Цель - показать методику оптимизации механизма точного позиционирования модуля (актуатора для автоматического производства). Конструкция модуля (передача «винт-гайка») позволяет в широких пределах изменять параметры механизма, в т.ч. и радиус приведения. Нахождение наилучшего значения радиуса приведения с позиций быстродействия, т.е. уменьшение времени разгона и торможения, повышение скорости установившегося движения и уменьшение времени пауз дают повышение производительности и эффективности системы в целом. Эта задача для разработчиков является основной как при проектировании новой техники, так и при модернизации. Для оптимизации используется принцип максимума Л.С. Понтрягина. Первоначально выполняется расчет телескопического выдвижного механизма с передачей «винт-гайка» и выбирается двигатель. Затем проводятся исследования механизма, которые позволяют оптимизировать параметры передачи «винт-гайка» с позиции получения максимального коэффициента полезного действия (до 90%), минимального времени разгона и торможения (подбор радиуса приведения передачи). Имеется возможность варьировать тип передачи (качения, скольжения, ролико-винтовая), шаг, угол наклона резьбы и ряд других характеристик. При выборе электродвигателя следует отдавать предпочтение машинам с высокими перегрузочными характеристиками - постоянного тока с возбуждением от магнитов, асинхронным с короткозамкнутым, вентильным ротором. Выполнены расчеты для большой группы модулей автоматического машиностроительного производства. При этом рассматривались различные комбинации параметров актуаторов: грузоподъемность, режимы работы, загрузка, потери в двигателе и ряд др. Итоги исследования - оптимальное передаточное отношение в механизмах зависит от режима отработки заданного перемещения, вид графика скорости перемещения определяется заданными ограничениями фазовых координат и величиной взятого перемещения. Определено также, что при изменении нагрузки в широком диапазоне радиус следует выбирать по номинальному значению нагрузки, а установка между двигателем и винтом редуктора мало влияет на оптимальное значение радиуса приведения. Методика рекомендуется для использования на стадии проектирования при поиске оптимального передаточного устройства в системе электропривода точного позиционирования автоматического производства.
The purpose of the paper is to show an optimization method of the mechanism of precise positioning of a module (an actuator for automatic production). The design of the module (feed nut assembly) allows to change mechanism parameters including the drive radius in a wide range. Finding the best value of the reduction radius in terms of speed, i.e. reducing the acceleration and braking time, increasing the speed of steady motion and reducing the pause time improves the performance and efficiency of the system as a whole. This task is a priority for development engineers both in designing new equipment and upgrading. L.S. Pontryagin’s maximum principle is used for optimization. Firstly, a telescopic mechanism with a feed nut assembly is calculated and the motor is selected. Then, the mechanism is studied in order to optimize the feed nut assembly parameters in terms of obtaining the maximum efficiency (up to 90%), the minimum acceleration and braking time (selection of the drive reduction radius). It is possible to vary the type of transmission (rolling, sliding, roller-screw), pitch, thread angle and a number of other characteristics. When choosing an electric motor, machines with high overload characteristics - direct current with magnetic excitation, induction with a short-circuited valve rotor - are more preferable. Calculations are performed for a large group of modules of automatic machine-building production taking into account various combinations of actuator parameters including load capacity, operating modes, loading, losses in the motor, and a number of others. The study results are as follows: the optimal gear ratio in the mechanisms depends on the processing mode of the given movement, the type of the movement speed graph is determined by the given restrictions of phase coordinates and the value of the specific movement. It is also determined that in the case when the load changes in a wide range the radius should be chosen according to the nominal value of the load, whereas the installation between the motor and the reducer screw has little effect on the optimal value of the reduction radius. The procedure is recommended to be used at the design stage when searching for an optimal transmission device in the electric drive system of precise positioning of automatic production.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.