Пневмогидропривод

Пневмогидропривод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Пневмогидропривод предназначен для использования в системах автоматики в качестве исполнительного устройства, осуществляющего управляемое перемещение объектов и/или создания управляемых силовых воздействий на объекты. В частности, пневмогидропривод может быть использован в робототехнике в качестве устройства, осуществляющего управляемые движения манипуляторов роботов.

Известен пневмопривод, содержащий силовой цилиндр, проточные полости которого сообщены с источником питания через распределительный элемент, выполненный в виде двух запорных органов [Патент РФ №2133387 (Россия) - МПК⁶ F15В 15/02. - Заявл. 16.10.97. - Опубл. 20.7.99, Бюл. N 20].

К недостаткам известного устройства можно отнести относительно низкое развиваемое усилие на выходном штоке привода при заданных ограничениях на габариты устройства и входное давление рабочего тела, что не позволяет использовать его без дополнительных механизмов в качестве, например, привода робота.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности заявляемому (прототипом) является камерный пневмогидропривод, содержащий первое и второе основания, эластичную проточную полость, соединенную через входной трубопровод и входной управляемый клапан с источником рабочего тела и через выходной трубопровод и выходной управляемый клапан с приемником рабочего тела, и передаточный механизм, преобразующий изменение размеров проточной полости в линейное или вращательное движение исполнительного механизма [Пневматические устройства и системы: Справочник / Е.В.Герц, А.И.Кудрявцев, О.В.Ложкин и др. Под ред. Е.В.Герца. - М.: Машиностроение, 1981. - 408 с.].

К недостаткам известного устройства также можно отнести невысокое развиваемое усилие на исполнительном механизме.

Задачей изобретения является повышение величины развиваемого усилия на выходном элементе привода при заданных ограничениях на габариты устройства и входное давление рабочего тела.

Указанная задача решается тем, что в пневмогидропривод, содержащий первое и второе основания, эластичную проточную полость, соединенную через входной трубопровод и входной управляемый клапан с источником рабочего тела и через выходной трубопровод и выходной управляемый клапан с приемником рабочего тела, дополнительно введены упругие в поперечном направлении продольно нерастяжимые полосы, прикрепленные одним концом по периметру первого основания, а другим концом прикреплены по периметру второго основания, причем эластичная проточная полость выполнена с боковой стенкой, прикрепленной к дополнительно введенным третьему и четвертому основаниям, жестко соединенным нерастяжимой тягой внутри эластичной проточной полости, и помещена внутрь объема, ограниченного первым и вторым основаниями и упругими в поперечном направлении продольно нерастяжимыми полосами.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фиг.1 приведена конструкция пневмогидропривода, вид спереди для случая, когда проточная полость прикреплена к основанию;

на фиг.2 показан пневмогидропривод, вид сверху;

на фиг.3 изображен разрез пневмогидропривода по А-А,

на фиг.4 приведена конструкция пневмогидропривода, вид спереди для случая, когда эластичная проточная полость прикреплена к упругим в поперечном направлении продольно нерастяжимым полосам;

на фиг.5 показано одно из возможных конструктивных решений по креплению эластичной проточной полости к упругим в поперечном направлении продольно нерастяжимым полосам;

на фиг.6 показан чертеж, поясняющий развитие усилий в пневмогидроприводе.

В состав устройства входят: эластичная проточная полость 2, которая через входной трубопровод 3 и входной управляемый клапан 4 подсоединены к источнику рабочего тела 5, а через выходной трубопровод 6 и выходной управляемый клапан 7 присоеденены к приемнику рабочего тела 8, первое основание 1 и второе основание 9 соединены с помощью крепления 11 с упругими в поперечном направлении продольно нерастяжимыми полосами 10, третье основание 12 и четвертое основание 14 соединены нерастяжимой тягой 13, боковая эластичная стенка 15 с помощью крепежных элементов 17 и уплотнительных колец 16 закреплена на третьем 12 и четвертом 14 основаниях, элементы 18, 19 служат для подсоединения внешней нагрузки, деформируемый крепежный элемент 20 упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос прикреплен к боковой эластичной стенке 15.

Устройство работает следующим образом.

Рабочее тело (жидкость или газ) из источника 5 рабочего тела через входной управляемый клапан 4 и входной трубопровод 3 поступает в эластичную проточную полость 2, наполняя ее. При этом уплотнительные кольца 16 и крепежные элементы 17, прижимающие боковую эластичную стенку 15 эластичной проточной полости 2 к третьему и четвертому основаниям 12 и 14, препятствуют утечке рабочего тела из эластичной проточной полости 2. При наполнении рабочим телом за счет эластичности боковых эластичных стенок 15 объем эластичной проточной полости 2 увеличивается, при этом боковая эластичная стенка 15 осуществляет силовое воздействие на упругие в поперечном направлении продольно нерастяжимые полосы 10, которые деформируются, принимая в месте контакта с боковой эластичной стенкой 15 эластичной проточной полости 2 форму, приближающуюся к шарообразной. Продольные составляющие усилия, создаваемого давлением внутри эластичной проточной полости 2, воспринимаются третьим и четвертым основаниями 12 и 14, соединенным нерастяжимой тягой 13, и таким образом уравновешиваются внутри эластичной проточной полости 2.

Деформация упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10 приводит к изменению расстояния между первым и вторым основаниями 1 и 9, при этом усилие от упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10 передается на первое и второе основания 1 и 9 через крепежные элементы 17, выполненные в приведенном варианте конструкции в виде винтов, которые вворачиваются в первое основание 1 и второе основание 9, и таким образом прикрепляют упругие в поперечном направлении продольно нерастяжимые полосы 10 к первому и второму основаниям 1 и 9. При неизменном расстоянии между первым и вторым основаниями 1 и 9 на них передается стягивающее усилие от упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10.

К внешней нагрузке пневмогидропривод подсоединяется с помощью элементов 18, 19 для подсоединения внешней нагрузки, которые в приведенном на фиг.1 и фиг.4 вариантах конструкции выполнены в виде отверстий с резьбой в первом и втором основаниях 1 и 9, соответственно. В данные отверстия могут быть ввернуты, например, рым-болты (на фиг.1 и фиг.4 не показаны), но может быть принято и другое известное конструктивное решение.

Таким образом, при повышении давления внутри эластичной проточной полости 2 осуществляется либо перемещение внешней нагрузки за счет сокращения расстояния между основаниями 1 и 9, либо силовое воздействие на внешнюю нагрузку за счет передачи усилия, создаваемого давлением в эластичной проточной полости 2 через упругие в продольном направлении продольно нерастяжимые полосы 10 на основания 1 и 9.

Натяжение каждой из упругих в продольном направлении продольно нерастяжимых полос 10 определяется зависимостью (см. фиг.6, где π - ось полярной системы координат, связанной с центром эластичной проточной полости 2; ϕ - угол полярной системы координат) , а в самом устройстве между основаниями 1 и 9 развивается тянущее усилие, равное , где Р - избыточное давление в эластичной проточной полости 2; s - поперечный размер упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10, контактирующий с боковой эластичной стенкой 15 эластичной проточной полости 2; R(ϕ) - радиус кривизны боковой эластичной стенки 15 и упругой в поперечном направлении продольно нерастяжимой полосы 10 в точке, расположенной под углом ϕ в полярной системе координат; n - общее количество упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10 в устройстве; ψ - угол между основанием 1 (9) и упругой в поперечном направлении продольно нерастяжимой полосой 10 в точке крепления упругих в поперечном направлении и продольно нерастяжимых полос 10 к основанию 1 (9).

При сбросе давления из эластичной проточной полости 2 через выходной трубопровод 6 и выходной управляемый клапан 7 в приемник рабочего тела 8 объем эластичной проточной полости 2 уменьшается за счет следующих факторов: эластичность стенки 15, упругость полос 10 и внешнее растягивающее усилие между основаниями 1 и 9, способствующее распрямлению упругих в поперечном направлении продольно нерастяжимых полос 10.

При необходимости получения заданного по величине усилия на основаниях 1 и 9 открываются одновременно входной управляемый клапан 4 и выходной управляемый клапан 7, при этом давление в эластичной проточной полости 2, а следовательно, и усилие на основаниях 1 и 9 зависит от соотношения эффективных проходных сечений входного управляемого клапана 4 и выходного управляемого клапана 7.

Для уменьшения износа эластичной боковой стенки 15 от трения об упругие в боковом направлении продольно нерастяжимые полосы 10 эластичная проточная полость 2 должна быть зафиксирована относительно одного из двух оснований (1 или 9) с помощью, например, крепления 11 проточной полости к основанию 1, как это показано на фиг.1, или с помощью деформируемых крепежных элементов 20 относительно упругих в боковом направлении продольно нерастяжимых полос, как это показано на фиг.5. В последнем случае упругая в поперечном направлении продольно нерастяжимая полоса 10 помещается между боковой эластичной стенкой 14 и деформируемым крепежным элементом 20, в результате чего боковая эластичная стенки оказывается армированной упругими в поперечном направлении продольно нерастяжимыми полосами 10.

Предлагаемое устройство просто в эксплуатации и способно создавать широкий диапазон усилий, необходимых для перемещения объектов, что позволяет применять его в качестве исполнительного привода роботов и робототехнических систем, сходного по параметрам с человеческой мышцей, что делает робот еще ближе к антропоидному механизму.

1. Пневмогидропривод, содержащий первое и второе основания, эластичную проточную полость, соединенную через входной трубопровод и входной управляемый клапан с источником рабочего тела и через выходной трубопровод и выходной управляемый клапан с приемником рабочего тела, отличающийся тем, что в него введены упругие в поперечном направлении продольно нерастяжимые полосы, прикрепленные одним концом по периметру первого основания, а другим концом прикреплены по периметру второго основания, причем эластичная проточная полость выполнена с боковой стенкой, прикрепленной к дополнительно введенным третьему и четвертому основаниям, жестко соединены нерастяжимой тягой внутри эластичной проточной полости, и помещена внутрь объема, ограниченного первым и вторым основаниями и упругими в поперечном направлении продольно нерастяжимыми полосами.

2. Пневмогидропривод по п.1, отличающийся тем, что боковая стенка эластичной проточной полости прикреплена к упругим в поперечном направлении продольно нерастяжимым полосам.