(495)510-98-15
Меню
Главная »  Комплексная автоматизация производства 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Комплексная автоматизация производства, необходимая для существенного повышения производительности общественного труда, предполагает интенсификацию работ в области создания промышленных роботов и манипуляторов, эффективность которых в значительной степени определяется свойствами входящих в их состав приводных механизмов. Совершенствование робототехнических систем, и в частности более широкое внедрение адаптивных роботов, привело к преимущественному развитию и использованию электрического привода, обладающего высокой надежностью и простотой эксплуатации. Этому также способствовали достижения в области электромашиностроения, систем управления электроприводами, широкие возможности электроники, позволяющие за счет оригинальных технических решений, новых технологий и материалов создавать высоконадежные, быстродействующие адаптивные системы.

Наибольшее распространение в электроприводах роботов получили коллекторные электродвигатели постоянного тока независимого возбуждения различного конструктивного исполнения. Тем не менее, из-за наличия щеточно-коллекторного узла, снижающего надежность и срок службы привода и являющегося источником пыли, радио- и акустических помех, их применение ограничено, а в ряде случаев невозможно - в условиях агрессивных и взрывоопасных сред, высокой влажности и температуры. Именно поэтому как в СССР, так и за рубежом велик интерес к разработке вентильных электродвигателей постоянного тока, обладающих характеристиками коллекторных двигателей и надежностью машин переменного тока.

Вентильные электродвигатели, как и другие типы двигателей в составе привода промышленного робота, должны удовлетворять специфичному для него комплексу требований. Эта специфика определяется распространенным в настоящее время модульным принципом построения роботов из ограниченного числа относительно независимых унифицированных устройств - модулей и необходимостью размещения электродви-



гателей непосредственно в сочленениях конструктивной схемы робота. Наиболее жесткие требования предъявляются к быстродействию, перегрузочной способности двигателя, массога-баритным показателям, экономичности, надежности и ресурсу. Модульный принцип предполагает наличие более широкого ряда электродвигателей по мощности и моменту по сравнению с немодульными конструкциями. Согласно требованиям, принятым странами - членами СЭВ для электромеханических модулей, электродвигатели должны выпускаться в 10 габаритах в диапазоне мощностей 10-10 000 Вт с делением в пределах каждого габарита на типоразмеры, отличающиеся частотой вращения и величиной перемещения выходного звена.

На сегодняшний день практически во всех развитых странах налажен серийный выпуск двух- и трехфазных вентильных микроэлектродвигателей мощностью до 1000 Вт, которые используются в основном в звукозаписывающей аппаратуре и различных системах автоматики. В Советском Союзе этому во многом способствовали теоретические исследования и разработки И. А. Вевюрко, А. А. Дубенского, Н. И. Лебедева, В. К- Лозенко, Ш. И. Лутидзе, И. Е. Овчинникова, Г. А. Пархоменко и других ученых. Вопросами создания вентильных электродвигателей занимаются ученые ряда ведущих зарубежных фирм Великобритании, США, Японии, ФРГ и других стран. В последнее время как у нас в стране, так и за рубежом ведутся интенсивные работы по созданию вентильных электродвигателей для привода роботов самого различного назначения. При этом наряду с электродвигателями, предназначенными для работы совместно с понижающим редуктором, создаются моментные двигатели для непосредственного (без-редукторного) привода. Диапазон развиваемых моментов таких двигателей достаточно широкий (до 1000 Н-м) при максимальной частоте вращения, составляющей несколько десятков оборотов в минуту. Так, в СССР разработана серия мо-ментных приводов с вентильными электродвигателями (ДБМ) для редукторных и безредукторных электромеханических систем малой и средней мощности (до 1 кВт). Диапазон развиваемых моментов 0,04-16 Н-м. В стадии освоения находятся три серии вентильных электродвигателей (ДВУ, 2ДВУ, ЗДВУ) для приводов подач станков с ЧПУ и роботов. Эти двигатели имеют в своем составе комплексный датчик, включающий в себя бесколлекторный тахогенератор, бесконтактный датчик положения ротора и датчик положения выходного звена манипулятора. Охватываемый диапазон моментов 0,05-170 Н-м и частот вращения 2000-6000 об/мин. В ЦНИИРТК (г. Ленинград) накоплен определенный опыт разработки электромеханических модулей и их применения в составе промышленных роботов типа ПРЭМ.

Тем не менее, на сегодняшний день отечественная промышленность не выпускает ни одной серии электродвигателей, в том числе и вентильных, которые бы полностью перекрывали необходимый для робототехники диапазон мощностей в соответствии с требованиями принятых стандартов. Особенно это относится к приводам роботов, построенных по модульному принципу, для которых требуется широкая номенклатура электродвигателей малой и средней мощности. В связи с этим при разработке новых серий электродвигателей для электромеханических модулей необходимо наряду с использованием традиционных трехфазных схем и конструкций вентильных двигателей проанализировать возможность применения новых, оригинальных технических решений, не уступающих им по отдельных показателям, а в ряде случаев и превосходящих их.

Поскольку публикации, посвященные применению вентильных электродвигателей в приводах роботов, носят, как правило, частный характер и представляют собой описание отдельных конструктивных и принципиальных схем, имеется необходимость рассмотреть комплекс вопросов исследования, разработки и проектирования вентильных электродвигателей с позиции их использования в приводах промышленных роботов различного назначения и наиболее полного удовлетворения предъявляемых к ним как специальных требований, так и требований в составе электромеханических модулей. В настоящей книге, посвященной теории, анализу характеристик и проектированию двухфазных и четырехсекционных вентильных электродвигателей постоянного тока малой мощности для широкого класса робототехниче-ских систем, сделана попытка решить эту задачу.

Особое внимание, уделяемое в книге двухфазным и четырех-секционным схемам вентильных электродвигателей, не случайно. Во-первых, описанию трехфазных двигателей с одно- и двух-полупериодным питанием посвящено достаточно много публикаций. Во-вторых, результаты исследований авторов показывают, что на основе рассматриваемых схем электродвигателей возможно создать вентильный электропривод постоянного тока,который в ряде случаев превосходит по своим характеристикам привод с трехфазными двигателями с позиции удовлетворения требований к ним в составе робота. Кроме того, в двухфазных двигателях проще организуется резервирование элементов, чем в трехфазных, что имеет значение для повышения надежности систем и увеличения ресурса работы. Хотя в настоящее время четырехсекционные и двухфазные вентильные двигатели нашли применение в подавляющем большинстве случаев в автоматических системах малой мощности, авторы показывают возможность существенного расширения диапазона развиваемых моментов, мощности и достижимых усилий (применительно к электромеханическим модулям поступательного перемещения), реализованную в конкретных образцах двигателей.



Следует также оговорить принятый в книге подход к расчету электродвигателей исходя из заданного уровня КПД. Энергетические показатели элементов электропривода определяют прежде всего его массогабаритные показатели, так как объем полупроводникового коммутатора в большей степени определяется рассеиваемой мощностью на силовых ключах. Поэтому повышение КПД связано непосредственно с улучшением массогабарит-ных показателей вентильного электродвигателя в целом. Для автономных роботов эти показатели решающие. При этом применение для постоянных магнитов индуктора материалов с высоким значением коэрцитивной силы позволяет существенно снизить объем ротора и сводит задачу достижения минимума момента инерции и массогабаритных показателей к задаче рационального конструирования электрической машины при обеспечении максимума КПД.

Определенное место в книге отведено вопросам расширения функциональных возможностей вентильных электродвигателей, и в частности придания им свойств коллекторного двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Это обусловлено тем, что для следящих приводов роботов с программным управлением или управлением от ЭВМ из соображений минимизации максимальной потребляемой мощности двигателя при заданной механической мощности на валу его механическая характеристика должна иметь гиперболический характер. Реализация режима постоянной механической мощности на валу представляет также определенный интерес с позиции использования вентильных электродвигателей в транспортных роботах, составляющих около 20 % общего парка роботов.

Материал книги в значительной степени основан на результатах, полученных авторами в процессе разработки и внедрения в промышленность различных образцов и исполнений вентильных электродвигателей постоянного тока.

Глава 2 написана В. В. Омельченко, глава 3-В. Д. Косули-ным, главы 4, 5, 6-В. Д. Косулиньш, Г. Б. Михайловым, В. В. Омельченко, главы 1 и 7 - совместно всеми авторами. В написании § 2.6 принимал участие Е. А. Петров, а § 5.3 - В. В. Шупрута.

Авторы искренне признательны рецензенту доктору технических наук, профессору И. Е. Овчинникову за полезные советы и замечания по рукописи.

Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адресу: 191065, Ленинград, Марсово поле, 1, Ленинградское отделение Энергоатомиздата.

Глава 1

ВЕНТИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ КАК СРЕДСТВО КАРДИНАЛЬНОГО ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

1.1. Общие сведения

Высокая стоимость разработки и ввода в эксплуатацию современных робототехнических систем обусловливает актуальность повышения их надежности и срока службы. Постоянное усложнение и увеличение объема задач, решаемых роботами, привели к значительному увеличению потребляемой электроэнергии от источников питания. Поэтому важнейшей проблемой является ее экономия путем разработки экономичных электропотребителей.

Основными потребителями энергии в робототехническом комплексе являются электродвигатели электроприводов исполнительных механизмов. В связи с этим электродвигатели, использующиеся в приводах роботов, должны сочетать такие показатели, как высокая экономичность, надежность и соответственно длительный срок службы при минимальных затратах на обслуживание в течение периода эксплуатации в различных условиях окружающей среды (промышленные роботы, подводные роботы, транспортные роботы, роботы для работы в условиях вакуума, агрессивных сред и т. д.). При этом немаловажное значение имеют массо-габаритные показатели электродвигателей, располагаемых на подвижных элементах робота. Их улучшение в конечном счете приведет к отказу от размещения ряда двигателей на отдельных платформах, повышению точности отработки команд, снижению электропотребления и уменьшению массы и габаритов манипулятора.

Неудовлетворительные удельные показатели (масса на единицу полезной мощности) и низкий КПД электродвигателей переменного тока малой мощности обусловили преимущественное применение в приводах роботов электродвигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Эти двигатели обладают наилучшими энергетическими показателями по сравнению с другими типами электрических машин по следующим причинам:

поток возбуждения создается полем постоянных магнитов, а не за счет энергии источника;

электромагнитный момент в двигателе благодаря наличию щеточно-коллекторного узла достигает наибольшего значения



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31



© 2017 ООО "Стрим-Лазер": Лазерная гравировка.
Все права нотариально заверены. Копирование запрещено.