Конструктивные основы пневматического привода робота ЦПР-1П

Пневматический привод получил широкое распростране­ние в робототехнике благодаря высоким конструктивным и эксплуатационным характеристикам.

Главным элементом любого пневмопривода является ис­полнительный двигатель — пневмоиилиндр с прямолинейным поступательным движением поошня или поворотный пневма­тический двигатель, в котором поступательное движение поршня пневмоцилиндра преобразуется в поворот выходного вала с помощью зубчатой механической передачи. Подобные двигатели относятся к классу объемных машин, их рабочий процесс основан на попеременном заполнении рабочей ка­меры рабочим телом и его вытеснением из камеры.

Под рабочей камерой объемного двигателя понимается ограниченное пространство внутри машины, периодически изменяющее объем и попеременно сообщающееся с каналами входа и выхода рабочего тела.

В качестве рабочего тела используется газ (чаще всего — сжатый воздух), основными характеристиками которого яв­ляются абсолютное давление р, плотность р и абсолютная температура Т.

При расчете приводов принимается, что в двигателе имеет место режим одномерного течения идеального газа без тре­ния и теплообмена с окружающей средой, а состояние газа описывается уравнением Клапейрона:

или иначе

где R— газовая постоянная; ; V — объем газа; m — масса газа объема V.

Скорость истечения газа, а, следовательно, и скорость дви­жения поршня, зависят от настройки дросселя переменного сечения, установленного на выходе двигателя. Определение настройки дросселя сводится к расчету площади его проход­ного сечения, соответствующей требуемой скорости переме­щения поршня, которая в свою очередь зависит от внешней нагрузки, приложенной к штоку. При этом расчетные соот­ношения имеют вид

(1)

или

где х — скорость поршня; Q — объемный расход газа; F — эффективная площадь (площадь рабочей поверхности) поршня; G— массовый расход газа через дроссель; µ — ко­эффициент расхода, учитывающий потери энергии потока при прохождении местных сопротивлений (на практике обыч­но принимают µ = 0,6...0,8); f— площадь проходного сече­ния дросселя; р₁ — давление на входе в дроссель (обычно p₁ = 0,4 ... 0,5 МПа); р₂ — давление на выходе из дросселя (р₂ = 0,1 МПа — атмосферное давление); Т₂— абсолютная температура воздуха после дросселирования, К.

Формула (2) справедлива для докритического режима истечения газа ( ), а формула (3)— для надкритического режима ( ).