунжеру, увеличивается, что обеспечивает быструю его остановку.

Литые цилиндры плунжерного типа выполняют из стали 35Л или 45Л. Плунжеры, как правило, изготавляют из углеродистых конструкционных сталей марок 45 или 60, реже - из хромоникеле-вых или хромомолибденовых сталей. Для повышения износостойко­сти плунжеры подвергают поверхностной закалке. Втулки 3 и 5 вы­полняются из бронзы марок БрАЖМцЮ-3-1,5; БрОЦС5-5-3.

Рис. 26. Плунжерный гидроцилиндр с опорой на фланец

На рис. 27 показана конструкция гидроцилиндра поршневого типа с отъемным дном. В кованом цилиндре / установлен поршень 2, смонтированный на штоке 3. Отъемное дно 4 закреплено в цилин­дре с помощью кольца 5 с наружной резьбой. Точное направление штока обеспечивается втулкой 6, которая фиксируется в цилиндре с помощью полуколец 7 и крышки 8. Полукольца 7 удерживаются в кольцевой канавке цилиндра стопорным кольцом 9. Герметизация полостей цилиндра обеспечивается уплотнениями 10 -14. Манжета 15 выполняет роль грязесборника. Цилиндр закрепляется в станине пресса при помощи полуколец 16, фланца 17 и гайки 18.

Цилиндр 1, поршень 2 и шток 3 выполняют из стали 45. Шток и поршень термически обрабатывают до твердости 28 ... 32HRC. Втулка б выполняется из бронзы или из стали, но с антифрикцион­ным покрытием (бронза или полиамид) поверхности отверстия. Ан­тифрикционное покрытие наносят и на рабочую поверхность порш­ня. Шероховатость рабочих поверхностей втулки 4 и штока 3 долж­на быть Ra < 0,16 мкм, а поверхности цилиндра -Ra< 0,32 мкм.

Рис. 27. Конструкция цилиндра поршневого типа

Поршневые гидроцилиндры рассмотренной конструкции, пред­назначенные для работы при давлении масла р = 32 МПа в диапазо­не усилий 63 ... 2500 кН, серийно выпускаются специализирован­ными заводами как комплектующие изделия.

Многообразие конструкций гидроцилиндров не исчерпывается, разумеется, рассмотренными примерами. Так, например, гидроци­линдры, работающие при очень высоких давлениях - свыше 100 МПа, выполняют в виде предварительно напряженной конст­рукции с двухслойной цилиндрической стенкой. Наружный слой соединяют с внутренним по посадке с натягом, благодаря чему наиболее напряженная зона цилиндра при сборке нагружается сжимающими напряжениями. Они суммируются с растягивающими напряжениями при нагружении цилиндра внутренним давлением. Применение предварительно напряжкнной конструкции позволяет существенно уменьшить наружний диаметр цилиндра. Имеются примеры конструкций, в которых наружняя станина выполнена путем намотки высокопрочной проволки, причем в процессе намотки создается необходимое натяжение проволки.

3.5 Аппаратура управления

Аппаратура управления гидропривода может быть разделена на распределительную, регулирующую и защитную.

3.5.1. Распределительная аппаратура

Эта аппаратура обеспечивает распределение потоков рабочей жидкости в соответствии с циклом работы машины. К ней относятся клапанные и золотниковые распределители, а также клапаны, про­пускающие жидкость только в одном направлении - так называемые обратные клапаны и некоторые специальные устройства на их базе (поддерживающие клапаны и гидрозамки).

3.5.1.1 Клапанные распределители

Клапанные распределители делятся по назначению на впуск­ные или напорные и на выпускные или сливные. Впускные обеспе­чивают проход жидкости от источника давления (насоса) к потреби­телю (гидроцилиндру), а выпускные - из гидроцилиндра на слив. Для управления одной полостью гидроцилиндра устанавливают два клапанных распределителя - впускной и выпускной. Клапанные распределители используют в гидроприводах, работающих с водой. В гидроприводах, работающих с минеральными маслами, как пра­вило, используются золотниковые распределители.

Схема клапанного распреде­лителя показана на рис. 28. Для прохода жидкости в направлении, указанном стрелками, клапан 1 приподнимают с помощью управ­ляющего штока 2. При опущенном клапане 1 вход и выход распреде­лителя - полости А и Б - разъеди­нены, так как клапан 1 прижат к седлу 3 силой Р_в давления жидко­сти в полости В, постоянно сооб­щенной с полостью А.

Пружина нужна главным образом для ускорения опускания клапана 1 после отвода штока 2 вниз. Для удаления воздуха из надклапанной полости предусмотрена воздухос-пускная пробка 5.

Рис. 28. Схема клапанного распределителя

Размеры клапана и высоту его подъема при открытии назначают такими, чтобы скорость жидкости в полости Б и в зазоре м«вдукпа-паном и седлом не превышала допустимой величины. Для воды. 20 30 м/с доя впускных и 10 ... 15 м/с для выпускных клапанов. Допустимая скорость для выпускных клапанов Уменьшена с тем чтобы снизить перепад давлений на клапане при обратном ходе поршня (плунжера).

3.5.1.2 Золотниковые распределители

Золотниковые распределители предназначены для работы в гидроприводах, где в качестве рабочей жидкости используется ми­неральное или синтетическое масло. Принцип действия распредели­теля поясняется схемой, приведенной на рис. 46. В корпусе 1 за­прессована втулка 2, в которой с возможностью относительного осе­вого перемещения установлен золотник 3. Каналы (ходы) 1 - IV предназначены для подвода и отвода жидкости. Канал 1 соединяют с источником жидкости высокого давления, канал II - с линией слива, каналы III и IV - с полостями поршневого гидроцилиндра, управ­ляемого данным распределителем.

Таким образом, для управления двухполостным гидроцилин­дром достаточно иметь один золотниковый распределитель вместо четырех клапанных. Золотник 3 распределителя может занимать три фиксированных положения - два крайних и одно среднее (нейтраль­ное). На рис. 29 золотник 3 показан в нейтральном положении. В крайнем левом положении золотника канал III будет соединен со сливом, а канал IV с насосом. В крайнем правом положении канал III

Рис. 29. Золотниковый распределитель

будет соединен с насосом, а канал IV со сливом. Перемещение зо­лотника из нейтрального положения в крайние осуществляется при помощи двух электромагнитов толкающего типа, а при больших размерах золотника для этого используют гидравлическое или элек­трогидравлическое управление. В первом случае в торцовые камеры А к Б подается жидкость под давлением из линии управления через отдельный вспомогательный распределитель. Во втором случае вспомогательный трехпозиционный распределитель с электромаг­нитным управлением или два двухпозиционных вспомогательных распределителя устанавливаются на корпусе 1 и являются неотъем­лемой частью основного распределителя.

Для возврата золотника 3 в нейтральное положение предусмот­рены пружины и дистанционные втулки 4.

Герметизация сопряжения золотник-втулка обеспечивается бла­годаря малой величине зазора.

Золотниковые распределители характеризуются следующими признаками:

- числом позиций;

- числом ходов (каналов);

- допустимым расходом жидкости (пропускная способность);

- допускаемым давлением жидкости;

- схемой распределения потоков жидкости;

- способом управления;

- способом монтажа.

По числу позиций различают трехпозиционные и двухпозици-онные распределители. По числу ходов различаются двух-, трех- и четырехходовые, или, что то же, двух-, трех- и четырехлинейные.

Специализированные заводы гидроаппаратуры выпускают зо­лотниковые распределители с допустимым расходом жидкости от 1,33 • 10"⁴ м³/с до 0,55 м³/с (от 8 до 3000 л/мин), рассчитанные на давле­ние 20 МПа и 32 МПа, в специальном исполнении - до 50 МПа.

Схемы распределения потоков жидкости серийными золотнико­выми распределителями показаны на рис. 30. Трехпозиционные рас­пределители (1) - (5) отличаются друг от друга состояниями в ней­тральном положении золотника. В распределителе первого исполнения напорная линия насоса соединена со сливом, полости гидроцилиндров заперты. Во втором исполнении все линии соединены между собой. В третьем исполнении все линии перекрыты (конструктивная схема распределителя этого исполнения приведена на рис. 29).

В четвертом исполнении оба гидроцилиндра соединены с насосом, а в пятом - со сливом. Во всех пяти исполнениях при крайнем левом положении золотника цилиндр Ц1 соединяется с напорной линией насоса, а цилиндр Ц2 - со сливом, в крайнем правом Ц1 - со сливом, а Ц2 - с насосом.

Рис.30 . Четырехлинейные распределители:

(/) - (5) - трехпозиционные, (б) и (7) - двухпозиционные; Н- подвод жидкости от насоса, С - слив,

Ц1,Ц2 - линии к гидроцилиндрам

Потеря давления при движении жидкости через золотниковый распределитель обычно не превышает 0,3 ... 0,4 МПа.

По способу управления, как было отмечено выше, различают распределители с электромагнитным, гидравлическим и электрогид­равлическим управлением. Значительно реже применяются распре­делители с пневматическим управлением.

По способу монтажа, т.е. соединения распределителя с другими элементами гидропривода, различаются распределители со стыко­вым, фланцевым и резьбовым подсоединением. В первом случае все каналы (I, II, III, IV, а также отверстие для дренажа утечек) выведе­ны на одну из плоскостей корпуса, которая при помощи винтов или шпилек стыкуется с плитой из толстолистового проката. В плите просверлены отверстия, необходимые для соединения аппаратов управления гидроприводом в соответствии с гидросхемой. Такой способ монтажа в настоящее время находит широкое применение.

При втором способе монтажа к каналам распределителя при­соединяются трубы с помощью фланцев, а при третьем способе в каналах (ходах) нарезается резьба, как правило коническая, в кото­рую ввинчиваются штуцеры, соединяемые с трубами.

Золотники изготовляют из углеродистых сталей У8А, У10А, из конструкционной стали 20Х с последующей цементацией, а также из сталей аустенитного класса, например, стали ШХ15. Золотник должен быть закален до твердости 56 ... 62HRC. Поверхности рабо­чих поясков золотника шлифуются и полируются, после чего золот­ник промывается или подвергается ультразвуковой обработке с це­лью удаления продуктов износа абразивного инструмента.

Втулка золотникового распределителя выполняется либо из тех же сталей, что и золотник, либо из твердых бронз. В ряде конструк­ций распределителей втулка отсутствует, и золотник размещается непосредственно в отверстии корпуса, который изготовляют из вы­сококачественного чугуна путем литья в кокиль.

3.5.1.3 Обратные клапаны, поддерживающие клапаны, гидрозамки

Обратные клапаны предназначены для пропускания жидкости в одном направлении. Они самоуправляемы, т.е. их состояние - от­крытое или закрытое - зависит от направления потока жидкости. Схема обратного конического клапана показана на рис. 31. При небольших расходах жидкости приме­няются также шариковые обратные клапаны. Пружина предназначена для ускорения посадки клапана на седло при "запрещенном" направлении пото­ка. Расчет размеров обратного клапана выполняется так же, как для клапанно­го распределителя.

Рис. 31. Схема обратного клапана

Поддерживающие клапаны (рис. 32) обеспечивают свободный проход жидкости в одном направлении, а в противоположном на­правлении жидкость проходит через клапан только при определен­ном давлении. При движении жидкости в направлении 1 она прохо­

Рис. 32. Поддерживающий клапан

дит из полости А в полость Б через обратный клапан с шариком 7, конический клапан 2 в это время прижат к седлу 3 пружиной 4. При движении жидкости в направлении II она проходит из полости Б в по­лость А, отжимая конический кла­пан 2, под давлением, определяе­мым силой затяжки пружины 4. Серийно выпускаются поддержи­вающие клапаны, рассчитанные на давление до 20 МПа и расход до 2,67- 10'³м³/с(160л/мин).

Гидрозамок (рис. 33) представ­ляет комбинацию обратного клапана и клапанного распределителя с гид­равлическим управлением. Когда давление р_л в линии А превышает давление р_Б в линии Б, жидкость проходит из линии А в линию Б, отжимая обратный клапан1., линии А и Б разъединены, и жидкость в линии Б и соединенной с ней полости гидроцилиндра заперта. Для соединения А и Б в этом случае необходимо отжать клапан 2. Для этого под поршень 3 подается жидкость под достаточ­ным давлением через линию управления В.

Серийно выпускаемые гидрозамки рассчитаны на давление до 32 МПа и расход жидкости до 6,67 • 10"³ м³/с (400 л/мин).

Рис. 33. Схема гидрозамка

3.5.2 Аппаратура управления давлением жидкости

Для изменения состояния гид­ропривода при достижении опреде­ленного давления жидкости приме­няют реле давления 1 (рис. 34). К камере А подсоединяется ответвле­ние управляемой гидролинии. Пока сила давления жидкости меньше

силы затяжки пружины 1 золотник 2 неподвижен и находится в по­ложении, показанном на рис. 54. При достижении установленного давления золотник 2 перемещается вверх и нажимает на шток мик­ропереключателя 3. Срабатывание микропереключателя приводит к изменению состояния электрической системы управления гидро­приводом.

Таким образом обеспечивается, например, переключение с ра­бочего хода на обратный ход, или с холостого хода на рабочий и т.п. Давление срабатывания регулируется путем изменения затяжки пружины / с помощью регулировочного винта 4. Каналы Б и В предназначены для дренажа утечек и соединяются с линией слива. Серийно выпускаются реле давления, рассчитанные на 50 МПа, время срабатывания составляет 0,05 ... 0,10 с.

Рис. 34.

Конструктивная схема реле давления

3.5.3 Аппаратура управлеия расходом жидкости

Для регулирования скорости ползуна пресса в соответствии с требованиями технологии необходимо изменять количество жидко­сти, поступающей в гидроцилиндр. Это можно осуществить двумя способами: изменением Подачи насоса (объемное регулирование) или делением потока жидкости, нагнетаемой насосом с постоянной подачей, на два потока, один из которых направляется в полость ци­линдра, а другой - на слив. Изменение соотношения расходов в двух потоках достигается при помощи дросселя, поэтому такое регулиро­вание скорости называют дроссельным.

Дроссель, или дроссельный клапан, представляет собой местное гидравлическое сопротивление, устанавливаемое в одной из гидрав­лических линий. Коэффициент сопротивления дросселя а следова тельно, перепад давлений и расход жидкости, проходящей через дроссель, могут бесступенчато регулироваться в широких пределах путем изменения площади проходного сечения. Дроссельное регу­лирование характеризуется высокой чувствительностью

Стоимость гидропривода с дроссельным регулированием ниже, чем с объемным благодаря использованию менее дорогих насосов с постоянной подачей. Недостаток дроссельного регулирования - по­ниженный КПД гидропривода из-за того, что часть нагнетаемой насосом жидкости высокого давления вытесняетсяв бак и следова­тельно, не совершает полезной работы. По конструктивному исполнению различают Дроссели игольчатые, щелевые и осевые. На рис. 35 показана констру игольчатого дроссельного клапана. Расход жидкости регулируется путем изменения проходного се­чения между конусом иглы 1 и коническим отверствием в седле 2 за счет осевого перемещения иглы..

Конструктивная схема щеле­вого дросселя приведена на рис. 36. На дросселе 1 выполнена канавка переменной глубины, бла­годаря чему при повороте дросселя относительно корпуса 2 изменяется площадь проходного сечения.

Рис. 35. Игольчатый россель

Рис. 36. Дроссель щелевого типа Рис. 37. Дроссельный клапан осевого типа

На рис. 37 показан дроссельный клапан осе­вого типа (стрелки пока­зывают направление дви­жения жидкости). Дрос­сель 1 под действием пружины 2 занимает по­ложение, отвечающее наи­большей площади про­ходного сечения. При смещении дросселя 1 вле­во от указанного положе­ния площадь проходного сечения уменьшается. Для слива утечек предусмотрены осевое и радиальное отверстия в дросселе 1. Линия слива утечек присоединя­ется к отверстию в крышке 3. Дроссельные клапаны такой конст­рукции применяют, например, для плавного уменьшения скорости ползуна гидропресса перед началом технологической операции. В этом случае перемещение дросселя 1 происходит под действием плоского кулака, закрепленного на ползуне пресса.

4. Система управления РТК для нанесения лакокрасочных материалов

4.1 Структура системы управления

Структура системы управления РТК определяется в первую очередь видом объектов управления, характером происходящих-в них процессов и взаимодействиями между ними. Такими объектами в составе РТК прежде всего являются технологическое оборудова­ние и промышленные роботы, объединенные в ячейки, транспортные системы и автоматизированные склады. Все эти объекты находятся в определенной иерархической подчиненности и функционируют в составе единого комплекса. Поэтому и структура системы управле­ния комплекса тоже является иерархической, включающей несколько уровней управления. На нижнем (первом) уровне этой системы на­ходится управление РТЯ, которое организуется на основе специаль­ных устройств управления с увязкой по времени начала и конца выполнения отдельных операций или с использованием дополни­тельной информации о ходе технологического процесса. В своей основе этот уровень управления реализуется в виде программного управления. Он включает в себя также каналы связи с оборудова­нием и верхними уровнями управления. Реализация этого уровня в настоящее время осуществляется на основе унифицированных ус­тройств управления ПР и основного технологического оборудования. Второй уровень управления — уровень связи систем управле­ния отдельных РТЯ в согласованно работающий участок или линию. Аппаратурно этот уровень часто реализуется с помощью


29-04-2015, 04:03