Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСНЫМ ДВИЖЕНИЕМ МАНИПУЛЯТОРА

Лазуткина Н.А. 1
1 Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
В работе рассмотрена техническая реализация управления переносным движением манипулятора для изготовления упаковки с различным профилем поперечного сечения. В качестве приводов переносного движения манипулятора предложено использовать систему двух гидроцилиндров, установленных на раме. Питание цилиндров и осуществляется от насосов регулируемой производительности. При этом образуется замкнутая гидрообъемная передача «насос ‒ гидроцилиндр», закон изменения производительности которой задается с помощью профильного устройства системы программного управления. Для реализации требуемых законов переносного движения манипулятора, определенных ранее, выведены уравнения движения штоков левого и правого гидроцилиндров. Кроме уравнений движения штоков гидроцилиндров в работе определен расход жидкости, поступающей в гидроцилиндры. Результаты исследований по выводу законов управления переносным движением могут быть использованы при разработке технико-экономического обоснования на создание манипулятора с пространственно-планетарной роликовой головкой для изготовления упаковки различного профиля поперечного сечения.
манипулятор
пространственно-планетарная роликовая головка
принципиальная гидравлическая схема
управление переносным движением
1. Аксёнова Т.И., Ананьев Т.В., Дворецкая Н.М. и др.; под ред. Розанцева Э.Г. Технология упаковочного производства: учебник для вузов. – М.: Колос, 2002. – 184 с.
2. Варепо Л.Г. Производство упаковки из бумаги, картона и гофрокартона: уч. пособие. – Омск: Изд-во ОГТУ, 2002. – 198 с.
3. Ефремов Н.Ф., Васильев А.И., Хмелевский Г.К. Проектирование упаковочных производств. Часть 1: учебное пособие. – М.:МГУП, 2004 – 396с.
4. Ефремов Н.Ф., Гротов А.С., Ефремов Д.Н., Сизов Е.В., Фирсова В.Ю., Кононюк Т.М. Автоматизированное проектирование упаковки: учебное пособие. – М.: МГУП, 2005
5. Ефремов Н.Ф., Лемешко Т.В., Чуркин А.В. Конструирование и дизайн тары и упаковки: учебник для вузов. – М.: МГУП, 2004. – 242 с.
6. Лазуткина Н.А. Управление переносным движением манипулятора с пространственно планетарной роликовой головкой для изготовления упаковки с различным профилем поперечного сечения // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.
7. Лазуткина Н.А. Расчетно-оптимизационная подсистема проектирования манипулятора с пространственно планетарной роликовой головкой // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2014. – № 4.
8. Стюарт Б. Упаковка как инструмент эффективного маркетинга: учебное пособие; пер. с англ. В.В. Грачёва. – М.: МГУП, 1999. – 144 с.

В разработанной принципиальной гидравлической схеме управления переносным движением манипулятора в качестве силовых гидроцилиндров используются гидроцилиндры Ц1 и Ц2, штоки которых соединены с осью манипулятора (рис. 1). Питание цилиндров Ц1 и Ц2 осуществляется от насосов регулируемой производительности Н4 и Н5. При этом образуется замкнутая гидрообъемная передача «насос ‒ гидроцилиндр», закон изменения производительности которой задается с помощью профильного устройства системы программного управления.

Управление переносным движением манипулятора

Механизм управления МУ1 представляет собой следящий золотник, гильза которого кинематически жестко связана с гидроцилиндром-приемником Ц8, золотник кинематически связан с задающим устройством-копиром (рис. 2). С другой стороны, сам следящий золотник гидравлически связан с насосом управления Н1 и регулятором скорости РС1, управляющим производительностью насоса Н4. Механизм управления МУ1, суммируя полученные перемещения со стороны гидроцилиндра Ц8 и задающего устройства-копира, подает рабочую жидкость от насоса Н1 в поршневую или штоковую полость гидроцилиндра – регулятора скорости РС-1.

Механизм управления производительностью насоса Н4 состоит из гидроцилиндра с неподвижным двухсторонним штоком, причем диаметры штоков разные, а корпус механически жестко связан с люлькой насоса Н4. Гидроцилиндр с двухсторонним штоком питается от насоса Н2 через следящий золотник, гильза которого кинематически жестко связана с гидроцилиндром, а шток – с регулятором скорости РС-1. Перемещение со стороны регулятора скорости РС-1 преобразуется в угол поворота люльки насоса Н4, который приводит к изменению производительности основного приводного насоса Н4 замкнутой гидрообъемной передачи «насос ‒ цилиндр». Подпитка этой системы осуществляется от насоса Н2 через подпиточные клапаны КО5 и КО6.

При работе всех насосов гидросистемы исполнительного органа основные приводные насосы Н4 и Н5 в исходном положении имеют нулевую производительность (люлька насоса находится в нейтральном положении). Для начала работы гидроцилиндров перемещения исполнительного органа Ц1 и Ц2 приводится в действие задающее устройство – копир.

pic_49.tif

Рис. 1

pic_50.tif

Рис. 2. Принципиальная гидравлическая схема

При перемещении золотника механизма управления МУ1 от копира, например, влево (по чертежу происходит подача рабочей жидкости от насоса Н1 через следящий золотник в штоковую полость гидроцилиндра РС1 и этим самым следящий золотнике насоса Н4 переместится вправо (по чертежу)). Это приводит к тому, что рабочая жидкость от насоса Н2 поступает в обе полости гидроцилиндра РС1 и, поскольку диаметры штоков гидроцилиндра не равны, то происходит перемещение корпуса гидроцилиндра тоже вправо (по чертежу) и изменение производительности насоса Н4.

Рабочая жидкость от насоса Н4, например, поступает через гидрозамок и обратный клапан в поршневую полость гидроцилиндра Ц1, а из штоковой полости через гидрозамок в насос Н4. Разница расходов рабочей жидкости в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра Ц1 восполняется от насоса Н2 через подпиточный клапан КО6.

Гидроцилиндр-датчик Ц3 перемещается вместе с гидроцилиндром Ц1, подает рабочую жидкость из своей штоковой полости в штоковую полость гидроцилиндра Ц8 и последний, перемещаясь влево (по чертежу), перемещает гильзу золотника также влево (как и золотник от копира). В дальнейшем, если не будет задающего перемещения золотнику со стороны копира, то происходит установка гильзы и золотника в нейтральное положение (показанное на чертеже), и этим самым гидроцилиндр РС1 насоса Н4 становится в нейтральное положение и расход насоса Н4 становится нулевым. Аналогично работает система гидрообъемной передачи «насос Н5 ‒ гидроцилиндр Ц2».

Уравнения движения штоков гидроцилиндров

Для вывода уравнений движения штоков гидроцилиндров необходимо определить закон движения точки O2 (точка пересечения оси манипулятора и линии, соединяющей штоки гидроцилиндров. Рассмотрим сечение упаковки, профиль которого формируется при вращении конца оси манипулятора в соответствии с уравнением φ1 = –3φ. Ранее были выведены уравнения движения конца оси манипулятора. Уравнения, определяющие закон движения точки O2, будут представлять

lazutkin01.wmf

Выпишем координаты точек lazutkin02.wmf, lazutkin03.wmf в системе координат OXYZ:

lazutkin04.wmf lazutkin05.wmf lazutkin06.wmf

lazutkin07.wmf lazutkin08.wmf lazutkin09.wmf

Воспользовавшись матрицей перехода от системы координат OXYZ к системе Oξηζ

 

(ξ)

(η)

(ζ)

(X)

cosψ

sinψ

0

(Y)

–sinψcosθ

cosψcosθ

sinθ

(Z)

sinψcosθ

–cosψsinθ

cosθ

определим координаты точек lazutkin10.wmf, lazutkin11.wmf в системе Oξηζ

lazutkin12.wmf

lazutkin13.wmf

Заметим, что уравнения представляют собой закон движения точек крепления штоков гидроцилиндров оси манипулятора исполнительного органа.

Теперь воспользовавшись, выпишем координаты точек крепления гидроцилиндров к раме манипулятора Nлв, Nпр

ξNлв = l1 – l; ξNпр = –l2;

ηNлв = l; ηNпр = l;

ζNлв = –l1; ζNпр = –l1.

Зная координаты точек Nлв и lazutkin14.wmf, Nпр и lazutkin15.wmf, определим суммарную длину штоков и гидроцилиндров:

lazutkin16.wmf

lazutkin17.wmf

Разрешив это уравнение относительно lшлв и lшпр и использовав формулы, найдем уравнения движения штоков гидроцилиндров:

lшлв = lшлв1θ) = [(l4cosψ – lsinψcosθ + l2sinψsinθ + l2 – l1)2 +  (l4sinψ + lcosψcosθ – l2cosψsinθ – l)2 + (lsinθ + l2cosθ + l1)2]1/2 – lц;

lшпр = lшлв1θ) = [(–l4cosψ – lsinψcosθ + l2sinψsinθ + l2)2 +  (–l4sinψ + lcosψcosθ – l2cosψsinθ – l)2 + (lsinθ + l2cosθ + l1)2]1/2 – lц.

Определение расхода жидкости гидроцилиндров

Расход жидкости гидроцилиндров определим по формуле

Θ = FnV,

где Fn – рабочая площадь поршня; V – линейная скорость поршня. При прямом ходе поршня (когда lш увеличивается) lazutkin18.wmf, при обратном ходе поршня (когда lш уменьшается)

Fn = π(D2 – d2)/4,

где D – диаметр поршня; d – диаметр штока.

Линейная скорость движения поршня равна скорости конца штока гидроцилиндра

lazutkin19.wmf lazutkin20.wmf

где ωв = φ. – угловая скорость вращения оси.

Для определения скорости поршня по формуле следует в формулах перейти от зависимости lшлв1θ), lшпр1θ) к зависимостям lшлв и lшпр от угла поворота оси манипулятора.

Ранее были получены формулы, выражающие зависимость углов ψ и θ от угла поворота оси манипулятора:

lazutkin21.wmf lazutkin22.wmf

В формулах преобразуем выражения, стоящие под корнем, в результате получим

lazutkin23.wmf

lazutkin24.wmf

В формулы подставим значения sinψ, sinθ, определяемые по формуле, и cosψ, cosθ, определяемые по формуле

cosψ = (1 – sin2ψ)1/2∙b∙cosθ = (1 – sin2θ)1/2.

Выполнив необходимые преобразования, получим

lazutkin27.wmf

lazutkin29.wmf

С помощью полученных формул можно определить расход жидкости гидроцилиндров.

Вывод

Результаты исследований по выводу законов управления переносным движением могут быть использованы при разработке технико-экономического обоснования на создание манипулятора с пространственно-планетарной роликовой головкой для изготовления упаковки различного профиля поперечного сечения.

Рецензенты:

Жизняков А.Л., д.т.н., профессор, первый зам. директора, зав. кафедрой систем автоматизированного проектирования, Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», г. Муром;

Андрианов Д.Е., д.т.н., профессор, зам. директора по учебной работе, зав. кафедрой информационных систем, Муромский институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», г. Муром.


Библиографическая ссылка

Лазуткина Н.А. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСНЫМ ДВИЖЕНИЕМ МАНИПУЛЯТОРА // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9-3. – С. 476-480;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39208 (дата обращения: 17.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074