РОБОТОТЕХНИКА

СОЛЕНОИДЫ В КАЧЕСТВЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Соленоиды — полезное устройство для применения в роботах в тех случаях, когда требуется осуществлять линейное движение, и в настоящее время имеется широкий выбор соленоидов различ­ных видов и мощностей. Форма кривой зависимости усилия от перемещения для соленоида зависит от длины и формы железного сердечника, который втягивается в соленоид магнитным полем. Если требуется, чтобы усилие было сравнительно постоянным на пути перемещения, сердечник должен быть длинным. Короткий середчник дает острый максимум на кривой зависимости усилия от перемещения при условии, что ток, потребляемый соленоидом, поддерживается постоянным.

Применение катушки с рамкой из магнитного материала ока­зывает слабое влияние на тяговую силу, развиваемую в начале хода сердечника, но вызывает значительное увеличение этой силы в конце хода.

Максимальная сила, развиваемая соленоидом, определяется следующим образом:

, п. п. с. X число витков х сила тока

максимальная сила = const------------------------------------------- ,

длина

где п. п. с. — площадь поперечного сечения. Электрическая энергия, потребляемая соленоидом, по крайней мере в два раза превосходит получаемую на выходе механическую энергию.

Параметры соленоидов с малым ходом стержня иногда улуч­шаются фасонированием конца железного якоря. Например, распространена форма якоря с коническим окончанием, который вдвигается в коническую выемку в неподвижной части магнито - провода.

Если требуется, чтобы тяговая сила была велика, когда соле­ноид «закрыт», хороший результат достигается уменьшением пло­щади контакта сопрягаемых частей, например приданием одной из сопрягаемых частей куполообразной формы. Прием основан на том, что при постоянной величине магнитного потока тяговая сила пропорциональна квадрату потока, проходящего через поперечное сечение, деленному на площадь сечения. В некоторых случаях для получения большей величины тягового усилия при крайних положениях стержня используются механические рычаги.

Катушка соленоида обладает индуктивностью, и ее индуктивное сопротивление изменяется при рабочем движении сердечника соленоида. Вследствие этого при приложении к катушке солено­ида постоянного напряжения формируется довольно сложная волнообразная кривая тока.

Первоначально ток возрастает экспоненциально за счет ин­дуктивного сопротивления «открытого» соленоида. Однако, как только сердечник начинает двигаться, возникает противо-э. д. с., которая противодействует току и вызывает уменьшение его вели­чины, в результате чего движение замедляется. При завершении движения ток опять нарастает по экспоненте. Поскольку индук­тивное сопротивление теперь увеличилось, ток нарастает, стре­мясь к предельной величине, но уже медленнее, чем при «открытом» соленоиде. Следует обращать особое внимание на те случаи, 70 когда индуктивная нагрузка, каковой и является соленоид, включается с использованием полупроводниковых приборов.

При необходимости осуществлять манипулирование железными грузами целесообразно устанавливать на робототехнических уст­ройствах магнитные или электромагнитные «кисти». В некоторых случаях такие кисти можно использовать, например, для раз­деления стальных листов за счет взаимного отталкивания.

В большинстве применений в робототехнических устройствах соленоиды будут возбуждаться постоянным током. Однако, если требуется осуществлять возбуждение переменным током, магни- топровод должен быть шихтованным. Для того чтобы исключить вибрации и «гудение», обычно устанавливают экранированные полюса. Экранирование состоит в окружении части поверхности полюса замкнутым электрическим контуром, например медным кольцом. К сожалению, на практике это приводит к понижению надежности соленоида, поскольку нередки случаи разрушения колец, окружающих полюса, и появления в результате этого вибрации и шума. Для исключения вибраций в устройствах, ра­ботающих на переменном токе, полюса должны иметь тщательно обработанные поверхности [36].

В ряде работ автором рассмотрены некоторые из трудностей, возникающих в случаях, когда индуктивная нагрузка, какой является соленоидный клапан, должна подключаться при помощи транзисторов [37, 38], трубок с холодным катодом [39] и маг­нитных усилителей [40, 41].