CC BY
17
Проскуряков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., vippne@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MOBILE TECHNOLOGIES USED FOR A UTHENTICA TION OF SECURITY FEA TURES
Y.R Golubnichaya, N.E. Proskuriakov
Technological solutions designed to verify the authenticity of protected printed products (excise stamps, identification documents, banknotes, etc.) using a smartphone are considered.
Key words: smartphone, mobile authentication, authentication, secure printing, excise stamp, ID-document, banknotes.
Golubnichaya Yana Romanovna, postgraduate, yana_tula@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Proskuriakov Nikolay Evgenevich, doctor of technical sciences, professor, vippne@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.979; 621.9
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАГРУЗКА КОРКОВЫХ ПРОБОК В АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ РОЗЛИВА ВИН
А.В. Болтунов, В.С. Кузнецов, Е.В. Пантюхина
Рассматриваются роторные и стационарные системы автоматической загрузки корковых пробок в автоматические линии розлива вин на базе механических бункерных загрузочных устройств.
Ключевые слова: корковая пробка, укупорка стеклянных бутылок, розлив вина, автоматическая загрузка.
Вино является одним из сложных пищевых продуктов, в котором обнаружены около 800 минеральных и органических составляющих, большинство из которых оказывают на организм человека и его здоровье благоприятное воздействие. Основными этапами производства вин являются: непосредственное производство вина и розлив его в специально подготовленную тару. Любое отклонение от требований на этапе розлива, который включает такие операции, как ополаскивание стеклянных бутылок, розлив вина, укупорка бутылок корковыми пробками и товарное оформление бутылок, может привести к заметному ухудшению качества вина. Производительность отечественных линий розлива вин в стеклянные бутылки объемом 0,75 л составляет от 50 до 100 шт./мин и зарубежных - до 300 шт./мин.
Укупорка является одним из важных этапов при розливе вина, целью которой являются избежание вытекания вина из бутылки, ее герметизация, продление сроков хранения и сохранение качества вина. Для укупорки бутылок широко используют корковые пробки двух форм (рис. 1).
а б
Рис. 1. Цилиндрическая (а) и коническая (б) корковые пробки
Пробки изготовляют нескольких размеров. Более длинная пробка (И до 55 мм) необходима для вин, закладываемых на хранение в течение многих лет. Пробку И = 30...35 мм применяют для бутылок с вином, выпускаемых в продажу с учетом реализации в течение короткого периода времени. Пробки короче И = 30...35 мм не рекомендуются к применению. Корковые пробки выбираются с учетом внутреннего диаметра горловин бутылок по ГОСТ5541-2002 для избегания вытекания вина. Правильным углублением пробки в горлышко бутылки достигается герметичность уку-поривания [1, 2].
Автоматическую загрузку укупорочных элементов, в том числе корковых пробок, в линии розлива обеспечивают системы автоматической загрузки (САЗ), основным функциональным элементом которых является бункерное загрузочное устройство (БЗУ) [3].
Выделяют два класса САЗ штучных изделий: стационарные и роторные. Роторные САЗ осуществляют все свои функции в процессе непрерывного вращения и применяются только для питания изделиями роторных и роторно-конвейерных машин и линий. Надежные и стабильные эксплуатационные показатели их работы достигаются лишь при загрузке изделий с явно выраженными ключами ориентации (асимметрия внешней или внутренней формы, смещение центра масс относительно середины изделий и др.). Стационарные САЗ применяются для загрузки различных по конфигурации изделий, в том числе сложных форм, в технологические машины различного назначения, включая роторного типа [4].
В структуре САЗ различают два типа БЗУ: вибрационное или механическое. В вибрационных БЗУ ориентирование движущихся по дорожке изделий осуществляется в бункере путевыми ориентаторами с помощью упоров и трафаретов, конструкция которых зависит от геометрических и физико-механических параметров загружаемых изделий. Данная группа
282
методов основана на использовании явно выраженных геометрических ключей ориентации. Привод вибрационных БЗУ вызывает ощутимые и небезопасные для человека вибрации, которые особенно сильно проявляются при загрузке изделий, длина которых свыше 30 мм. Это обусловлено тем, что для надежной и стабильной работы вибрационного БЗУ при загрузке таких изделий требуется соответствующее увеличение диаметра бункера и, следовательно, мощности вибропривода БЗУ [5]. Механические БЗУ лишены указанного недостатка. Их применяют для загрузки изделий как с явно, так и с неявно выраженными ключами ориентации. В отличие от вибрационных БЗУ механические БЗУ могут входить в структуру как стационарных, так и роторных САЗ. Поэтому для автоматической загрузки линий розлива вин корковыми пробками целесообразно применять механические БЗУ.
Механическое БЗУ с возвратно-поступательно движущейся трубкой показано на рис. 2, а. Производительность таких БЗУ может достигать 2800 шт./мин при числе ходов трубки в минуту п = 250...300 мин- . Наиболее универсальны, достаточно технологичны в изготовлении и хорошо компонуются в захватных механизмах БЗУ роторных САЗ захватывающие органы в виде вращающихся воронок (рис. 2, б). Производительность БЗУ с вращающимися воронками может достигать 270 шт./мин при числе оборотов в минуту п = 270...320 мин .
а
б
Рис. 2. Схемы бункерных загрузочных устройств с возвратно-поступательно-движущейся трубкой (а) и вращающейся воронкой (б): 1 - бункер; 2 - возвратно-поступательно движущаяся трубка; 3 - приемный лоток; 4 - корпус; 5 - вращающаяся воронка;
6 - ворошитель
Функции захвата и ориентирования в устройствах этого типа полностью совмещены (рис. 2). Метод совмещения этих функций, как правило, малопроизводителен вследствие более низкой вероятности захвата изделий захватывающими органами и применим для ограниченной номенклатуры изделий. Поэтому данные устройства целесообразно использовать для изделий, имеющих две оси симметрии и более.
283
На рис. 3 представлены конструкции механических БЗУ секторного и ножевого типов. Их основное отличие заключается в том, что основной рабочий орган секторного БЗУ (сектор) совершает возвратно-качательное движение, а основной рабочий орган ножевого БЗУ (нож) совершает возвратно-поступательное движение.
В секторном БЗУ захват и ориентация пробок осуществляются в результате маятникового движения сектора через слой пробок, находящихся в бункерной чаше. Для удаления пробок, не попавших в паз и находящихся на верхней части сектора, устанавливают сбрасыватель (рис. 3, а). Максимальная производительность секторных БЗУ составляет 180 шт./мин при числе качаний сектора в минуту n = 50...60 мин . В ножевом БЗУ правильно ориентированные пробки поступают в лоток, а неправильно ориентированные удаляются сбрасывателем с приемника обратно в бункер (рис. 3, б). Максимальная производительность ножевых БЗУ может составлять 340 шт./мин при числе ходов ножа в минуту n = 100...120 мин . Коэффициент выдачи рассмотренных конструкций h = 0,10...0,25, что свидетельствует о нестабильности работы секторного и ножевого БЗУ, поэтому в последнее время конструкции этих БЗУ практически не используются.
д А-А
б
Рис. 3. Схема секторного (а) (1 - приемный лоток; 2 - сбрасыватель;
3 - сектор; 4 - бункер; 5 - заслонка; 6 - предбункер) и ножевого (б) (1 - нож; 2 - лоток; 3 - сбрасыватель; 4 - приемник; 5 - бункер) бункерных загрузочных устройств
Широкое распространение среди механических БЗУ получили дисковые БЗУ. Главным их отличием от других типов механических БЗУ является наличие вращающегося диска, по периферии которого расположены захватывающие органы. В зависимости от их расположения органов по поверхности вращающегося диска различают дисковые БЗУ с тангенциально и радиально расположенными захватывающими органами, называемыми, как правило, гнездами. Захват изделий цилиндрической формы тангенциально расположенным гнездом более производителен. Это обусловлено тем, что при вращении диска изделия, стремясь занять преимущественное положение, располагаются по его периферии образующей своей цилиндрической поверхности в направлении захватных органов.
На рис. 4 показано механическое дисковое БЗУ с гнездами, расположенными тангенциально по периферии вращающегося диска и выполненными в соответствии с конфигурацией по внешнему контуру изделия (на рис. 4 показан вариант конструкции БЗУ для цилиндрической пробки).
Рис. 4. Схема бункерного загрузочного устройства с тангенциальными профильными гнездами: 1 - основание диска; 2 - карман; 3 - вращающийся диск; 4 - бункер
Принцип действия БЗУ основан на том, что пробки, засыпанные в бункер 4 и запавшие в гнезда в правильном положении, помещаются в них полностью и поэтому надежно удерживаются в них. Пробки, запавшие в гнезда в нетребуемом ориентированном положении, значительно выступают из гнезда, что в совокупности с большим углом наклона бункера к горизонту способствует их выпадению под действием силы тяжести из гнезда обратно в нижнюю часть бункера БЗУ. Максимальная производительность дисковых БЗУ с тангенциальными гнездами может составлять 300 шт./мин при окружной скорости захватывающих органов и = 0,6...0,8 м/с; коэффициент выдачи ^ = 0,35...0,40 [6]. В рассмотренной конструкции БЗУ с тангенциальными гнездами по форме изделия функции захвата и ориентирования совмещены, так как захватывающий орган является также и ориентирующим.
На рис. 5 показано механическое дисковое БЗУ с радиальными гнездами и скосами. При проектировании конструкции было учтено то, что вероятность западания стержневых изделий в радиально расположенные захватывающие органы невелика вследствие того, что в процессе вращения диска БЗУ стержневые изделия стремятся лечь образующей своей цилиндрической поверхности по периферии бункера БЗУ. Для увеличения вероятности западания в гнезда засыпанных в бункер пробок по поверхности вращающегося диска выполнены скосы. Запавшие в гнезда пробки перемещаются вращающимся диском в приемник к змейковому лотку. Максимальная производительность дисковых БЗУ с радиальными гнездами может составлять 230 шт./мин при окружной скорости захватывающих органов и = 0,15...0,2 м/с. Коэффициент выдачи ^ = 0,35...0,45 [7 - 10].
Рис. 5. Схема бункерного загрузочного устройства с радиальными гнездами и скосами: 1 - бункер; 2 - скосы; 3 - гнездо; 4 - вращающийся диск; 5 - змейковый лоток; 6 - неподвижное основание
Анализ рассмотренных конструкций механических БЗУ показал, что для автоматической загрузки наилучшим образом подходят механические дисковые БЗУ. Это обусловлено возможностью их использования для пробок с двумя или одной осью симметрии как с явно, так и с неявно выраженной асимметрией по торцам и надежностью загрузки корковых пробок в линии розлива вин с производительностью до 300 шт./мин.
Список литературы
1. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Автоматизация загрузки укупорочных элементов в автоматические роторные машины для розлива жидких пищевых продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 1. С. 91 - 102.
2. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Автоматическая загрузка стрежневых предметов обработки с неявно выраженной асимметрией по торцам / под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 112 с.
286
3. Системы автоматической загрузки штучных предметов обработки в технологические машины-автоматы: учебное пособие / Н.А. Усенко, В.В. Прейс, Е.В. Давыдова, Е.С. Бочарова; под ред. проф. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 310 с.
4. Гравитационные ориентаторы с маятниковым L-образным захватом в роторных ориентирующих устройствах / И.Н. Пахомов, В.В. Прейс, Е.Н. Давыдова, В. А. Крюков; под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 100 с.
5. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства в пищевой промышленности / под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 168 с.
6. Давыдова Е.В., Прейс В.В., Провоторова К.Н. Математическая модель производительности дискового бункерного загрузочного устройства с тангенциальными профильными гнездами // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2014. №10. С. 7 - 10.
7. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности бункерного загрузочного устройства с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2009. № 11. С. 23 - 30.
8. Голубенко В.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 6. Ч. 2. С. 104 - 113.
9. Бурцев Д.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности дискового бункерного загрузочного устройства с радиальными профильными гнездами // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2014. №9. С. 33 - 36.
10. Давыдова Е.В., Пантюхин О.В. Аналитические модели производительности бункерных загрузочных устройств для сувенирной ПЭТ-тары с неявно выраженной асимметрией // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 7. Ч. 2. С. 274 - 281.
Болтунов Александр Владимирович, магистрант, boltunovsanek@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кузнецов Виктор Сергеевич, магистрант, viktor. kuznetsov95@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пантюхина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доцент, elen-davidova@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
A UTOMA TIC FEEDING OF CORKS IN AN A UTOMATIC BOTTLING LINE OF WINES
A. V. Boltunov, V. S. Kuznetsov, E. V. Pantyukhina
The rotary and stationary systems of automatic over-feed of corks in an automatic bottling line of wines on the basis of mechanical bunker boot device are considered.
287
Key words: cork stopper, glass bottles capping, wine bottling, automatic feeding.
Boltunov Alexander Vladimirovich, master, boltunovsanek@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kuznetsov Viktor Sergeevich, master, viktor. kuznetsov95@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pantyukhina Elena Viktorov^, candidate of technical sciences, docent, elen-davidova@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 539.3
К ЧИСЛЕННОМУ РЕШЕНИЮ СТАТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ТЕРМОУПРУГИХ ОБОЛОЧЕК
Р.М. Бахшинян
Рассмотрена задача термоупругости ортотропной оболочки вращения, физико-механические характеристики материала которой являются функциями температуры нагрева. В основу выкладок положено предположение о параболическом законе распределения касательных напряжений по толщине оболочки. Решение полученной системы дифференциальных уравнений проводится методом дискретной ортогонали-зации, с помощью которого численное решение задачи сводится к устойчивому вычислительному процессу. Проведён анализ рассмотренных числовых примеров.
Ключевые слова: термочувствительная оболочка; модули упругости; сдвиговая жёсткость; численный метод.
Уравнения оболочки вращения, подверженной температурному и силовому воздействию. Рассматривается ортотропная оболочка вращения, модули упругости Е1 и E2, модуль сдвига G13, коэффициенты Пуассона т2, т21 и линейного температурного расширения Д , Д2, Д3 материала которой являются произвольными функциями от температуры нагрева t. Предположено, что температурное поле, условия нагружения и закрепления оболочки симметричны относительно оси вращения 2, а касательные напряжения по толщине И оболочки изменяются по параболическому закону [1]
Дифференциальные уравнения равновесия и деформации представив в форме, разрешённой относительно первых производных основных функций, в качестве которых, следуя работе [2], выбрав функции Тг, Тг, М1, иг, и2 и 0, для численного интегрирования получим систему дифференциальных уравнений осесимметричной задачи несвязанной термоупругости термочувствительной оболочки вращения с конечной сдвиговой жёсткостью, приведённую к нормальной форме
288
