Рабочие нагрузки в манипуляторе ПР

Во всем многообразии конструктивных схем ПР выделяют четыре типовых механизма, на базе которых конструируются известные ПР -это механизмы поворота, передвижения, подъёма и качания.

Механизм поворота (вращения) выполняет поворот всего манипулятора или его части вокруг вертикальной оси. К этим механизмам относят устройства вращения платформ (колонн) ПР относительно вертикали. Например, это механизм поворота платформы у ПР типа "Универсал-5", поворота колонны ПР типа "Версатран" и др. Вращение осуществляется от двигателя через редуктор и шестерню, закрепленную на подвижной платформе. Основной нагрузкой таких механизмов является динамический момент. Статический момент незначительный. Определяя динамические нагрузки, следует учитывать, что момент инерции механизма меняется, поэтому в расчете принимают его максимальное значение.

К механизмам передвижения относят механизм, выдвижения (поступательного перемещения) руки манипулятора и перемещение всего манипулятора в горизонтальной плоскости. Рука располагается на опорах качения или скольжения. Основными нагрузками, здесь являются статическая, динамическая и центробежная.

Статическая нагрузка обусловлена силами трения и определяется по формуле

где вес руки; . - вес груза; - коэффициент трения качения, м;. - передаточное отношение редуктора; - КПД передачи.

Статическая нагрузка представляет собой реактивный момент, изменяющийся в узких пределах за счет переносимого груза. Динамический момент зависит от массы переносимого груза и ускорения

где - линейное ускорение руки, м/с ; q = 9,81 м/с -- ускорение свободного падения; - радиус приведения, равный отношению приращения пути, пройденного рукой, к углу поворота двигателя.

Центробежную нагрузку определяют по формуле

где - угловая скорость руки, с^-1; R_ц - радиус вращения (расстояние от центра тяжести руки до оси вращения), м.

Что касается механизмов подъёма, то основной нагрузкой является активная. Естественно, что в них присутствуют силы трения в передачах, обусловливающие реактивную нагрузку, но определяющей является сила тяжести.

Механизм качения характеризуется наличием момента, зависящего от положения манипулятора в пространстве. Поэтому момент неуравновешенности определяется выражением

где вес звена (с грузом); R - расстояние от центра тяжести до оси вращения; - угол наклона звена в вертикальной плоскости.

3. Надежность промышленных роботов.

Направлениями повышения надежности считают:

обеспечение необходимого технического уровня изделий; применение агрегатов и деталей с высокой надежностью и долговечностью, обеспечиваемыми самой своей природой, например, деталей, работающих при напряжениях ниже пределов выносливости;

использование деталей и механизмов, самоподдерживающих работоспособность: самоустанавливающихся, самоприрабатывающихся, самосмазывающихся и т.д.;

переход на изготовление машин по жестко регламентированной технологии.

Известно, что ПР стремятся использовать и для механизации отдельных работ (операций) и для автоматизированных комплексов, включающих технологическое оборудование (станки, прессы, ножницы), транспортные системы (конвейеры, транспортные ПР), автоматизированные склады с кранами-штабелерами. В таких системах удается организовать двух- и трехсменную работу оборудования при высокой степени использования его машинного времени и ограниченном количестве обслуживающего персонала. Отсюда следует вывод, что для роботостроения характерно повышение требований к точности, жесткости и надежности ПР. Поскольку роботы относят к восстанавливаемым изделиям, то их надежность характеризуется такими основными показателями: средняя наработка на отказ, нарушение работоспособного состояния, среднее время восстановления работоспособного состояния, срока службы до капитального ремонта.

Для отечественных ПР выпуска 1975 - 82 г г. средняя наработка на отказ при цикловой системе управления составляла 400 ч, при позиционной - до 200 ... 250 ч. Данных по среднему времени восстановления накоплено мало. Для робота "Универ-сал-50М" оно составляет около 40 мин. Срок службы до капитального ремонта ПР в РТК машиностроительных заводов принят соответствующим показателю металлорежущих станков. Зарубежные фирмы вместо этого показателя используют расчетный срок службы, который для лучших ПР составляет 20 ... 40 тыс.ч, что при двухсменной работе соответствует 4 ... 8 годам.

Отказы ПР условно делят на три группы:

- вызванные нарушениями технологии изготовления деталей (дефект зубьев шестерен , утечка смазывающей жидкости через уплотнения);

- вызванные дефектами комплектующих изделий (пропадание контакта в цепи датчиков и др);

- вызванные конструктивными недостатками (ненадежное крепление деталей, ослабление затяжки резьбовых соединений и т.д.).

Отказы последней группы обычно являются превалирующими. Поэтому совершенствование конструкции повышает надежность ПР.

Повышение надежности ПР, как и любой другой машины, обеспечивают:

- увеличением твердости рабочих поверхностей сопрягаемых деталей-валов и втулок, направляющих, деталей передач, повышение твердости достигают закалкой и ППД;

- снижением износа сопрягаемых поверхностей исключением вредных нагрузок на опоры путем устранения статической неопределимости систем (например, модули горизонтального и вертикального перемещений выполняют на шариковых, направляющих);

- защитой зон трения от попадания абразива, грязи и т.д.

Для ПР в процессе приемосдаточных испытаний с целью выявления степени возможности появления функциональных отказов оценивают жесткость характеристик и люфт. Имеются специальные методики испытаний, утвержденные ГОСТ.

Кроме того, промышленные роботы обычно подвергают приработке с номинальным грузом, совмещая её с приемосдаточными испытаниями. Длительность такой приработки составляют от 25 до 100 часов.

Испытаниям на надежность, как правило, подвергают два - три экземпляра роботов из партии. Причем, на стадии испытаний опытных образцов или установочной партии проводят определительные (испытывают не все изделия, а небольшую их часть - выборку), а при изготовлении серийной продукции - контрольные испытания на надежность. Периодичность контрольных испытаний обычно раз в два-три года.

Лекция 9