Введение. В современных промышленных процессах пневматические приводы с длинноходовыми перемещениями играют важную роль. Однако их использование ограничено низкой точностью, вызванной сложностями управления воздушными потоками. Эти ограничения обусловлены сжимаемостью воздуха и термодинамическими процессами, что делает актуальной задачу повышения точности таких систем. Проведённый анализ научной литературы показывает, что современные исследования в основном сосредоточены на применении систем со стандартными цилиндрами, рабочий ход которых ограничен тремя метрами. В то же время вопросы разработки и исследования длинноходовых систем бесштоковых пневмоприводов, способных иметь длину хода до шести метров, остаются недостаточно изученными. Внедрение усовершенствованных систем управления в такие приводы связано со значительными инвестициями в высокотехнологичную электронную базу и дополнительные конструктивные элементы. В связи с этим особую актуальность приобретает разработка принципиально новых технических решений, позволяющих эффективно эксплуатировать механизмы с рабочим ходом более трёх метров при сохранении необходимых технических параметров и экономической эффективности. В рамках предыдущих исследований автором была предложена конструкция пневмопривода длинноходовых перемещений, оснащённая уникальной системой управления на базе струйного датчика и внешнего тормозного механизма; также было выполнено его математическое моделирование и теоретический анализ, что позволило выделить ключевые факторы, влияющие на точность позиционирования. Для подтверждения адекватности математической модели и выдвинутых гипотез целью настоящей работы является экспериментальная верификация результатов математического моделирования позиционного длинноходового бесштокового пневмопривода, а также подтверждение степени влияния ключевых факторов на точность позиционирования.

Материалы и методы. В работе был использован стенд, представляющий собой техническую модель пневмопривода с оригинальной системой управления, включающей струйный датчик и внешнее тормозное устройство. Для верификации работоспособности и точности показаний струйного датчика был применён метод проливки с использованием датчика расхода Camozzi MF4008-10-R-BV-A, установленного после исследуемого элемента, а также датчиков давления Camozzi SWCN-P10-P3-2, размещённых перед и после исследуемого элемента. Проведённые испытания разработанного струйного датчика продемонстрировали высокую надёжность и стабильность работы в различных эксплуатационных режимах. Экспериментальное исследование длинноходового бесштокового пневмопривода включало в себя: оценку технических возможностей привода, анализ позиционных циклов, изучение влияния внешних факторов и сравнение результатов вычислительных и натурных экспериментов. С помощью пакета прикладных программ Mathcad и Matlab обрабатывались результаты вычислительного и натурного экспериментов, а также были построены зависимости точности позиционирования от массы и длины хода.

Результаты исследования. Достоверность модели была установлена на уровне максимального расхождения между экспериментальными данными и итогами математического моделирования, составившего 18 %, что подтверждает адекватность разработанной модели для инженерных расчетов. Экспериментально установлено влияние массы груза на точность позиционирования. При увеличении массы с 10 до 30 кг точность снижается в 1,47 раза, а при массе в 60 кг точность ухудшается еще на 1,37 раза относительно базовой массы в 10 кг. Кроме того, исследовано воздействие координат остановки: установлена зависимость точности позиционирования от положения исполнительного элемента. При перемещении от 0,1 м до 0,22 м точность ухудшается в 3,2 раза, однако при дальнейшем перемещении до 0,35 м она улучшается в 2,2 раза.

Обсуждение. Проведенные экспериментальные исследования позволили добиться хороших результатов в области разработки длинноходовых пневмоприводов. Успешная верификация математической модели подтверждает корректность как самой модели, так и теоретических исследований, проведенных в предыдущих работах автора. Достигнута точность позиционирования привода 77 мкм на дистанции свыше трех метров. Этот показатель существенно превосходит результаты, представленные в исследованиях других авторов, что свидетельствует о высоком потенциале разработанной конструкции. Экономическая эффективность предложенного решения обусловлена отсутствием электронной компонентной базы в системе управления. Это не только снижает первоначальные затраты на производство, но и существенно упрощает техническое обслуживание привода в процессе эксплуатации. Сравнительный анализ с существующими разработками подтверждает превосходство предложенной системы по критерию затрат.

Заключение. Проведенные исследования подтвердили эффективность разработанных решений для длинноходового бесштокового пневмопривода. Практическая значимость исследования определяется возможностью применения полученных результатов при создании высокоточных длинноходовых механизмов в различных отраслях промышленности. Разработанная конструкция может быть использована в автоматизированных производственных линиях, робототехнических комплексах и других областях, где требуется точное позиционирование на значительных расстояниях. Перспективными направлениями дальнейших исследований являются оптимизация параметров управляющей системы для достижения еще более высокой точности позиционирования и разработка методик расчета позиционных длинноходовых пневмоприводов.