Автор и создатель данного изобретения – Волошин Роман Леонидович.
Представляем вашему вниманию новейшую разработку, созданную в Российской Федерации в г. Нижнем Новгороде. Разработка представляет из себя силовой пневматический цилиндр (актуатор) с возможностью занятия трех независимых положений.
Поводом для начала работы послужила объективная необходимость автоматизации процесса ручного переключения коробки перемены передач (далее – КПП). В основном это требуется для грузовых транспортных средств и автобусов, где уже имеются штатные пневматические тормозные системы, работающие на сжатом воздухе. Силовые агрегаты в ряде случаев удалены от места водителя, и для их управления требуются довольно сложные системы тяг, кулис или тросов, при этом они должны передавать довольно значительные усилия для включения вилок перемещения внутренних элементов КПП. Созданный нами актуатор на три положения позволяет с легкостью обеспечить данное удаленное переключение.
Опытный образец, изготовленный по всем требованиям и нормативам, предъявляемым к изготовлению силовых пневматических цилиндров, прошел тестовые, силовые и температурные испытания. Результаты испытаний показали высокое быстродействие при занятии всех без исключения позиций, бесперебойность и точность занятия положений, а самое главное, силу перемещения и удержания всех точек позиционирования.
После наглядной демонстрации возможностей нового трехпозиционного пневмоцилиндра (актуатора) пришло понимание областей применения вновь созданного устройства, среди них:
• увеличение количества процессов роботизации в промышленных автоматизированных производственных линиях;
• автоматизация процессов переключения механизмов (КПП, раздаточных коробок и коробок отбора мощности, делителей, демультипликаторов, узлов перемещения, агрегатов изменения положения, уровня кузова, позиционирования платформ и т. п.) в транспортных средствах общего назначения (автомобильный, воздушный, водный);
• применение в качестве силовых трехпозиционных актуаторов в специальном и специализированном транспорте (строительный, сельскохозяйственный, военный, ракетно-космический, подводный, крупногабаритный, тяжеловесный, карьерный и т. п.);
• обеспечение силовыми автоматическими приводами порционно-дозирующей или переключающей запорной арматуры (поворотные затворы, шаровые краны, шиберные задвижки, двусторонние клапаны и т. д.), а также использование в качестве силового актуатора, понижающего силу давления (снижение пневмо- или гидроудара) с последующей возможностью полного заполнения резервуаров;
• комплектование технических систем обеспечения жизнедеятельности человека, где необходимо тройное позиционирование (перемещение) или силовое удаленное тройное переключение (теплораспределительные узлы; удаленные, труднодоступные, габаритные узлы и механизмы; производственные машины; станки и т. п.);
• сортировка различных видов продукции (склады, распределительные центры), работа на сортировочных станциях и линиях различного отраслевого назначения;
• робототехника.
Несколько слов о принципе работы нового трехпозиционного устройства. Поршень под давлением сжатого воздуха перемещает центральную втулку, которая в свою очередь приводит в движение выходной рабочий шток. При занятии любого положения, включая промежуточное, происходит остановка перемещения штока по принципу жесткого механического упора.
Разработанный пневматический цилиндр (актуатор) способен занимать три независимых положения (крайнее левое, крайнее правое и промежуточное). Оснащается одним или двумя осевыми рабочими штоками. Также возможно установить один или несколько боковых штоков, расположенных под углом 90° к основной оси пневмоцилиндра. В связи с тем, что все внутренние элементы цилиндрической формы, сохраняется возможность секторального поворота данного бокового выходного штока относительно основной оси пневмоцилиндра. Новый трехпозиционный пневматический цилиндр возможно также оснастить и секторально-поворотным боковым штоком, работающим по принципу шестерня – рейка и обеспечивающим занятие необходимых углов поворота.
Выходной шток при подаче рабочей среды под давлением необходимое (крайнее или промежуточное) положение занимает и удерживает с силой, пропорциональной силе поданного на поршень давления, то есть находится под силовым удержанием занятого положения. При сбросе давления шток занятое положение не меняет, остается в занятом ранее положении, но уже без силового удержания. Перемещение и удержание любого положения, как крайних, так и промежуточного, происходит под действием абсолютно равной силы, действующей на поршень, и прямо пропорционально силе поданного давления. Противодействия сил при занятии любого положения не происходит, какие-либо пружинные фиксаторы положений также отсутствуют.
При занятии как крайних, так и промежуточного положения точность занятия 100 % и зависит исключительно от точности, заданной при изготовлении внутренних элементов, поршней и упоров, ограничивающих ход. Смещения исключены. Перемещение штока происходит по принципу, аналогичному и применяемому в обычных двухходовых пневмоцилиндрах. Следовательно, быстродействие (скорость перемещения) аналогично и сравнимо со скоростными характеристикам работы обычных пневмоцилиндров. Следует отметить, что при занятии промежуточного (среднего) положения скорость перемещения штока не снижается, время на занятие и фиксацию в промежуточном положении не увеличивается.
Представленное устройство является силовым трехходовым, трехпозиционным пневмоцилиндром (актуатором), способным занимать четко определенное (заданное) при его изготовлении промежуточное положение. Следует отметить, что конструктивные особенности разработанного пневмоцилиндра позволяют изготовить его в абсолютно различных вариантах занятия промежуточного положения, необходимого пользователю. Например, при общем ходе штока в 10 см промежуточное положение может составлять любые величины 5 и 5 см; 3 и 7 см; 1 и 9 см и т. д., т. е. необходимые параметры задаются при изготовлении под конкретно заданный алгоритм рабочих расстояний (ходов).
Максимальные диаметральные габаритные размеры конструктивом пневмоцилиндра не ограничены, так же как и минимальные, и аналогичны размерам обычных, применяемых повсеместно пневмоцилиндров. По габаритной длине пневмоцилиндра имеется увеличение по сравнению с обычным двухходовыми пневмоцилиндрами, обусловленное необходимостью изготовления конфигурационных и конструктивно необходимых внутренних элементов, обеспечивающих занятие точного промежуточного положения.
При соответствующем качестве изготовления и правильной эксплуатации перебои в работе исключены полностью. В представленном пневмоцилиндре (актуаторе) применена схема (алгоритм работы) по принципу «поршень толкает шток», поэтому четкость работы, занятие крайних и среднего (промежуточного) положения аналогична четкости работы и занятию крайних положений обычными двухходовыми пневмоцилиндрами.
В заключение считаем необходимым остановиться на основных функциональных преимуществах перед известными схемами изготовления трехпозиционных пневмоцилиндров (актуаторов), к ним относятся:
• скорость перемещения и занятия (фиксации) всех трех положений;
• бесперебойность, четкость и точность занятия (фиксации) во всех трех положениях;
• обеспечение равного силового перемещения и удержания как в крайних, так и в среднем (промежуточном) положении;
• не требует электронного управления процессом позиционирования путем перепускания или выравнивания давления рабочей среды (сжатого воздуха) при занятии промежуточного положения;
• простота конструкции относительно функциональных возможностей;
• предусмотрена возможность установки различных вариантов выходных штоков;
• возможность исполнения и работы с любым количеством выходных штоков;
• допускается изготовление со смещенным промежуточным положением;
• опциональная возможность изготовления пневмоактуатора на четыре и пять позиций при обеспечении условий равного силового занятия и удержания всех без исключения положений (по данному параметру даже ничего приближенного в мире силовой пневматики не существует).
В заключение можно сделать вывод, что разработано и предлагается к внедрению абсолютно новое силовое пневматическое устройство, способное занимать три независимых положения, аналогов которому относительно выдаваемых функциональных возможностей в мире нет.
