Расчет исполнительных устройств

 

Для приведения в действие команд контроллера необходимы исполнительные устройства. Исполнительные устройства должны выполнять функции системы, иметь малую инерционность, обладать устойчивостью и управляемостью, достаточным быстродействием.

Работа устройств набора грузиков, подъема барабана осуществляется при помощи пневмоцилиндров. Воздух в полость цилиндра попадает при помощи электромагнитного клапана, который в свою очередь управляется контроллером через реле.

Управление катушками электромагнитных клапанов осуществляется с помощью реле, включенных последовательно с катушкой. Питание катушек электромагнитных клапанов осуществляется напряжением 220В переменного тока. Ток в катушке 250 мА.

Захватное устройство манипулятора представляет собой электромагнит, управляемый контроллером через реле.

В устройстве набора грузиков всю работу выполняют пневмоцилиндры и два электромагнита.

Расчет пневматических цилиндров.

Пневматические цилиндры предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в механическое линейное перемещение [8]. Пневмоцилиндры бывают одностороннего и двухстороннего действия, с односторонним или двухсторонним (проходным) штоком. В пневмоцилиндрах одностороннего действия поршень может перемещаться под действием воздуха только в одну сторону (воздух подается только с одной стороны от поршня), а возврат осуществляется пружиной или внешними силами, при этом воздух, поданный в цилиндр, должен быть сброшен. Следует учитывать, что возвратная пружина снижает усилие, развиваемое цилиндром под действием сжатого воздуха, а усилие при возврате в исходное положение определяется жесткостью и степенью сжатия пружины. Односторонние пневмоцилиндры бывают двух модификаций: с пружиной в штоковой полости цилиндра (шток пневмоцилиндра нормально втянут, при подаче воздуха выдвигается); и с пружиной в бесштоковой полости (шток нормально выдвинут). В пневмоцилиндрах двухстороннего действия перемещение поршня под действием сжатого воздуха происходит в прямом и обратном направлениях.

В конструкции большинства пневматических цилиндров предусмотрены специальные устройства демпферы, предотвращающие удар в конце хода поршня по крышке. В самом простейшем случае демпферы представляют собой резиновые шайбы, закрепленные на поршне или на крышке внутри цилиндра. Такие демпферы используются в цилиндрах небольших диаметров, а также в короткоходовых цилиндрах, где сила удара невелика. В более крупных цилиндрах для торможения, а, следовательно, и для исключения удара, используется дросселирование (создание сопротивления) воздуха, сбрасываемого из полости цилиндра. Это дросселирование происходит только в конце хода штока, включается автоматически, а интенсивность торможения определяется степенью открытия дросселя и регулируется винтом.

 Также пневмоцилиндры можно разделить на магнитные и немагнитные. Магнитные цилиндры имеют закрепленный на штоке магнит, с помощью которого можно определять местоположение поршня цилиндра. Для этого на корпус пневмоцилиндра устанавливается чувствительный элемент, реагирующий на приближение магнита поршня, который при попадании в магнитное поле замыкает электрическую цепь. Также существуют датчики, непрерывно по всей длине хода поршня определяющие его координату. Такие датчики используются для пневмоприводов с обратной связью (следящие приводы) и имеют относительно высокую стоимость.

При выборе пневмоцилиндра помимо его типа необходимо определить его размер. Для этого можно воспользоваться расчетным методом, специализированными компьютерными программами, графическими методами и таблицами, изложенными в специальной литературе.

Воспользуемся для определения нужного размера пневмоцилиндра расчетным методом:

При расчетном методе, оценив необходимое усилие на штоке и зная давление в пневмосистеме, определяем площадь поршняS, которая равна отношению усилияF к давлению сжатого воздухаР:

 

 (1)

 

Зная площадь поршня, получаем диаметр поршня:

 

 (2)

 

Далее из ряда стандартных значений диаметров выбираем ближайший больший. Для обеспечения более равномерного хода штока, особенно при переменной нагрузке, усилие выбранного цилиндра должно превышать потребное на ~30%. Следует учитывать, что усилие на обратном ходе (втягивание штока) несколько ниже, чем на прямом ходе (шток выдвигается) из за разницы в эффективной площади поршня (при обратном ходе давление воздуха действует на площадь поршня за вычетом площади поперечного сечения поршня). В этом случае площадь поршня определяется как:

 

 (3)

где d - диаметр штока.

Расчет и выбор пневмоцилиндра фиксатора балансировочных грузов

Пневмоцилиндр фиксатора балансировочных грузов передвигает фиксирующий электромагнит с переходной пластиной внутрь тормозного барабана. Вес электромагнита и пластины в сумме составляет 800 грамм. Давление воздуха в пневмосети Автомобильного завода составляет 10 атмосфер. Значит по формуле (1):

По формуле (2):

Диаметр поршня пневмоцилиндра по подсчетам получился 0.02 мм, это обусловлено тем, что требуемое усилие поршня пневмопривода очень низкое. Настолько малых пневмоцилиндров не существует, поэтому выбираем пневмоцилиндр с минимально возможным диаметром поршня, но при этом ход пневмоцилиндра должен соответствовать нашим нуждам. Т.е. ход пневмоцилиндра не менее 50 см. Выбираем пневмоцилиндр 24N2A16A500 фирмы CAMOZZI

Это пневмоцилиндр фирмы CAMOZZI серии 24 (с магнитным кольцом на поршне) диаметра 16мм ход 500мм

Расчет и выбор пневмоцилиндра толкателя маленьких грузиков

Пневмоцилиндр толкателя маленьких грузиков передвигает толкателя маленьких грузиков вперед, по роликам, доходя до конечной точки грузик выходит за пределы тары и следующий по порядку грузик падает с тары на его место, тем самым не давая грузику вернуться в тару при движении толкателя в обратном направлении и грузик падает в каретку. Вес маленького грузика и толкателя в сумме составляет 360 грамм. При расчете усилия пневмопривода необходимо учесть силу трения при выдвижения грузика из тары, т.к. сверху на него давят находящиеся в таре грузики. Максимальный вес грузов в таре составляет 80шт*60гр= 4800 грамм. Значит сила трения равна7.2Н= 0.15 (коэффициент трения сталь-сталь) * 4.8*9.8(число g).Давление воздуха в пневмосети Автомобильного завода составляет 10 атмосфер. Значит по формуле (1):

По формуле (2):

Диаметр поршня пневмоцилиндра по подсчетам получился 1.74 мм, это обусловлено тем, что требуемое усилие поршня пневмопривода очень низкое. Настолько малых пневмоцилиндров не существует, поэтому выбираем пневмоцилиндр с минимально возможным диаметром поршня, но при этом ход пневмоцилиндра должен соответствовать нашим нуждам. Т.е. ход пневмоцилиндра не менее 40 мм. Выбираем пневмоцилиндр 16N2A8A40 фирмы CAMOZZI

Это пневмоцилиндр фирмы CAMOZZI серии 16 диаметра 8мм ход 40мм.

Расчет и выбор пневмоцилиндра толкателя больших грузиков .

Пневмоцилиндр толкателя маленьких грузиков передвигает толкатель маленьких грузиков вперед, по роликам, доходя до конечной точки грузик выходит за пределы тары и следующий по порядку грузик падает с тары на его место, тем самым не давая грузику вернуться в тару при движении толкателя в обратном направлении и грузик падает в каретку. Вес маленького грузика и толкателя в сумме составляет 390 грамм. При расчете усилия пневмопривода необходимо учесть силу трения при выдвижения грузика из тары, т.к. сверху на него давят находящиеся в таре грузики. Максимальный вес грузов в таре составляет 80шт*90гр= 7200 грамм. Значит сила трения равна 10.8Н= 0.15 (коэффициент трения сталь-сталь) * 4.8*9.8(число g).Давление воздуха в пневмосети Автомобильного завода составляет 10 атмосфер. Значит по формуле (1):

По формуле (2):

Диаметр поршня пневмоцилиндра по подсчетам получился 2.12мм, это обусловлено тем, что требуемое усилие поршня пневмопривода очень низкое. Настолько малых пневмоцилиндров не существует, поэтому выбираем пневмоцилиндр с минимально возможным диаметром поршня, но при этом ход пневмоцилиндра должен соответствовать нашим нуждам. Т.е. ход пневмоцилиндра не менее 40 мм. Выбираем пневмоцилиндр 16N2A8A40 фирмы CAMOZZI

Это пневмоцилиндр фирмы CAMOZZI серии 16 диаметра 8мм ход 40мм.

Расчет и выбор пневмоцилиндра 2 контейнера.

Пневмоцилиндр 2 контейнера передвигает контейнер с крайне левого положение в среднее, либо со среднего положения в крайнее правое в зависимости от положения пневмоцилиндра 1 контейнера Вес контейнера и максимального набора грузиков в сумме составляет 1300 грамм. Давление воздуха в пневмосети Автомобильного завода составляет 10 атмосфер. Значит по формуле (1):

По формуле (2):

Диаметр поршня пневмоцилиндра по подсчетам получился 0.72 мм, это обусловлено тем, что требуемое усилие поршня пневмопривода очень низкое. Настолько малых пневмоцилиндров не существует, поэтому выбираем пневмоцилиндр с минимально возможным диаметром поршня, но при этом ход пневмоцилиндра должен соответствовать нашим нуждам. Т.е. ход пневмоцилиндра не менее 40 мм. Выбираем пневмоцилиндр 16N2A8A40 фирмы CAMOZZI

Это пневмоцилиндр фирмы CAMOZZI серии 16 диаметра 8мм ход 40мм.

Расчет и выбор пневмоцилиндра 1 контейнера.

Пневмоцилиндр 1 контейнера передвигает контейнер с крайне левого положение в среднее, либо со среднего положения в крайнее правое в зависимости от положения пневмоцилиндра 2 контейнера Вес контейнера, пневмоцилиндра 2 контейнера и максимального набора грузиков в сумме составляет 2000 грамм. Давление воздуха в пневмосети Автомобильного завода составляет 10 атмосфер. Значит по формуле (1):

По формуле (2):

Диаметр поршня пневмоцилиндра по подсчетам получился 0.89 мм, это обусловлено тем, что требуемое усилие поршня пневмопривода очень низкое. Настолько малых пневмоцилиндров не существует, поэтому выбираем пневмоцилиндр с минимально возможным диаметром поршня, но при этом ход пневмоцилиндра должен соответствовать нашим нуждам. Т.е. ход пневмоцилиндра не менее 40 мм. Выбираем пневмоцилиндр 16N2A8A40 фирмы CAMOZZI

Это пневмоцилиндр фирмы CAMOZZI серии 16 диаметра 8мм ход 40мм.

Расчет и выбор пневмоцилиндра каретки .

Пневмоцилиндр каретки передвигает каретку с положения закладки грузиков в контейнер в положение забора грузиков манипулятором. Вес каретки, контейнера, пневмоцилиндра 1 контейнера, пневмоцилиндра 2 контейнера и максимального набора грузиков в сумме составляет 4000 грамм. Давление воздуха в пневмосети Автомобильного завода составляет 10 атмосфер. Значит по формуле (1):

По формуле (2):

Диаметр поршня пневмоцилиндра по подсчетам получился 1.26 мм, это обусловлено тем, что требуемое усилие поршня пневмопривода очень низкое. Настолько малых пневмоцилиндров не существует, поэтому выбираем пневмоцилиндр с минимально возможным диаметром поршня, но при этом ход пневмоцилиндра должен соответствовать нашим нуждам. Т.е. ход пневмоцилиндра не менее 40 мм. Выбираем пневмоцилиндр 16N2A8A40 фирмы CAMOZZI

Это пневмоцилиндр фирмы CAMOZZI серии 16 диаметра 8мм ход 40мм.

Расчет и выбор пневмоцилиндра манипулятора.

Пневмоцилиндр манипулятора передвигает манипулятор с положения забора грузиков с каретки в положение установки грузиков на тормозной барабан. Вес захватного устройства манипулятора и максимального набора грузиков в сумме составляет 1410 грамм. Давление воздуха в пневмосети Автомобильного завода составляет 10 атмосфер. Значит по формуле (1):

По формуле (2):

Диаметр поршня пневмоцилиндра по подсчетам получился 0.75 мм, это обусловлено тем, что требуемое усилие поршня пневмопривода очень низкое. Настолько малых пневмоцилиндров не существует, поэтому выбираем пневмоцилиндр с минимально возможным диаметром поршня, но при этом ход пневмоцилиндра должен соответствовать нашим нуждам. Т.е. ход пневмоцилиндра не менее 500 мм. Выбираем пневмоцилиндр 24N2A16A500 фирмы CAMOZZI

Это пневмоцилиндр фирмы CAMOZZI серии 24 (с магнитным кольцом на поршне) диаметра 16мм ход 500мм.

Расчет и выбор пневмоцилиндра передней колонны подъемного устройства.

Пневмоцилиндр передней колонны подъемного устройства поднимает тормозной барабан над транспортом так, чтобы при подъеме и повороте тормозного барабана задней колонной транспорт не создавал помех. Вес тормозного барабана в сборе со ступицей составляет 82 килограмма. Давление воздуха в пневмосети Автомобильного завода составляет 10 атмосфер. Значит по формуле (1):

По формуле (2):

Диаметр поршня пневмоцилиндра по подсчетам получился 5.73 мм, это обусловлено тем, что требуемое усилие поршня пневмопривода очень низкое. Настолько малых пневмоцилиндров не существует, поэтому выбираем пневмоцилиндр с минимально возможным диаметром поршня, но при этом ход пневмоцилиндра должен соответствовать нашим нуждам. Т.е. ход пневмоцилиндра не менее 120 мм. Выбираем пневмоцилиндр 24N2A16A125 фирмы CAMOZZI.

Это пневмоцилиндр фирмы CAMOZZI серии 24 (с магнитным кольцом на поршне) диаметра 16мм ход 125мм.

Расчет и выбор пневмоцилиндра задней колонны подъемного устройства.

Пневмоцилиндр задней колонны подъемного устройства поднимает и поворачивает тормозной барабан в вертикальное положение. Вес тормозного барабана в сборе со ступицей составляет 82 килограмма. Давление воздуха в пневмосети Автомобильного завода составляет 10 атмосфер. Значит по формуле (1):

По формуле (2):

Диаметр поршня пневмоцилиндра по подсчетам получился 5.73 мм, это обусловлено тем, что требуемое усилие поршня пневмопривода очень низкое. Настолько малых пневмоцилиндров не существует, поэтому выбираем пневмоцилиндр с минимально возможным диаметром поршня, но при этом ход пневмоцилиндра должен соответствовать нашим нуждам. Т.е. ход пневмоцилиндра не менее 645 мм. Выбираем пневмоцилиндр 25N2A25A700 фирмы CAMOZZI.

Это пневмоцилиндр фирмы CAMOZZI серии 25 (с магнитным кольцом на поршне, с демпфированием) диаметра 25мм ход 700мм.

Расчет электромагнитов.

Захватное устройство манипулятора представляет собой электромагнит [9]. Для выбора электромагнита захватного устройства нужно узнать вес, который оно должно поднимать. Для устранения максимально возможного дисбаланса нужно 8 больших и один маленький грузик. Вес маленького грузика составляет 60 грамм. Вес большого грузика составляет 90 грамм. Вес переходной пластины составляет 400 грамм.

Исходя из веса груза, учитывая, что между переходной пластиной и грузиками будет некоторый зазор, выбираем электромагнит УМ 4027 с запасом по усилию.

Удерживающее механизм фиксирующего устройства представляет собой электромагнит. Выбираем электромагнит УМ 7040 с запасом по усилию.

 

Таблица 11 Технические характеристики электромагнитов

Модель	Размер и вес						Технические параметры
	a	b	c	d	e	Вес	Мощность	Сила удержания
	Мм					Г	Вт	Кг
УМ 4027	40	27	26	6	M5	230	6	20
УМ7040	70	40	56	8	M4	800	19	150