UA72124A

UA72124A - Pneumatic actuating mechanism

Info

Publication number: UA72124A
Application number: UA20031211838A
Authority: UA
Inventors: Anatolii Stepanovych Kulyk; Vitalii Vasyliovych Narozhnyi; Serhii Mykolaiovych Firsov; Oleh Oleksiiovych Luchenko; Oleksii Mykolaiovych Borysov
Original assignee: Nat M E Zhukovskyi Aerospace U
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-01-17

Abstract

A pneumatic actuating mechanism comprises a pneumo-cylinder with working cavities and a piston with a rod, those are made of ferromagnetic material. The piston is separated with non-ferromagnetic partition into sections, and at the both sides of the partition circular slots are provided, with excitation windings without galvanic connection to each other installed there. Ferromagnetic liquid fills the gap between the pneumo-cylinder and the piston. At application of control power to the windings ferromagnetic liquid is taken into the region of magnetic induction, it fills the gap with formation of controlled magnetic-liquid tightening through it. In the area of the excitation windings a temperature sensor is installed, its input is connected to the included to the circuit control block and element of test effect controlling operation of the sensor.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до області машинобудування, зокрема до засобів пневмоавтоматики, і може бути 2 використанний в приводах промислових роботів і маніпуляторів.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to the means of pneumatic automation, and can be used in the drives of industrial robots and manipulators.

Відомий пневматичний виконавчий механізм за авторським свідоцтвом ЗО 1622653 А1 кл. Е15 В 9/03 бюл.Known pneumatic executive mechanism according to the author's certificate ZO 1622653 A1 class. E15 In 9/03 bull.

МоЗ3, 23.01.91, який містить пневмоциліндр з робочими порожнинами і поршнем зі штоком, виконаними з феромагнітного матеріалу. Поршень розділений неферомагнітною перегородкою на секції, а з обох сторін перегородки виконані кільцеві пази, у яких встановлені обмотки збудження гальванічне не зв'язані між собою. 70 Феромагнітна рідина заповнює зазор між пневмоциліндром і поршнем. При подачі керуючої напруги в обмотки, феромагнітна рідина втягується в область максимальної магнітної індукції, заповнюючи зазор, утворивши тим самим кероване магнітно-рідинне ущільнення. Плавна зміна керуючої напруги приводить до плавної зміни сили, що діє на шток аж до його повного зупинення.MoZ3, 23.01.91, which contains a pneumatic cylinder with working cavities and a piston with a rod made of ferromagnetic material. The piston is divided into sections by a non-ferromagnetic partition, and annular grooves are made on both sides of the partition, in which the galvanic excitation windings are installed and are not connected to each other. 70 Ferromagnetic fluid fills the gap between the pneumatic cylinder and the piston. When the control voltage is applied to the windings, the ferromagnetic fluid is drawn into the region of maximum magnetic induction, filling the gap, thereby forming a controlled magnetic-fluid seal. A smooth change in the control voltage leads to a smooth change in the force acting on the rod up to its complete stop.

Але в пневмотичному виконавчому механізмі присутній феромагнітний матеріал, який характеризується 19 гістерезисом - залежність магнітних властивостей від попереднього магнітного стану. У зв'язку з цим, виникає необхідність вимірювання температури феромагнітного матеріалу та контролепридатність процеса вимірювання під час роботи механізму в реальному масштабі часу.But in the pneumatic executive mechanism there is a ferromagnetic material, which is characterized by 19 hysteresis - the dependence of magnetic properties on the previous magnetic state. In this regard, there is a need to measure the temperature of the ferromagnetic material and controllability of the measurement process during the operation of the mechanism in real time.

Рішення поставленого завдання досягається тим, що пневматичний виконавчий механізм, що містить пневмоциліндр із встановленим у ньому поршнем зі штоком, електрокероване ущільнення поршня, що включає неферомагнітну перегородку, яка розділяє його на дві секцій, а з обох сторін перегородки виконані кільцеві пази, у які встановлені гальванічно не зв'язані обмотки збудження, при цьому перегородка виконана з каналами для сполучення кільцевих пазів між собою і з атмосферою, і феромагнітну рідину, що заповнює зазор між пневмоциліндром і поршнем, при цьому пневмоциліндр і поршень зі штоком виконані з феромагнітного матеріалу. При подачі керуючої напруги в обмотки, феромагнітна рідина втягується в область максимальної магнітної індукції, заповнюючи зазор, утворивши тим самим кероване магнітно-рідинне ущільнення. Плавна зміна « керуючої напруги приводить до плавної зміни сили, що діє на шток аж до його повного зупинення. Згідно з винаходом в районі обмоток збудження встановлено датчик температур, вихід якого з'єднано з введеними до схеми блоком контролю та елементом тестового впливу, які в свою чергу контролюють роботу датчика.The solution to the task is achieved by the fact that the pneumatic executive mechanism, which contains a pneumatic cylinder with a piston with a rod installed in it, an electrically controlled piston seal, which includes a non-ferromagnetic partition, which divides it into two sections, and on both sides of the partition, annular grooves are made, in which are installed the excitation windings are not galvanically connected, while the partition is made with channels for connecting the annular grooves with each other and with the atmosphere, and a ferromagnetic liquid that fills the gap between the pneumatic cylinder and the piston, while the pneumatic cylinder and the piston with the rod are made of ferromagnetic material. When the control voltage is applied to the windings, the ferromagnetic fluid is drawn into the region of maximum magnetic induction, filling the gap, thereby forming a controlled magnetic-fluid seal. A smooth change in the control voltage leads to a smooth change in the force acting on the rod up to its complete stop. According to the invention, a temperature sensor is installed in the area of the excitation windings, the output of which is connected to the control unit and the test impact element introduced into the circuit, which in turn control the operation of the sensor.

З датчика температури сигнал надходить до блоку контролю, якщо температура перевищую задане М значення, дає команду на зменшення напруги обмотки збудження. ГаFrom the temperature sensor, the signal is sent to the control unit, if the temperature exceeds the set M value, it gives a command to reduce the voltage of the excitation winding. Ha

На фігурі показано функціональну схему механізму.The figure shows the functional scheme of the mechanism.

Пневматичний виконавчий механізм містить пневмоциліндр 1 зі встановленим у ньому з утворенням робочих (7 порожнин 2 і З поршнем 4 зі штоком 5, електрокероване ущільнення, що включає обмотки 6 і 7 збудження і Га феромагнітну рідину 8, що заповнює зазор 9 між пневмоциліндром 1 і поршнем 4, при цьому пневмоциліндр 1 і 3о поршень 4 зі штоком 5 виконані з феромагнітного матеріалу. вThe pneumatic executive mechanism contains a pneumatic cylinder 1 installed in it with the formation of working (7 cavities 2 and with a piston 4 with a rod 5, an electrically controlled seal, which includes windings 6 and 7 of excitation and Ha ferromagnetic liquid 8, which fills the gap 9 between the pneumatic cylinder 1 and the piston 4, while pneumatic cylinder 1 and 3o piston 4 with rod 5 are made of ferromagnetic material.

Поршень 4 включає неферомагнітну перегородку 10, що розділяє його на дві секції 11 і 12, а з обох сторін перегородки 10 виконані кільцеві пази 13 і 14, у яких встановлені обмотки б і 7 збудження гальванічне не зв'язані між собою. У перегородці 10 виконані канали 15 і 16 для сполучення кільцевих пазів 13 і 14 з « атмосферою. Робочі порожнини 2 і З зв'язані з джерелом 17 тиску через пневморасподілювач 18 і зворотні З клапани 19 ї 20. Шток 5 зчленований з датчиком 21 зворотного зв'язку (переміщення, швидкості) і с електрогальмами 22. В секції 12 розташовано датчик 23 температур, вихід якого з'єднано з елементом 24 з» тестового впливу та блоком 25 контролю, які в свою чергу контролюють роботу датчика.The piston 4 includes a non-ferromagnetic partition 10, which divides it into two sections 11 and 12, and on both sides of the partition 10, annular grooves 13 and 14 are made, in which the windings b and 7 of the galvanic excitation are not connected to each other. In the partition 10, channels 15 and 16 are made to connect the annular grooves 13 and 14 with the atmosphere. Working cavities 2 and Z are connected to the pressure source 17 through the pneumatic distributor 18 and non-return valves 19 and 20. The rod 5 is connected to the feedback sensor 21 (displacement, speed) and to the electric brakes 22. The temperature sensor 23 is located in section 12 , the output of which is connected to the test effect element 24 and the control unit 25, which in turn control the operation of the sensor.

Механізм працює в такий спосіб.The mechanism works in the following way.

При подачі керуючого напруги в обмотки 6 чи 7 феромагнітна рідина 8 втягується в область максимальної магнітної індукції, умовно представленої, на кресленні у виді двох магнітних силових ліній В, заповнюючи 7 зазор 9, утворюючи тим самим кероване магнітно-рідинне ущільнення з граничним перепадом тиску ка пропорційний керуючий напрузі При надходженні робочого середовища від джерела 17 тиску в робочих порожнинах 2 і З відбувається перепуск робочого середовища через феромагнітну рідину 8 так, що між - робочими порожнинами 2 і З установлюється перепад тиску, пропорційний керуючий напрузі, при цьому плавна ка 20 зміна останнього приводить до плавної зміни сили, діючий на шток 5.When the control voltage is applied to the windings 6 or 7, the ferromagnetic fluid 8 is drawn into the region of maximum magnetic induction, conventionally represented on the drawing in the form of two magnetic lines of force B, filling the gap 7 9, thereby forming a controlled magnetic-fluid seal with a marginal pressure drop ka proportional to the controlling voltage When the working medium enters from the pressure source 17 in the working cavities 2 and З, the working medium bypasses through the ferromagnetic fluid 8 so that a pressure drop proportional to the controlling voltage is established between the working cavities 2 and З, with a smooth change of the latter leads to a smooth change in the force acting on rod 5.

Вимірювання температури феромагнітного матеріалу та контролепридатність процесу вимірюванняTemperature measurement of ferromagnetic material and controllability of the measurement process

Т» забезпечується за допомогою введення в механізм датчика температури 23, блока контролю 25 та елемента тестового впливу 24. З датчика температури 23 сигнал подають на блок контролю 25. Блок контролю 25 подає сигнал на елемент тестового впливу 24, котрий в свою чергу подає тестові сигнали на датчик 23. 29 Допустимо, по команді програмно-логічного блоку (разом із системою керування умовно не показані) в. відключається електрогальма 22, а робоче середовище від джерела 17 тиску через пневморосподілювач 18 і зворотний клапан 19 надходить у робочу порожнину 2 пневмоциліндра 1. Для швидкого, розгону поршня 4 подається команда на підключення обмотки 6 збудження на номінальну керуючу напругу і відключення від джерела керуючої напруги (не показаний) обмотки 7 збудження, тобто кільцевий зазор 9 між пневмоциліндром 1 і 60 секцією 11 поршня 4 цілком закритий магнітно-рідинним ущільненням, а кільцевий зазор 9 між пневмоциліндром 1 і секцією 12 поршня 4 цілком відкритий. При цьому робоче середовище з робочої порожнини З пневмоциліндра 1 через відкритий зазор 9, канали 15 і 16 виходить в атмосферу, а поршень 4 посилено розганяється.T" is provided by inputting the temperature sensor 23, the control unit 25 and the test influence element 24 into the mechanism. From the temperature sensor 23, the signal is sent to the control unit 25. The control unit 25 sends a signal to the test influence element 24, which in turn provides test signals on the sensor 23. 29 Suppose, according to the command of the software-logic unit (together with the control system, conditionally not shown) c. the electric brake 22 is turned off, and the working medium from the pressure source 17 through the pneumatic distributor 18 and the non-return valve 19 enters the working cavity 2 of the pneumatic cylinder 1. For fast acceleration of the piston 4, a command is given to connect the excitation winding 6 to the nominal control voltage and disconnect it from the control voltage source ( not shown) of the excitation winding 7, i.e. the annular gap 9 between the pneumatic cylinder 1 and 60 section 11 of the piston 4 is completely closed by the magnetic fluid seal, and the annular gap 9 between the pneumatic cylinder 1 and the section 12 of the piston 4 is completely open. At the same time, the working medium from the working cavity C of the pneumatic cylinder 1 through the open gap 9, channels 15 and 16 goes into the atmosphere, and the piston 4 accelerates strongly.

Далі дається команда на підключення обмотки 7 збудження на номінальну керуючу напругу, тобто обидва зазори 9 між пневмоциліндром 1 і секціями 11 і 12 поршня 4 закриті, а стала швидкість переміщення поршня 4 і бо Штоки 5 визначається тим значенням, що було отримано в момент рівності тисків повітря в робочих порожнинахNext, a command is given to connect the excitation winding 7 to the nominal control voltage, that is, both gaps 9 between the pneumatic cylinder 1 and sections 11 and 12 of the piston 4 are closed, and the constant speed of movement of the piston 4 and the rod 5 is determined by the value that was obtained at the moment of pressure equality air in working cavities

При відхиленні швидкості переміщення штока 5 у ту чи іншу сторону від сталого значення програмно-логічний блок по сигналу датчика 21 зворотного зв'язку (швидкості) дає команду на зменшення величини струму, що протікає по відповідній обмотці б чи 7 збудження. Якщо швидкість переміщення зменшилася, то струм зменшується тільки в обмотці 7 збудження. Якщо ж швидкість збільшилася, то струм зменшується тільки в обмотці б збудження. Отже, мається можливість плавного регулювання швидкості переміщення штока 5 у широкому діапазоні.When the speed of movement of the rod 5 deviates in one direction or another from a constant value, the software-logic block, based on the signal from the feedback (speed) sensor 21, gives a command to reduce the amount of current flowing through the corresponding excitation winding b or 7. If the movement speed has decreased, then the current decreases only in the excitation winding 7. If the speed has increased, then the current decreases only in the excitation winding. Therefore, it is possible to smoothly adjust the speed of movement of the rod 5 in a wide range.

При підході до точки позиціювання програмно-логічний блок по сигналу датчика 21 зворотного зв'язку 7/0 (переміщення) дає команду на зменшення струму, що протікає через обмотку 6 збудження, а потім і її повне відключення від джерела керуючого напруги, тобто кільцевий зазор 9 між пневмоциліндром 1 і секцією 11 поршня 4 плавно відкривається, а кільцевий зазор 9 між пневмоциліндром 1 і секцією 12 цілком закритий. При цьому робоче середовище з робочої порожнини 2 через відкритий зазор 9, канали 15 і 16 виходить в атмосферу.When approaching the positioning point, the software-logic block, based on the signal of the feedback sensor 21 7/0 (movement), gives a command to reduce the current flowing through the excitation winding 6, and then completely disconnect it from the control voltage source, that is, the ring gap 9 between pneumatic cylinder 1 and section 11 of piston 4 opens smoothly, and the annular gap 9 between pneumatic cylinder 1 and section 12 is completely closed. At the same time, the working environment from the working cavity 2 through the open gap 9, channels 15 and 16 goes into the atmosphere.

Починається процес гальмування. Поршень 4 зі штоком 5 переходять на так звану повзучу швидкість /5 переміщення, а при підході штока 5 до заданої крапки позиціювання програмно-логічний блок по сигналу датчика 21 зворотного зв'язку (переміщення) дає команду на збільшення струму, що протікає через обмотку 6 збудження, а також і підключення її на номінальну керуючу напругу. Зазори 9 між внутрішньою поверхнею пневмоциліндра 1 і секціями 11 і 12 поршня 4 при цьому будуть закриті й обидві робочі порожнини 6 і 7 не зв'язані з атмосферою.The braking process begins. The piston 4 with the rod 5 moves to the so-called creeping speed /5 movement, and when the rod 5 approaches the set positioning point, the software-logic unit, based on the signal of the feedback sensor 21 (displacement), gives a command to increase the current flowing through the winding 6 excitation, as well as connecting it to the nominal control voltage. Gaps 9 between the inner surface of the pneumatic cylinder 1 and sections 11 and 12 of the piston 4 will be closed and both working cavities 6 and 7 are not connected to the atmosphere.

Поршень 4 зі штоком 5 зупиняються в заданій крапці позиціювання й одночасно з цим останній фіксується в ній електрогальмами 22, що спрацьовує по команді програмно-логічного блоку.The piston 4 with the rod 5 stops at the given positioning point and at the same time the latter is fixed in it by the electric brakes 22, which are activated by the command of the software-logic unit.

Робота виконавчого механізму при переміщенні в зворотному напрямку відбувається аналогічно при відповідному стані обмоток 6 і 7 і порожнин 2 і 3.The operation of the executive mechanism when moving in the reverse direction occurs similarly with the corresponding state of windings 6 and 7 and cavities 2 and 3.

Таким чином, має місце розширення функціональних можливостей і поліпшення швидкості та надійності пневматичноговвканавчого механізма. « « с «- с і - - . и? -і іме) - іме) с»Thus, there is an expansion of functionality and an improvement in the speed and reliability of the pneumatic insertion mechanism. « « s «- s and - - . and? -i ime) - ime) s»

Claims

65 Formula of the invention

Pneumatic actuator, which includes a pneumatic cylinder with a piston with a rod installed in it, an electrically controlled piston seal, which includes a non-ferromagnetic partition, which divides it into two sections, and on both sides of the partition, annular grooves are made, in which galvanically uncoupled windings are installed Excitation , while the partition is made with channels for connecting the annular grooves with each other and with the atmosphere, and a ferromagnetic liquid that fills the gap between the pneumatic cylinder and the piston, while the pneumatic cylinder and the piston with the rod are made of a ferromagnetic material, which is distinguished by the fact that a sensor is inserted into it temperature, which is connected to the element of test influence and the control unit. 70 Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2005, M 1, 15.01.2005. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. « « Зо сч «- с и -

- and? -i ime) - ime) c» 60 b5