Мехатронный модуль линейного перемещения с пневматическим приводом

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт кибернетики

Кафедра  Интегрированных компьютерных систем управления

 

 

П О Я С Н И Т Е Л Ь Н А Я   З А П И С К А

к курсовому проекту

на тему:

«Мехатронный модуль линейного перемещения с пневматическим приводом»

по дисциплине «Проектирование мехатронных систем»

 

 

Выполнила                                   

Студентка гр. 8М450       Е.Е. Кругликова

                                                                             

 

Руководитель

Доцент каф. ИКСУ                                                     В.Н. Шкляр                              

 

 

 

 

 

Томск 2010

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В промышленности широко и успешно применяются пневматические приводы. Современное производство предъявляет к ним разнообразные и все

более жесткие требования. При этом растет потребность в пневматических позиционных и следящих приводах, способных перемещать механический объект управления, связанный со штоком пневмоцилиндра, по желаемому закону и с высокой точностью останавливать его в любой требуемой позиции. Наличие таких приводов позволяет, используя преимущества промышленной пневматики, решать новые классы задач, создавать эффективные технологические машины и успешно автоматизировать разнообразные технологические процессы.

Целью работы является разработка технического предложения на систему следящего пневматического привода для лабораторного манипулятора. Разработка велась на основе требований, представленных в техническом задании.

В результате проведенной работы спроектирован следящий пневматический привод, который может отслеживать положение штока и менять его в соответствии с заданным значением, разработан вариант электромагнитного тормозного устройства, разработана структура системы управления приводом на базе модулей RealLab, в системе MATLAB проведено моделирование работы привода.

 

ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК

Заявка: 95114564/06, 30.08.1995

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ (ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ) СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, СТРУЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ И БЛОК КОНЕЧНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Реферат:

1. Пневматический (гидравлический) следящий привод, содержащий соединенные между собой задатчик и сумматор, подключенный к электромагнитам распределительного устройства, связанного с источником рабочей среды под давлением и с исполнительным, преимущественно струйным, двигателем, ротор которого связан механизмом преобразования движения и выходным валом с органом управления линией регулируемого параметра, а также кинематически связанные с органом управления датчики обратной связи по положению и скорости и блок конечных выключателей, герконы которого включены в цепь электромагнитов распределительного устройства, отличающийся тем, что он снабжен измерителем величины и скорости изменения давления рабочей среды, программнологическим блоком определения момента аварийного переключения органа управления и блоком вычисления и ограничения кинетической энергии, момента нагрузки и времени запаздывания органа управления, причем программно-логический блок подключен входами к линии регулируемого параметра, а выходом - к сумматору, при этом блок вычисления соединен входами с упомянутыми датчиками и измерителем, а выходом - с сумматором.

Заявка: 2000123474/09, 11.09.2000

СЛЕДЯЩИЙ КЛАПАННЫЙ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Изобретение может быть использовано для привода рабочих органов различных установок в энергомашиностроении, судостроении и других отраслях. Технический результат - повышение быстродействия и точности позиционирования привода. Привод содержит блок управления, включающий в себя блок суммирования и блок формирования частоты следования и длительности (БФ ЧДИ). К блоку суммирования подключены клемма ввода задания положения поршня силового цилиндра и датчик положения поршня. К выходу БФ ЧДИ подключены первые входы элементов ИЛИ, выходы которых соединены со входами форсирующих ключевых усилителей, включенных в цепь обмоток электромагнитных клапанов, соединенных с полостями силового цилиндра. Привод также содержит первый блок компараторов, входом соединенный с выходом блока суммирования, к которому подключен вход второго блока компараторов, выход которого через другие форсирующие ключевые усилители соединен с обмотками дополнительных электромагнитных клапанов. Привод содержит также блок дифференцирования, вход которого соединен с выходом вторичного преобразователя датчика положения поршня, а выход - со входом блока суммирования.

Заявка: 2905502/08

СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД

1. Следящий  привод по авт.св. N 748960, отличающийся  тем, что, с целью упрощения конструкции  и повышения надежности работы, задатчик координаты положения  пневмопоршня исполнительного пневмогидроцилиндра  выполнен в виде цифрового  пневматического цилиндра, шток  которого кинематически связан  со штоком гидродемпфера, между  гидрополостями которого размещено  гидравлическое сопротивление.

2. Привод  по п. 1, отличающийся тем, что гидравлическое  сопротивление выполнено в виде  регулируемого дросселя.

Заявка: 2008144360/06, 10.11.2008

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН

Реферат:

Электромагнитный клапан, содержащий якорь обратного пневмоклапана, клапан с электромагнитом, имеющим обмотку катушки с электрическими выводами, отличающийся тем, что электрические выводы катушки выполнены подключеными к схеме защиты, состоящей из коммутирующего элемента, схемы управления, защиты от кондуктивных помех и переполюсовки, и снабженной вторичным источником питания.

Заявка: 2008131086/06, 28.07.2008

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН

Реферат:

1. Электромагнитный  клапан, содержащий корпус с седлом, перекрываемым запорным органом, имеющим неметаллическое кольцевое  уплотнение, электромагнитный привод  с магнитопроводом, имеющим нижний  и верхний фланцы, герметизирующую  разделительную трубку и сердечник, а также возвратную пружину, причем  герметизирующая разделительная  трубка состоит из трех звеньев, два из которых выполнены из  ферромагнитного материала, а третье  расположено между ними и выполнено  из маломагнитного материала, отличающийся  тем, что нижнее звено разделительной  трубки выполнено составным, полость  разделительной трубки с сердечником  герметизирована относительно рабочей  среды посредством шайбы и  радиального кольцевого неметаллического  уплотнения, расположенных между  составными частями нижнего звена, в седле расположено торцевое  неметаллическое кольцевое уплотнение, запорный орган снабжен штоком, соединяющим его с сердечником  электромагнитного привода и  выполнен в виде трубы с  клинообразными кромками, имеющими  средний диаметр, равный внутреннему  диаметру нижнего звена разделительной  трубки.

2. Электромагнитный  клапан по п.1, отличающийся тем, что в нижней части корпуса  установлен ручной дублер.

Заявка: 2008148715/11, 11.12.2008

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КОЛОДОЧНЫЙ ТОРМОЗ

 Реферат:

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения, в частности к конструкции электромагнитных колодочных тормозов. Тормоз содержит основание с двумя рычагами с охватывающими шкив колодками. На первом рычаге с регулируемым ограничителем отхода установлены соосно электромагнит и скоба с размещенной в ней замыкающей пружиной, тяга, контактирующая с торцом штока якоря электромагнита. На тяге установлены регуляторы усилия пружины и хода штока, пружина, раздвигающая стойки. Между шкивом и тягой, параллельно тяге, штоку тормоза, установлена фиксирующая пружина, действующая через опору штока и регулируемый упор на первый рычаг и непосредственно на второй рычаг, на котором закреплен нижний электромагнит, шток якоря которого контактирует с торцом штока тормоза. В штатном режиме тормоз работает с приводом нижнего электромагнита, а размещенный на первом рычаге электромагнит является резервным. Ограничитель отхода второго рычага и упор штока тормоза создают дополнительный регулируемый воздушный зазор в магнитной цепи нижнего электромагнита и этим обеспечивается увеличение электромагнитного демпфирования процесса торможения. Технический результат заключается в повышении надежности и обеспечении плавности торможения.

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1 Общие положения

1. Полное наименование системы: мехатронный модуль линейного перемещения со следящим пневматическим приводом.

Краткое наименование системы: СПП.

2. Заказчик – кафедра интегрированных компьютерных систем управления, Институт кибернетики ТПУ.

Разработчик – студентка гр. 8м450 Е.Е. Кругликова.

3. Основанием для разработки СПП является задание на курсовой проект по дисциплине «Проектирование мехатронных систем».
4. Плановые сроки начала и окончания работы по созданию системы с 13.09.2010 по 21.11.2010.
5. Система передается в виде функционирующего устройства на базе элементов, предоставленых Заказчиком в сроки, установленные заданием. Результаты работы оформляются в виде курсового проекта.

 

2 Назначение и цели  создания системы

1. СПП предназначен для проведения лабораторных работ по дисциплине «Проектирование мехатронных систем».

 

3 Характеристика следящего  пневмопривода

3.1 Система состоит из следующих элементов: пневмоцилиндр; датчик положения поршня; устройства подготовки, распределения и подачи воздуха; задатчик перемещения; электромагнитное тормозное устройство, микропроцессорное устройство управления (модули RealLab, ПК).

3.2 Технические характеристики привода:

• рабочий ход пневматического цилиндра: 150 мм;
• погрешность позиционирования: не более 0,5 мм;
• давление пневмосети: 0,4 - 0,5 МПа;
• фиксация положения поршня после отработки задания;

4 Требования к системе 

4.1 Требование к системе в  целом

4.1.1 Требование к структуре и  функционированию 

СПП должен включать в себя:

• исполнительный механизм;
• электромагнитную систему, отвечающую за реализацию следящего режима;
• электрическую подсистему, обеспечивающую компьютерное управление пневмоприводом. 

Исполнительный механизм включает в себя пневмоцилиндр линейного перемещения.

Электромагнитная подсистема включает в себя датчик линейного перемещения поршня, электромагнитное тормозное устройство.

Электрическая подсистема включает: модули RealLab, блок питания, ПК.

4.1.2 Требование  к надежности

Привод должен иметь вероятность безотказной работы не менее 0,9.

4.1.3 Требования безопасности

Требования по безопасности должны быть выполнены в соответствии с ГОСТ 12.2.003-91 «Оборудование производственное. Общие требования безопасности».

• Материалы конструкции СПП не должны оказывать опасное и вредное воздействие на организм человека на всех заданных режимах работы и предусмотренных условиях эксплуатации, а также создавать пожаровзрывоопасные ситуации.
• СПП должен быть пожаровзрывобезопасным в условиях эксплуатации в учебной лаборатории.
• Система управления должна быть обеспечена средствами экстренного торможения и аварийного останова (выключения) в экстремальных ситуациях.

4.1.5 Требование к эксплуатации, техническому обслуживанию,  ремонту  и хранению компонентов системы

• СПП не должен эксплуатироваться в агрессивной среде.
• Для обслуживания следящего привода должен быть установлен недельный регламент, который включает в себя смазку подвижных частей, визуальный осмотр привода
6. Требования к патентной чистоте

Установка системы в целом и отдельных ее частей не должна предъявлять дополнительных требований к покупке лицензий на программное или аппаратное обеспечение прочих производителей.