Автоматизация технологической операции

   Конструкция, основные размеры и характеристики пневматических и гидравлических цилиндров приведены в справочнике [6].

   Для больших рабочих ходов поршней  цилиндров и в случаях больших скоростей перемещение с целью уменьшения динамической нагрузки в конце рабочего хода используют приводы с автоматическим двусторонним торможением поршня в конце рабочего хода. Принцип работы привода следующий: при подаче давления в рабочую полость А поршень 1 перемещается влево и в конце хода втулкой 2 входит в отверстие крышки 4, в которую встроен регулировочный дроссель 5; при этом сливное отверстие в крышке 4 перекрывается обратным клапаном, встроенным в штуцер 6, и рабочая среда вытесняется через дроссель 5, вследствие чего скорость перемещения штока 3 замедляется. То же самое происходит и при обратном ходе. В общем случае для манипулятора, изображенного на рис. 1, звенья схемы можно представить в виде таблицы 1.2. 

  Построение схемы автоматизации, очередности действия механизмов в цикле, циклограмм, структурной схемы автоматизации и выполнение расчетов. 

1. Исходные  данные.

 

   Траектория  движения исполнительного органа 

   о - а - З - г - П - л - м - н- Р - к - а - З - л - г - П - о 

    З  – захват (зажим) заготовки – Ц6 

   П – поворот заготовки – Ц5 

   Р – раскрепление заготовки – Ц6  

   

 

   В скобках указаны элементы цикла  при обратном ходе 

   Таблица.1.1.

   Параметры силовых цилиндров

     – давление в пневмосистеме  манипулятора;

     – скорость прямого хода штоков цилиндров;

     – скорость обратного хода штоков цилиндров. 

   Таблица.1.2.

   Звенья  схемы автоматизации

 

   Задатчик  А при своем перемещении в конце рабочего хода штока цилиндра Ц1 включает датчик ВК1 либо ВК2; соответственно, задатчик Б-ВК3 либо ВК4;соответственно, задатчик В-ВК5 либо ВК6; задатчик Г-ВК7 либо ВК8; задатчик Д-ВК9 либо ВК10; задатчик Е-ВК11 либо ВК12.

   При включении датчика соединяется  электрическая цепь, подающая ток на промежуточное устройство – электрозолотник, который открывает доступ рабочей среды в необходимую полость исполнительного механизма (рабочего цилиндра), предназначенного для выполнения следующего элемента рабочего цикла в соответствии с заданной траекторией. В данной схеме автоматизации предлагается использовать трехходовой четырехкромочный  распределитель (золотник), управляемый от двух электромагнитов. При подаче напряжения на один электромагнит золотник перемещается в направлении этого электромагнита и обеспечивает подачу рабочей среды в одну полость цилиндра, а вторую полость соединяет либо со сливом (в гидроприводах), либо с атмосферой (в пневмоприводах). При этом поршень цилиндра будет перемещаться в сторону второй полости. Если же напряжение будет подано на другой электромагнит, то золотник переместится в другом направлении от нейтрального положения и обеспечит подачу рабочей среды в противоположную рабочую полость цилиндра и перемещение поршня будет противоположным. При разработке схемы автоматизации, при необходимости, могут быть использованы и другие распределители. Электрозолотник обозначается буквами ЭЗ с индексом, соответствующим номеру цилиндра, работой которого он управляет (см. табл. 3). Условно примем, что положение золотника которое обеспечивает “прямой” ход (перемещение поршня исполнительного механизма из исходного положения) поршня цилиндра обозначается цифрой 1, разделенной “тире” с обозначением золотника.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Построение  схемы автоматизации.

 

     

3. Построение  очередности действия механизмов в цикле.

   Таблица 3.1.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4. Построение циклограммы  без учета масштаба  времени.

5. Построение структурной  схемы автоматизации. 
 

   6. Ра счет времени автоматического цикла. 

   6.1. Определение времени t_цз цикла по заданным скоростям. 

      Время цикла определяется траекторией  движения исполнительного органа, поворотом, зажимом и разжимом схвата манипулятора, величиной перемещения штоков исполнительных механизмов и скоростью их перемещения.

      Определение времени t_цз по заданным скоростям прямого V_П и обратного V_О ходов исполнительных механизмов.

      Заданное  время определяется по следующей  формуле:

      

      где t_Пi – время прямого хода (перемещение из исходного положения) штока i-го исполнительного механизма, с;

      t_Оi – время обратного хода (возвращение в исходное положение) штока i-го исполнительного механизма, с;

      n – количество механизмов, задействованных в данной схеме автоматизации.

      t_П1 и t_О1 определяются по следующим зависимостям:

      

      где L_i – длина хода штока i-го исполнительного механизма, м;

      V_п и V_О – скорости перемещения штоков прямого и обратного ходов исполнительных механизмов, соответственно, м/с. 

      t_цз = t_П1 + t_П3 + t_П4+ t_П5 + t_П6 + t_О1 +  t_О3+ t_О4 + t_О5 + t_О6 
 

t_П1 = L₁/V_П = 0,4/0,2 = 2с.

t_П3 = L₃/V_П = 0,04/0,2 = 0,2с.

t_П4 = L₄/V_П = 0,15/0,2 = 0,75с.

t_П5 = L₅/V_П = 0,07/0,2 = 0,35с.

t_П6 = L₆/V_П = 0,015/0,2 = 0,075с. 

t_О1 = L₁/V_О = 0,4/0,3 = 1,33с.

t_О3 = L₃/V_О = 0,04/0,3 = 0,13с.

t_О4 = L₄/V_О = 0,15/0,3 = 0,5с

t_О5 = L₅/V_О = 0,07/0,3 = 0,23с.

t_О6 = L₆/V_О = 0,015/0,3 = 0,05с. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 t_цз=2+0,2+0,75+0,35+0,075+

  1,33+0,13+0,5+0,23+0,05=5,615с.

 

   6.2. Определение площадей поршня  со стороны бесштоковой (F₁) и штоковой (F₂) полостей цилиндра. 

   Здесь необходимо отметить, что у цилиндра Ц5 рабочая среда подается лишь в бесштоковые полости, т.е. F₂₅ = F₁₅

   Давление  ρ = 0,6ΜΠа. По [2] для цилиндра с D = 40 мм диаметр штока d = 12 мм, для цилиндра с D=32 мм диаметр штока d=10, для цилиндра с D = 50мм - d = 16мм, а для D=80 мм диаметр штока d=40.

   Так как диаметры цилиндров Ц1, Ц2, Ц3 в соответствии с исходными данными одинаковы, то F₁₁= F₁₃ и F₂₁=F₂₃

   F₁₁ =

= 19,6∙10^-4м²

   F₂₁ =

= 17,6∙10^-4м²

   Для цилиндра Ц4      

   F₁₄ =

=50,2∙10^-4м²;  F₂₄ = =37,7∙10^-4м² 

   Для цилиндра Ц5      

   F₁₅ =

=8,04∙10^-4м²;       F₁₅ =  F₂₅ =8,04∙10^-4м²

   Для цилиндра Ц6      

   F₁₆ =

=12,5∙10^-4м²;   F₂₆ = =11,4∙10^-4м² 

   6.3. Определение расхода рабочей среды в цилиндрах. 

   Для цилиндров Ц1 и Ц3: 

   Q_n=V_n∙F₁=0,2∙19,6∙10^-4 = 39,2∙10^-5м³/с;