Mechanical recuperative drives for stepping movements based on pneumatic cylinders with return springs

Abstract

Исследованы мехатронные пружинные приводы с рекуперацией энергии на базе пневматических цилиндров с возвратными пружинами для шаговых перемещений. В пищевой и фармацевтической промышленности мехатронные пружинные приводы применяются в конвейерных линиях и поворотных столах фасовочно-упаковочного оборудования. Исследованы нелинейные пружинные аккумуляторы с выходным поворотным звеном. Построены математические модели пружинного аккумулятора с предварительным натяжением пружины. Проведен сравнительный анализ пружинных аккумуляторов с выходным поворотным звеном с предварительным натяжением пружины с аккумуляторами без предварительного натяжения. Показано, что увеличение предварительного натяжение приводит к увеличению быстродействия при незначительном увеличении размеров. Кроме того, установлено, что увеличение начальной длины пневматического цилиндра с возвратной пружиной также приводит к увеличению быстродействия. Определены максимальные значения моментов инерции поворотных столов, для каждого типоразмера стандартного пневматического цилиндра с возвратной пружиной, которые могут быть перемещены такими мехатронными приводами при заданном времени поворота в пределах до одной секунды. Разработан мехатронный пружинный привод для поворотных столов фасовочно-упаковочного автомата, с использованием двух пневматических цилиндров, один из которых с возвратной пружиной. Второй цилиндр обеспечивает выход поворотного звена из положения неустойчивого положения, в котором находится система во время технологического выстоя. Даны зависимости для определения диссипативных потерь в элементах пружинного аккумулятора, суммарные значения которых определяют затраты энергии двигателя для компенсации диссипативных потерь. Затраты энергии в рассмотренных приводах в несколько раз меньше затрат энергии в приводах другого типа. Ключевые слова: пружинный привод, диссипативные потери, рекуперация энергии, пневматические цилиндры с возвратными пружинами.