CC BY
28
Рабочие элементы перемещаются вращательно, поэтому схват может быть использован для захватывания как плоских, так и цилиндрических объектов.
Отметим некоторые конструктивные особенности схвата. Сервопривод небольшого размера позволяет выполнить конструкцию схвата более компактной. Передачи со значительным увеличением хода от сервопривода к рабочим элементам типичны, поскольку высокая производительность серво позволяет получать большие силы в двигателях относительно малых размеров. Основание схвата на фланце фиксируется штифтами. Конструкция в целом хорошо продумана и обеспечивает высокую надежность, она достаточно проста. Подобные конструкции штатных схватов обычно встречаются у манипуляторов, имеющих столь же простые другие механизмы. Корпус конструкции захвата достаточно прочный, материал сделан из алюминия, размеры схвата: 13,2см x 6,8см x 6,09см (Рис.3).
Схват при входном питании напряжения 5-6 В и тока 0,5 А имеет грузоподъемность до 4,5 кг. Угол между «пальцами» схвата составляет приблизительно 45 градусов [5] .
Сервопривод — электрическое исполнительное устройство. Он подключается с помощью трех проводов к управляющему устройству и источнику питания: питание (УСС), «земля» и сигнальный (С). Питание - красный провод, он может быть подключен к выводу +5 В на плату контроллера. Черный провод - «земля», подключается к выводу контроллера GND. Сигнальный желтый провод подключается к цифровому выводу контроллера (Рис.2).
В данном захватном устройстве применяется цифровой сервопривод HS-5645MG (Рис.4). Это скоростной (0,23сек/60° без нагрузки 4,8В -0,18сек/60° без нагрузки 6,0В) программируемый серводвигатель с металлическими шестернями. Шестерни из алунита обеспечивают достаточно высокую силу при лёгком весе (60 г). Производитель-американская компания Hitec. В качестве опоры вала применяются двойные шариковые подшипники, которые выдерживают относительно большие усилия (10.3кг/см (4,8В) - 12.1кг/см (6,0В)) на валу. [6].
Рисунок 4 - Цифровой сервопривод HS-5645MG
Заключение
Таким образом, проведенный анализ захватного устройства Invinccience ARM 3.0 Gripper показывает возможности как самого схвата для последующей постановки задачи структурно-параметрического синтеза, так и потенциал всего манипулятора для выполнения учебных, исследовательских и
лабораторных работ. Полученные данные в дальнейшем позволяют решать другие задачи структурно-параметрического синтеза, в частности таких как взаимодействие схвата с объектом, с выдающим и принимающим устройствами, а также для проведения практических задач как выявление погрешности позиционирования и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Е.И. Юревич - Основы робототехники
2. А.Железняков - Космическая робототехника
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Промышленный робот
4. К.А. Украженко, Ю.В. Янчевский, А.А. Кулебякин, А.Ю. Торопов - Захватные устройства промышленных роботов
5. http://invenscience.com/index_files/i04 04 0_01.DTA_SHT_GRPR.pdf
6. http://www.electronshik.ru/
УДК 621.451
Китаев В.Н., Глазыырин А.А.
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академика Е.И. Забабахина», Снежинск, Россия
ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ КЛАПАН
В топливных магистралях двигателей ракетно-космической техники применяются пиротехнические клапаны, обеспечивающие подсоединение трубопроводов топливных баков с рабочими камерами. Применяемые клапаны должны обеспечивать минимальное время вскрытия трубопровода, исключать уменьшение проходного сечения вскрываемого трубопровода, исключать попадание срезаемых элементов в трубопровод и в рабочую камеру двигателя, исключать выход компонентов топлива из магистрали во внешнюю среду.
Для обеспечения приемлемых габаритов и массы клапан должен вскрываться при небольших усилиях на рабочем теле, однако при этом должна обеспечиваться в течение значительных временных сроков высокая исходная герметичность трубопроводов при максимальных возможных давлениях в топливных баках.
Известны многочисленные конструкции подобных клапанов, однако они не в полной мере подходят для объектов ракетно-космической техники по своим показателям надежности. По этой причине
предприятием выполняется ОКР по разработке пиротехнического клапана, обеспечивающего при его применении в магистрали технического объекта повышенную герметичность и надежность.
В ходе выполнения ОКР проанализированы существующие и созданы новые технические решения клапана, обеспечивающие выполнение требований технического задания [1, 2]. На варианты конструкций клапана подана заявка на изобретение.
Требуемый технический результат достигнут тем, что в клапане пиротехническом, содержащим корпус, в котором установлены на одной оси пиротехнический привод и поршень, вскрываемые элементы в виде двух трубопроводов, расположенных в корпусе диаметрально относительно друг друга и перпендикулярно направлению движения поршня, загерметизированы заглушками с помощью сварки, на внешнем диаметре трубопроводов и заглушек в зоне их соединения выполнена проточка глубиной не меньшей величины упругой деформации изгиба внешнего торца заглушки. Заглушки приварены к трубопроводам без последующей термической обработки зоны сварного шва и выполнены из того же
материала, что и трубопровод, при этом проточка выполнена на большей части длины заглушки, а на внешней цилиндрической поверхности поршня выполнена кольцевая канавка, осевое расположение которой обеспечивает ее совмещение с вскрытым трубопроводом, при этом площадь профиля кольцевой канавки не меньше площади проходного сечения трубопровода.
Выполнение вскрываемых элементов в виде трубопроводов обеспечивает встраивание клапана в магистраль или газовую систему без всяких разъемных соединений, что способствует его повышенной герметичности (следовательно и надежности) в исходном состоянии.
Выполнение на внешнем диаметре трубопроводов и заглушек в зоне их соединения проточки глубиной не меньшей величины упругой деформации внешнего торца заглушки, а также выполнение проточки на большей части длины заглушки обеспечивает наибольший момент изгиба в зоне соединения заглушки и трубопровода при взаимодействии с поршнем (из-за наибольшего плеча приложения усилия), то есть повышает надежность вскрытия трубопровода.
Приварка заглушек к торцам трубопроводов без последующей термической обработки зоны сварного шва и выполнение их из того же материала, что и трубопроводы, обеспечивает охрупчивание зоны сварного шва при сохранении высокой герметичности и достаточной механической прочности места соединения деталей. Охрупченная зона сварки, при взаимодействии поршня (при срабатывании пиротехнического привода) с заглушками, разрушается практически без текучести материала деталей, способствуя сохранению проходного сечения трубопровода после его разгерметизации, обеспечивая высокую надежность срабатывания клапана. Применение сварки, например лазерной, позволяет обеспечить охрупчивание только локальной зоны соединения (зоны сварного шва) трубопровода и заглушки без каких-либо дополнительных трудоемких и требующих специального оборудования химико-термических способов обработки.
Наличие на внешней цилиндрической поверхности поршня кольцевой канавки, с требуемой площадью профиля, и ее осевое расположение обеспечивает требуемый быстрый сброс (выравнивание) давления магистрали и непопадание разрушаемых элементов заглушки в магистраль без каких-либо дополнительных конструктивных элементов клапана, то есть при более простой, а значит и более надежной конструкции. Регламентируемая минимальная площадь профиля кольцевой канавки не будет создавать значительного дополнительного сопротивления потоку газа или жидкости и собственно вызовет быстрый сброс (выравнивание) давления, обеспечивая надежность работы клапана.
Исполнение клапана с двумя трубопроводами обеспечит выравнивание давления в двух герметичных системах (магистралях) и исключит сбрасывание давления (зачастую токсичных рабочих сред) во внешнюю среду, то есть расширит область применения клапана. Диаметральное размещение трубопроводов обеспечивает наибольшее пространство для размещения их заглушек.
Конструкция клапана приведена на рис. 1, конструкция вскрываемой части трубопровода с приваренной заглушкой - на рис. 2.
Клапан пиротехнический (рис. 1, 2) состоит из корпуса 1, установленных в корпус на одной оси пиротехнического привода 2 и поршня 3. Пиротехнический привод 2 установлен в отверстии корпуса 1 большего диаметра, а поршень 3 с закрепленной уплотнительной манжетой 4 на его торце, обращенном к пиротехническому приводу 2, размещены в отверстии корпуса 1 меньшего диаметра. По крайней мере, в верхней части манжета 4 установлена в отверстие меньшего диаметра корпуса 1 по прессовой посадке. Уплотнительная манжета 4 предотвращает прорыв газов из зоны высокого давления, создаваемого при задействовании пиротехнического привода 2.
В поперечное отверстие корпуса 1 установлены диаметрально относительно друг друга и перпендикулярно направлению движения поршня 3 вскрываемые элементы - трубопроводы 5.
Рисунок 1
Рисунок 2
Торцы трубопроводов 5 загерметизированы заглушками 6 с помощью сварки, например, лазерной. Зоны сварных швов не подвергнуты термообработке, то есть остаются охрупченными. Заглушки 6 выполнены из того же материала что и трубопроводы 5 (например стали 12Х18Н10Т). Фланец 7 установленный в торцевом отверстии корпуса 1, ограничивает перемещение поршня 3 и исключает вылет отделенной заглушки 6 из внутренней полости клапана при его срабатывании. На внешней цилиндрической поверхности поршня 3 выполнена кольцевая канавка 8, осевое расположение которой обеспечивает ее совмещение с вскрытым трубопроводом 5. Размеры кольцевой канавки 8 (глубина, ширина) обеспечивают гарантированное превышение площади её профиля над площадью проходного сечения трубопроводов 5 для исключения значительного дополнительного пневматического или гидравлического сопротивления потоку газа или жидкости соответственно. При внутреннем диаметре трубопровода, например 03 мм, кольцевая канавка 8 может быть выполнена глубиной 1 мм и длиной 8 мм. Герметизация пиротехнического привода 2 осуществляется деформируемой прокладкой 10 из пластичного металла с достаточной температурой плавления, например меди, исключающей прогорание прокладки 10 (следовательно и нарушение герметичности) от высокотемпературных газов при срабатывании пиротехнического привода 2.
Поршень 3 при срабатывании клапана перемещается, пиротехническим приводом 2, установленным в корпус 1 по резьбе.
В зоне сварного соединения каждого трубопровода 5 и заглушки 6 на их внешнем диаметре выполнена проточка 11 на большей части длины заглушек 6, глубиной не меньшей величины упругой
деформации изгиба внешнего торца заглушек 6 на трубопроводах 5 при перемещении поршня 3. Проточка 11 обеспечивает наибольший момент изгиба в зоне соединения заглушек и трубопроводов при взаимодействии с поршнем (из-за наибольшего плеча приложения усилия), то есть повышает надежность вскрытия трубопровода при его разгерметизации. При этом сварной шов не выступает за внешний диаметр трубопровода 5, то есть не препятствует установке трубопроводов 5 в посадочные отверстия корпуса 1.
Минимальная глубина проточки 11 может составлять, например 0,2 мм.
Клапан пиротехнический работает следующим образом.
При задействовании пиротехнического привода 2 созданным давлением газов поршень 3 перемещается и взаимодействует с заглушками 6, создавая в зоне сварки напряжения изгиба, приводящие к разрушению сварного шва практически без текучести материала сваренных деталей (трубопроводов и за-
глушек), то есть без уменьшения проходного сечения трубопровода 5. Через кольцевую канавку 8 на поршне 3 трубопроводы 5 сообщаются. Площадь сечения кольцевой канавки 8 не вносит значительного сопротивления потоку рабочего тела в магистрали (газа или жидкости), то есть способствует уменьшению времени сброса давления. Кольцевая канавка 8 также исключает влияние возможного разворота поршня 3 на пропускную способность сработавшего клапана.
Клапан может обеспечивать выравнивание давления в двух объемах и при этом исключать сброс давления (зачастую токсичных компонентов топлива) во внешнюю среду. При срабатывании клапана пиротехнического трубопроводы 5 сообщаются через кольцевую канавку 8, выполненную на поршне 3. При этом конструкция поршня 3 (расположение кольцевой канавки 8) исключает попадание элементов срезанных заглушек 6 в каналы давления без каких-либо дополнительных конструктивных элементов клапана. Фотография варианта исполнения
опытного образца клапана приведена на рис. 3.
Рисунок 3
Таким образом, при разработке клапана пиро- зовании в топливных магистралях двигателей ра-технического успешно решены все поставленные ОКР кетно-космической техники обеспечит требуемую задачи. Клапан пиротехнический при его исполь- повышенную герметичность и надежность.
ЛИТЕРАТУРА
1. Китаев В.Н., Китаева Е.Н. Обеспечение надежности электромеханических приборов на стадии конструирования. Надежность и качество - 2012: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2012. - 1 т. - 508 с. С.
63-65.
2. Китаев В.Н., Карих В.С., Иконникова Н.А. О необходимости совершенствования конструкций электромеханических приборов на ранних стадиях их разработки. Надежность и качество - 2012: в 2 т. -Пенза: Изд-во ПГУ, 2012. - 2 т. - 510 с. С. 205-207.
УДК 621.397
Китаев В.Н., Китаева Е.Н.
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академика Е.И. Забабахина», Снежинск, Россия
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ
В системах автоматики взрывоопасных технических объектов, подвергаемых ударным и вибрационным внешним воздействиям, для коммутации электрических цепей широко используются электромагнитные поляризованные реле и переключатели. Промышленностью выпускается значительная номенклатура подобных коммутирующих устройств, однако не все они могут быть применены в вышеуказанных объектах, в которых обычно имеются ограничения по массе и размерам используемых приборов и систем. Также зачастую от коммутирующих приборов требуется работа в сильноточных электрических цепях с предъявлением требований по сохранению
исходного и сработанного состояний с высокой вероятностью, а также надежностью работы, при жестких ударных и вибрационных воздействиях.
Задача, решение которой ставилось в проводимой предприятием ОКР - создание малогабаритного электромагнитного поляризованного переключателя, обеспечивающего его применение в слабо и сильноточных электрических цепях и сохраняющего свои исходное и сработанное состояния при значительных ударных и вибрационных воздействиях. Проведенный анализ показал, что указанная задача могла быть решена при обеспечении конструкцией
