Вивчення конструктивної будови пневматичних приводів промислового робота МП-9С та дослідження їх технічних характеристик

 ,

де R – газова стала;

 – об’єм газу;

m – маса газу об’ємом V.

Можливі також часткові випадки цього стану.

Для визначення основних залежностей при розрахунках конструкції і динаміки пневматичного приводу приймається, що має місце режим одновимірного руху ідеального газу без тертя і теплообміну з навколишнім середовищем.

Найбільш простим і розповсюдженим способом регулювання швидкості в пневматичних приводах є регулювання за допомогою дроселя змінного січення на виході з двигуна.

В практичних розрахунках пневматичних пристроїв для визначення масової витрати газу через дроселі використовують наступну залежність:

  , (1)

де  – коефіцієнт витрати, що враховує втрати енергії потоку при проходженні місцевих опорів; на практиці звичайно приймають  = 0.6  0.8; 

f – площина прохідного січення дроселя;

р1 – тиск на вході в дросель;

р2 – тиск на виході з дроселя (р2 = 0.1 МПа – атмосферний тиск);

R – газова стала повітря; R = 287.14 Дж /(кгК);

Т2 – абсолютна температура повітря після дроселя, К.

Дана залежність справедлива для режиму протікання газу при 

р1/р20,5, тобто для докритичного режиму протікання.

Для надкритичного режиму протікання, коли р1/р20,5, масові витрати газу визначаються залежністю

  . (2)

На практиці для пневматичних роботів використовують тиск стисненого повітря на вході в двигун р=0,4...0,5 МПа.

Швидкість поршня двигуна і витрати повітря звязані прямою залежністю

  , (3)

де  – швидкість поршня;

Q – обємні витрати повітря;

F – ефективна площа поршня.

З аналізу залежностей (1) – (3) можна встановити, що швидкість поршня двигуна робота залежить (при інших рівних умовах) від площі прохідного січення дроселя на виході, тиску живлення стисненим повітрям і перепаду тиску на поршні.

Для забезпечення заданої швидкості необхідно виконати налагодження дроселя для кожного значення навантаження.

Як показують розрахунки і умови експлуатації, регулювання швидкості поршня краще виконати шляхом дроселюванням стисненого повітря на виході з двигуна. Це дозволяє отримати кращі динамічні характеристики приводу.

Рівняння динаміки поршня пневматичного двигуна з врахуванням діючих на нього сил може бути представлене таким виразом:

  , (4)

де  – сила подолання інерційності маси рухомих частин двигуна для висунення захоплюючого пристрою (маса поршня з штоком плюс маса вантажу, що переміщується);

  – величина, що враховує демпфування при витіканні повітря між поршнем і стінками циліндра;

 – сума сил, що діють на поршень (тертя, постійне зовнішнє зусилля та ін.).

З виразу (4) випливає, що з приростом маси корисного вантажу для забезпечення потрібної швидкості необхідно збільшити перепад тиску на поршні р1 – р2.

При постійному вхідному тиску стисненого повітря на двигуні з збільшенням маси вантажу швидкість вихідної ланки зменшується.

Розглянемо рівняння стану стисненого повітря в робочій камері двигуна при прямому ході поршня. Маса повітря в робочій камері при русі поршня буде визначатись виразом

М=(V0 + Fх),

де М – маса повітря;

V0 – початковий обєм робочої камери;

F, х – площа і хід поршня.

З врахуванням  

 .

Зміна маси в часі, або масові витрати,

 ,

звідки

  , (5)

де G – витрата повітря в робочу камеру, яка визначається згідно режимів витікання по формулах (1) і (2) Сен-Венана-Ванцеля;

V0 – величина, постійна для розглядуваної конструкції двигуна.

Розв’язок рівняння (5) можливий, якщо відома залежність для змінної  .

Рівняння руху поршня з врахуванням діючих на нього сил представлене залежністю (4). Час переміщення поршня, процес зміни тиску в робочій камері швидкість поршня можна знайти з спільного рішення рівнянь (4) і (5) і наступного інтегрування. Через складність та нелінійність рівняння (5) на практиці дана система рівнянь обчислюється числовим інтегруванням.

Для малих проміжків часу і ділянок інтегрування вихідна система рівнянь буде мати вигляд:

  , (6)

де   – крок інтегрування.

Величина р2 в рівнянні (4) приймає значення атмосферного тиску рат, якщо розглядається початково прямий хід поршня. Ліва робоча камера при цьому зв’язана з атмосферою. Індекс і вказує на порядковий номер кроку інтегрування.

Інтегрування проводиться в наступному порядку:

1.Приймаються початкові умови:

і=0; х0=0;

 

Значення р1 на першій ділянці р11 визначається з першого рівняння системи (6).

2.По знайденому значенні р11 визначається значення потужності р11, яке дозволяє отримати тиск в робочій камері через t1 після подачі повітря.

3.Значення р11 підставляється в третє рівняння, при цьому отримуємо значення прискорення поршня   в кінці першого кроку t1.

4.Послідовно розв’язуються рівняння четверте, п’яте і шосте, при цьому отримуємо значення для положення поршня після плину часу t1.

5.Розрахунок повторюється для кроку часу t2, t3 тощо, поки значення ходу поршня не досягне величини х = хmax, де хmax – максимальний хід поршня від опори до опори.

Максимальний час руху поршня при х = хmax визначається виразом   де n – число кроків інтегрування.

В приводах з точною якістю зборки і малим ресурсом напрацювання можна прийняти =0.

Визначення процесів зворотнього ходу здійснюється по залежностях (6), при цьому приймаються початкові умови:

–об’єм робочої камери Vпоч = V0 + xmaxF;

–тиск в робочій камері Рживл..

При зворотньому ході тиск в першій камері визначається залежністю 

  . (7)

Спільний розв’язок рівнянь системи (6) дозволяє оцінити процес зміни тиску в кожній камері двигуна, визначити час переміщення і координати поршня в заданий момент часу. 

 

 

1. Вивчити принцип роботи і конструкцію приводів, використовуючи опис і реальну конструкцію. При вивченні конструкції необхідно зняти кожух і бокові кришки маніпулятора. Визначити місця встановлення основних вузлів маніпулятора. Звернути увагу на конструкцію дроселів і спосіб їх регулювання, розташування амортизаторів механізмів підйому і висунення ВП. При відсутності подачі повітря в пневмосхему (вентиль 2 закритий, рис. 1) оцінити вручну рухомість ВП робота при висуненні, підйомі і повороті, зусилля руху з початкового положення. 

2. Методами чисельного інтегруваня визначити характер зміни тиску в робочих камерах двигуна висунення захоплюючого пристрою для прямого і зворотнього ходів, час переміщення і середні швидкості поршня;

3. Вибрати початкові умови. Значення параметрів визначаються для кожного студента викладачем.

4. Число кроків інтегрування прийняти рівним 5 – 6.

5. По отриманих результатах побудувати графік залежності р1, 2=f(t).

 

 

Звіт повинен містити:

1. Схему пневматичного приводу; 

2. Вихідні теоретичні залежності і вихідні дані для інтегрування;

3. Таблицю з результатами числового інтегрування і відповідні дослідні дані;

4. Графік залежності р=f(t);

5. Аналіз результатів досліджень і висновки.

 

 

1. Пояснити принцип дії і конструктивні особливості пневмоприводів робота або його окремих вузлів.

2. Вказати способи демпфування по кожній степені рухомості.

3. Пояснити фізичні основи регулювання швидкості пневматичних двигунів.

4. Вказати способи регулювання швидкості вихідної ланки пневматичного двигуна..

5. Вказати негативні фактори, які впливають на роботу приводу (визвані недостатнім демпфуванням руху ВП робота). 

6. Пояснити фізичні основи зміни швидкості пневматичного приводу при зміні навантаження.

7. Які необхідно виконати роботи з елементами приводу при зміні маси корисного вантажу?

8. Які міри потрібно прийняти, щоб забезпечити задану швидкість приводу?

9. Використовуючи отримані результати досліджень, визначити максимальне навантаження на привід.

10. Пояснити, з яких міркувань вантажопідйомність робота МП-9С визначена рівною 0.2 кг. 

11. Пояснити характер впливу зміни вхідного тиску стисненого повітря на роботоздатність приводу.

12. Який діапазон зміни вхідного тиску стисненого повітря допустимий для приводів робота МП – 9С?

13. Який клас точності манометра достатній для експлуатації робота МП-9С?

14. Пояснити можливі наслідки для технологічного процесу при різкому вимкненні повітря живлення робота. 

15. Пояснити який вплив здійснює на тиск в робочій порожнині і швидкість двигуна підсилення демпфуваня амортизатора?.

16. Пояснити, чи має тиск в початковий момент руху і в момент кінцевого руху однакове значення.

17. Доказати, що з зменшенням інтервалу ti точність чисельного інтегрування зростає.

18. Пояснити, як зміниться швидкість поршня і тиск в робочій порожнині при збільшенні негерметичності між стінками циліндра і поршня.

19. Вказати фактори, що впливають на похибку при визначенні швидкості розрахунковим методом.