автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Исследование и разработка быстродействующих поворотных цикловых приводов колебательного типа

ГЛУШКОВ Андрей Алексеевич

Па правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ПОВОРОТНЫХ ЦИКЛОВЫХ ПРИВОДОВ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ТИНА

Специальность 05.02.02 — машиноведение, системы приводов и детали

машин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Владимир 2006

Работа выполнена на кафедре «Автоматизация технологических процессов» Владимирского государственного университета

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Сысоев С.Н.

доктор технических наук, профессор Халатов Е.М.

кандидат технических наук Захаров A.B.

Ведущая организация ООО НПП «Энергоприбор»,

г. Владимир

Защита состоится «27» декабря в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д.212.025.05 Владимирского государственного университета по адресу: 600000, г.Владимир, ул.Горького, 87, ауд. 211-1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета.

Огзыв на автореферат в двух экземплярах с.подписью, заверенной печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета: 600000, Владимир, ул. Горького, 87 ученому секретарю совета; тел. (4922) 279-928; факс (4922) 233-342, е-птИ: sim_vl@nm.ru.

Адрес университета в интернете www.vpti.vladiinlr.ru

Автореферат разослан «/4t» ноября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор ^^^^^^^^

С.И. Малафеев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Главнейшей народнохозяйственной задачей, поставленной в программе развития машиностроения России, является повышение темпов роста производства в 1,8 раза до 2010 года. Выполнение этой задачи зависит от увеличения производительности конкретных технических средств, в том числе и от быстродействия цикловых приводов.

Одним из способов увеличения быстродействия таких приводов -использование резонансной настройки машин, основанные на том, что при резонансе силы, развиваемые приводом, используются только для компенсации потерь энергии в системе, силы инерции при этом уравновешиваются за счет упругих элементов. Такая настройка позволяет увеличить быстродействие, снизив при этом энергозатраты. Эги привода получили название резонансные, колебательного, маятникового типа, с рекуперацией энергии.

Дальнейшее увеличение быстродействия таких приводов ограничено прочностными характеристиками устройств позиционирования и фиксации. Применяемое устройство позиционирования требует точной настройки и не допускает значительных отклонений многочисленных параметров исполнительного механизма.

Динамические нагрузки в момент позиционирования определяются временем нагружения исполнительным органом жесткого упора в зависимости от периода собственных колебаний системы "жесткий упор — исполнительный орган (ИО)и. Так как точность позиционирования исполнительного органа в значительной мере зависит от жесткости упора, то уменьшить динамические нагрузки можно только путем увеличения времени нагружения исполнительным органом жесткого упора.

Для этого необходимо нагружение упора начинать не в точке позиционирования, а при подходе ИО к ней. Данный способ, получивший название позиционирования с. подхватом ИО на жесткий упор, позволяет значительно снизить динамические нагрузки, повысить быстродействие, принудительно выводя ИО в точку позиционирования. В опытном образце циклового промышленного робота «АРН - 0,5» максимальная скорость перемещения ИО в 1,5 - 2 раза превышает быстродействие известных конструкций приводов с рекуперацией механической энергии, коэффициент динамического нагружения на упор приближается к 1. Время цикла загрузки детали массой 200 гр. с линейным перемещением 550 мм составляет 0,7 сек.

Однако до настоящего времени отсутствуют поворотные привода, использующие способ позиционирования с подхватом ИО на жесткий упор.

Поэтому повышение быстродействия поворотных приводов при условии удовлетворения требуемых характеристик позиционирования является весьма важной и актуальной задачей.

Цслыо работы является повышение быстродействия цикловых приводов посредством разработки высокоскоростных поворотных приводов колебательного типа.

Для достижения поставленной цели в данной работе решаются следующие задачи:

1. Проведение анализа принципов построения, структур современных цикловых приводов и выявление возможности повышения скоростных характеристик приводов.

2. Синтез и исследования структур быстродействующего поворотного циклового привода колебательного типа, работающего с использованием способа позиционирования с подхватом рабочего органа на жесткий упор.

3. Разработка математических моделей и проведение структурных и параметрических исследований быстродействующих поворотных цикловых приводов колебательного типа.

4. Разработка экспериментальной установки и проведение натурных исследований, подтверждающих достоверность полученных теоретических результатов.

5. Анализ возможности дальнейшего повышения быстродействия поворотных приводов колебательного типа путем применения управления по величине контактного взаимодействия исполнительного органа и упора, а также использованием способа динамического позиционирования.

Методы исследований. Основные результаты работы получены с использованием методов анализа и синтеза, теории автоматического регулирования, методов поискового конструирования, планирования эксперимента.' Проверка полученных результатов осуществлялась методами натурного эксперимента. Методологическую и теоретическую основу составили труды А.И. Корендясева, Б.Л. Саламандра, С.Н. Сысоева, Л.И. Ты вис, Ю.В. Черкасова, и др.

Научна» новизна работы заключается в:

• структуре циклового поворотного привода, позволяющей значительно повысить быстродействие приводов колебательного типа;

• математических моделях, позволяющих формировать статические и динамические характеристики быстродействующих поворотных цикловых приводов;

• качественных и количественных закономерностях влияния параметров элементов поворотного циклового привода на быстродействие и функциональные возможности.

Практическая ценность работы заключается в:

• создании поворотного циклового быстродействующего привода;

• разработке методики проектирования, позволяющей создавать поворотные цикловые приводы колебательного типа с оптимальными по быстродействию параметрами;

• выявлении возможности дальнейшего повышения быстродействия приводов колебательного типа путем применения управления по величине контактного взаимодействия исполнительного органа и упора, а также использованием способа динамического позиционирования.

Реализация результатов работы. Результаты работы используются:

• ОАО «СТЕКЛО — ПРОГРЕСС» для модернизации нитеукладчика автоматической линии по изготовлению нетканого рулонного материала и повышения производительности линии.

• Владимирским государственном университетом в учебном процессе при выполнении студентами курсового проекта и лабораторного практикума по дисциплине «Производственное оборудование, наладка и эксплуатация».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-технических конференциях Владимирского государственного университета 1994/2005 гг., на Международной научно-технической конференции «Нечеткая логика, интеллектуальные системы и технологии», г. Владимир, 1998 г., на научно - технической конференции «Автоматизированные станочные системы и роботизация производства» Тула: ТулГУ, 1994 г.; на международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы машиностроения», ВлГУ, 1995 и 2001 гг., научно-технической конференции «Проблемы машиностроения на современном этапе ВлГУ, 2003 г., на всероссийской научно -технической конференции «Мехатроника. Автоматизация. Управление»

Владимир, 2004, на научно-технических семинарах кафедры «Автоматизация технологических процессов» механико-технологического факультета Владимирского государственного университета.

Основные положении диссертационной работы, выносимые иа защиту:

• математические модели быстродействующих цикловых приводов, позволяющие осуществить проведение параметрических исследований;

• методика поискового конструирования цикловых приводов, позволяющая осуществлять синтез новых структур быстродействующих приводов колебательного типа;

• результаты исследований влияния параметров приводов колебательного типа на их быстродействие;

• быстродействующий поворотный цикловой привод.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, 2 из которых рекомендованы ВАК РФ, а также патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Работа содержит 139 страниц машинописного текста, 58 рисунков, 2 таблицы, 2 приложения на 2 страницах и библиографический список, включающий 100 наименования.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, отмечена научная и практическая значимость результатов, даны сведения о публикациях.

В первой главе дан краткий обзор механизмов фиксации и позиционирования, применяемые в машиностроении, затем рассмотрен принцип позиционирования исполнительных механизмов

манипуляционных систем построенных традиционным образом и резонансным способом и проведен сравнительный анализ принципа позиционирования резонансной манинуляционной системы и традиционных механизмов позиционирования и фиксации узлов станков.

Повышения быстродействия цикловых приводов . достигают методами уменьшения времени переходных процессов (разгон, торможение) исполнительного органа, а также уменьшением времени цикла работы механизма. Разработчики приводов стремятся получить

оптимальный по быстродействию апериодический закон торможения исполнительного органа с максимально возможным ускорением торможения. Данные ускорения приближаются к (0,3 - 0,4)^ ^ - ускорение свободного падения), тогда как допустимые ускорения для манипуляционных механизмов без учета ударных явлений об упор намного выше. Причем допустимые ускорения торможения снижаются при ухудшении динамических свойств механизма (инерционность, жесткость, наличие зазоров и так далее). Это ограничивает возможность значительного улучшения технических характеристик цикловых приводов с позиционированием исполнительного органа на жесткий упор применением традиционного способа позиционирования и требует исследования их с использование методов поискового конструирования.

Для сокращения времени переходных процессов при позиционировании важно, чтобы торможение начиналось с возможно более низкой скорости. Для снижения скорости выхода ИО на жесткий упор используют, в основном, два способа.

Первый способ - наиболее распространенный, заключающийся в следующем. Используется двухступенчатое позиционирование: сначала осуществляется перевод исполнительного звена на пониженную («ползучую») скорость, составляющую 1...10% от максимальной рабочей, а затем включается дополнительное тормозное устройство, обеспечивающее останов в заданном конечном положении.

Второй способ применяется в гидравлических и пневматических приводах. Используются специальные демпфирующие устройства, снижающие ошибку при подходе к точке позиционирования.

Недостатки данных способов заключаются в том, что необходимо применять довольно сложные в изготовлении и настройке демпфирующие устройства, рассчитывая и задавая им определенный закон торможения исполнительного органа. Такое демпфирование не гарантирует надежной безударной работы привода при изменении его параметров. Минимальное время позиционирования подвижного исполнительного органа на жесткий упор данными способами ограничено оптимальной работой демпфера. Работа демпфирующих механизмов основана на гашении энергии движения исполнительного органа, поглощении, отводе энергии.

Для преодоления этих недостатков используют резонансную (колебательную) настройку приводов. Для этого применяют упругие элементы — аккумуляторы механической энергии 4 (рис. 1). В связи с тем, что цикловой привод является устройством дискретного действия, а не

непрерывного (как в обычных колебательных системах), конструкция оснащается управляемыми фиксаторами 3.

При среднем положении подвижной массы 1 между упорами-фиксаторами 3 пружина 4 находится в свободном состоянии и ее усилие счр = 0. В начальном положении система взведена и поджимается к упору-фиксатору усилием сфгде ф! — значение координаты <р в • этом положении.

Рис. 1. Поворотный привод маятникового типа: а) кинематическая схема; б) схематичный график изменения моментов.

При наличии команды на выполнение движения магнит фиксатора убирает упор и масса т под действием усилия пружины начинает разгоняться, преобразуя потенциальную энергию упругого элемента в кинетическую энергию массы т. После прохождения среднего положения сф = 0 масса т начнет тормозиться за счет перехода кинетической энергии массы т обратно в потенциальную энергию пружины. Если бы в системе не было трения, то масса т обязательно достигла бы симметрично установленного второго фиксатора и при этом ее скорость была бы равна нулю. Наличие трения в системе обусловливает необходимость установки привода 2, восполняющего энергию на эти потери.

Таким образом, в системе для разгона инерционных масс используется запасенная в ней энергия, на что в традиционных системах затрачивается основная мощность. Поэтому структуры, построенные по схеме на рис. I., а, отличаются существенно меньшей энергопотребляемой мощностью привода и она не определяет быстродействие системы.

Позиционирование колебательных приводов осуществляется по безударному способу, который заключается в следующем. При подходе к точке позиционирования исполнительного органа последний тормозят приводным механизмом с ускорением, при котором динамические нагрузки не превышают допустимых значений для данного механизма. При этом систему управления настраивают на смещенное от точки позиционирования положение статического равновесия исполнительного органа на величину, равную или меньшую упругой деформации исполнительного органа, направленной к точке позиционирования. Определяют мгновенную скорость исполнительного органа при выходе его в точку позиционирования. Затем сравнивают эту скорость с требуемой для безударного позиционирования и, если она равна или меньше этой скорости, то выдвигают жесткий упор в точку позиционирования и производят фиксацию на него исполнительного органа. Описанный способ позиционирования позволяет повысить быстродействие приводов за счет повышения ускорения торможения исполнительного органа приводным механизмом.

Однако дальнейшее повышение быстродействия манипуляционного механизма при данном способе позиционирования ограничено тем, что при скорости движения исполнительного органа близкой к нулю, ускорения близки к максимальным. В момент фиксации исполнительного органа на жесткий упор происходит резкое изменение ускорения, так называемый "мягкий" удар, характеризующийся значительными динамическими нагрузками.

Способ позиционирования ИО, получивший название способ безударного позиционирования с подхватом исполнительного органа на жесткий упор, устраняет указанные ограничения.

В данном способе перемещают исполнительный орган к точке позиционирования приводным механизмом и тормозят им исполнительный орган. Причем торможение осуществляют с ускорением, ограниченным только допустимыми динамическими нагрузками для данного механизма. В результате этого происходит упругое отклонение исполнительного органа от положения его статического равновесия, которое настраивают смещенным от точки позиционирования на величину, равную максимальной величине упругого отклонения исполнительного органа от положения его статического равновесия к точке позиционирования. Определяют мгновенную скорость движения исполнительного органа, сравнивают с безударной скоростью выхода его на жесткий упор и, если она равна или меньше этой скорости,

принудительно перемещают исполнительный орган упором в точку позиционирования.

Вторая глава посвящена разработки и исследованию структуры привода поворотного типа методом функционально-физических связей. Были проанализированы способы добавления энергии в колебательную систему по пути перемещения исполнительного органа, импульсное добавление энергии в начале движения и добавление энергии в момент выстоя исполнительного органа. И проведены параметрические исследования структуры синтезированного привода.

Анализ структуры привода колебательного типа показывает, что характеристики устройства фиксации включают необходимость создания распределенной нагрузки на исполнительный орган (упор), минимальную инерционность, работу привода на небольшом участке в конце движения упора. Данные требования реализуются установкой упоров с использованием магнитного поля.

Синтез привода подпитки механической энергии включал в себя проведение экспериментальных исследований. Для этого был разработан испытательный стенд с тремя способами добавления энергии в колебательную систему: по пути перемещения исполнительного органа, с импульсным добавлением энергии в начале движения, с добавлением энергии в момент выстоя исполнительного органа.

Наиболее стабильную работу показывает способ добавления энергии в колебательную систему по всему пути движения исполнительного органа, что может достигаться путем смещения положения статического равновесия аккумулятора механической энергии в момент выстоя на упоре.

Дальнейшее исследование структуры привода методом анализа функционально-физических связей показало, что можно объединить функции фиксации, расфиксации, принудительного вывода исполнительного органа и функции подпитки энергии в одном устройстве. Так как высокое быстродействие системы накладывает повышенные требования к инерционным нагрузкам, то требуемые физические эффекты могут быть реализованы в безинерциопиом устройстве на основе постоянных магнитов (рис. 2).

Устройство состоит из механической руки 1, установленной в корпусе 2 с возможностью поворота и подпружиненной в среднем положении пружиной 3. На корпусе 2 также установлены постоянные магниты 4 и 5 с возможностью перемещения их приводными механизмами 6 и 7. На механической руке 1 жестко установлены постоянные магниты 8

и 9 с возможностью взаимодействия их магнитных полей с магнитными полями постоянных магнитов соответственно 4 и 5 в крайних положениях механической руки.

Уравнение движения моделируемой системы будет иметь вид:

М + + sig^vc)

х + Ьх + с(х -хй) + (Т - Г)з1£пх + // = О

где М — масса подвижной части, т — масса перемещаемого груза с — жесткость упоров, Ъ — коэффициент вязкого демпфирования; Я = //(х) = с,(д: + а)г|(-х-А) + с1(х-А)п(х-А) - силовая характеристика ударного взаимодействия; ±Д - координаты жестких упоров; т| - функция Хевисайда, N — силы сухого трения, Р — силы возбуждения.

А

/ /.

6

3 1

)

к:

Рис. 2. Кинематическая схема поворотног о привода.

Для определения амплитуды ах, динамического ухода тх и частоты автоколебаний со, а также жесткости с, при которой обеспечивается резонансная настройка системы получим выражения методом гармонической линеаризации.

=_пф^__.

1'" ~ пЛ^- - [4Л7 - 2(/ - А)- 2^/}.)'

4 АЛ

-:-^---;

71ЫЛна„(/-А)+-712Д

4с',(д-яг) Л. пЛ 2

с-—"-— Ч- Л/Ч— о ;

ра, V 2)

¡•Р^., (/ - А)+- 7иЛ(оГ' - иРа1 + 2с1х0 т =----

2/(с, ч-с)

Из первых двух уравнений получаем алгебраическое уравнение четвертого порядка для определения частоты со, после чего второе, третье и четвертое уравнения дают возможность найти аху с и тх.

На рис. 3. показан общий вид макета синтезированного привода углового типа.

Рис. 3. Общий вид макета колебательного привода углового тина В третьей главе проведено исследование синтезированного поворотного привода колебательного типа, которое заключалось в математическом моделирование системы, проведение вычислительного эксперимента, оптимизации параметров привода с точки зрения быстродействия, разработки экспериментальной установки и проведение натурных исследований.

Математическая модель привода состоит из двух дифференциальных уравнений, описывающих движение до выхода исполнительного органа на упор:

■/ф + /:(Ф) + ./Ф = Л/(ф),

( \ 1-

К(<р) = сагБикр

/

-у/а2 +г2 -2агсозф Р\ _

и движение на упоре:

Л+АЦ 2~ч>у) + /Ч2~Ф

У*Ф + АТ(ф) ч- с,ф ч- /' ф = 0,

где ЛГ(ср) -упругая характеристика привода, Л/(<р)-магнитная характеристика фиксаторов, J — момент инерции подвижного звена и упора приведенный к оси движения, с\ - жесткость упора,/' - коэффициент трения.

Полученные уравнения решались численным методом с помощью системы визуального моделирования Simulink математического пакета MatLAB 6.

Проведение численного вычислительного эксперимента позволило подобрать конструктивные параметры привода при которых максимальное время перемещения исполнительного органа на величину 180° составило 0,3 с. Перемещение и скорость движения исполнительного органа соответсвенно представлены на рис. 4

Рис. 4. График движения исполнительного органа колебательного привода Быстродействие привода увеличивается с увеличением жесткости с, однако увеличиваются и потери, для их компенсации необходима постоянная подстройка привода (увеличение сил магнитного притяжения). Изменять магнитный момент можно количеством постоянных магнитов, так как магниты расположены и на ИО, то это ведет к увеличению инерционности привода. По этому стоит задача найти зависимость быстродействия привода от числа магнитных пар. График зависимости числа магнитных пар от периода движения ИО изображен на рис. 5.

По виду этого графика можно сделать вывод, увеличение магнитных пар больше не ведет к значительному увеличению быстродействия привода.

Рис. 5.График зависимости времени перемещения исполнительного органа от

числа магнитных пар

Для подтверждения адекватности математической модели и достоверности полученных с их помощью результатов проведены экспериментальные исследования. В результате получено семейство графиков движения исполнительного органа, характер и качество которых оценивалось с точки зрения максимального быстродействия.

Систематизация и обработка результатов полученных экспериментальных данных позволило сделать следующие выводы:

• параметры колебательной системы близки к собственным характеристикам. Увеличение инерционной нагрузки до 5 кг увеличивает период колебательных движений привода без дополнительной подстройки привода подкачки, что свидетельствует об эффективности выбранной структуры. Так же увеличение инерционности значительно повышает плавность движения исполнительного органа и снижает динамические нагрузки на упор;

• подтверждена работоспособность новой синтезированной структуры поворотного привода с рекуперацией механической энергии;

• характер переходных процессов аналогичен процессам, полученным путем математического моделирования. Расхождения с теоретически результатами находятся в допустимых пределах;

• подтверждена адекватность математических моделей исследуемым устройствам.

В четвертой главе проведен анализ дальнейшего повышения быстродействия приводов колебательного типа путем применения управления по величине контактного взаимодействия исполнительного органа и упора, а также использованием способа динамического позиционирования.

Использование обратных связей позволяет повысить стабильность процесса по сравнению с вынужденными колебаниями и получить более простые конструктивные решения. Для повышения быстродействия необходимо синтезировать структуру безинерционного регулятора, позволяющего реализовать периодическое колебательное движение системы

Решение задачи обеспечивается введением контура обратной связи по отклонению (рис.6.), осуществляющего усиление и преобразование 2?[«ф(^)] в звене 5 сигнала щ (?), пропорционального результирующему движению исполнительного органа 1 и подаваемого через звено запаздывания 4 в точку управления упругой ударно-колебательной системы 2. При прохождении гармонического сигнала частоты о) через звено запаздывания осуществляется сдвиг по фазе 0 между выходным и

входным сигналами на величину 0 = -о^0, поэтому выбором величины запаздывания /0 можно обеспечить резонансную фазу на заданной частоте авторезонанса со, соответствующей частоте предельного (максимального по амплитуде) резонанса ударно-колебательной системы. При изменении величины прижатия ИО к упору (7, приложенной в точке контакта (точка возмущения), происходит перестройка собственных свойств виброударной системы. Поэтому для поддержания авторезонанса в этих условиях следует регулировать величины запаздывания /0 в зависимости от С. Вычисление зависимости со от С позволяет осуществить такое регулирование с помощью жесткой корректирующей связи (обратная связь по возмущению) с преобразователем 3. Осуществляя при изменении (7 регулирование преобразователя 5 через корректирующее звено 6, можно получать требуемую величину амплитуды авторезонанса в зависимости от (7. Таким образом, при правильной настройке описанной схемы в системе будут поддерживаться условия авторезонанса с заданным уровнем колебаний при любых значениях О.

Рис. 6. Расчетная схема управления исполнительного органа

В манипуляционных механизмах с резонансной настройкой при использовании быстродействующих захватных устройств общую производительность ограничивает время фиксации и расфиксации исполнительного органа в конечных положениях. Используя

колебательные свойства системы, можно повысить быстродействие за счет снижения времени позиционирования исполнительного органа.

Для этого необходимо на ИО установить вторую систему колебательного типа с рекуперацией механической энергии. При этом требуется, что бы подвижная масса второй колебательной системы, оказывала влияние на движение ИО таким образом, что бы в точках позиционирования скорость была близка к нулю. Такой способ получил название динамического позиционирования.

Для конкретного механизма с моментом инерции исполнительного органа 4 Нм2, моментом инерции подвижной массы второй колебательной системы 1,5 Нм2, было получено время выстоя ИО порядка 0,1 с и найдена кривая управления второй колебательной системы.

Натурные испытания подтвердили работоспособность и эффективность способа динамического позиционирования и могут быть использованы при проектировании и синтезе манипуляционных механизмов колебательного типа с устройством динамического позиционирования.

Заключение

1. Проведенный анализ цикловых приводов с позиционированием исполнительного органа на жесткий упор выявил ограничения дальнейшего увеличения быстродействия традиционных структур приводов. Эти ограничения устраняются использованием приводов колебательного типа.

2. Разработанные и исследованные структуры колебательного типа позволяют на порядок повысить скоростные характеристики поворотных цикловых приводов.

3. Выявленные особенности различных способов подпитки энергией колебательной системы позволили создать структуру быстродействующего привода.

4. Разработанные математические модели привода колебательного типа и проведенные структурные и параметрические исследования быстродействующих поворотных цикловых приводов позволяют оптимизировать параметры привода по быстродействию.

5. Разработана методика проектирования высокопроизводительных приводов колебательного типа с заданными параметрами.

6. Разработанная экспериментальная установка и проведенные натурные исследования подтверждают достоверность полученных теоретических результатов.

7. Анализ дальнейшего повышения быстродействия приводов колебательного типа выявил эффективность управления по величине контактного взаимодействия исполнительного органа и упора, а также использование способа динамического позиционирования.

Основные положения диссертации онублшсоплнм в работах

1. Сысоев С.Н. Глушков A.A. Методика проектирования циклового привода с рекуперацией механической энергии // Мехатропика, Автоматизация, Управление: Сб. тр. I Всерос. науч.-техн. конф. - Москва, 2004.-С. 133

2. Глушков A.A. Исследование способа динамического позиционирования циклового привода с рекуперацией механической энергии // Мехатропика, Автоматизация, Управление: Сб. тр. I Всерос. науч.-техн. конф. - Москва, 2004. - С.133

3. Глушков A.A., Сысоев С.Н. Маннпуляционная система резонансного типа // Автоматизир. станоч. системы и роботизация пр-ва. Тула: ТулГУ, 1994. - С. 125-128.

4. Пат. 2065354 РФ, МКИЗ B25J 18/00, 9/12. Механическая рука / Сысоев С.П., Черкасов Ю.В., Глушков A.A., Трофимов М.М. (РФ). № 93055196/08; Заявл. 10.12.93; Опубл. 20.08.96, Бюл. № 23. 3 с.

5. Сысоев С.Н., Глушков A.A. Привод промышленного робота с рекуперацией энергии // Станки и инструмент. - 1996. - № 3. - С. 25-26.

6. Сысоев С.П., Глушков A.A., Фирсов В.А. Привод циклового промышленного робота с рекуперацией механической энергии // Актуальные проблемы машиностроения на современном этапе: Тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. Владимир, 1995. С. 53-54.

7. Сысоев С.Н., Глушков АА, Еропова Е.В., Михайлов Р.Г. Производственное оборудование, наладка и эксплуатация. Владимир: ВлГУ, 2003. - 96 с.

8. Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Еропова Е.В., Глушков A.A. Производственное оборудование, наладка и эксплуатация: Мет. указ. к курсовой работе для студентов спец. 210200, 210300. Владимир: ВлГУ, 2003.-С.24.

9. Сысоев С.Н., Глушков A.A., Поисковое конструирование приводов промышленных роботов резонансного типа. // Нечеткая логика, Интеллектуальные системы и технологии: Материалы Междунар. электрон, науч.-техн. конф. - Владимир, 1997. - 127-128 с.

10. Сысоев С.Н., Глушков. A.A. Привод углового перемещения с рекуперацией механической энергии. Владимирский центр научно-технической информации. Информационный листок №76-96.

П.Сысоев С.Н., Глушков A.A. Управление приводом манипуляционного механизма с рекуперацией механической энергии по величине контактного взаимодействия исполнительного органа с жёстким упором // Актуальные проблемы машиностроения на современном этапе: Тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. Владимир, 2005. — 56 с.

Личный вклад соискателя

[4], [6], [10] - синтез структуры поворотного привода колебательного типа с рекуперацией механической энергии; [7], [8] - задания для лабораторного практикума, курсового проектирования; [1], [2], [9], [11] -разработка математических моделей, теоретические исследования динамики систем приводов колебательного типа; [3], [5] - теоретические и экспериментальные исследования систем приводов колебательного типа.

Подписано в печать 23.11.06. Формат 60x84/16. Бумага для множит, техники. Гарнитура Тайме. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,98. Тираж 100 экз.

Заказ ¿$3 ¿Ш* Издательство Владимирского государственного университета. 600000, Владимир, ул. Горького,87.

Введение.

1. Анализ цикловых приводов с позиционированием исполнительного органа на жесткий упор.

1.1. Цикловые приводы с демпфированием рабочего органа при позиционировании.

1.2. Способы позиционирования рабочего органа на жесткий упор и устройства для их реализации.

1.3. Цикловые приводы колебательного типа.

Выводы.

2. Синтез структуры привода поворотного типа.

2.1. Разработка и исследование структур привода.

2.2. Анализ и исследование способов подпитки энергии.

2.2.1. Добавление энергии в колебательную систему по пути перемещения исполнительного органа.

2.2.2. Импульсное добавление энергии в колебательную систему, в начале движения исполнительного органа.

2.2.3. Добавление энергии в колебательную систему в момент выстоя исполнительного органа.

2.3. Поворотный привод колебательного типа.

Выводы.

3. Исследование поворотного привода колебательного типа.

3.1. Моделирование и вычислительный эксперимент.

3.1.1. Реализация математической модели привода резонансного типа.

3.1.2. Оптимизация параметров привода с точки зрения быстродействия.

3.2. Разработка экспериментальной установки и проведение натурных исследований.

4. Пути дальнейшего повышения быстродействия приводов колебательного типа.

4.1. Управление приводом по величине контактного взаимодействия исполнительного органа и упора.

4.2. Использование взаимовлияние подвижных масс для технологического выстоя исполнительного органа.

Выводы.

Выводы

1. Рассмотрена задача замкнутого управления колебательным приводом по величине контактного взаимодействия, найдена структура безинерционного регулятора, позволяющего реализовать периодическое колебательное движение системы, оптимальное с точки зрения быстродействия.

2. Принцип «динамического позиционирования», основанный на взаимовлияние подвижных масс позволяет отказаться от механизма фиксации исполнительного органа, что упрощает конструкцию, повышает быстродействия привода, снимает ограничения на количество возможных точек позиционирования.

3. Разработана конструкция и создан макет привода, реализующего принцип «динамического позиционирования». Экспериментальные исследования, проведенные на макете подтвердили работоспособность разработанного устройства.

Заключение

1. Проведенный анализ цикловых приводов с позиционированием исполнительного органа на жесткий упор выявил ограничения дальнейшего увеличения быстродействия традиционных структур приводов. Эти ограничения устраняются использованием приводов колебательного типа.

2. Разработанные и исследованные структуры колебательного типа позволяют на порядок повысить скоростные характеристики поворотного цикловых приводов.

3. Выявленные особенности различных способов подпитки энергией колебательной системы, позволили создать структуру быстродействующего привода.

4. Разработанные математические модели привода колебательного типа и проведенные структурные и параметрические исследования быстродействующих поворотных цикловых приводов, позволяют оптимизировать параметры привода по быстродействию.

5. Разработана методика проектирования высокопроизводительных приводов колебательного типа с заданными параметрами.

6. Разработанная экспериментальная установка и проведенные натурные исследования, подтверждают достоверность полученных теоретических результатов.

7. Анализ дальнейшего повышения быстродействия приводов колебательного типа выявил эффективность управления по величине контактного взаимодействия исполнительного органа и упора, а также использование способа динамического позиционирования.

1. Автоматизированный расчет колебаний машин. (В.-К. В. Агустайтис.) Л.: Машиностроение. 1988. 104с.

2. Акинфиев Т.С., Бабицкий В.И., Крупенин В.Л. Манипуляционные сисмтемы резонансного типа.//Машиноведение, 1982. -№1.

3. Акуленко Л.Д., Михайлов С. А., Черноусько Ф.Л. Моделирование динамики манипулятора с упругими звеньями. //Механика твердого тела, 1981., №3, с. 118-124.

4. Алфутов И.А. Основы расчета на устойчивость упругих систем. М., 1978. 325 с/

5. Андреева В.Л. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981. 392с.

6. Андронов A.A., Витт A.A., Хайкни С.Э. Теория колебаний. М.,1981.

7. Аншин С.С., Великович В.Б., Козырев Ю.Г. Общая методика испытаний автоматических манипуляторов.// СтИН, 1981., №12.

8. Бабаков И.И. Теория колебаний. М.: Гостехиздат, 1958, 628с.

9. Бабицкий В.И. Теория виброударных систем. М.: Наука, 1978.453 с.

10. Бабицкий В.И., Крупеннн В.Л., Колебания в сильно нелинейных системах: Нелинейности порогового типа. М.: Наука, 1985. 320с.

11. Бароне П.П. Звиедрис A.B., Салениекс Н.К. Надежность и качество механических систем. Рига: Авотс, 1982. 86с.

12. Бен дат Дж., Пирсон А. Измерение и анализ случайных процессов. Пер. с англ. под ред. И. М. Коваленко. П.: Мир, 1971, 416с.

13. Бендат Дж. Основы теории случайных шумов и ее применение. Пер. с англ. под ред. B.C. Пугачева. М.: Наука, 1965. 463с.

14. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. 1975. 768с.

15. Бидерман B.JI. Прикладная теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1980. 408с.

16. Бишоп Р. Колебания. Пер. с англ. М.: Наука, 1986. 192 с.

17. Блэкьер О. Анализ нелинейных систем. М., 1969. 210 с.

18. Болотин В.В., Динамическая устойчивость упругих систем. 1956.

19. Буренин В.В., Гаевик Д.Т. Исследование демпфирующих свойств гидроцилиндров современных приводов // Вестник машиностроения. 1978. №2. С. 29-33.

20. Вейц B.JL и др. Колебательные системы машинных агрегатов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1979.-256 с.

21. Воробьев Е.И. Влияние изгибной упругости руки ПР на его динамику. Механика мамин. 1976. Вып. 51.

22. Воскобойников Б.С. Автоматизированные станочные модули, работающие по "безлюдной" технологии // Механизация и автоматизация производства. 1981. № 8. С. 31-34.

23. Вульфсон И. // Колебания машин с механизмами циклового действия. Л.: Машиностроение, 1990. 308с.

24. Вульфсон И.И. Виброактивность приводов машин разветвленной и кольцевой структуры. Л.: Машиностроение, 1986. 96с.

25. Вульфсон И.И. Динамический расчет цикловых механизмов. Л.: Машиностроение, 1976. 328с.

26. Вульфсон И.И., Коловский М.З. Нелинейные задачи динамики машин. Л. Машиностроение, 1968. 282с.

27. Выбор и расчет оптимальных способов и схем торможения пневмодвигателей: Методические рекомендации. М.: ВНИИГидропривод, 1986. 60с.

28. Вышков Ю.Д., Иванов В.И. Магнитные опоры в автоматике. М.: Энергия, 1978. 160с.

29. Герц Е.В., Крейнин Г.В. Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975. 465 с.

30. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф. М.: Знание, М.: Мир, 1984. Т. 1.286с; Т. 2.350с.

31. Глушков A.A. Исследование способа динамического позиционирования циклового привода с рекуперацией механической энергии // Мехатроника. Автоматизация. Управление: Тез. доклада Всерос. н-т. Конф. Владимир, 2004.

32. Глушков A.A., Сысоев С.Н. Манипуляционная система резонансного типа // Автоматизир. станоч. системы и роботизация пр-ва. Тула: ТулГУ, 1994. С. 125-128.

33. Григорьев И.В. Нелинейные колебания элементов машин и сооружений. М.; JL: Машгиз, 1961. 255с.

34. Гуляев В.И. Прикладные задачи теории колебаний механических систем., 1989. 232с.

35. Динамика и диагностирование механизмов позиционирования машин-автоматов. М., Наука. 1976. 64с.

36. Динамика машин и управление машинами: Справочное пособие /Под. ред. Г.В. Крайнина. 1987.

37. Добрынин С.А., Фельдьман М.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибрации машин. М.: Машиностроение, 1987. 224с.

38. Дондошанский B.K. Расчет колебаний упругих систем на электронных вычислительных машинах. M.-JL: Машиностроение, 1965. 336с.

39. Ивович В.А. Переходные матрицы в динамике упругих систем: Справочник. М.: Машиностроение, 1981. 183с.

40. Коловский М.З., Слоущ A.B. Основы динамики промышленных роботов. М.: Наука, 1988. 239с.

41. Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывис Л.И. и др. Манипуляционные системы роботов. М.: Машиностроение, 1983. 472 с.

42. Костерин Ю.И. Механические автоколебания при сухом трении. М, 1960. 75с.

43. Левина З.М., Корниенко A.A., Левин А.И. Динамика механизмов автоматической смены инструментов на металлорежущих станках // Вестник машиностроения. 1977. № 7. С. 48-53.

44. Левина З.Н., Решетов Д.И. Контактная жесткость машин. М.1971.

45. Левитский Н.И., Цуханова Е.А. Расчет управляющих устройств для торможения гидроприводов. М.: Машиностроение, 1971. 231 с.

46. Лисковец O.A. Вариационные методы решения неустойчивых задач. Минск: Наука и техника. 1986. 343с.

47. Малкин Б.М. Магнитные приспособления к металлорежущим станкам. М.-Л.: Машиностроение, 1965.

48. Малков В.П., Угодников А.Г. Оптимизация упругих систем. М.: Наука, 1981.288с.

49. Манипуляторы: основные принципы устройства механических и магнитомеханических манипуляторов / А.П. Белов, Д.А. Кульда, М.М. Юкупов и др. 1978.

50. Манипуляционные системы роботов / А.И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес и др.; Под общ. ред. А.И. Корендясева. М.: Машиностроение. 1983, 472 с.

51. Мельников Г.И. Динамика нелинейных механических и электромеханических систем. Л.: Машиностроение, 1975.

52. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Производственное оборудование, наладка и эксплуатация» / Владим. гос. ун-т.; Сост.: С.Н. Сысоев, Ю.В. Черкасов, A.A. Глушков и др. Владимир, 2003. 24 с.

53. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Производственное оборудование, наладка и эксплуатация» / Владим. гос. ун.-т; Сост.: С.Н. Сысоев, Е.В. Еропова, A.A. Глушков, и др. Владимир, 2003, с.

54. Механика машин: Учебное пособие для втузов/И.И. Вульфсон, М.Л. Ерихов, М.З/ Коловский и др.; Под ред. Г.А. Смирнова. М.: Высш. Шк., 1996-511 с.

55. Михайлов. Б.Б. Исследование динамики манипулятора с упругими звеньями. Механика твердого тела. 1984. №2.

56. Мишин В.И., Собор И.В., Забудскнй Е.И. Математическое моделирование статистических Ферромагнитных устройств. КПИ. -Кишенев, ШТИИНЦА, 1981. 104с.

57. Моисеев И.Н. Математика ставит эксперимент. 1979.

58. Надежность технических систем: Справочник/ Ю.К. Беляев. М.1985.

59. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара.1976.

60. Парой A.A. Создание тормозного усилия в пневмоприводах автоматических манипуляторов // Механизация и автоматизация. 1981. -№9.-С. 17-19.

61. Пат. № 2065354 РФ, МКИЗ B25J 18/00, 9/12. Механическая рука / Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Глушков A.A., Трофимов М.М. (РФ). № 93055196/08; Заявл. 10.12.93; Опубл. 20.08.96, Бюл. № 23. Зс.

62. Пат. № 2073601 РФ, МКИЗ B25J 15/06, В66С 1/02. Вакуумное захватное устройство / Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Макеева Е.В. Глушков A.A.; Опубл. 20.02.1997, Бюл. № 5. Зс.

63. Первозванский A.A. Случайные процессы в нелинейных автоматических системах. М., Физматгиз, 1962, 351с.

64. Пол Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора. М.: Наука, 1976. 103с.

65. Польцер Г., Майнер Ф. Основы трения и изнашивания. М.: Машиностроение, 1984. 264с.

66. Поляк Б.Т. Введение в оптимизацию. М.: Наука, 1983. 384с.

67. Пономарев С.Д., Андреева JI.E. Расчет упругих элементов машин и приборов: Библиотечка расчетчика. М.: Машиностроение. 1980. 328с.

68. Попов Е.П., Верещагин А.Ф., Зенкевич СЛ. Манипуляционные роботы. Динамика и алгоритмы. М.: Наука, 1978. 983с.

69. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем. Справочник-учебник в 3-х томах. Том 2. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана: Машиностроение 1995.-320 е.,

70. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэксдел К. Оптимизация в технике: в 2-х книгах/ Пер. с англ. М.: Мир, 1986, 319с.

71. Самарский A.A. и др. Нелинейные явления и вычислительный эксперимент. // Вестник АН СССР. 1985. №9. с. 209-313.

72. Самарский A.A. Попов Ю.П. Вычислительный эксперимент. М.: Знание, 1983. 63с.

73. Светлицкий В.А., Стасенко И.В., Сборник задач по теории колебаний. М., 1979.

74. Сергеев В.И. Юдин И.М. Исследование динамики плоских механизмов с зазорами. М.: Наука, 1974.

75. Скучик Е. Простые и сложные колебательные системы. Пер. с англ. Под. ред. JI.M. Ляпишева. М.: Мир, 1971. 557с.

76. Случайные колебания. Под. ред. С. Кренделла. / Пер. с англ. Под. ред. Первозванского A.A. М.: Мир, 1967. 356с.

77. Смит Д.М. Математическое и цифровое моделирование для иженеров и исследователей. / Пер. с англ. Н. П. Ильиной. М.: Машиностроение, 1980. 271с.

78. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. 108с.

79. Солодовников В.В. Введение в статическую динамику систем автоматического управления. М.: Гостехиздат, 1953. 367с.

80. Сысоев С.Н. Новый промышленный робот АРН-0,5 // Станки и инструмент. 1995. -№ 12. - С. 40-41.

81. Сысоев С.Н., Глушков A.A. Методика проектирования циклового привода с рекуперацией механической энергии // Мехатроника. Автоматизация. Управление: Тез. доклада Всерос. н-т. Конф. Владимир, 2004.

82. Сысоев С.Н., Глушков A.A. Поисковое конструирование приводов промышленных роботов резонансного типа. // Нечеткая логика, интеллектуальные системы и технологии: Тез. доклада Межд. н-т. Конф. Владимир, 1998.

83. Сысоев С.Н., Глушков A.A. Привод промышленного робота с рекуперацией энергии // Станки и инструмент. -1996. № 3. - С. 25-26

84. Сысоев С.Н., Глушков A.A. Привод углового перемещения с рекуперацией механической энергии. Владимирский центр научно -технической информации. Информационный листок № 76-96.

85. Сысоев С.Н., Глушков A.A., Фирсов В.А. Привод циклового промышленного робота с рекуперацией механической энергии // Актуальные проблемы машиностроения на современном этапе: Тез. доклада Всерос. н-т. конф. Владимир, 1995. С. 53-54.

86. Теория систем. Математические методы и моделирование: Сб. ст. М.: Мир, 1989. 382с.

87. Тер-Крикоров A.M. Нелинейные задачи и малый параметр. М.: Знание, 1984.

88. Тимошенко СП. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967.444с.

89. Устройство промышленных роботов / Е.И. Юревич, Б.Г. Аветиков и др. Л., Машиностроение, 1980. -331 с.

90. Хвингия И.В. Вибрация пружин. Л., Машиностроение, 1969.223с.

91. Хофер Э., Яундарштедт Р. Численные методы оптимизации: пер. с нем./ Под ред. В. В. Семенова. М.: Машиностроение, 1981. 192с.

92. Цикловые роботы с аккумуляторами механической энергии. Основы построения привода / Л.М. Болотин, А.И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес // Станки и инструмент. 1984. № 4. С. 7-10.

93. Черкасов Ю.В. Разработка и исследование быстродействующего привода с рекуперацией энергии для промышленных роботов: Дис. канд. техн. наук . СТАНКИН, 1992. 142 с.

94. Черноусько Ф.Л., Баначук И.В. Вариационные задачи механики и управления. Численные методы. М.: Наука, 1973.

95. Черноусько Ф.Л. Динамика управляемых движений упругого манипулятора. Техническая кибернетика. 1981. № 5.

96. Черноусько Ф.Л. Манипуляционные роботы: Динамика, управление, оптимизация. / Ф.Л. Черноусько, H.H. Болотников, В.Г. Градецкий. М.: Наука, 1989. 351с.

97. ЮО.Чернянский П.М. Анализ точности технологических систем в условиях силового воздействия.// Известия ВУЗов. Машиностроение, 1984. №4.