Электржетектің жұмыс режимі
Аңдатпа
Дипломдық жобада манипулятордың иіннің буынның
электржетекшісінің моделі жобалынды. Жобаның барысында есептелмелік
жұмыстар жүргізіліп, басқару жүйесі таңдалынды. Arduino негізінде жасалған
бұл жоба қазіргі таңда үлкен сұраныс үстінде. Манипуляторлы электржетегін
жобалау кезінде көптеген программалар қолданылды (Sprint-Layout, Sketchup,
Solidworks, Electronic Workbench, Bluetooth Electronics, CorelDraw). Бұл
жобаның экономикалық тиімділігі мен өміртіршілік қауіпсіздігі
қарастырылды.
Аннотация
В данном дипломном проекте спроектирован электропривод плечевого
сустава манипулятора. В процессе проекта проводились вычислительные
работы и выбрана система управления. Этот проект который основан на
основе Ардуино и пользуется большим спросом среди людей. В
моделировании проекта были использованны множество программ (Sprint-
Layout, Sketchup, Solidworks, Electronic Workbench, Bluetooth Electronics,
CorelDraw). В этом проекте были предусмотренны экономическая
эффективность и безонастность жизнидеятельности.
Annotation
In this graduation project the electric drive of the shoulder of the manipulator
was designed. During the project computational works were done and control
system was selected. This project which is based on Arduino is now in great
demand. Many programs such as Sprint-Layout, Sketchup, Solidworks, Electronic
Workbench, Bluetooth Electronics, Corel Draw were used to design the electric
shoulder of the manipulator. There were provided the economic efficiency and life
safety of the project.
10
Манипулятордың иіннің буынның электржетекшісінің моделі
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
1 Технологиялық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..13
1.1 Дипломдық жобаға тапсырмалар қою ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..13
1.2 Жетек. Жетектің түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ..13
1.3 Электрлік жетек ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .15
1.4 Манипулятор жайлы қысқа түсініктеме ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2 Конструкторлық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
2.1 Сервожетек ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...26
2.2 Ішкі интерфэйс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
2.3 Тісшелер материалдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...29
2.4 Қоректену блогы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2.5 Крон батареясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3 1
2.6 Кернеу стабилизаторы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .32
2.7 Bluetooth module HC 05 ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..32
2.8 Потенциометр ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33
2.9 Техникалық есеп ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...35
3 Бағдарламалық бөлім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .40
3.1 Arduino IDE программасының әзірлеу ортасы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ...40
3.2 Программалық жүктеме ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..42
4 Өміртіршілік қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...43
4.1 Жұмыс орнындағы зиянды және қауіпті факторларға талдау жасау ... ...43
4.2 Шудан қорғану. Шудың деңгейіне акустикалық есеп жүргізу ... ... ... ... 44
4.3 Электр қауіпсіздігін қамтамасыз ету шаралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..49
4.4 Нөлдеу есебі ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..5 1
5 Техника экономикалық негіздеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...54
5.1 Жoбaның мaқcaты жәнe міндeті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
5.2 Өндірістік жоспар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
5.3 Кететін шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56
5.4 Экономикалық тиімділігі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...59
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .62
Қысқартулар тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 63
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...64
А қoсымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .65
А қoсымшасының жалғасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .66
А қoсымшасының жалғасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .67
11
Кіріспе
Қазіргі
таңда ешбір өндірісті өндірістік механизмсіз елестете
алмайсың. Көптеген заманауи жұмыс машиналарын
және өндірістік
механизмдерді, транспорттарды, ауыл шаруашылығында, тұрмыстық
шаруашылықта, технологиялық процестерді қазіргі басқаратын автоматтанған
электржетек түріне дейін ұзақ даму процесін басынан өткізді. Заманауи
элетржетектің қуат қолданылуына байланысты шектері - бір қозғалтқыштағы
он мыңдаған кВ-тан жарты ваттқа дейін. Заманауи автоматтандырылған
электржетегі - жұмыс машинасының бөлігін қозғалтуға және оның
технологиялық процесстерін басқаруға арналған күрделі электромеханикалық
жүйе. Ол 3 бөліктен тұрады. Электромеханикалық энергияны түрлендіретін
электрлік қозғалтқыш технологиялық процестерді басқаруға арналған басқару
жүйесі болып табылады.
Техниканың кез келген саласында автоматтанған электржетегінің
көмегінсіз қозғалған ешбір заманауи
өндірісті
айта алмаймыз.
Электржетегінде электр энергиясын механикалық энергияға электр
қозғалтқыш түрлендіреді. Электр қозғалтқыш түрлендіргіш және басқарушы
құрылғы арқылы механизмдердің өндірістік талаптарына сай электржетектің
статикалық және динамикалық сипаттамаларының қалыптасуына байланысты
басқарушысы
болып табылады. Өндірістік процестің күрделігі жұмыс
машинасының қозғалу сипаттамалары мен түрлеріне тәуелді.
Қозғалудың түріне байланысты бір бағытты айналмалы қозғалыс және
ревестивті айналмалы
болып қозғалыстарды қамтамассыз етеді.
Қозғалтқыштың сипаттамасы мен басқарушы жүйенің мүмкіндіктері
механизмнің мүмкіндіктерімен технологиялық операциялардың
орындалуының дәлділігін анықтайды. Электромеханикалық жүйенің қасиеті
жұмыс машинасының маңызды көрсеткіштеріне, технологиялық
процестерінің экономикалық эффективтілігі мен сапасын анықтауға маңызды
әсер етеді. Автоматтанған электржетектерінің дамуы машина
конструкциясының жетілуіне, технологиялық процестердің түбегейлі
өзгеруіне, халық шаруашылығының барлық салаларында үлкен прогреске
алып келеді. Сондықтан электржетек теориясы - электромеханикалық жүйе
жалпы қасиеттерін зерттейтін, қозғалыстың басқару заңдарын, берілген
көрсеткіштерге байланысты жүйелердің синтездеу қабілеті бар техникалық
ғылым.
Жетілген электржетегін құрастыру электромеханикалық
құрылғының типін таңдау және оның технологиялық процесіне байланысты
басқару жүйесі осы процесте жұмыс атқаратын бөлек механизмдеріне
байланысты критерилерді қанағаттыру кезінде құрастырылады. Оның
ерекшелігі халық шаруашылығының әртүрлі салаларына байланыстылығымен
түсіндіріледі.
12
1 Технологиялық бөлім
1.1 Дипломдық жобаға тапсырмалар қою
Манипулятордың иіннің буынның электржетекшісінің моделі жобалау
үшін біз көптеген программаларды пайдандық. Толығырақ айтсақ есептемелік
жұмыстар жүргізу үшін, 3D моделін жобалау үшін, манипуляторға қажетті
бөліктерін құрастыру үшін және т.б жұмыстарды орындау үшін
пайдаланылды. Бұл жобаның өміртіршілік қауіпсіздік талаптарына сай,
экономикалық тұрғыдан тиімділігіне көз жеткіздік. Алайда жобалауды
бастамас бұрын алдымызға мақсат - тапсырмаларды қоюды жөн көрдік:
a) жобаға байланысты қарастырылатын манипулятордың жалпы моделін
программада жобалау;
б) манипулятордың бөліктерінде тұратын редуктордың моделін жобалау;
в) керекті құраушы бөлшектерін жинау;
г) аrduino mega микропроцессоры негізінде басқару жүйесін әзірлеу;
д) жобаның бағдарламасын құру;
ж) жобаланған манипуляторды толығымен құрастыру;
и) өміртіршілік қауіпсіздігімен экономикалық тиімділігін қарастыру.
Бұл жобаның актуалдылығы - қазіргі таңда өнеркәсіптік және
зертханалық жұмыстарда манипуляторларды қолдану өнімділікті,
қолданыстағы және жаңадан әзірленген жабдықтар тиімділігін арттыруға,
және де адамды физикалық ауыр және денсаулыққа зиян жұмыстардан
арылуға кеңінен мүмкіндік береді. Манипулятордың жұмысының өнімділігін
және қолданыстағы тиімділігін арттыру үшін онда қолданылатын
электржетегінің маңызы зор.
1.2 Жетек. Жетектің түрлері
Жетек - бұл қозғалысқа келтіруге арналған әртүрлі механизмдер мен
машиналардың жиынтығы. Энергияның көзі ретінде қозғалтқышты (жылулық,
электрлік, пневматикалық, гидравликалық және т.б.) немесе жиналған
механикалық энергияны энергияны алдын ала бере алатын құрылғыны
(пружиналық, инерциялық,гирелік механизм) айтады. Кейбір жағдайларда
жетек жұмысы мускулдық күш арқылы жұмыс атқарады. Оған мысал ретінде
арифмометр, тігін машинасы, велосипед айтып кетуге болады.
Әйткенмен, өзінің жұмысында жетек қол жұмысы арқылы немесе
автоматикалық болуы мүмкін. Қол жұмысы арқылы жұмыс жасайтын жетектің
автоматикалықтан ерекшелігі қол жұмысы арқылы жұмыс жасайтын
жетектердің басқарылуы міндетті түрде жетектің қасында орналасуы керек.
Өйткені, бөлшектердің арасындағы үлкен механикалық алмасу (шынжырлы)
жетекті үлкен қашықтыққа қозғалтуға мүмкіндік бермейді. Сондықтан қол
жұмысы арқылы жасайтын жетектер тікелей басқарылуды қажет ететін
жетектер деп аталады.
Автоматикалық жетекке электрикалық және пневматикалық жетекті
жатқызуға болады. Электрикалық және пневматикалық жетектерді басқару
13
жетектердің өзінен емес, басқару қалқанында орналасқан. Электрикалық
жетектің негізгі мақсаты электр энергиясын механикалыққа немесе керісінше
түрлендіру болып табылады.Бұл процесс басқарылатын және әртүрлі
машиналар, аппараттар, құрылғылар мен жабдықтардың жұмыстары үшін
керекті.
Қашықтықтан басқарылатын жетектер - дистанциондық деп аталады.
Электрикалық дистанциондық жетектер:электромагниттік және электро -
қозғатқыштық.
Жетектің ең маңызды жұмысы - қосу және ажырату. Онымен қоса
жетек ажыратқышты қолмен немесе қашықтықтан ғана емес оны реле
қорғанысы жұмыс жасаған кезде автоматты түрде өшіруі қажет. Сондықтан
жетек өшіруіне байланысты автоматты және автоматты емес болып бөлінеді.
Барлық автоматты жетектерде реле қорғанысының сигналын қабылдайтын
өшіруші электромагниті (өшіруші катушка), болады.
Жетек манипулятордың құрама бөлігінің бірі болып табылады.Оның
басты қызметі келетін энергияны манипуляторлық жүйедегі атқарушы
бөліктерімен басқару жүйесінен келетін сигналға байланысты роботтың
қозғалуы.
Жетектің кинематикалық схемасы (1.1 сурет).
Жетек манипулятордың технологиялық мүмкіндіктерімен оның
параметрлерін және оның толық жұмысында маңызды рөл атқарады. Жетектің
негізгі параметрлері: қуат, жылдамдық, тез әсер етуі және командалық
сигналды өңдеудің дәлділігі.
1 - қозғалтқыш; 2 - бұрамдық беріліс; 3 - тік тісті цилиндрлік беріліс;
4 - подшипник.
1.1 сурет - Жетектің кинематикалық схемасы
Жетекті таңдар алдын, ең бірінші, бірнеше белгілерге көңіл бөлу қажет.
Олар: энергия тасымалдаушы, атқарушы қозғалтқыштардың түрлері, басқару
амалдары, энергияны қолдану амалдары.
Жетектерде әртүрлі берілістер қолданылады. Мысалы: тісті беріліс,
шынжырлы беріліс, бұрамдық беріліс. Онымен қоса әртүрлі үйлестіру арқылы
14
жасалған берілістер де қолданылады. Қиыстыру арқылы жасалған жетектер де
қолданылады. Олар транспорттық, ауыр жүктерді көтеру кезінде, өндіруші
және т.б. машиналарда кездеседі. Бірақ кез келген жағдайда жетектің ең
негізігі сипаттамасы ретінде пайдалы әрекет коэффициенті (ПӘК), қуат,
валдың бұрыштық жылдамдығы және т.б. саналады.
Жетектің негізгі сипаттамалары:
а) механикалық сипаттамасы - валдың айналу кезіндегі бұрыштық
жылдамдығының электромагниттің моменті М ге тәуелділігі. Механикалық
сипаттама жетектің статикалық және динамикалық режимдері кезіндегі
анализге қажетті құрал саналады;
б) қозғалтқыштың электромеханикалық сипаттамасы - бұл ω валдың
айналу кезіндегі бұрыштық жылдамдығының I тоққа тәуелділігі.
Автоматты жетек энергиясына байланысты бірнешеге бөлінеді:
а) электрикалық жетек, механикалық қозғалыстардың негізі электро-
қозғалтқыш болып табылады;
б) пневматикалық - жетек, сығылған ауаның энергиясы механикалық
энергияға түрленеді;
в) гидравликалық - жетек, сұйықтықтың қозғалуы нәтижесінде ме-
ханикалық энергияны алу.
1.3 Электрлік жетек
Электржетек машинаның жұмыс органының қозғалысын қозғаушы
және оның технологиялық процесын басқаратын электромеханикалық
құрылғы болып табылады. Ол үш бөліктен құралады: механикалық
энергияны түрлендіретін электр қозғалтқыш, машинаның жұмыс органына
механикалық энергияны жеткізуші механикалық бөлік, технологиялық
процестермен жекеленген критерилер бойынша оңтайлы қамтамасыз ететін
жүйелік басқару.
Қозғалтқыштың
ерекшелігі мен басқару жүйесінің
мүмкіндіктері динамикалық жүктердің механикалық құрылғыларда және
басқада бірқатар факторларға технологиялық операциялардың орындалу
анықтығын және өндірістік механизмін анықтауды басқару(1). Екінші
жағынан, жетектің механикалық бөлігі оның қозғалысының шарты оның
массасы және оның нақты
берілуі және тағы басқада шарттары
қозғалтқыштың жұмысы және басқару жүйесіне байланысты, сондықтанда
жетектің электрлік және механикалық элементтері бірыңғай
электромеханикалық жүйені яғни, өзара тығыз қатынаста орналасқан
құрамдас бөліктерді қалыптастырады. Электромеханикалық жүйесінің сипаты
жұмыс машинасының көрсеткіштеріне ең маңызды шешуші әсер етеді және
үлкен дәрежеде технологиялық процестердің сапасы мен экономикалық
тиімділігін анықтайды. Автоматтандырылған электржетегін
(1.2 сурет)
дамыту машина жобалауды жетілдіру мен технологиялық процестердің
түбірімен өзгертуі болашақта басқада халықтық шаруашылық салаларында
ілгерілеуге алып әкеледі.
15
1.2 сурет - Автоматтандырылған электржетегі сызбасы
Электржетегінің артақшылықтары:
а) жұмыс жасайтын жетектің электрқозғалтқышының қуаты қажетті
мөлшерге байланысты таңдалады;
б) электрикалық қозғалтқыш іштен жанғыш жылулық қозғалтқышқа
қарағанда өрт жағдайында қаупі аз;
в) электржетек тез арада, керек болса, жиі машинаны қосуға әрі
ажыратуға, мүмкіндігінше бірсарынды түрде тежеуге мүмкіндік береді;
г) электроқозғалтқыштың валына түскен жүкте өзгеріс болса жүйеден
электр энергиясын реттейтін арнайы құрылғылар қажет емес;
д) электржетегі жұмыс машинасының электроқозғалтқышының керекті
типін таңдау жол ашты;
е) электр жетегі кезінде сатылы түрде немесе бірыңғайлы түрде жұмыс
машинасының жиілігін реттеуге болады;
ж) электрикалық қозғалтқыш үлкен қашықтықтағы және жұмыс
машинасының салдарынан туындайтын ауыр жүктерді көтеруге мүмкіндік
береді;
и) электрикалық жетек үлкен жүрдектілікті және жұмыс машинасының
үлкен өнімділігіне жол ашады;
й) электрикалық қозғалтқыш электр энергиясын экономдайды және
тежеу кезінде оны электрикалық жүйеге береді;
к) электржетек қолданылған кезде жеңіл түрде, әрі толыққанды
машинаны және құрылғыны автоматизировать етуге болады;
л) электқозғалтқыш басқа қозғалтқыштармен салыстырғанда үлкен
ПӘК-і бар;
м) электроқозғалтқыштарты жұмыс машинасына ыңғайлы түрде үлкен
теңгерумен шығарады (1.3 сурет).
Қозғалуына байланысты электржетек мына типтерге бөлінеді:
а) сызықты ЭЖ;
б) айналмалы;
в) дискретті.
16
1.3 сурет - Функционалды схема
Функционалды элементтер:
а) реттегіш (Р) - элетржетегіндегі процесстерді басқаруға арналған
құрылғы;
б) электрикалық түрлендіргіш (ЭТ) жүйедегі электр энергиясын тұрақты
немесе айнымалы тоқ кезіндегі реттелетін кернеуге түрлендіру;
в) электромеханикалық түрлендіргіш (ЭМТ) -- элетр энергиясын ме-
ханикалық энергияға түрлендіруге арналған қозғалтқыш;
г) механикалық түрлендіргіш
(МТ) қозғалтқыштың айналу жыл-
дамдығын өзгертуі мүмкін;
д) басқ -- басқару әсері;
ж) ао -- атқарушы орган.
Функционалды бөліктері:
а) күштік бөлігі немесе ажыратылған реттеужүйесіндегі элетржетегі;
б) механикалық бөлігі;
в) электржетегінің басқару жүйесі.
1.3.1 Электржетектің классификациясы.
Электржетектің механикалық энергияны тарату әдістеріне қарай үш
негізгі түрге бөлуге болады: топтық электржелек, жеке және өзара
байланысты электр желегі.
Топтық электржетек бірнеше жұмыс машинасының атқарушы
органдарын немесе бірнеше атқарушы органдарды бір жұмыс машинасында
қозғалысын қамтамасыз етеді(2). Механикалық энергияның бір
қозғалтқыштан басқа бірнеше жұмыс машиналарына берілуі және олардың
арасындағы таралу бір немесе бірнеше трансмиссияның көмегі арқылы
жүзеге асады. Мұндай топтық жетек трансмиссия деп аталады (1.4 сурет).
Электржетек энергияны тасымалдау барысында трансмиссиялауда
техникалық кемшілік қазіргі уақытта тіптен қабылданбайды. Өз кезегінде ол
орнын жеке және өзара тығыз қатынасқа береді.
Топтық жетек трансмиссиялық және топтық желектермен
салыстырғанда бірқатар артықшылықтар мен мүмкіндіктерге ие: өндірістік
объектілер ауыр трансмиссиялар мен аудару қондырғыларына бөгет
жасамайды; жұмыс жағдайы жақсара түседі, механизмдерді жеке басқару
нәтижесінде еңбек өнімділігі жоғарылайды, объектінің шаң басуы азаяды,
жұмыс орнының жарықтануы жақсарады, қызмет көрсетіп отырған
17
персоналдың жарақат алуы қысқарады. Одан бөлек, жеке электр жетегі
неғұрлым жоғарғы энергетикалық көрсеткіштермен ерекшеленеді(3).
Трансмиссиялық жетек істен шыққан кезде немесе машина тобының
электрқозғалтқышын жөндеу
кезінде жұмыстан шығуы 1.5
суретте
көрсетілгендей бір жұмыс машинасының тоқтауына бір ғана электр
қозғалтқыштың тоқтауы асер етеді.
1.4 сурет - Электржетектің топтық трансмиссиның құрылымдық
сызбасы
1.5 сурет - Топтық электр жетектің құрылымдық сұлбасы
Жеке электр желек
әртүрлі
заманауи машиналарда кеңінен
қолданылады, мәселен ауыр металкескіш станоктарда, металлургиялық
өндірістегі жалға алынған станоктарда, көлемді транспорттық машиналарда,
экскаваторлар мен манипуляторлы роботтарда қолданылады. Жеке жетекті
пайдалану үлгісіне бөлшекті фрезерді станоктың қызмет етуін алуға болады
(1.6 сурет), электр жетектің басты қозғалыс бөліктеріне ие (үш ұршықты
жетек).
Өзара
байланысты электржетек электрқозғалтқыш құрылғымен
өзарабайланыстағы екі немесе бірнеше электрлік және механикалық
қатынасты құрайды(4).
Өзара байланысты электржетекке мысал ретінде шынжырлы конвейр
келеді. 1.7 суретте осындай желектің сұлбасы көрсетіледі, жұмыс мүшесі
болып шынжыр орналасады, ол екі немесе бірнеше қозғалтқыштар арасынан
өтеді (М1, М2). Бұл екі қозғалтқыш амал жоқ бірдей жылдамдықта жұмыс
істейді.
Өзара байланысты электржетек көбінесе қазіргі заманауи автокөліктер
мен агрегаттар, мысалы ретінде теміркескіш көшіру станоктары және
18
программалық басқаруы бар станоктар, қағаз жасаушы мәшинеде
полиграфиялық өндірістегі ротациялық мәшине, текстильді агрегаттар,
синтетикалық қабық және т.б.
1.6 сурет - Жеке электржетектің жұмыс органы бөлшектік құрылғысы
1.7 сурет - Конвейердің өзара қатынастағы желек сұлбасы
Қозғалыс кезінде электрлі жетек қамтамасыз ете алады: бір бағытты
айналмалы қозғалыс, айналмалы кері және үдемелі айналмалы қозғалыс(5).
Айналмалы бір бағытты қозғалыс, сондай ақ реверсивті қозғалыс электр
желекте әдеттегі орындауды жүзеге асырады. Үдемелі қозғалыс электр
қозғалтқышты
айналмалы қозғалысты әдеттегі орындаумен механизмді
түрлендіруді пайдалану арқылы алынған болуы мүмкін, (қанатты, бұрандалы,
тарпалы т. б.) немесе үдемелі қозғалсы үшін электрқозғалтқышты арнайы
(сызықтық электрқозғалтқыш, магниттігидродинамикалық қозғалтқыш деп
аталатын) орындауды қолдану арқылы жүзеге асырылады.
Электр жетекті бақылау дәрежесі бойынша былай болуы мүмкін:
а) реттелмейтін -- жұмыс машинасының атқарушы органының әсерінен
бір жұмыс жылдамдығының үрейлі әрекеттерінің нәтижесінде ғана өзгеретін
желектің параметрлері әрекеті үшін тартылады;
б) реттелетін -- машинаның атқарушы органының жылдамдығы мен
желектің басқарушы құрылғысының параметрлерінің әсерінен өзгеретін
немесе өзгермейтіндігін хабарлау үшін;
в) бағдарламалық - басқару -- бағдарламаның берілген тапсырмасына
сәйкес басқару;
19
г) қадағалау -- жұмыс машинасының атқарушы органының қозғалысын
автоматты түрде өңдеуіне белгілі бір дәлдікпен өз бетінше берілген сигналмен
сәйкестігін қадағалау;
д) бейімді -- басқару жүйесі параметрлерін автоматты түрде таңдайтын
немесе машинаның жұмыс істеу жағдайлары өзгерген кезде оңтайлы режимін
дамыту мақсатындағы құрылым.
Электржетекті берілу құрылғысының сипатына қарайда жіктеуге
болады. Бұл жағдайда электр жетек төмендегідей болады:
а) редукторлы, бұл құрамы редуктордан тұратын айналмалы қозғалысты
электржетекке жеткізіп отыратын өткізгіш құрылғыға;
б)редукторсыз, бұл құрамы редуктордан тұрмайтын
электрқозғалтқыштан немесе тікелей жұмыс органынан немесе өткізгіш
құрылғысынан қозғалысты жүзеге асырылатын берілу.
Автоматтандыру дәрежесі бойынша былай бөлуге болады:
а) қолмен басқарылатын автоматтандырылмаған электржетек; қазіргі
кезде мұндай жетек тұрмыстық және медициналық және тағы басқада шағын
қуатты техникалардың қондырғыларында болмаса негізінен сирек кездеседі;
б)автоматты реттеу парметрлерімен басқарылатын автоматтандырылған
электржетек;
в) оператордың қатысуынсыз өңдеу әсерінен басқарылатын автоматты
құрылғы -- автоматты электржетек.
Электржетектің соңғы екі түрі көп жағдайларда кеңінен пайдаланылады.
Соңында, ток бойынша сұрыптауда тұрақты және ауыспалы
электржетек пайдаланылады.
Басқару типіне байланысты:
а) автоматты ЭЖ, автоматты реттеу арқылы басқару;
б) программалық басқарылатын ЭЖ;
в) бақылағыш ЭЖ;
г) позициялық
ЭЖ, автоматты түрде атқарушы органның орнын
реттегіш;
д) бейімделгіш ЭЖ.
Қимылдың сипаттамасына қарай:
а) айналу қимылы бар ЭЖ;
б) түзулік қозғалтқышы бар Түзулік ЭЖ;
в) дискреттік ЭЖ.
Беріліс құрылғысының сипаттамасына қарай:
а) редукторлы ЭЖ (редуктормен немесе мультипликатормен);
б) электрогидравликалық (гидравликалық құрылғысы бар беріліс);
в) магнитогидродинамикалық ЭЖ (электр энергияны қимылға түр-
лендіретін беріліс).
Тоқтың түріне қарай:
а) айнымалы тоқ;
б) тұрақты тоқ.
20
Амалдарды орындау маңыздылығына қарай:
а) басты ЭЖ, бас қимылын қамтамассыз етуші немесе басты амалды
(көп қозғалтқышты ЭЖ);
б) қосалқы ЭЖ;
в) беріліс жетегі.
1.3.2 Электржетектің жұмыс режимі.
Электржетегіндегі режимдер орнатылған (жұмыстың номиналды
режимі) және өтпелі (пуск, реверс, тежегіш) болып бөлінеді. Орнатылған
(номиналды режим жұмысы) и өтпелі (пуск, реверс, тежегіш)(6).
Электржетектің орнатылған режимі моменттің динамикалық нөлдік
шартына тең болғанда анықталады.Бұл режим қозғалтқыштың бұрыштық
жылдамдығының тұрақты болуымен уақыт бойынша және қозғалтқыш пен
кедергінің моменттерінің өлшеміне тең шарты арқылы ерекшеленіледі (7).
Орнатылған режимде болатын момент жылдамдықтың функциясы кезінде
М = Мс тепе-теңдігі тек кедергі моменті қалыпты өлшем немесе жылдамдық
функцисясы болған жағдайда ғана орындалады. Егер МС функция болса,
мысалы, жолы (айналу бұрышы), онда тұрақты бұрыштық жылдамдық кезінде
кедергі моменті уақыт бойынша өзгереді,онымен қоса орнатылған режим
мүмкін емес.
Орнатылған режим статикалық қасиетімен ерекшеленіледі.
Бір орнатылған жағдайдан екіншісіне өту кезінде жылдамдықпен
моменттің,тоқтың өзгеру кезінде жасалатын режимді Өтпелі режим деп
атайды (8).
Электржетегінде өтпелі режимдердің пайда болуы өнеркәсіптік процесс
кезінде жүктің өзгеруі кезінде немесе электржетекті басқару кезіндегі әсерінің
нәтижесінде және т.б.(пуск,тоқтату,айналу бағытының өзгерісі). Өтпелі режим
электржетегінде төтенше жағдай кезінде немесе элетрқамтамасыздандыру
шарттарының сақталмау нәтижесінде (мысалы, кернеудің өзгеруі немесе
жүйенің жиілігі, кернеудің симметриясыздығы және т. б.) пайда болуы
мүмкін.
Электржетектің өтпелі режимінің қасиеті жұмыс жасайтын машинаның
құрамына,
қолданылатын
қозғалтқыштың типіне және механикалық
алмасуына, әсер ету принципына және басқару аппаратурасына,онымен қоса
қозғалтқыштың жұмыс жасау режиміне байланысты (пуск, тежеу, қабылдау
және нөлдеу, жүктер және т.б.). Өтпелі режим динамикалық қасиеттерімен
сипатталады.
1.3.3 Электржетектің жұмыс теңдігі.
Электр энергиясын механикалыққа түрлендіретін электрқозғалтқыштар,
айналу қозғалысын жасайды; машина-қарулардың да маңызды бөлігі
айналатын жұмыс органы бар;сондықтан да қозғалыс теңдігінің шешімін ең
алдымен айналу қозғалысы үшін жасау маңыздырақ болып табылады.
21
Динамиканың негізгі заңдарына сай айналатын дене моментінің осьтік
айналымына қатысты векторлық қосындысы іс-әрекет(қимыл) моментінің
санының туындысына тең:
∑𝑛𝑖=1 M𝑖 =
𝑑(𝐽𝜔)
𝑑𝑡
.
(1.1)
Электржетектің негізгі электрлік машина жұмыс режимі
қозғалтқыштық болып табылады. Ротордың қозғалуына және қозғалтқыш
моментіне бағытына қарай кедергінің моменті тежегіш мінез танытады.
Сондықтан,кедергінің оң бағыт моменті оған қарама-қарсы бағыттағы
қозғалтқыштың моментін қабылдайды.Соның салдарынан мынадай (1.2)
тепе-теңдік орнайды:
M − Mc = J
dω
dt
.
(1.2)
Жетек қозғалысының теңдеуі қозғалтқыштың әсерімен күшейген айналу
𝑑𝜔
𝑑𝑡
кезінде кедергінің 𝑀𝑐 моментімен теңеседі.Бұл теңдеуде көрініп тұрғандай
жетектің инерция моменты J өнеркәсіптік механизмдар үшін лайықты
болатындай тұрақты.(9)Бұл жерде моменттер векторлық емес алгебралық.
Өйткені М және M c бір айналу осьіне қатысты.
Теңдіктің (1.1) оң жағын инерциялық (динамикалық) моменті 𝑀дин деп
айтады.
Mдин = J
dω
dt
.
(1.3)
Бұл момент тек өтпелі режим кезінде,жетектің жылдамдығы өзгерген
кезде байқалады.(1.3) теңдігіне сай, динамикалық моменттің бағыты
электржетектің бағытының үдеуінің бағытымен әрдайым сәйкес келеді.
Динамикалық моменттің таңбасына сай электржетектің мынадай
режимдері болады:
dω
dt
жетектің тежеуі орындалады;
dω
dt
байқалып, ɷ˂0 кезінде үдейді;
dω
dt
жасайды (ɷ=const).
Жалпылай келе жетек қозғалысының теңдеуі былай жазылады:
22моменті оның валында және инерциялық немесе динамикалық моменті 𝐽
а) Mдин 0,
0, ɷ˃0 кезінде жетектің үдеуі бар, ɷ˂0 кезінде
б) Mдин 0,
0, ɷ˃0 кезінде жетек қозғалысының төмендеуі
в) Mдин = 0,
= 0 бұл жағдайда жетек орнатылған режимде жұмыс
+-Mm𝑀𝑐 = 𝐽
𝑑𝜔
𝑑𝑡
.
(1.4)
Моменттердің таңбалары қозғалтқыш жұмысының режиміне және
кедергі моментінің қасиетіне байланысты болып келеді.
Айналмалы қозғалыс кезінде тек элементтері бар системалардан басқа
ілгерлемелі қозғалысқа негізделген жүйелерді кездестіруге болады..Бұл
жағдайда моменттің теңдігінің орнына жүйеге әсер ететін күштің теңдеуін
қарастырған жөн(10).
Ілгерлемелі қозғалыс кезінде қозғаушы күш әрқашан машинаның
𝑑𝑣
𝑑𝑡
тең. Егер дененің массасы m килограмм берілсе, жылдамдығы V - мc,
инерция күші басқа күштер секілді ньютенмен өрнектеледі ( кг м с 2 ).
Берілген мәліметтерге сүйене келе қозғалу кезінде тепе-теңдік теңдігі
былай жазылады:
𝐹 − 𝐹𝑐 = 𝑚
𝑑𝑣
𝑑𝑡
.
(1.5)
.
(1.5) формуласында, дененің массасы m тұрақты болып келеді.
Жоғарыда айтылған классификациялар және моменттердің таңбалары
жүйеге әсере ететін күштерге де орынды
1.3.4 Оңтайлы жүйелі электроприводын таңдау.
Өнеркәсіптік
және манипуляторлы роботтарда
пневматикалық,
гидравликалық, электроприводтар қолданылады.
Электроприводтар соңғы уақыттарда электромеханика мен есептеуіш
техникаларға (басқару жүйелерінде) байланысты кеңінен қолданыла бастады.
Қазір шығарылып жатқан өнеркәсіптік роботтардың 40...50% - ында
электроприводтар бар. Олар негізінен өнеркәсіптік роботтарда орта есеппен
жүк көтеруде және көп деңгейде жылжытуда (3...6) қолданылады. Бұл
приводтың жайғасымы кері байланысты басқару жүйесінде қолдану есебінен
қарағанда өзге приводтардан (нақтырақ +-0,05мм дейін) үлкен. Электр
приводының өзге приводтардан артықшылығы үнемді, неғұрлым жоғарғы
КПД, құрастыру ыңғайлылығы, реттеуіш қасиеті болып табылады. Олар
позицондыда қалай болса контурлы жұмыс режимінде де солай қолданылады.
Өнеркәсіптік контурлы басқарылатын робот электр приводында кеңінен
тұрақты ток электр қозғалтқышы ДПТ және вентильді қозғалтқыштар
қолданылады. ДПТ қолдануда жылдамдық пен уақытты ыңғайлы және жеңіл
реттеумен қамтамасыз етілген. Осындай мақсатта олар ұзақ уақыттан бері
пайдаланылады (мысалы, ЧПУ шанасында). Сондықтан негізгі басқару тізбегі
жеткілікті жақсы жасалынған. Алайда, қазіргі уақытта сервопривод ретінде
жіктелген гибридті шаговый двигательдерде қолданылатын комплектті
электроприводтар пайда болды.
23кедергі Fc күшіне және жылдамдықтың өзгерісі кезіндегі инерция күші 𝑚
Қолдану аймағының кеңдігіне байланысты шаговый двигательдерде
техникалық мінездемесі жақсарды. Шаговый двигательде сирек кездесетін
магниттерді қолданумен, құны бойынша бүгінгі күнде өзіне жол салушыларға
жақындап қалған, ал даму қуаты жағынан соңғыларынан бірнеше рет артып
түскен гибридті шаговый двигатель деп аталатын жаңа құрылым пайда
болды. Нәтижесінде, шаговый двигательдерде қосымша бәсекелестік
артықшылық пайда болды: ол - төмен айналымдағы жоғары момент. Мысалы:
синхронды двигательдің эквивалентті массогабаритті көрсеткіштеріне
қарағанда шаговый двигательдің ұстау моменті 2-3 есе жоғары. Сондықтан
шаговый двигательдерді қолдану механикалық жүйеден редукторды ісінен
шығаруға және автоматты жүйенің құнын төмендетуге мүмкіндік береді.
Басқару әдістерін
жетілдіру шаговый двигательдерге тән теріс
қасиеттерін азайтуға мүмкіндік береді.
Жетіспейтін қадамдар мәселелерін тиімді түрде приводка датчик
позиция орнату және жоғары өнімді сигналды процессор қолдану есебінен
шешуге болады. Және де приводтың құнының айтарлықтай өсуін болдырмау
үшін шешімі болып құрамына қозғалтқыш, басқару жүйесі және біліктің
позиция датчигі кіретін біріктірілген құрылғыны ұсынатын шаговый
двигатель базасында мехатронды жетекті өңдеу болып табылады. Бұл
жағдайда датчик ретінде корпуссыз ОЕМ тетіктерін қолдануға болады(11).
Сигналды процессор мен позиция датчигі сияқты екі компоненттің бір
құрылғыда болуында қадамды әдістерді басқару және векторлі бақылау
алгоритмі негізінде жүйелі басқару жасау қолданудан бас тартуға болады.
Осы әдіс синхронды және асинхронды двигательдер база сервоприводтарында
көптен бері қолданылады.
Векторлі басқару алгоритмі қозғалтқыш ағымдағы ротор позициясы бір
полюсті және векторлық ток арасындағы 90 градус бұрыш ұстап тұруға
негізделген.
Графикте көрсетілгендей тәуелділігіне қарай ағымдағы позиция мен
векторлық ток арасындағы бұрыш максималды тиімділігіне 90 градуста
жетеді.
Осымен ағымдағы бұрыштың есептеуін ротор білігінің тогын
қалыптастыру кезінде әрқашан позицияға тырысуына байланысты нақты
уақытта жоғары жиілікте орындау керек.
Мұндай тәсіл басқарудың жоғары тиімділігін қамтамасыздандырады:
нәтижесінде тербеліс болатын қозғалтқышпен дамитын моменттің ауытқуын
шығарады; жоғары динамикалық көрсеткіштермен қамтамасыздандырылды;
қалып кеткен қадам алып тасталынады.
Сонымен қатар, негізгі функциядан басқа қазіргі заманғы
сервоприводты сигналды процессор бортында басқару жүйесіне мынадай
қосымша функция орындауға мүмкіндік береді:
а) бағдарланатын логикалық контроллер;
б) интерполятор;
в) электронлы редуктор;
24
г) соңғы тетікті өңдеу;
д) температураны бақылау;
е) қт-дан қорғау;
ж) төмен және жоғары кернеуден қорғау;
и) ЭҚК-ке қарсы өндіруді реттеуді тежеу.
Осы аталған функциялардың бар болуы жүйеге сенімділікті арттыруға,
құрал-жабдықтар тез тозуын төмендетуге, мүмкін болған жағдайда сыртқы
контроллер басқаруын қозғалыспен шығаруға мүмкіндік береді.
Басқарудың алдыңғы қатарлы әдістерін қолдану синхрондық және
асинхрондық қозғалтқыштар базасында сервоприводтармен қатар заманауи
сервожүйелердегі қадамдық қозғалтқыштарды пайдалануға мүмкіндік береді.
Өз кезегінде, мехатронды әдісті қолдану осы жетектердің өзіндік құнын
дәстүрлі түрде қадамдық жетектерге тән қолайлы бағаға дейін түсіруді
қамтамасыз етеді.
1.4 Манипулятор жайлы қысқа түсініктеме
Манипулятор -
бұл кеңістікте орналасқан құрылысты басқаруға
арналған механизм. Бұл мағына ХХ ғасырда атомдық өндіріс кезінде, қиын
әрі қауіпті механизмдерді манипулировать ету кезінде пайда болды.
Манипулятор адамға жұмыс жасауға қиын және қауіпті (су асты тереңдік,
вакуум, радиоактивная орта және басқа да агрессивті орта). Манипуляторлар
медициналық техникаларда қолданылады (мысалы, протезирования кезінде).
Манипуляторларды кейде механикалық қол деп те атай береді.
Манипуляторлар адам басқаратын және автоматты болып бөлінеді.
Манипуляторлардың дамуы өндірістік роботтардың пайда болуына алғышарт
жасады. Манипулятор - механизмдерін проектировать етерде бірнеше
тапсырмаларды шешу керек. Олар манёвр жасау қабілеті, жұмыста
тұрақтылығы және т.б. Манипулятор бірнеше салаларда қолданылады.
Тау - кен ісінде - манипулятор бұрғылау кареткасының негізгі
механизмі болып табылады.
Металлургия саласында - қосалқы операцияларды орындауға арналған.
Прокатный және ковочный манипулятор болып бөлінеді.
Ядорлық техникада - радиоактивті сұйықтықтармен жұмыс кезінде,
адаммен тіке контактты болдырмайтын құрал. Кран-манипулятор - мобильді
жүк көтергіш, авткөліктің шассиіне негізделген.
1.8 сурет - Манипулятордың кинематикалық схемасы
25
2 Конструкторлық бөлім
2.1 Сервожетек
Сервомотор кері байланыс принципіне негізделген электроқозғалтқыш
болып табылады. Оның арқасында керекті жылдамдыққа немесе қажетті
бұрыштың деңгейіне ие болуға болады. Сервожетектің өзінің негізгі принципі
электроқозғалтқыштың жұмысын түзету мен өзгерту негізінде болып,
басқарушы сигналдың қызметін атқарады. сервожетек
көрсетілген.Сервожетектің конструкциясы электромеханикалық түйіндерден
тұрып, бір корпусының ішінде элементтері орналасады. Сервожетек
электроқозғалтқышты, редукторды, басқару блогын және датчикті қосады.
Сервожетектің негізгі сипаттамасына қорек көзінің кернеуі, айналу
жиілігі, айналу моменті және т.б жатады.
Сервожетектің артықшылықтарын айта кету керек. Олар:
а) дыбыссыздығы мен жұмыс кезіндегі байсалдылығы;
б) сенімділігі мен жұмыс кезінде тоқтаусыздығы;
в) жоғары дәлділігі;
г) қозғалтқыштың қабілеті қолданушының нақты бір есепті шешу мақ-
сатын қарай таңдалынады. Идеалды құрылғының да осал тұстары болады. Ол
конфигурациялауы қиын және бағасы қымбат.
Басқаша айтқанда:
a) сервожетек бақылау параметрін енгізу мәнін алады. Мысалы, айналу
бұрышы;
б) басқару блогы мәнді өзінің сенсорының мәні бойынша салыстырады ;
в) Салыстыру нәтижесінің негізінде жетек бірнеше әрекеттер жасайды .
Мысалы: ішкі сенсордың мәніне сыртқы басқару параметрлері барынша
жақын болуы үшін айналым, жылдамдату немесе бәсеңдету сияқты бірқатар
әрекеттер.
Көрсетілген жылдамдықтағы айналуды қолдайтын сервожетектер мен
көрсетілген бұрышты ұстайтын сервожетектер (2.1 c урет ) ең көп таралған
жетектерге жатады.
2.1 сурет - Сервожетек
Жетек - редукторлы электромотор. Электрді механикалық айналымға
түрлендіру үшін электромотор қажет. Бірақ көбінесе мотор айналу
26
жылдамдығы тәжірибелік пайдалану үшін кейде тым үлкен болады.
Жылдамдықты төмендету үшін редуктор қолданылады: айналым кезінде
таратушы және түрлендіруші механизм тістері.
Электромоторды косқанда және өшіргенде сервожетектің соңғы тісін
шығушы білікті бұрау арқылы нені басқарғымыз келеді соны тіркеуге
болады. Бірақ, құрылғыдағы қалыпты бақылау үшін сенсордың кері
байланысы - энкодер керек, ол айналым бұрышын электрлік сигналда қайта
түрлендіретін болады. Ол үшін потенциометр жиі қолданылады.
Потенциометрдің жүгіруші айналымында оның қарсы пропорционалды
айналым бұрышы өзгеріс жасалады. Осылайша, оның көмегімен механизмнің
ағымдағы қалпын орнатуға болады. Электромотор, редуктор және
потенциометрден басқа моторды қосуөшіру және олардың салыстыруы мен
потенциометрмен мәндерін оқитын сервожетекте сыртқы параметрлерді
қабылдауына жауап беретін электронды толтыруға да ие. Ол теріс кері
байланыстың жүргізілуіне де жауап береді. Сервожетекке үш сым тартылады.
Олардың екеуі мотордың қуат алуына жауап береді, ал үшіншісі құрылғы
қалпының орналасуы үшін пайдаланатын басқару сигналын жеткізеді.
Сервожетектердің 4 негізгі типтік размерлері болады:
а) микро: 24мм x 12мм x 24мм, вес: 8-10 г;
б) мини: 30мм x 15мм x 35мм, вес 23-25 г;
в) стандарт: 40мм x 20мм x 37мм, вес: 50-80 г;
г) гигант: 49x25x40 мм, вес 50-90 г.
Сервержетекке керекті қалыпты көрсетү үшін, арнайы сымға басқару
сигнал жіберу керек. Басқару сигнал - ол тұрақты импульс жиілігі және
айнымалы ені.
Сервержетектің қай бір қалыпта болуы, импульстардың ұзындығына
байланысты. Басқарушы схемаға сигнал барған кезде, ішіндегі импульстардың
генераторы ,ұзақтығын потенциометр арқылы белгіленетін өз импульсын
өндіреді. Сызбаның басқа бөлігі екі импульстің ұзындығын салыстырады.
Егер ұзындық әртүрлі болса, электромоторды іске қосады. Айналу бағыты
қай импульс қысқа сол бойынша анықталады. Егер импульстардың
ұзындықтары бірдей болса электромотор тоқтатылады.
Көбіне хобби-серв импульстері жиілігі 50 Гц шығарады. Бұл дегені,
импульс әрбір 20 мс - та шығарады және қабылдайды. Әдетте импульстің
бұндай ұзындығында сервожетек орташа қалпын алуы тиіс, ол 1520 мкс
білдіреді. Импульс ұзындығының өсуі және азаюуы серво жетекті сағат
тілімен немесе сағат тіліне қарсы айналуына ықпал етеді. Сонымен қатар,
импульс ұзақтығының жоғарғы және төменгі шектері бар. Кітапханада
Arduino үшін
Servo импульс ұзындығы мәніне келесі көрсеткіштер қойылған: 544
мкс үшін - 0° және 2400 мкс - үшін 180°.
Ал, енді сервожетектер қандай болады және қандай сипаттамаларға ие
екеніне тоқталайық.
Айналу кезеңі және айналым жылдамдығы.
27
Алдымен сервержетектің екі ең басты сипаттамасына: айналу мезеті
және айналым жылдамдығы.
Күш кезеңі немесе айналым сәті - векторлы физикалық мөлшер, күш
векторын, күш қолдану нүктесіне айналу осіне алынған радиус векторы
көбейтіндісіне тең. Қатты денеге айналма әрекетінің күші сипатталады.
Былайша айтқанда, сервожетек берілген ұзындықта тыныштық күйінде
қолы каншалықты ауыр жүкті ұстауға қабілетті екендігін сипаттама көрсетті.
Егер сервожетектің айналу мезеті 5кг*см ге тең болса, демек горизонталды
қалыпта қолы 1 см ұзындықта ауырлықты көтереді, бос шетіне 5 кг салмақты
көтере алады. Немесе балама түрде 5см ұзындық қолға 1кг ауырлық көтереді.
Сервожетектің тұтқасы 60 градус бұрылу үшін сервожетектің
жылдамдығы уақыт аралығымен өлшенеді. Сервожетек 0,1с60 та қа
бұрылады, сипаттамасы 0,1с60 та білдіріді. Одан минут айналымында
неғұрлым үйреншікті мөлшердегі жылдамдығын есептеп шығару қиын емес,
бірақ серваожетектің сипаттамасына көбінесе осындай бірліктер
пайдаланылады.
Айта кету керек, егер біз сервожетектің сенімді үлкен салмаққа қарсы
тұруын қаласақ, онда біз бұл күшті қондырғының жәймен бұрылуына дайын
болуымыз қажет. Ал егер біз өте жылдам жетек қаласақ онда оған қатысты
тепе-теңдік қалпынан шығару оңа болады. Бір ғана моторды қайта
қолданғанда баланс редутор тістерінің конфигурациясын анықтайды.
Әрине, біз әрқашан үлкен қуаттылықты талап ететін қондырғыны ала
аламыз, ең бастысы оның сипаттамасы біздің қажеттілшгімізді
қанағаттандыру керек.
2.2 Ішкі интерфэйс
Серевожетектердің аналгты же сандық түрлері бар.Олардың
ерекшеліктері, артықшылықтары же кемшіліктері неде? Олардың сырттай
айырмашылықтары жоқ: электроматорлары, редукторлары, потенцияметрлері
бірдей, олар тек ішкі басқару электроникасымен ерекшеленеді.
Сервожетектің екі типіде бірдей басқару импульсін
қабылдайды.Моторға сигнал жіберу қажет жағдайда, қалыпты жағдайын
өзгерту керек пе, аналгтық сервожетектен кейін шешім қабылданады. Бұл
әдетте 50ГЦ жиілікте болады.Осылайша реакцияның минималды уақытында
20 мкс аламыз. Бұл уақытта кез келген сыртқы әсер сервожетек қалпын
өзгертуге қабілетті. Бірақ бұл жалғыз мәселе емес. Тыныштық күйінде
электромоторға қысым түспейді,егер теңдіктен аздаған ауытқу болған
жағдайда, электомоторға аз қуатты қысқа сигнал келіп түседі. Қаншалықты
үлкен ауытқу болса, соншалықты күшті сигнал болады. Осылайша аздаған
ауытқуда сервожетектен үлкен сәт дамыта алмайды және мотор тез айнала
алмайды. Уақыт және қашықтық бойынша да өлі аймақтар түзіледі.
Бұл проблемалар электромоторды басқару мен сигналдарды өңдеу
қабылдау жиілігінің үлкеюі есебінен шешуге болады. Сандық сервожетектер
200 ГЦ-да үлкен жиілікті сигналды моторға жібереді,басқару имплюсын
28
қабылдап оларды өңдейтін арнайы процессор қолдананады. Сонда сандық
сервожетек айналу сәтінде және кезекті жылдамдықты тезірек дамытуда,
сыртқы әсерлерге тез жауап беруге қабілетті, демек берілген позицияны өте
жақсы ұстап тұрады. Әрина бұл үшін көп электр қуатын қажет етеді. Сондай
ақ сандық сервожетекті өндіру де қиындау, сондықтан бағасы айтарлықтай
қымбат тұрады. Негізінде,осы екі кемшілік-барлық сервожетекте кездесетін
бар минустары. Техникалық жоспарда олар сөзсіз аналогтық сервожетектен
басым түседі.
2.3 Тісшелер материалдары
Сервожетекке арналған тісшелер әртүрлі материалдан болады:
пласмассалы, көміртекті, металдық. Олардың барлығы кеңінен
қолданылады,нақты тапсырмаға байланысты және де қондырғыда қандай
харектеристика қажет екендігіне байланысты.
Пласмассалы көбінесе ниондық, тісшелер өте жеңіл, тозбайтын,бәрінен
бұрын сервожетекте жақсы таралған. Олар үлкен қысымға төзімсіз,бірақ егер
қысым шамасы көп емес болса онда нелондық тісше,дұрыс таңдау.
Карбондық тісшелер ұзағырақ төзімді,негізіне тозбайды,нелонға
қарағанда бірнесе есе мықтырақ. Басты кемшілігі-қымбат (12).
Металдық тісшелер ең ауыр болып табылады, бірақ олар барынша
төзімді.Барынша тез тозады,олар сол себепті әр маусым сайын ауыстыруды
қажет етеді.Титандық тісшелер метелды тісшелер арасындағы техникалық
сипаттамасындағыдай бағасына қарай да ең үздігі.Өкінішке орай олар Сізге
айтарлықтай қымбатқа түседі.
Сандық сервожетек қолданылуда тиімді, егер:
а) барынша жоғарғы шешім, аз өлі аймақ, барынша нақты қалып;
б) тезірек басқару реакциясы - қысқа уақыттағы жылдамдықты арттыру;
в) сервожетектің тербелме қозғалысы барлық жол аралығында тұрақты
айналады;
г) ұстап тұру уақытын арттыру, тербелме қимылсыз күйінде.
Сервоприводты контроллерге қосу үшін 3 пиндік жалғағышпен
қосылған қадамы 2.54мм (1) болатын 3 сым керек. Сымның түрлері әртүрлі
болып келуі мүмкін. Қоңыр немесе қара - жер (теріс), қызыл - оң қорек көзі,
қызғылт сары немесе ақ - бағыттаушы сигнал. Сонымен, платаға жіберілген
сигналды түрлендіріп, импульс
ретінде қозғалтқышқа жүктеледі(3).
Сервожетектің бұрышын беріп және оны өлшеу үшін потонциометрдің орны
зор.
Потенциометра жұмысы аса қиын емес. Потенциометрдың 3 шығысы
бар. Шеткі шығысына оң және теріс қорек көзі беріліп, шығыстардың
арасында резисивті нәрсе болады. Сол арқылы ортасындағы шығыспен
байланыс сырғанағы жүреді. Біздің жағдайда сол жақ шетіндегісі оң, ал оң
жақ шетіндегісі теріс деп алдық. Айналманы сол жақтан оң жаққа
айналдырған кезде біз кедергіні көбейтіп, сонымен бірге ортаңғы шығыстан
өлшейтін кіріс кернеуін минималды кернеуге азайтамыз.
29
2.2 сурет - Потонциометр
Кедергінің минималды өлшемі нақты бір потонциометрден алынған
максималды кедергінің өлшеміне тең. Біз қарастырып жатқан сервожетектің
потонциометрі 5кОм орнатады. Сервожетектің айналмасы сервожетектің
валының шығысымен жанасқан. Олай болса, шығыс валын бұраған кезде
потоциометрдің мәнін өзгертеміз.Ойша кіріс кернеуін 5 В деп алсақ, сол жақ
шеткі орнында потонциометр барлық кернеулерді өшіріп,минималды кернеуі
нөлге теңгеріледі де ортаңғы орнында екі жарым В болады. Осы
мәліметтерге сүйене келе 180° - та потонциометрдің шығысында бізде 5 В, 90°
- та 2,5 В, 0° 0 В.
Сервожетек 0° орнында тұрады. Басқару платаның кірісіне біз
сервожетектің 90° -қа бұрылу керектіген хабарлайтын басқарушы сигналды
жібереміз. Платаның ішіндегі бөлігі потонциометрдің көрсеткен өлшемін
оқып, потонциометрде 0 В екенін көреді.Бірақ программада 2,5 В болуы керек
еді. Плата арасындағы айырмашылықты сараптап, мотордың айналу бағытын
таңдап, оны шығыстағы кернеу 2,5 В - ке тең болғанша айналдырады.
2.3 сурет - Сервожетек
Микромоторчик (4) валда (момент) үлкен әсер бере алмаса да
қозғалудың үлкен жылдамдығына ие. Үлкен бұрышты аз моментті
жылдамдықты аз және үлкенге түрлендіру үшін редуктор қолдану қажет.
Редуктор моторчик валымен шығыс валын байланыстыратын тістегіштерден
тұрады (5). Тістегіштегі тістері азы тістері көбін бағыттап жүреді. Соның
әсерінен жылдамдығы азайып,моменті көбейеді.
30
2.4 Қоректену блогы
Қоректену блогы - электр құрылғысын тоқ, кернеу сипаттамаларына
сай келетіндей электр энергиясымен қамтамассыз етуге арналған құрал. Қорек
көзі жалпы схемаға модуль түрінде немесе бөлек бір бөлмеде интегриван
болуы мүмкін (көбінесе қарапайым құрылғыларда). Осы жобада қолданылған
қорек блогы Driver L298 жұмыс жасауға ыңғайлы. 2.11 суретінде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Дипломдық жобада манипулятордың иіннің буынның
электржетекшісінің моделі жобалынды. Жобаның барысында есептелмелік
жұмыстар жүргізіліп, басқару жүйесі таңдалынды. Arduino негізінде жасалған
бұл жоба қазіргі таңда үлкен сұраныс үстінде. Манипуляторлы электржетегін
жобалау кезінде көптеген программалар қолданылды (Sprint-Layout, Sketchup,
Solidworks, Electronic Workbench, Bluetooth Electronics, CorelDraw). Бұл
жобаның экономикалық тиімділігі мен өміртіршілік қауіпсіздігі
қарастырылды.
Аннотация
В данном дипломном проекте спроектирован электропривод плечевого
сустава манипулятора. В процессе проекта проводились вычислительные
работы и выбрана система управления. Этот проект который основан на
основе Ардуино и пользуется большим спросом среди людей. В
моделировании проекта были использованны множество программ (Sprint-
Layout, Sketchup, Solidworks, Electronic Workbench, Bluetooth Electronics,
CorelDraw). В этом проекте были предусмотренны экономическая
эффективность и безонастность жизнидеятельности.
Annotation
In this graduation project the electric drive of the shoulder of the manipulator
was designed. During the project computational works were done and control
system was selected. This project which is based on Arduino is now in great
demand. Many programs such as Sprint-Layout, Sketchup, Solidworks, Electronic
Workbench, Bluetooth Electronics, Corel Draw were used to design the electric
shoulder of the manipulator. There were provided the economic efficiency and life
safety of the project.
10
Манипулятордың иіннің буынның электржетекшісінің моделі
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
1 Технологиялық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..13
1.1 Дипломдық жобаға тапсырмалар қою ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..13
1.2 Жетек. Жетектің түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ..13
1.3 Электрлік жетек ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .15
1.4 Манипулятор жайлы қысқа түсініктеме ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2 Конструкторлық бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
2.1 Сервожетек ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...26
2.2 Ішкі интерфэйс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .28
2.3 Тісшелер материалдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...29
2.4 Қоректену блогы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2.5 Крон батареясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3 1
2.6 Кернеу стабилизаторы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .32
2.7 Bluetooth module HC 05 ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..32
2.8 Потенциометр ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33
2.9 Техникалық есеп ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...35
3 Бағдарламалық бөлім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .40
3.1 Arduino IDE программасының әзірлеу ортасы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ...40
3.2 Программалық жүктеме ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..42
4 Өміртіршілік қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...43
4.1 Жұмыс орнындағы зиянды және қауіпті факторларға талдау жасау ... ...43
4.2 Шудан қорғану. Шудың деңгейіне акустикалық есеп жүргізу ... ... ... ... 44
4.3 Электр қауіпсіздігін қамтамасыз ету шаралары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..49
4.4 Нөлдеу есебі ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..5 1
5 Техника экономикалық негіздеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...54
5.1 Жoбaның мaқcaты жәнe міндeті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
5.2 Өндірістік жоспар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
5.3 Кететін шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56
5.4 Экономикалық тиімділігі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...59
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .62
Қысқартулар тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 63
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...64
А қoсымшасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .65
А қoсымшасының жалғасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .66
А қoсымшасының жалғасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .67
11
Кіріспе
Қазіргі
таңда ешбір өндірісті өндірістік механизмсіз елестете
алмайсың. Көптеген заманауи жұмыс машиналарын
және өндірістік
механизмдерді, транспорттарды, ауыл шаруашылығында, тұрмыстық
шаруашылықта, технологиялық процестерді қазіргі басқаратын автоматтанған
электржетек түріне дейін ұзақ даму процесін басынан өткізді. Заманауи
элетржетектің қуат қолданылуына байланысты шектері - бір қозғалтқыштағы
он мыңдаған кВ-тан жарты ваттқа дейін. Заманауи автоматтандырылған
электржетегі - жұмыс машинасының бөлігін қозғалтуға және оның
технологиялық процесстерін басқаруға арналған күрделі электромеханикалық
жүйе. Ол 3 бөліктен тұрады. Электромеханикалық энергияны түрлендіретін
электрлік қозғалтқыш технологиялық процестерді басқаруға арналған басқару
жүйесі болып табылады.
Техниканың кез келген саласында автоматтанған электржетегінің
көмегінсіз қозғалған ешбір заманауи
өндірісті
айта алмаймыз.
Электржетегінде электр энергиясын механикалық энергияға электр
қозғалтқыш түрлендіреді. Электр қозғалтқыш түрлендіргіш және басқарушы
құрылғы арқылы механизмдердің өндірістік талаптарына сай электржетектің
статикалық және динамикалық сипаттамаларының қалыптасуына байланысты
басқарушысы
болып табылады. Өндірістік процестің күрделігі жұмыс
машинасының қозғалу сипаттамалары мен түрлеріне тәуелді.
Қозғалудың түріне байланысты бір бағытты айналмалы қозғалыс және
ревестивті айналмалы
болып қозғалыстарды қамтамассыз етеді.
Қозғалтқыштың сипаттамасы мен басқарушы жүйенің мүмкіндіктері
механизмнің мүмкіндіктерімен технологиялық операциялардың
орындалуының дәлділігін анықтайды. Электромеханикалық жүйенің қасиеті
жұмыс машинасының маңызды көрсеткіштеріне, технологиялық
процестерінің экономикалық эффективтілігі мен сапасын анықтауға маңызды
әсер етеді. Автоматтанған электржетектерінің дамуы машина
конструкциясының жетілуіне, технологиялық процестердің түбегейлі
өзгеруіне, халық шаруашылығының барлық салаларында үлкен прогреске
алып келеді. Сондықтан электржетек теориясы - электромеханикалық жүйе
жалпы қасиеттерін зерттейтін, қозғалыстың басқару заңдарын, берілген
көрсеткіштерге байланысты жүйелердің синтездеу қабілеті бар техникалық
ғылым.
Жетілген электржетегін құрастыру электромеханикалық
құрылғының типін таңдау және оның технологиялық процесіне байланысты
басқару жүйесі осы процесте жұмыс атқаратын бөлек механизмдеріне
байланысты критерилерді қанағаттыру кезінде құрастырылады. Оның
ерекшелігі халық шаруашылығының әртүрлі салаларына байланыстылығымен
түсіндіріледі.
12
1 Технологиялық бөлім
1.1 Дипломдық жобаға тапсырмалар қою
Манипулятордың иіннің буынның электржетекшісінің моделі жобалау
үшін біз көптеген программаларды пайдандық. Толығырақ айтсақ есептемелік
жұмыстар жүргізу үшін, 3D моделін жобалау үшін, манипуляторға қажетті
бөліктерін құрастыру үшін және т.б жұмыстарды орындау үшін
пайдаланылды. Бұл жобаның өміртіршілік қауіпсіздік талаптарына сай,
экономикалық тұрғыдан тиімділігіне көз жеткіздік. Алайда жобалауды
бастамас бұрын алдымызға мақсат - тапсырмаларды қоюды жөн көрдік:
a) жобаға байланысты қарастырылатын манипулятордың жалпы моделін
программада жобалау;
б) манипулятордың бөліктерінде тұратын редуктордың моделін жобалау;
в) керекті құраушы бөлшектерін жинау;
г) аrduino mega микропроцессоры негізінде басқару жүйесін әзірлеу;
д) жобаның бағдарламасын құру;
ж) жобаланған манипуляторды толығымен құрастыру;
и) өміртіршілік қауіпсіздігімен экономикалық тиімділігін қарастыру.
Бұл жобаның актуалдылығы - қазіргі таңда өнеркәсіптік және
зертханалық жұмыстарда манипуляторларды қолдану өнімділікті,
қолданыстағы және жаңадан әзірленген жабдықтар тиімділігін арттыруға,
және де адамды физикалық ауыр және денсаулыққа зиян жұмыстардан
арылуға кеңінен мүмкіндік береді. Манипулятордың жұмысының өнімділігін
және қолданыстағы тиімділігін арттыру үшін онда қолданылатын
электржетегінің маңызы зор.
1.2 Жетек. Жетектің түрлері
Жетек - бұл қозғалысқа келтіруге арналған әртүрлі механизмдер мен
машиналардың жиынтығы. Энергияның көзі ретінде қозғалтқышты (жылулық,
электрлік, пневматикалық, гидравликалық және т.б.) немесе жиналған
механикалық энергияны энергияны алдын ала бере алатын құрылғыны
(пружиналық, инерциялық,гирелік механизм) айтады. Кейбір жағдайларда
жетек жұмысы мускулдық күш арқылы жұмыс атқарады. Оған мысал ретінде
арифмометр, тігін машинасы, велосипед айтып кетуге болады.
Әйткенмен, өзінің жұмысында жетек қол жұмысы арқылы немесе
автоматикалық болуы мүмкін. Қол жұмысы арқылы жұмыс жасайтын жетектің
автоматикалықтан ерекшелігі қол жұмысы арқылы жұмыс жасайтын
жетектердің басқарылуы міндетті түрде жетектің қасында орналасуы керек.
Өйткені, бөлшектердің арасындағы үлкен механикалық алмасу (шынжырлы)
жетекті үлкен қашықтыққа қозғалтуға мүмкіндік бермейді. Сондықтан қол
жұмысы арқылы жасайтын жетектер тікелей басқарылуды қажет ететін
жетектер деп аталады.
Автоматикалық жетекке электрикалық және пневматикалық жетекті
жатқызуға болады. Электрикалық және пневматикалық жетектерді басқару
13
жетектердің өзінен емес, басқару қалқанында орналасқан. Электрикалық
жетектің негізгі мақсаты электр энергиясын механикалыққа немесе керісінше
түрлендіру болып табылады.Бұл процесс басқарылатын және әртүрлі
машиналар, аппараттар, құрылғылар мен жабдықтардың жұмыстары үшін
керекті.
Қашықтықтан басқарылатын жетектер - дистанциондық деп аталады.
Электрикалық дистанциондық жетектер:электромагниттік және электро -
қозғатқыштық.
Жетектің ең маңызды жұмысы - қосу және ажырату. Онымен қоса
жетек ажыратқышты қолмен немесе қашықтықтан ғана емес оны реле
қорғанысы жұмыс жасаған кезде автоматты түрде өшіруі қажет. Сондықтан
жетек өшіруіне байланысты автоматты және автоматты емес болып бөлінеді.
Барлық автоматты жетектерде реле қорғанысының сигналын қабылдайтын
өшіруші электромагниті (өшіруші катушка), болады.
Жетек манипулятордың құрама бөлігінің бірі болып табылады.Оның
басты қызметі келетін энергияны манипуляторлық жүйедегі атқарушы
бөліктерімен басқару жүйесінен келетін сигналға байланысты роботтың
қозғалуы.
Жетектің кинематикалық схемасы (1.1 сурет).
Жетек манипулятордың технологиялық мүмкіндіктерімен оның
параметрлерін және оның толық жұмысында маңызды рөл атқарады. Жетектің
негізгі параметрлері: қуат, жылдамдық, тез әсер етуі және командалық
сигналды өңдеудің дәлділігі.
1 - қозғалтқыш; 2 - бұрамдық беріліс; 3 - тік тісті цилиндрлік беріліс;
4 - подшипник.
1.1 сурет - Жетектің кинематикалық схемасы
Жетекті таңдар алдын, ең бірінші, бірнеше белгілерге көңіл бөлу қажет.
Олар: энергия тасымалдаушы, атқарушы қозғалтқыштардың түрлері, басқару
амалдары, энергияны қолдану амалдары.
Жетектерде әртүрлі берілістер қолданылады. Мысалы: тісті беріліс,
шынжырлы беріліс, бұрамдық беріліс. Онымен қоса әртүрлі үйлестіру арқылы
14
жасалған берілістер де қолданылады. Қиыстыру арқылы жасалған жетектер де
қолданылады. Олар транспорттық, ауыр жүктерді көтеру кезінде, өндіруші
және т.б. машиналарда кездеседі. Бірақ кез келген жағдайда жетектің ең
негізігі сипаттамасы ретінде пайдалы әрекет коэффициенті (ПӘК), қуат,
валдың бұрыштық жылдамдығы және т.б. саналады.
Жетектің негізгі сипаттамалары:
а) механикалық сипаттамасы - валдың айналу кезіндегі бұрыштық
жылдамдығының электромагниттің моменті М ге тәуелділігі. Механикалық
сипаттама жетектің статикалық және динамикалық режимдері кезіндегі
анализге қажетті құрал саналады;
б) қозғалтқыштың электромеханикалық сипаттамасы - бұл ω валдың
айналу кезіндегі бұрыштық жылдамдығының I тоққа тәуелділігі.
Автоматты жетек энергиясына байланысты бірнешеге бөлінеді:
а) электрикалық жетек, механикалық қозғалыстардың негізі электро-
қозғалтқыш болып табылады;
б) пневматикалық - жетек, сығылған ауаның энергиясы механикалық
энергияға түрленеді;
в) гидравликалық - жетек, сұйықтықтың қозғалуы нәтижесінде ме-
ханикалық энергияны алу.
1.3 Электрлік жетек
Электржетек машинаның жұмыс органының қозғалысын қозғаушы
және оның технологиялық процесын басқаратын электромеханикалық
құрылғы болып табылады. Ол үш бөліктен құралады: механикалық
энергияны түрлендіретін электр қозғалтқыш, машинаның жұмыс органына
механикалық энергияны жеткізуші механикалық бөлік, технологиялық
процестермен жекеленген критерилер бойынша оңтайлы қамтамасыз ететін
жүйелік басқару.
Қозғалтқыштың
ерекшелігі мен басқару жүйесінің
мүмкіндіктері динамикалық жүктердің механикалық құрылғыларда және
басқада бірқатар факторларға технологиялық операциялардың орындалу
анықтығын және өндірістік механизмін анықтауды басқару(1). Екінші
жағынан, жетектің механикалық бөлігі оның қозғалысының шарты оның
массасы және оның нақты
берілуі және тағы басқада шарттары
қозғалтқыштың жұмысы және басқару жүйесіне байланысты, сондықтанда
жетектің электрлік және механикалық элементтері бірыңғай
электромеханикалық жүйені яғни, өзара тығыз қатынаста орналасқан
құрамдас бөліктерді қалыптастырады. Электромеханикалық жүйесінің сипаты
жұмыс машинасының көрсеткіштеріне ең маңызды шешуші әсер етеді және
үлкен дәрежеде технологиялық процестердің сапасы мен экономикалық
тиімділігін анықтайды. Автоматтандырылған электржетегін
(1.2 сурет)
дамыту машина жобалауды жетілдіру мен технологиялық процестердің
түбірімен өзгертуі болашақта басқада халықтық шаруашылық салаларында
ілгерілеуге алып әкеледі.
15
1.2 сурет - Автоматтандырылған электржетегі сызбасы
Электржетегінің артақшылықтары:
а) жұмыс жасайтын жетектің электрқозғалтқышының қуаты қажетті
мөлшерге байланысты таңдалады;
б) электрикалық қозғалтқыш іштен жанғыш жылулық қозғалтқышқа
қарағанда өрт жағдайында қаупі аз;
в) электржетек тез арада, керек болса, жиі машинаны қосуға әрі
ажыратуға, мүмкіндігінше бірсарынды түрде тежеуге мүмкіндік береді;
г) электроқозғалтқыштың валына түскен жүкте өзгеріс болса жүйеден
электр энергиясын реттейтін арнайы құрылғылар қажет емес;
д) электржетегі жұмыс машинасының электроқозғалтқышының керекті
типін таңдау жол ашты;
е) электр жетегі кезінде сатылы түрде немесе бірыңғайлы түрде жұмыс
машинасының жиілігін реттеуге болады;
ж) электрикалық қозғалтқыш үлкен қашықтықтағы және жұмыс
машинасының салдарынан туындайтын ауыр жүктерді көтеруге мүмкіндік
береді;
и) электрикалық жетек үлкен жүрдектілікті және жұмыс машинасының
үлкен өнімділігіне жол ашады;
й) электрикалық қозғалтқыш электр энергиясын экономдайды және
тежеу кезінде оны электрикалық жүйеге береді;
к) электржетек қолданылған кезде жеңіл түрде, әрі толыққанды
машинаны және құрылғыны автоматизировать етуге болады;
л) электқозғалтқыш басқа қозғалтқыштармен салыстырғанда үлкен
ПӘК-і бар;
м) электроқозғалтқыштарты жұмыс машинасына ыңғайлы түрде үлкен
теңгерумен шығарады (1.3 сурет).
Қозғалуына байланысты электржетек мына типтерге бөлінеді:
а) сызықты ЭЖ;
б) айналмалы;
в) дискретті.
16
1.3 сурет - Функционалды схема
Функционалды элементтер:
а) реттегіш (Р) - элетржетегіндегі процесстерді басқаруға арналған
құрылғы;
б) электрикалық түрлендіргіш (ЭТ) жүйедегі электр энергиясын тұрақты
немесе айнымалы тоқ кезіндегі реттелетін кернеуге түрлендіру;
в) электромеханикалық түрлендіргіш (ЭМТ) -- элетр энергиясын ме-
ханикалық энергияға түрлендіруге арналған қозғалтқыш;
г) механикалық түрлендіргіш
(МТ) қозғалтқыштың айналу жыл-
дамдығын өзгертуі мүмкін;
д) басқ -- басқару әсері;
ж) ао -- атқарушы орган.
Функционалды бөліктері:
а) күштік бөлігі немесе ажыратылған реттеужүйесіндегі элетржетегі;
б) механикалық бөлігі;
в) электржетегінің басқару жүйесі.
1.3.1 Электржетектің классификациясы.
Электржетектің механикалық энергияны тарату әдістеріне қарай үш
негізгі түрге бөлуге болады: топтық электржелек, жеке және өзара
байланысты электр желегі.
Топтық электржетек бірнеше жұмыс машинасының атқарушы
органдарын немесе бірнеше атқарушы органдарды бір жұмыс машинасында
қозғалысын қамтамасыз етеді(2). Механикалық энергияның бір
қозғалтқыштан басқа бірнеше жұмыс машиналарына берілуі және олардың
арасындағы таралу бір немесе бірнеше трансмиссияның көмегі арқылы
жүзеге асады. Мұндай топтық жетек трансмиссия деп аталады (1.4 сурет).
Электржетек энергияны тасымалдау барысында трансмиссиялауда
техникалық кемшілік қазіргі уақытта тіптен қабылданбайды. Өз кезегінде ол
орнын жеке және өзара тығыз қатынасқа береді.
Топтық жетек трансмиссиялық және топтық желектермен
салыстырғанда бірқатар артықшылықтар мен мүмкіндіктерге ие: өндірістік
объектілер ауыр трансмиссиялар мен аудару қондырғыларына бөгет
жасамайды; жұмыс жағдайы жақсара түседі, механизмдерді жеке басқару
нәтижесінде еңбек өнімділігі жоғарылайды, объектінің шаң басуы азаяды,
жұмыс орнының жарықтануы жақсарады, қызмет көрсетіп отырған
17
персоналдың жарақат алуы қысқарады. Одан бөлек, жеке электр жетегі
неғұрлым жоғарғы энергетикалық көрсеткіштермен ерекшеленеді(3).
Трансмиссиялық жетек істен шыққан кезде немесе машина тобының
электрқозғалтқышын жөндеу
кезінде жұмыстан шығуы 1.5
суретте
көрсетілгендей бір жұмыс машинасының тоқтауына бір ғана электр
қозғалтқыштың тоқтауы асер етеді.
1.4 сурет - Электржетектің топтық трансмиссиның құрылымдық
сызбасы
1.5 сурет - Топтық электр жетектің құрылымдық сұлбасы
Жеке электр желек
әртүрлі
заманауи машиналарда кеңінен
қолданылады, мәселен ауыр металкескіш станоктарда, металлургиялық
өндірістегі жалға алынған станоктарда, көлемді транспорттық машиналарда,
экскаваторлар мен манипуляторлы роботтарда қолданылады. Жеке жетекті
пайдалану үлгісіне бөлшекті фрезерді станоктың қызмет етуін алуға болады
(1.6 сурет), электр жетектің басты қозғалыс бөліктеріне ие (үш ұршықты
жетек).
Өзара
байланысты электржетек электрқозғалтқыш құрылғымен
өзарабайланыстағы екі немесе бірнеше электрлік және механикалық
қатынасты құрайды(4).
Өзара байланысты электржетекке мысал ретінде шынжырлы конвейр
келеді. 1.7 суретте осындай желектің сұлбасы көрсетіледі, жұмыс мүшесі
болып шынжыр орналасады, ол екі немесе бірнеше қозғалтқыштар арасынан
өтеді (М1, М2). Бұл екі қозғалтқыш амал жоқ бірдей жылдамдықта жұмыс
істейді.
Өзара байланысты электржетек көбінесе қазіргі заманауи автокөліктер
мен агрегаттар, мысалы ретінде теміркескіш көшіру станоктары және
18
программалық басқаруы бар станоктар, қағаз жасаушы мәшинеде
полиграфиялық өндірістегі ротациялық мәшине, текстильді агрегаттар,
синтетикалық қабық және т.б.
1.6 сурет - Жеке электржетектің жұмыс органы бөлшектік құрылғысы
1.7 сурет - Конвейердің өзара қатынастағы желек сұлбасы
Қозғалыс кезінде электрлі жетек қамтамасыз ете алады: бір бағытты
айналмалы қозғалыс, айналмалы кері және үдемелі айналмалы қозғалыс(5).
Айналмалы бір бағытты қозғалыс, сондай ақ реверсивті қозғалыс электр
желекте әдеттегі орындауды жүзеге асырады. Үдемелі қозғалыс электр
қозғалтқышты
айналмалы қозғалысты әдеттегі орындаумен механизмді
түрлендіруді пайдалану арқылы алынған болуы мүмкін, (қанатты, бұрандалы,
тарпалы т. б.) немесе үдемелі қозғалсы үшін электрқозғалтқышты арнайы
(сызықтық электрқозғалтқыш, магниттігидродинамикалық қозғалтқыш деп
аталатын) орындауды қолдану арқылы жүзеге асырылады.
Электр жетекті бақылау дәрежесі бойынша былай болуы мүмкін:
а) реттелмейтін -- жұмыс машинасының атқарушы органының әсерінен
бір жұмыс жылдамдығының үрейлі әрекеттерінің нәтижесінде ғана өзгеретін
желектің параметрлері әрекеті үшін тартылады;
б) реттелетін -- машинаның атқарушы органының жылдамдығы мен
желектің басқарушы құрылғысының параметрлерінің әсерінен өзгеретін
немесе өзгермейтіндігін хабарлау үшін;
в) бағдарламалық - басқару -- бағдарламаның берілген тапсырмасына
сәйкес басқару;
19
г) қадағалау -- жұмыс машинасының атқарушы органының қозғалысын
автоматты түрде өңдеуіне белгілі бір дәлдікпен өз бетінше берілген сигналмен
сәйкестігін қадағалау;
д) бейімді -- басқару жүйесі параметрлерін автоматты түрде таңдайтын
немесе машинаның жұмыс істеу жағдайлары өзгерген кезде оңтайлы режимін
дамыту мақсатындағы құрылым.
Электржетекті берілу құрылғысының сипатына қарайда жіктеуге
болады. Бұл жағдайда электр жетек төмендегідей болады:
а) редукторлы, бұл құрамы редуктордан тұратын айналмалы қозғалысты
электржетекке жеткізіп отыратын өткізгіш құрылғыға;
б)редукторсыз, бұл құрамы редуктордан тұрмайтын
электрқозғалтқыштан немесе тікелей жұмыс органынан немесе өткізгіш
құрылғысынан қозғалысты жүзеге асырылатын берілу.
Автоматтандыру дәрежесі бойынша былай бөлуге болады:
а) қолмен басқарылатын автоматтандырылмаған электржетек; қазіргі
кезде мұндай жетек тұрмыстық және медициналық және тағы басқада шағын
қуатты техникалардың қондырғыларында болмаса негізінен сирек кездеседі;
б)автоматты реттеу парметрлерімен басқарылатын автоматтандырылған
электржетек;
в) оператордың қатысуынсыз өңдеу әсерінен басқарылатын автоматты
құрылғы -- автоматты электржетек.
Электржетектің соңғы екі түрі көп жағдайларда кеңінен пайдаланылады.
Соңында, ток бойынша сұрыптауда тұрақты және ауыспалы
электржетек пайдаланылады.
Басқару типіне байланысты:
а) автоматты ЭЖ, автоматты реттеу арқылы басқару;
б) программалық басқарылатын ЭЖ;
в) бақылағыш ЭЖ;
г) позициялық
ЭЖ, автоматты түрде атқарушы органның орнын
реттегіш;
д) бейімделгіш ЭЖ.
Қимылдың сипаттамасына қарай:
а) айналу қимылы бар ЭЖ;
б) түзулік қозғалтқышы бар Түзулік ЭЖ;
в) дискреттік ЭЖ.
Беріліс құрылғысының сипаттамасына қарай:
а) редукторлы ЭЖ (редуктормен немесе мультипликатормен);
б) электрогидравликалық (гидравликалық құрылғысы бар беріліс);
в) магнитогидродинамикалық ЭЖ (электр энергияны қимылға түр-
лендіретін беріліс).
Тоқтың түріне қарай:
а) айнымалы тоқ;
б) тұрақты тоқ.
20
Амалдарды орындау маңыздылығына қарай:
а) басты ЭЖ, бас қимылын қамтамассыз етуші немесе басты амалды
(көп қозғалтқышты ЭЖ);
б) қосалқы ЭЖ;
в) беріліс жетегі.
1.3.2 Электржетектің жұмыс режимі.
Электржетегіндегі режимдер орнатылған (жұмыстың номиналды
режимі) және өтпелі (пуск, реверс, тежегіш) болып бөлінеді. Орнатылған
(номиналды режим жұмысы) и өтпелі (пуск, реверс, тежегіш)(6).
Электржетектің орнатылған режимі моменттің динамикалық нөлдік
шартына тең болғанда анықталады.Бұл режим қозғалтқыштың бұрыштық
жылдамдығының тұрақты болуымен уақыт бойынша және қозғалтқыш пен
кедергінің моменттерінің өлшеміне тең шарты арқылы ерекшеленіледі (7).
Орнатылған режимде болатын момент жылдамдықтың функциясы кезінде
М = Мс тепе-теңдігі тек кедергі моменті қалыпты өлшем немесе жылдамдық
функцисясы болған жағдайда ғана орындалады. Егер МС функция болса,
мысалы, жолы (айналу бұрышы), онда тұрақты бұрыштық жылдамдық кезінде
кедергі моменті уақыт бойынша өзгереді,онымен қоса орнатылған режим
мүмкін емес.
Орнатылған режим статикалық қасиетімен ерекшеленіледі.
Бір орнатылған жағдайдан екіншісіне өту кезінде жылдамдықпен
моменттің,тоқтың өзгеру кезінде жасалатын режимді Өтпелі режим деп
атайды (8).
Электржетегінде өтпелі режимдердің пайда болуы өнеркәсіптік процесс
кезінде жүктің өзгеруі кезінде немесе электржетекті басқару кезіндегі әсерінің
нәтижесінде және т.б.(пуск,тоқтату,айналу бағытының өзгерісі). Өтпелі режим
электржетегінде төтенше жағдай кезінде немесе элетрқамтамасыздандыру
шарттарының сақталмау нәтижесінде (мысалы, кернеудің өзгеруі немесе
жүйенің жиілігі, кернеудің симметриясыздығы және т. б.) пайда болуы
мүмкін.
Электржетектің өтпелі режимінің қасиеті жұмыс жасайтын машинаның
құрамына,
қолданылатын
қозғалтқыштың типіне және механикалық
алмасуына, әсер ету принципына және басқару аппаратурасына,онымен қоса
қозғалтқыштың жұмыс жасау режиміне байланысты (пуск, тежеу, қабылдау
және нөлдеу, жүктер және т.б.). Өтпелі режим динамикалық қасиеттерімен
сипатталады.
1.3.3 Электржетектің жұмыс теңдігі.
Электр энергиясын механикалыққа түрлендіретін электрқозғалтқыштар,
айналу қозғалысын жасайды; машина-қарулардың да маңызды бөлігі
айналатын жұмыс органы бар;сондықтан да қозғалыс теңдігінің шешімін ең
алдымен айналу қозғалысы үшін жасау маңыздырақ болып табылады.
21
Динамиканың негізгі заңдарына сай айналатын дене моментінің осьтік
айналымына қатысты векторлық қосындысы іс-әрекет(қимыл) моментінің
санының туындысына тең:
∑𝑛𝑖=1 M𝑖 =
𝑑(𝐽𝜔)
𝑑𝑡
.
(1.1)
Электржетектің негізгі электрлік машина жұмыс режимі
қозғалтқыштық болып табылады. Ротордың қозғалуына және қозғалтқыш
моментіне бағытына қарай кедергінің моменті тежегіш мінез танытады.
Сондықтан,кедергінің оң бағыт моменті оған қарама-қарсы бағыттағы
қозғалтқыштың моментін қабылдайды.Соның салдарынан мынадай (1.2)
тепе-теңдік орнайды:
M − Mc = J
dω
dt
.
(1.2)
Жетек қозғалысының теңдеуі қозғалтқыштың әсерімен күшейген айналу
𝑑𝜔
𝑑𝑡
кезінде кедергінің 𝑀𝑐 моментімен теңеседі.Бұл теңдеуде көрініп тұрғандай
жетектің инерция моменты J өнеркәсіптік механизмдар үшін лайықты
болатындай тұрақты.(9)Бұл жерде моменттер векторлық емес алгебралық.
Өйткені М және M c бір айналу осьіне қатысты.
Теңдіктің (1.1) оң жағын инерциялық (динамикалық) моменті 𝑀дин деп
айтады.
Mдин = J
dω
dt
.
(1.3)
Бұл момент тек өтпелі режим кезінде,жетектің жылдамдығы өзгерген
кезде байқалады.(1.3) теңдігіне сай, динамикалық моменттің бағыты
электржетектің бағытының үдеуінің бағытымен әрдайым сәйкес келеді.
Динамикалық моменттің таңбасына сай электржетектің мынадай
режимдері болады:
dω
dt
жетектің тежеуі орындалады;
dω
dt
байқалып, ɷ˂0 кезінде үдейді;
dω
dt
жасайды (ɷ=const).
Жалпылай келе жетек қозғалысының теңдеуі былай жазылады:
22моменті оның валында және инерциялық немесе динамикалық моменті 𝐽
а) Mдин 0,
0, ɷ˃0 кезінде жетектің үдеуі бар, ɷ˂0 кезінде
б) Mдин 0,
0, ɷ˃0 кезінде жетек қозғалысының төмендеуі
в) Mдин = 0,
= 0 бұл жағдайда жетек орнатылған режимде жұмыс
+-Mm𝑀𝑐 = 𝐽
𝑑𝜔
𝑑𝑡
.
(1.4)
Моменттердің таңбалары қозғалтқыш жұмысының режиміне және
кедергі моментінің қасиетіне байланысты болып келеді.
Айналмалы қозғалыс кезінде тек элементтері бар системалардан басқа
ілгерлемелі қозғалысқа негізделген жүйелерді кездестіруге болады..Бұл
жағдайда моменттің теңдігінің орнына жүйеге әсер ететін күштің теңдеуін
қарастырған жөн(10).
Ілгерлемелі қозғалыс кезінде қозғаушы күш әрқашан машинаның
𝑑𝑣
𝑑𝑡
тең. Егер дененің массасы m килограмм берілсе, жылдамдығы V - мc,
инерция күші басқа күштер секілді ньютенмен өрнектеледі ( кг м с 2 ).
Берілген мәліметтерге сүйене келе қозғалу кезінде тепе-теңдік теңдігі
былай жазылады:
𝐹 − 𝐹𝑐 = 𝑚
𝑑𝑣
𝑑𝑡
.
(1.5)
.
(1.5) формуласында, дененің массасы m тұрақты болып келеді.
Жоғарыда айтылған классификациялар және моменттердің таңбалары
жүйеге әсере ететін күштерге де орынды
1.3.4 Оңтайлы жүйелі электроприводын таңдау.
Өнеркәсіптік
және манипуляторлы роботтарда
пневматикалық,
гидравликалық, электроприводтар қолданылады.
Электроприводтар соңғы уақыттарда электромеханика мен есептеуіш
техникаларға (басқару жүйелерінде) байланысты кеңінен қолданыла бастады.
Қазір шығарылып жатқан өнеркәсіптік роботтардың 40...50% - ында
электроприводтар бар. Олар негізінен өнеркәсіптік роботтарда орта есеппен
жүк көтеруде және көп деңгейде жылжытуда (3...6) қолданылады. Бұл
приводтың жайғасымы кері байланысты басқару жүйесінде қолдану есебінен
қарағанда өзге приводтардан (нақтырақ +-0,05мм дейін) үлкен. Электр
приводының өзге приводтардан артықшылығы үнемді, неғұрлым жоғарғы
КПД, құрастыру ыңғайлылығы, реттеуіш қасиеті болып табылады. Олар
позицондыда қалай болса контурлы жұмыс режимінде де солай қолданылады.
Өнеркәсіптік контурлы басқарылатын робот электр приводында кеңінен
тұрақты ток электр қозғалтқышы ДПТ және вентильді қозғалтқыштар
қолданылады. ДПТ қолдануда жылдамдық пен уақытты ыңғайлы және жеңіл
реттеумен қамтамасыз етілген. Осындай мақсатта олар ұзақ уақыттан бері
пайдаланылады (мысалы, ЧПУ шанасында). Сондықтан негізгі басқару тізбегі
жеткілікті жақсы жасалынған. Алайда, қазіргі уақытта сервопривод ретінде
жіктелген гибридті шаговый двигательдерде қолданылатын комплектті
электроприводтар пайда болды.
23кедергі Fc күшіне және жылдамдықтың өзгерісі кезіндегі инерция күші 𝑚
Қолдану аймағының кеңдігіне байланысты шаговый двигательдерде
техникалық мінездемесі жақсарды. Шаговый двигательде сирек кездесетін
магниттерді қолданумен, құны бойынша бүгінгі күнде өзіне жол салушыларға
жақындап қалған, ал даму қуаты жағынан соңғыларынан бірнеше рет артып
түскен гибридті шаговый двигатель деп аталатын жаңа құрылым пайда
болды. Нәтижесінде, шаговый двигательдерде қосымша бәсекелестік
артықшылық пайда болды: ол - төмен айналымдағы жоғары момент. Мысалы:
синхронды двигательдің эквивалентті массогабаритті көрсеткіштеріне
қарағанда шаговый двигательдің ұстау моменті 2-3 есе жоғары. Сондықтан
шаговый двигательдерді қолдану механикалық жүйеден редукторды ісінен
шығаруға және автоматты жүйенің құнын төмендетуге мүмкіндік береді.
Басқару әдістерін
жетілдіру шаговый двигательдерге тән теріс
қасиеттерін азайтуға мүмкіндік береді.
Жетіспейтін қадамдар мәселелерін тиімді түрде приводка датчик
позиция орнату және жоғары өнімді сигналды процессор қолдану есебінен
шешуге болады. Және де приводтың құнының айтарлықтай өсуін болдырмау
үшін шешімі болып құрамына қозғалтқыш, басқару жүйесі және біліктің
позиция датчигі кіретін біріктірілген құрылғыны ұсынатын шаговый
двигатель базасында мехатронды жетекті өңдеу болып табылады. Бұл
жағдайда датчик ретінде корпуссыз ОЕМ тетіктерін қолдануға болады(11).
Сигналды процессор мен позиция датчигі сияқты екі компоненттің бір
құрылғыда болуында қадамды әдістерді басқару және векторлі бақылау
алгоритмі негізінде жүйелі басқару жасау қолданудан бас тартуға болады.
Осы әдіс синхронды және асинхронды двигательдер база сервоприводтарында
көптен бері қолданылады.
Векторлі басқару алгоритмі қозғалтқыш ағымдағы ротор позициясы бір
полюсті және векторлық ток арасындағы 90 градус бұрыш ұстап тұруға
негізделген.
Графикте көрсетілгендей тәуелділігіне қарай ағымдағы позиция мен
векторлық ток арасындағы бұрыш максималды тиімділігіне 90 градуста
жетеді.
Осымен ағымдағы бұрыштың есептеуін ротор білігінің тогын
қалыптастыру кезінде әрқашан позицияға тырысуына байланысты нақты
уақытта жоғары жиілікте орындау керек.
Мұндай тәсіл басқарудың жоғары тиімділігін қамтамасыздандырады:
нәтижесінде тербеліс болатын қозғалтқышпен дамитын моменттің ауытқуын
шығарады; жоғары динамикалық көрсеткіштермен қамтамасыздандырылды;
қалып кеткен қадам алып тасталынады.
Сонымен қатар, негізгі функциядан басқа қазіргі заманғы
сервоприводты сигналды процессор бортында басқару жүйесіне мынадай
қосымша функция орындауға мүмкіндік береді:
а) бағдарланатын логикалық контроллер;
б) интерполятор;
в) электронлы редуктор;
24
г) соңғы тетікті өңдеу;
д) температураны бақылау;
е) қт-дан қорғау;
ж) төмен және жоғары кернеуден қорғау;
и) ЭҚК-ке қарсы өндіруді реттеуді тежеу.
Осы аталған функциялардың бар болуы жүйеге сенімділікті арттыруға,
құрал-жабдықтар тез тозуын төмендетуге, мүмкін болған жағдайда сыртқы
контроллер басқаруын қозғалыспен шығаруға мүмкіндік береді.
Басқарудың алдыңғы қатарлы әдістерін қолдану синхрондық және
асинхрондық қозғалтқыштар базасында сервоприводтармен қатар заманауи
сервожүйелердегі қадамдық қозғалтқыштарды пайдалануға мүмкіндік береді.
Өз кезегінде, мехатронды әдісті қолдану осы жетектердің өзіндік құнын
дәстүрлі түрде қадамдық жетектерге тән қолайлы бағаға дейін түсіруді
қамтамасыз етеді.
1.4 Манипулятор жайлы қысқа түсініктеме
Манипулятор -
бұл кеңістікте орналасқан құрылысты басқаруға
арналған механизм. Бұл мағына ХХ ғасырда атомдық өндіріс кезінде, қиын
әрі қауіпті механизмдерді манипулировать ету кезінде пайда болды.
Манипулятор адамға жұмыс жасауға қиын және қауіпті (су асты тереңдік,
вакуум, радиоактивная орта және басқа да агрессивті орта). Манипуляторлар
медициналық техникаларда қолданылады (мысалы, протезирования кезінде).
Манипуляторларды кейде механикалық қол деп те атай береді.
Манипуляторлар адам басқаратын және автоматты болып бөлінеді.
Манипуляторлардың дамуы өндірістік роботтардың пайда болуына алғышарт
жасады. Манипулятор - механизмдерін проектировать етерде бірнеше
тапсырмаларды шешу керек. Олар манёвр жасау қабілеті, жұмыста
тұрақтылығы және т.б. Манипулятор бірнеше салаларда қолданылады.
Тау - кен ісінде - манипулятор бұрғылау кареткасының негізгі
механизмі болып табылады.
Металлургия саласында - қосалқы операцияларды орындауға арналған.
Прокатный және ковочный манипулятор болып бөлінеді.
Ядорлық техникада - радиоактивті сұйықтықтармен жұмыс кезінде,
адаммен тіке контактты болдырмайтын құрал. Кран-манипулятор - мобильді
жүк көтергіш, авткөліктің шассиіне негізделген.
1.8 сурет - Манипулятордың кинематикалық схемасы
25
2 Конструкторлық бөлім
2.1 Сервожетек
Сервомотор кері байланыс принципіне негізделген электроқозғалтқыш
болып табылады. Оның арқасында керекті жылдамдыққа немесе қажетті
бұрыштың деңгейіне ие болуға болады. Сервожетектің өзінің негізгі принципі
электроқозғалтқыштың жұмысын түзету мен өзгерту негізінде болып,
басқарушы сигналдың қызметін атқарады. сервожетек
көрсетілген.Сервожетектің конструкциясы электромеханикалық түйіндерден
тұрып, бір корпусының ішінде элементтері орналасады. Сервожетек
электроқозғалтқышты, редукторды, басқару блогын және датчикті қосады.
Сервожетектің негізгі сипаттамасына қорек көзінің кернеуі, айналу
жиілігі, айналу моменті және т.б жатады.
Сервожетектің артықшылықтарын айта кету керек. Олар:
а) дыбыссыздығы мен жұмыс кезіндегі байсалдылығы;
б) сенімділігі мен жұмыс кезінде тоқтаусыздығы;
в) жоғары дәлділігі;
г) қозғалтқыштың қабілеті қолданушының нақты бір есепті шешу мақ-
сатын қарай таңдалынады. Идеалды құрылғының да осал тұстары болады. Ол
конфигурациялауы қиын және бағасы қымбат.
Басқаша айтқанда:
a) сервожетек бақылау параметрін енгізу мәнін алады. Мысалы, айналу
бұрышы;
б) басқару блогы мәнді өзінің сенсорының мәні бойынша салыстырады ;
в) Салыстыру нәтижесінің негізінде жетек бірнеше әрекеттер жасайды .
Мысалы: ішкі сенсордың мәніне сыртқы басқару параметрлері барынша
жақын болуы үшін айналым, жылдамдату немесе бәсеңдету сияқты бірқатар
әрекеттер.
Көрсетілген жылдамдықтағы айналуды қолдайтын сервожетектер мен
көрсетілген бұрышты ұстайтын сервожетектер (2.1 c урет ) ең көп таралған
жетектерге жатады.
2.1 сурет - Сервожетек
Жетек - редукторлы электромотор. Электрді механикалық айналымға
түрлендіру үшін электромотор қажет. Бірақ көбінесе мотор айналу
26
жылдамдығы тәжірибелік пайдалану үшін кейде тым үлкен болады.
Жылдамдықты төмендету үшін редуктор қолданылады: айналым кезінде
таратушы және түрлендіруші механизм тістері.
Электромоторды косқанда және өшіргенде сервожетектің соңғы тісін
шығушы білікті бұрау арқылы нені басқарғымыз келеді соны тіркеуге
болады. Бірақ, құрылғыдағы қалыпты бақылау үшін сенсордың кері
байланысы - энкодер керек, ол айналым бұрышын электрлік сигналда қайта
түрлендіретін болады. Ол үшін потенциометр жиі қолданылады.
Потенциометрдің жүгіруші айналымында оның қарсы пропорционалды
айналым бұрышы өзгеріс жасалады. Осылайша, оның көмегімен механизмнің
ағымдағы қалпын орнатуға болады. Электромотор, редуктор және
потенциометрден басқа моторды қосуөшіру және олардың салыстыруы мен
потенциометрмен мәндерін оқитын сервожетекте сыртқы параметрлерді
қабылдауына жауап беретін электронды толтыруға да ие. Ол теріс кері
байланыстың жүргізілуіне де жауап береді. Сервожетекке үш сым тартылады.
Олардың екеуі мотордың қуат алуына жауап береді, ал үшіншісі құрылғы
қалпының орналасуы үшін пайдаланатын басқару сигналын жеткізеді.
Сервожетектердің 4 негізгі типтік размерлері болады:
а) микро: 24мм x 12мм x 24мм, вес: 8-10 г;
б) мини: 30мм x 15мм x 35мм, вес 23-25 г;
в) стандарт: 40мм x 20мм x 37мм, вес: 50-80 г;
г) гигант: 49x25x40 мм, вес 50-90 г.
Сервержетекке керекті қалыпты көрсетү үшін, арнайы сымға басқару
сигнал жіберу керек. Басқару сигнал - ол тұрақты импульс жиілігі және
айнымалы ені.
Сервержетектің қай бір қалыпта болуы, импульстардың ұзындығына
байланысты. Басқарушы схемаға сигнал барған кезде, ішіндегі импульстардың
генераторы ,ұзақтығын потенциометр арқылы белгіленетін өз импульсын
өндіреді. Сызбаның басқа бөлігі екі импульстің ұзындығын салыстырады.
Егер ұзындық әртүрлі болса, электромоторды іске қосады. Айналу бағыты
қай импульс қысқа сол бойынша анықталады. Егер импульстардың
ұзындықтары бірдей болса электромотор тоқтатылады.
Көбіне хобби-серв импульстері жиілігі 50 Гц шығарады. Бұл дегені,
импульс әрбір 20 мс - та шығарады және қабылдайды. Әдетте импульстің
бұндай ұзындығында сервожетек орташа қалпын алуы тиіс, ол 1520 мкс
білдіреді. Импульс ұзындығының өсуі және азаюуы серво жетекті сағат
тілімен немесе сағат тіліне қарсы айналуына ықпал етеді. Сонымен қатар,
импульс ұзақтығының жоғарғы және төменгі шектері бар. Кітапханада
Arduino үшін
Servo импульс ұзындығы мәніне келесі көрсеткіштер қойылған: 544
мкс үшін - 0° және 2400 мкс - үшін 180°.
Ал, енді сервожетектер қандай болады және қандай сипаттамаларға ие
екеніне тоқталайық.
Айналу кезеңі және айналым жылдамдығы.
27
Алдымен сервержетектің екі ең басты сипаттамасына: айналу мезеті
және айналым жылдамдығы.
Күш кезеңі немесе айналым сәті - векторлы физикалық мөлшер, күш
векторын, күш қолдану нүктесіне айналу осіне алынған радиус векторы
көбейтіндісіне тең. Қатты денеге айналма әрекетінің күші сипатталады.
Былайша айтқанда, сервожетек берілген ұзындықта тыныштық күйінде
қолы каншалықты ауыр жүкті ұстауға қабілетті екендігін сипаттама көрсетті.
Егер сервожетектің айналу мезеті 5кг*см ге тең болса, демек горизонталды
қалыпта қолы 1 см ұзындықта ауырлықты көтереді, бос шетіне 5 кг салмақты
көтере алады. Немесе балама түрде 5см ұзындық қолға 1кг ауырлық көтереді.
Сервожетектің тұтқасы 60 градус бұрылу үшін сервожетектің
жылдамдығы уақыт аралығымен өлшенеді. Сервожетек 0,1с60 та қа
бұрылады, сипаттамасы 0,1с60 та білдіріді. Одан минут айналымында
неғұрлым үйреншікті мөлшердегі жылдамдығын есептеп шығару қиын емес,
бірақ серваожетектің сипаттамасына көбінесе осындай бірліктер
пайдаланылады.
Айта кету керек, егер біз сервожетектің сенімді үлкен салмаққа қарсы
тұруын қаласақ, онда біз бұл күшті қондырғының жәймен бұрылуына дайын
болуымыз қажет. Ал егер біз өте жылдам жетек қаласақ онда оған қатысты
тепе-теңдік қалпынан шығару оңа болады. Бір ғана моторды қайта
қолданғанда баланс редутор тістерінің конфигурациясын анықтайды.
Әрине, біз әрқашан үлкен қуаттылықты талап ететін қондырғыны ала
аламыз, ең бастысы оның сипаттамасы біздің қажеттілшгімізді
қанағаттандыру керек.
2.2 Ішкі интерфэйс
Серевожетектердің аналгты же сандық түрлері бар.Олардың
ерекшеліктері, артықшылықтары же кемшіліктері неде? Олардың сырттай
айырмашылықтары жоқ: электроматорлары, редукторлары, потенцияметрлері
бірдей, олар тек ішкі басқару электроникасымен ерекшеленеді.
Сервожетектің екі типіде бірдей басқару импульсін
қабылдайды.Моторға сигнал жіберу қажет жағдайда, қалыпты жағдайын
өзгерту керек пе, аналгтық сервожетектен кейін шешім қабылданады. Бұл
әдетте 50ГЦ жиілікте болады.Осылайша реакцияның минималды уақытында
20 мкс аламыз. Бұл уақытта кез келген сыртқы әсер сервожетек қалпын
өзгертуге қабілетті. Бірақ бұл жалғыз мәселе емес. Тыныштық күйінде
электромоторға қысым түспейді,егер теңдіктен аздаған ауытқу болған
жағдайда, электомоторға аз қуатты қысқа сигнал келіп түседі. Қаншалықты
үлкен ауытқу болса, соншалықты күшті сигнал болады. Осылайша аздаған
ауытқуда сервожетектен үлкен сәт дамыта алмайды және мотор тез айнала
алмайды. Уақыт және қашықтық бойынша да өлі аймақтар түзіледі.
Бұл проблемалар электромоторды басқару мен сигналдарды өңдеу
қабылдау жиілігінің үлкеюі есебінен шешуге болады. Сандық сервожетектер
200 ГЦ-да үлкен жиілікті сигналды моторға жібереді,басқару имплюсын
28
қабылдап оларды өңдейтін арнайы процессор қолдананады. Сонда сандық
сервожетек айналу сәтінде және кезекті жылдамдықты тезірек дамытуда,
сыртқы әсерлерге тез жауап беруге қабілетті, демек берілген позицияны өте
жақсы ұстап тұрады. Әрина бұл үшін көп электр қуатын қажет етеді. Сондай
ақ сандық сервожетекті өндіру де қиындау, сондықтан бағасы айтарлықтай
қымбат тұрады. Негізінде,осы екі кемшілік-барлық сервожетекте кездесетін
бар минустары. Техникалық жоспарда олар сөзсіз аналогтық сервожетектен
басым түседі.
2.3 Тісшелер материалдары
Сервожетекке арналған тісшелер әртүрлі материалдан болады:
пласмассалы, көміртекті, металдық. Олардың барлығы кеңінен
қолданылады,нақты тапсырмаға байланысты және де қондырғыда қандай
харектеристика қажет екендігіне байланысты.
Пласмассалы көбінесе ниондық, тісшелер өте жеңіл, тозбайтын,бәрінен
бұрын сервожетекте жақсы таралған. Олар үлкен қысымға төзімсіз,бірақ егер
қысым шамасы көп емес болса онда нелондық тісше,дұрыс таңдау.
Карбондық тісшелер ұзағырақ төзімді,негізіне тозбайды,нелонға
қарағанда бірнесе есе мықтырақ. Басты кемшілігі-қымбат (12).
Металдық тісшелер ең ауыр болып табылады, бірақ олар барынша
төзімді.Барынша тез тозады,олар сол себепті әр маусым сайын ауыстыруды
қажет етеді.Титандық тісшелер метелды тісшелер арасындағы техникалық
сипаттамасындағыдай бағасына қарай да ең үздігі.Өкінішке орай олар Сізге
айтарлықтай қымбатқа түседі.
Сандық сервожетек қолданылуда тиімді, егер:
а) барынша жоғарғы шешім, аз өлі аймақ, барынша нақты қалып;
б) тезірек басқару реакциясы - қысқа уақыттағы жылдамдықты арттыру;
в) сервожетектің тербелме қозғалысы барлық жол аралығында тұрақты
айналады;
г) ұстап тұру уақытын арттыру, тербелме қимылсыз күйінде.
Сервоприводты контроллерге қосу үшін 3 пиндік жалғағышпен
қосылған қадамы 2.54мм (1) болатын 3 сым керек. Сымның түрлері әртүрлі
болып келуі мүмкін. Қоңыр немесе қара - жер (теріс), қызыл - оң қорек көзі,
қызғылт сары немесе ақ - бағыттаушы сигнал. Сонымен, платаға жіберілген
сигналды түрлендіріп, импульс
ретінде қозғалтқышқа жүктеледі(3).
Сервожетектің бұрышын беріп және оны өлшеу үшін потонциометрдің орны
зор.
Потенциометра жұмысы аса қиын емес. Потенциометрдың 3 шығысы
бар. Шеткі шығысына оң және теріс қорек көзі беріліп, шығыстардың
арасында резисивті нәрсе болады. Сол арқылы ортасындағы шығыспен
байланыс сырғанағы жүреді. Біздің жағдайда сол жақ шетіндегісі оң, ал оң
жақ шетіндегісі теріс деп алдық. Айналманы сол жақтан оң жаққа
айналдырған кезде біз кедергіні көбейтіп, сонымен бірге ортаңғы шығыстан
өлшейтін кіріс кернеуін минималды кернеуге азайтамыз.
29
2.2 сурет - Потонциометр
Кедергінің минималды өлшемі нақты бір потонциометрден алынған
максималды кедергінің өлшеміне тең. Біз қарастырып жатқан сервожетектің
потонциометрі 5кОм орнатады. Сервожетектің айналмасы сервожетектің
валының шығысымен жанасқан. Олай болса, шығыс валын бұраған кезде
потоциометрдің мәнін өзгертеміз.Ойша кіріс кернеуін 5 В деп алсақ, сол жақ
шеткі орнында потонциометр барлық кернеулерді өшіріп,минималды кернеуі
нөлге теңгеріледі де ортаңғы орнында екі жарым В болады. Осы
мәліметтерге сүйене келе 180° - та потонциометрдің шығысында бізде 5 В, 90°
- та 2,5 В, 0° 0 В.
Сервожетек 0° орнында тұрады. Басқару платаның кірісіне біз
сервожетектің 90° -қа бұрылу керектіген хабарлайтын басқарушы сигналды
жібереміз. Платаның ішіндегі бөлігі потонциометрдің көрсеткен өлшемін
оқып, потонциометрде 0 В екенін көреді.Бірақ программада 2,5 В болуы керек
еді. Плата арасындағы айырмашылықты сараптап, мотордың айналу бағытын
таңдап, оны шығыстағы кернеу 2,5 В - ке тең болғанша айналдырады.
2.3 сурет - Сервожетек
Микромоторчик (4) валда (момент) үлкен әсер бере алмаса да
қозғалудың үлкен жылдамдығына ие. Үлкен бұрышты аз моментті
жылдамдықты аз және үлкенге түрлендіру үшін редуктор қолдану қажет.
Редуктор моторчик валымен шығыс валын байланыстыратын тістегіштерден
тұрады (5). Тістегіштегі тістері азы тістері көбін бағыттап жүреді. Соның
әсерінен жылдамдығы азайып,моменті көбейеді.
30
2.4 Қоректену блогы
Қоректену блогы - электр құрылғысын тоқ, кернеу сипаттамаларына
сай келетіндей электр энергиясымен қамтамассыз етуге арналған құрал. Қорек
көзі жалпы схемаға модуль түрінде немесе бөлек бір бөлмеде интегриван
болуы мүмкін (көбінесе қарапайым құрылғыларда). Осы жобада қолданылған
қорек блогы Driver L298 жұмыс жасауға ыңғайлы. 2.11 суретінде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz