Электрогидравлических модулей с вращательной кинематической парой и гидравлическим приводом поступательного действия

 

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)»

Шошиашвили М.Э.

Методические указания к проектированию и исследованию

электрогидравлических модулей с вращательной кинематической парой и гидравлическим приводом поступательного действия

по дисциплине «Проектирование гидропневмоприводов»

Направление подготовки: 141100.68 «ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ»

по программе:

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОПНЕВМОПРИВОДОВ»

 

Новочеркасск, 2011

При управлении модулем с вращательной кинематической парой часто используется привод поступательного действия, в частности, электрогидравлический с гидроцилиндрами. Целесообразность в таком приводе возникает при создании манипуляционных систем, работающих со значительными грузами. Примерами таких систем являются манипуляторы и роботы для стройиндустрии, горной промышленности. В этом случае к таким системам предъявляются особые требования по обеспечению точности позиционирования в пределах до 1-10 мм и стабильности скорости подъема-опускания.

Для определения конструктивных параметров мехатронного модуля и выбора структуры управления необходимо аргументировано подойти к вопросу о местах крепления управляющих гидроцилиндров, что сказывается, с одной стороны, на величину погрешности позиционирования, а с другой стороны, на саму возможность размещения гидроцилиндров, имеющих определенные геометрические размеры. В большинстве случаев при проведении исследований динамики таких систем считается, что нагрузка на шток гидроцилиндра является величиной постоянной, а скорость подъема или опускания звена манипулятора является неизменной. В действительности ввиду изменения геометрических параметров звена происходит перераспределение нагрузки на гидроцилиндр, что сказывается на изменении скорости движения его штока. Угловая скорость поворота звена мехатронного модуля при управлении только по положению звена зависит не только от изменения скорости движения штока при изменении нагрузки на последний, но и от самой геометрии крепления гидроцилиндра. Поэтому весьма актуальным является исследование процесса изменении нагрузок на шток при движении приводных гидроцилиндров, а также их влияние и влияние геометрических параметров на скорость поворота звена манипулирования.

Расчетная схема для одной степени подвижности мехатронного модуля с гидравлическим приводом приведена на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема степени подвижности манипулятора

 

Отметим, что оптимальным с точки зрения минимизации суммарной среднеквадратичной кинематической погрешности является равенство длин ОА и ОВ. Поэтому целесообразно принять .

При выборе угла β, определяющего неподвижную точку В крепления гидроцилиндра, необходимо учитывать следующее. Расстояние , где – неизменяемая часть гидроцилиндра, включающая в себя конструкцию крепления, «мертвый» объем и часть штока; – ход поршня гидроцилиндра, определяемый как , где , и , – максимальный и минимальный угла наклона звена манипулятора. Как правило, величина составляет до 0,75 % от . В этом случае величина β должна выбираться таким образом, чтобы выполнялось неравенство

. (1)

Из рис. 2, на котором приведено графическое решение этой задачи, видно, что условие (1) будет выполнено при .

Рис. 2. График для определения параметра β

Из рис. 2 на основании выбора конструктивного угла β определяется ход поршня гидроцилиндра . При этом следует иметь ввиду, что при больших значениях возможен изгиб штока. Малые значения получаются при и малых значениях . В то же время увеличение конструктивного угла β и минимизация конструктивного параметра отрицательно сказывается на точность позиционирования по углу φ в части ее кинематической составляющей (рис. 3). Из рис. 3 видно, что при углах наклона стрелы φ > 70º кинематическая составляющая погрешности позиционирования возрастает в 2-3 раза в зависимости от угла β и в 1,5-2 раза в зависимости от величины .

Величина нагрузки на шток гидроцилиндра в зависимости от угла поворота φ определится как

, (2)

где – приведенная вертикальная нагрузка от всех сил, действующих на звено манипулятора; γ – угол наклона гидроцилиндра, определяемый как

или .

График зависимости (2) приведен на рис. 4, из которого видно, что изменение величины нагрузки на шток незначительное ( 1,2 раза).

Рис. 4. Изменение нагрузки на шток гидроцилиндра в зависимости от угла наклона звена

 

Угловая скорость звена манипулятора ω _зв также является функцией угла наклона звена φ:

, (3)

где – скорость перемещения поршня гидроцилиндра. График зависимости (3) при и = 0,1 м/с приведен на рис. 5, из которого видно, что при изменении угла наклона звена от 0 до 75° его угловая скорость (при условии постоянства скорости ) изменяется более чем в 4 раза.

Рис. 5. График изменения скорости звена

Таким образом, анализ кинематических параметров звена мехатронной системы с приводом от поступательно движущегося исполнительного механизма показывает, что при синтезе структуры управления звеном манипулятора с целью обеспечения постоянства его скорости вращения необходимо вводить коррекцию на скорость поступательно движущегося исполнительного привода.