Пневмопривод. Ручкин, Скрипка. Методические указания к выполнению курсового проектирования для студентов
 Скачать 6.99 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева ПНЕВМОПРИВОД Методические указания к выполнению курсового проектирования для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения» всех форм обучения Красноярск 2010 УДК 62.85.001.63 Рецензенты: доктор технических наук, профессор Ю. А. Филиппов (Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева); ведущий инженер конструкторского отдела Б. И. Алексеенко (ОАО «Красноярский машиностроительный завод») Печатается по разрешению методической комиссии ИМИ Пневмопривод : метод. указ. к выполнению курсового проектирования для студентов спец. 151001 «Технология машиностроения» всех форм обучения / Л. В. Ручкин, А. В. Скрипка, В. А. Будьков ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2010. – 96 с. Изложен алгоритм проектировочного расчета пневмопривода, приведены индивидуальные задания и справочные данные для выполнения расчета. Методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой курса «Автоматизированные электро-, гидроприводы» для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения». Сибирский государственный аэрокосмический у  ниверситет имени академика М. Ф. Решетнева, 2010ОГЛАВЛЕНИЕ Общие сведения 4 1. Общие методические указания 5 2. Разработка принципиальной схемы привода 6 3. Силовой расчет привода 9 3.1. Расчет скоростей и ускорения поршня 10 3.2. Расчет мощности привода 11 3.3. Расчет конструктивных параметров 11 4. Расчет пневмосистемы 12 4.1. Расчет расхода воздуха 12 4.2. Расчет диаметров условных проходов 13 4.3. Определение потерь давления в пневмолиниях 13 5. Расчет времени срабатывания привода 17 6. Принцип построения математической модели 21 6.1. Динамика пневмопривода 21 6.2. Алгоритм расчета математической модели 29 7. Оформление пояснительной записки 30 8. Пример проектировочного расчета пневмопривода 31 8.1. Пример силового расчета 32 8.2. Пример расчета пневмосистемы 33 8.3. Пример расчета времени срабатывания привода 37 9. Оформление графической части проекта 38 9.1. Сборочный чертеж цилиндра 39 9.2. Чертеж пневматической принципиальной схемы 40 9.3. Рабочий чертеж детали 41 9.4. Чертеж общего вида 42 10. Индивидуальные задания 43 Библиографический список 63 Библиографические ссылки 63 Приложения 64  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Учебный курс «Автоматизированные электро-, гидроприводы» (АЭГП) предусматривает изучение различных типов приводов, применяемых в ракетно-космической технике, мехатронных станочных узлах и специальной технологической оснастке. В течение семестра студенты занимаются самостоятельной работой, которая заключается в подготовке к практическим занятиям и в выполнении курсового проекта. Целью курсового проектирования является закрепление и обобщение знаний, полученных студентами за весь период изучения дисциплины, а также развитие навыков и умений, применяемых в профессиональной деятельности, интереса к творческой работе и, в конечном итоге, развитие способности решать различные научные задачи. При конструировании робототехнических систем, технологического оборудования различного назначения широкое распространение получили пневматические системы различных типов. Это связано с тем, что, благодаря простоте управления и невысокой мощности управляющих сигналов, пневматические системы удобно использовать при создании как программно управляемого оборудования, так и различных автоматизированных приспособлений. Кроме того, пневматические системы обладают достаточно высоким быстродействием, отличаются простотой конструкции, высокой надежностью, хорошими удельными показателями, пожаробезопасностью, отсутствием загрязнения окружающей среды. Пневматические системы условно подразделяются [1] на три основные группы: пневмоприводы, пневматические системы управления и пневматические устройства. Целью методических указаний, является поэтапное разъяснение проектирования пневмоприводов технологического оборудования. На начальном этапе оценивается возможность и целесообразность использования пневмопривода для решения поставленной задачи. На этом этапе формулируются требования к приводу в целом, оцениваются технологические нагрузки, определяются их зависимости от времени, скорости и перемещения выходного звена. Следующий этап – выбор структуры привода и разработкой схемы пневматической принципиальной. Особое место при проектировании пневмопривода занимает расчетная часть. При этом решаются задачи, связанные с определением конструктивных параметров, времени срабатывания привода, законов движения выходного звена. После определения конструктивных параметров оценивается время срабатывания привода. На этом, обычно, проектировочный расчет привода заканчивается. В  качестве дополнительного материала, необходимого для выполнения курсового проекта, в конце издания приведены информационные и справочные материалы (прил. 3–7). 1. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Тема курсового проекта по АЭГП выдается преподавателем по вариантам на первом аудиторном занятии, в соответствии с индивидуальными заданиями параграфа п. 10. На основании полученной темы, студент оформляет техническое задание, в котором указываются исходные данные для расчета пневмопривода и график выполнения курсового проекта, подшивает в пояснительную записку после титульного листа (см. прил. 1). Форма бланка технического задания приведена в прил. 2. Исходными данными для выполнения курсового проекта, в зависимости от варианта, являются следующие материалы:
Курсовой проект включает в себя пояснительную записку, графическую часть и, в зависимости от варианта, либо альбом технологической документации, либо алгоритм математической модели. Содержание пояснительной записки должно отражать: – анализ последних достижений науки и техники в области автоматизированных приводов; – анализ поставленной задачи и возможное направление ее решения, с учетом проведенного патентно-информационного поиска; – описание устройства и принципа работы разработанного привода; – силовой расчет привода; – расчет пневмосистемы; – расчет времени срабатывания привода; – выводы по выполненной работе. Графическая часть должна содержать: – сборочный чертеж цилиндра (1 лист формат А1); – чертеж принципиальной пневматической схемы (1 лист формат А3); – чертеж общего вида технологического оборудования (1 лист формат А1); – рабочий чертеж типовой детали (1 лист формат А4). Альбом технологической документации должен содержать: – титульный лист; – маршрутную карту; – операционные карты; – карты эскизов на проектируемые операции; – карту технического контроля. Защита курсового проекта осуществляется во время зачетной недели перед комиссией, состоящей из преподавателей кафедры. Защита включает в себя доклад, рассчитанный на 5–7 мин, и ответы на вопросы членов комиссии. Оценка проекта определяется комиссией по пятибалльной системе. 2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПРИВОДА После анализа полученного задания необходимо выбрать структуру привода. При этом определяются способы регулирования скорости, торможения и позиционирования выходного звена, подбирается направляющая и регулирующая аппаратура. Регулирование расхода сжатого воздуха в пневмоприводе, а следовательно, и скорости хода цилиндров, осуществляется при помощи дросселей. Дроссель создает сопротивление потоку воздуха и уменьшает его расход. У регулируемого дросселя имеется возможность плавно уменьшать сечение канала и, следовательно, величину объемного расхода. Изменение расхода происходит в обоих направлениях. Для регулирования объемного расхода воздуха только в одном направлении используется дроссель с обратным клапаном. В обратном направлении поток поступает через обратный клапан. Направление дросселирования на аппарате указывается стрелкой (рис. 2.1–2.7).   Рис. 2.1. Регулирование скорости Рис. 2.2. Регулирование прямого и обратного хода скорости прямого хода Д  Рис. 2.3. Раздельное регулирование скорости прямого и обратного хода ля регулирования скорости прямого и обратного хода цилиндров одностороннего действия дроссель устанавливается в подводящей сжатый воздух линии. Скорости прямого и обратного хода при этом примерно одинаковы (рис. 2.1). Для регулирования скорости только прямого хода расход подводимого воздуха регулируется дросселем с обратным клапаном (рис. 2.2), При обратном ходе удаляемый воздух отводится через обратный клапан. При необходимости раздельного регулирования скорости прямого и обратного хода в подводящую линию устанавливают два дросселя с обратными клапанами (рис. 2.3). Направление дросселирования у них различно. Для регулирования скорости прямого хода цилиндров двустороннего действия дроссель с обратным клапаном устанавливается в линии, выходящей из штоковой полости (рис. 2.4). Вытесняемый из этой полости воздух дросселируется. Данный метод является наиболее распространенным, поскольку на регулирование скорости не влияет величина нагрузки. При установке дросселя с обратным клапаном в линии, подводящей сжатый воздух в поршневую полость пневмоцилиндра, происходит дросселирование входящего в пневмоцилиндр воздуха. Данный метод практикуется только для цилиндров небольших диаметров. Для раздельного регулирования скорости прямого и обратного хода используются два дросселя с обратными клапанами (рис. 2.5). При прямом ходе дросселируется воздух, выходящий из штоковой полости, при обратном – воздух, выходящий из поршневой полости. Применение клапана быстрого выхлопа позволяет увеличить скорости прямого и обратного хода. Клапан, в зависимости от назначения, устанавливается в линии, выходящей из штоковой (рис. 2.6) или поршневой полости (рис. 2.7). Управление потоком сжатого воздуха осуществляется от пневмораспределителей открыванием или закрыванием рабочего проходного сечения. Направление потока указывается стрелкой. Управление распределителями может быть ручным, механическим, пневматическим или электрическим. Условные обозначения распределителей состоят из обозначений возможных позиций (состояний подвижных элементов), линий связи, проходов и элементов управления. Рабочую позицию подвижного элемента изображают квадратом, который вычерчивают сплошными основными линиями. Число позиций распределителя соответствует числу квадратов. Проходы (каналы) распределителей изображают линиями со стрелками, показывающими направления потоков рабочей среды в каждой позиции. Проходы располагают так, чтобы расстояния от проходов до каждой стороны квадрата во всех позициях были одинаковыми. Электромагниты управления распределителей изображаются прямоугольниками. В принципиальной схеме распределители изображают в исходной позиции, к которой подводят линии связи. Для того чтобы представить действие распределителя в другой позиции, необходимо мысленно передвинуть соответствующий квадрат на место исходной позиции, оставляя линии связи в прежнем положении.   Рис. 2.4. Регулирование Рис. 2.5. Раздельное регулирование скорости прямого хода скорости прямого и обратного хода   Рис. 2.6. Увеличение скорости Рис. 2.7. Увеличение скорости прямого хода обратного хода В настоящее время присоединительные отверстия распределителей обозначаются цифрами: подвод сжатого воздуха 1 выходные присоединительные отверстия 2, 4 сливные присоединительные отверстия 3, 5 присоединительные отверстия управляющих сигналов 10, 12, 14 Присоединительное отверстие управляющих сигналов 10 обозначает: в результате подачи управляющего сигнала распределитель перемешается на позицию, в которой перекрыт подвод сжатого воздуха 1; 12 – что в результате подачи управляющего сигнала распределитель перемещается на позицию, в которой подвод сжатого воздуха 1 соединяется с выходом 2; 14 – что в результате подачи управляющего сигнала распределитель перемещается на позицию, в которой подвод сжатого воздуха 1 соединяется с выходом 4. Этап разработки схемы пневматической принципиальной заканчивается оформлением на листе формата A3 согласно ГОСТ 2.701–84. При оформлении принципиальной схемы исполнительные устройства располагают в верхней части чертежа горизонтально, вне зависимости от их пространственного положения. Непосредственно под исполнительными устройствами изображаются исполнительные распределители. Управляющие распределители (кнопки, датчики) чертятся ниже. Под ними изображается пневмоаппаратура подготовки воздуха. Конечные выключатели изображаются на уровне управляющих распределителей. Места их расположения у пневмоцилиндров отмечаются рисками с соответствующими цифровыми обозначениями. В правой верхней части чертежа располагают таблицу с указанием цифровых условных обозначений, наименований и количества элементов схемы. Условные графические обозначения элементов схем, отражающие принцип действия выбранных аппаратов, приведены в ГОСТ 2.780–68 и ГОСТ 2.781–68. Технические характеристики и условные графические обозначения наиболее часто используемых в машиностроении пневмоаппаратов даны в прил. 3–7. Пример оформления чертежа пневматической принципиальной схемы приведен в прил. 8. 3. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА На следующем этапе выполняется силовой расчет пневмодвигателя. Цель расчета – определение его конструктивных параметров. К исходным данным расчета относятся: схема пневматическая принципиальная; рабочий ход выходного звена S; средняя скорость движения выходного звена Vср; технологическая нагрузка H; масса перемещаемых деталей и узлов mпр; давление питания pм. Исходные данные имеются в технических заданиях на разработку пневмопривода, выданных преподавателем, или определяются при анализе работы робототехнических систем. Номинальное давление pм,на которое рассчитываются пневмоприводы, редко превышает 1 МПа. Наиболее широко используются приводы с питанием от цеховой магистрали, давление в которой (pм)равно 0,4…0,6 МПа. 3.1. Расчет скоростей и ускорений поршня Опыт разработки приводов робототехнических систем и технологического оборудования показывает, что на время срабатывания привода существенно влияет выбор его конструктивных параметров, от сочетания которых также зависят габаритные размеры, масса и, в конечном счете, стоимость самих систем. Следовательно, на начальном этапе проектирования возникает задача оптимизации параметров привода, которая начинается с выбора оптимального закона движения выходного звена. В зависимости от назначения привода и выбранных пневматических устройств при моделировании можно использовать как трапецеидальный, так и треугольный законы изменения скорости выходного звена. В инженерных расчетах полное время движения поршня (tп) определяется по выражению  (3.1)где S– рабочий ход выходного звена, Vср – средняя скорость движения выходного звена. При расчетах принимают, что возрастание скорости при трапецеидальном законе происходит за время tp:  (3.2)Следовательно, максимальная скорость Vmax рассчитывается по выражению  (3.3)Для треугольного закона максимальная скорость (Vmax) равна  (3.4)Ускорение aпри разгоне поршня вычисляется по формуле  (3.5)После выбора закона движения выходного звена и определения кинематических характеристик можно переходить к определению мощности двигателя. 3.2. Расчет мощности привода Полезная нагрузка P1на поршень складывается из усилий, необходимых для подъема массы mпр деталей и узлов привода в случае его вертикального расположения, придания им требуемого ускорения a и обеспечения заданного технологического усилия H:  (3.6)Предварительное значение полной нагрузки P определяется по выражению  (3.7)где k= 1,25 – коэффициент, учитывающий силы вредного сопротивления [2]. |