Технические науки /3. Отраслевое машиностроение

 

Асп. Борисова М.С., д.т.н. Гусаров А.В.,
магистрант, гр. Италии Пьерпаоло Беттони

Московский государственный университет дизайна и технологии, Россия

Мехатронные системы с механическими усилителями мощности для различных отраслей машиностроения

 

В последние годы возникла и бурно развивается во всем мире новая отрасль науки и техники - мехатроника. Мехатроника базируется на знаниях в области механики, электроники, современных методах компьютерного управления и обработки информации. Мехатронные модули и системы становятся основой для создания технологических машин и агрегатов, обладающих качественно новыми свойствами для различных отраслей промышленности, а также они могут быть использованы при разработке периферийных устройств, для компьютерной, офисной и бытовой техники, нетрадиционных транспортных средств, медицинского оборудования, микромашин и других современных технических систем [1].

При повышенные требований к мобильности технического продукта в различных отраслях промышленности возникает необходимость обеспечения высокой кинематической и динамической точности, работа в старт-стопных и реверсивных режимах, а также сложность и разнообразие движений и это еще не полный перечень особенностей, в силу которых технологические процессы в легкой промышленности плохо поддаются автоматизации традиционными методами и средствами проектирования. Для решения этих проблем в большинстве случаев используются особые устройства – усилители мощности.

Усилителями называются устройства, предназначенные для увеличе­ния значений параметров электрических сигналов за счет энергии включенного источника питания.

Механическим усилителем мощности называется устройство, позволяющее управлять распределением значительной по величине энергии внешнего источника при расходовании небольшой мощности на управлении. Вместе с тем в усилителе должна быть обеспечена кинематическая связь входных и выходных звеньев, имеющих механическое перемещение [2].

Очень большую роль в выборе усилителя мощности играет материальная сторона. Для того чтобы заметить существенную разницу в цене между асинхронным двигателем и серводвигателем мы сделали сводную таблицу 1 из которой хорошо виден разброс двух шкал. По данным таблицы 1 очевидно, что выгодно использовать механические усилители мощности.

Таблица 1

Представителями механических усилителей мощности  являются: рычажные, клиновые, червячные и др.

Механический усилитель представляет собой механизм, имеющий, как правило, два ведущих звена и одно ведомое. Одно из ведущих звеньев служит для управления усилителем, а другое связано с источником дополнительной энергии. Мощность выходного сигнала на ведомом звене определяется управляющим сигналом. В настоящее время создаются усилители на базе винтовых, червячных, рычажных, планетарных и других передач.

По принципу работы механические усилители можно разделить на устройства дискретного и непрерывного действия.

В усилителях первого типа мощность выходного сигнала не зависит от величины управляющего воздействия. Простейшим примером такого усилителя может служить самотормозящаяся червячная передача.

Один конец вала червячного колеса при этом выполняет функцию выхода, а к другому подводится энергия от источника мощности. При отсутствии вращающегося момента на червячном валу независимо от величины вращающего момента, создаваемого внешним источником энергии, вал червячного колеса неподвижен. Однако достаточно приложить незначительный момент к червячному валу, выполняющему роль управляющего звена, как происходит растормаживание передачи, и выходной вал начинает вращаться. Коэффициент усиления таких систем в большой степени зависит от приведенного угла трения передачи.

Примером, разработанным в наше время, может служить новый механический усилитель мощности, основанный на использовании эффекта самоторможения, свойственного некоторым механическим передачам.

Принцип действия этого усилителя можно наглядно проиллюстрировать на примере обычной самотормозящей червячной передачи (рис. 1).

 

Рис. 1. Конструктивная схема механического усилителя мощности

 

На рисунке приняты следующие обозначения:

1 ― источник мощности; 2 ― червячная передача; 3 ― управляющий серводвигатель.

Пусть к валу червячного колеса приложен вращающий момент, развиваемый некоторым нерегулируемым источником мощности, а с червяком, представляющим управляющее звено, жестко связан ротор регулируемого серводвигателя, задающего входной сигнал. Так как передача — самотормозящая, то при неподвижном серводвигателе вал колеса будет оставаться неподвижным независимо от величины вращающего момента. Если же ротор серводвигателя, реализуя управляющий сигнал, начнет вращаться, то червяк растормозит сцепленное с ним колесо, и оно в свою очередь начнет поворачиваться. Нетрудно заметить, что включенная таким образом червячная передача работает по схеме усилителя мощности.

Выводы: Достоинства механических усилителей в ряде случаев оказываются решающими. Это в первую очередь относится к системам позиционного управления, где технологическими процессами обусловлена работа в старт-стопных системах и реверсивных режимах, что свойственно обширному классу высокоскоростных машин-автоматов легкой промышленности. Во вторую очередь это их финансовая доступность.

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Подураев Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение. М.: Машиностроение, 2006.

2. Сукер К. Силовая электроника [Текст]: Руководство. ─ М.: Додэка, 2008.