CC BY
3
УДК 621.9
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-38-43
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛОТКА ДЛЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ДВУХСТОРОННЕГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Э.В. Дьякова
Проведено аналитическое исследование основных параметров лотка при его проектировании для транспортирования ориентированных полуфабрикатов, а также проведено обоснование рационального выбора параметров лотка, обеспечивающие высокие показатели работы.
Ключевые слова: бункерное загрузочное устройство, полуфабрикаты, лотки-магазины, коэффициент трения, сила трения
В настоящее время при изготовлении изделий в специальном машиностроении используются новые и высокоэффективные технологии. К таким технологиям, например, относится двухстороннее полугорячее выдавливание полуфабрикатов, которые служат для дальнейшего изготовления гильз патронов. В ходе такой технологии полуфабрикаты имеют более высокие показатели механических свойств, снижается нагрузка на рабочий инструмент, а изготовление полуфабрикатов в ходе такой операции из стального прутка позволяет повысить коэффициент использования материала и снизить их себестоимость. После изготовления полуфабрикаты необходимо в требуемом положении выдать на дальнейшую операцию вытяжки. Для загрузки и ориентировании полуфабрикатов используют системы автоматической загрузки, которые представлены в виде бункерных загрузочных устройств [1, 2, 3, 4].
Выдача полуфабрикатов в бункерных загрузочных устройствах осуществляется с помощью лотков, которые также являются и накопителями, что позволяет обеспечить равномерное поступление ориентированных полуфабрикатов в технологические машины [5, 6]. Лотки можно классифицировать по способу перемещения на два типа. Перемещение полуфабрикатов, происходящее под действием силы тяжести, осуществляется в гравитационных лотках, а перемещение полуфабрикатов под действием внешних сил используется в приводных лотках. Анализ показал, что наиболее распространенными являются гравитационные лотки [7]. Гравитационные лотки могут быть представлены в виде лотков-скатов, лотков-склизов, коробчатых, трубчатых и змейковых лотков. Но не все представленные типы лотков можно использовать для выдачи полуфабрикатов. Так анализируя все типы лотков, пришли к выводу, что самым оптимальным типом являются коробчатые лотки.
Одним из параметров коробчатых лотков является его ширина, обеспечивающая свободный проход полуфабрикатов на технологическую операцию, которая определяется
В = /+ А/ = / +
1 +
О л2
ьр
V Р У
4
1 + ц
■ Ьр
V у
где / - длина полуфабриката, мм; А/ - зазор между полуфабрикатом и бортом лотка, мм; /р - расчетная длина полуфабриката, мм; Ьр - расчетная ширина полуфабриката,
мм; ц - коэффициент трения полуфабриката о борт.
/
р
Ь
р
Из-за наличия зазора при перемещении полуфабрикатов в лотках образуется угол заклинивания в, что приводит к возникновению силы трения о борт лотка. Сила трения определяется
Рн -Й1
2 Н
р = . 1 тр
tgv
где Рн - нормальная сила, которая давит на борт лотка, Н; г - радиус полуфабриката,
мм; Н - высота борта, определяемая для полуфабриката по выражению
Н = (0,53 ■ 0,6)ё, где ё - диаметр полуфабриката, мм.
Для оценки влияния угла заклинивания в на силу трения на рис. 1 были построены графики зависимостей силы трения Ртр от коэффициента трения ц от 0,1 до
0,3, при высоте бортов лотка Н = 0,53ё (рис. 1, а), Н = 0,55ё (рис.1, б), Н = 0,57ё (рис. 1, в), Н = 0,6ё (рис. 1, г) для полуфабриката двухстороннего выдавливания. Так при коэффициенте трения ц от 0,1 до 0,3, высоте бортов лотка Н = 0,53ё и при угле заклинивании в = 1° сила трения Ртр изменяется от 0,096 до 0,288 Н; при угле заклинивании в = 2° сила трения Ртр изменяется от 0,048 до 0,144 Н; при угле заклинивании в = 4° сила трения р изменяется от 0,024 до 0,072 Н; при угле заклинивании в = 6° сила трения Ртр изменяется от 0,016 до 0,048 Н; при угле заклинивании в = 8° сила трения р изменяется от 0,012 до 0,036 Н (рис. 1, а).
а
0,2 б
в г
Рис. 1. Графики зависимости силы трения от коэффициента трения при высоте бортов Н = 0,53ё (а), Н = 0,55ё (б), Н = 0,57ё (в), Н = 0,6ё (г) и угле заклинивании в = 1° (1); в = 2° (2); в = 4° (3); в = 6° (4); в = 8° (5)
г
При коэффициенте трения ц от 0,1 до 0,3, высоте бортов лотка Н = 0,55ё и при угле заклинивании р = 1° сила трения Р изменяется от 0,099 до 0,296 Н; при угле
заклинивании р = 2° сила трения Ртр изменяется от 0,049 до 0,148 Н; при угле заклинивании в = 4° сила трения Ртр изменяется от 0,025 до 0,074 Н; при угле заклинивании в = 6° сила трения Ртр изменяется от 0,016 до 0,049 Н; при угле заклинивании р = 8° сила трения Ртр изменяется от 0,012 до 0,037 Н (рис. 1, б).
При коэффициенте трения ц от 0,1 до 0,3, высоте бортов лотка Н = 0,57ё и при угле заклинивании р = 1° сила трения Ртр изменяется от 0,1 до 0,3 Н; при угле заклинивании р = 2° сила трения Ртр изменяется от 0,05 до 0,15 Н; при угле заклинивании р = 4° сила трения Ртр изменяется от 0,025 до 0,075 Н; при угле заклинивании в = 6° сила трения Ртр изменяется от 0,017 до 0,05 Н; при угле заклинивании р = 8° сила трения Ртр изменяется от 0,012 до 0,036 Н (рис. 1, в).
При коэффициенте трения ц от 0,1 до 0,3, высоте бортов лотка Н = 0,6ё и при угле заклинивании р = 1° сила трения Ртр изменяется от 0,102 до 0,307 Н; при угле заклинивании р = 2° сила трения Ртр изменяется от 0,051 до 0,154 Н; при угле заклинивании р = 4° сила трения Ртр изменяется от 0,026 до 0,077 Н; при угле заклинивании р = 6° сила трения Ртр изменяется от 0,017 до 0,051 Н; при угле заклинивании р = 8° сила трения Ртр изменяется от 0,013 до 0,038 Н (рис. 1, г).
Из графиков видно, что чем больше угол заклинивания и высота бортов лотка, тем сила трения меньше. Поэтому при проектировании коробчатого лотка с высокими бортами следует стремиться к увеличению угла заклинивания, для того чтобы снизить к минимуму перекос.
Особое внимание уделяется при проектировании на пропускную способность лотков. Пропускная способность лотков - это количество полуфабрикатов транспортируемых в единицу времени. Время прохождения I полуфабриката от начальной до конечной точки и его скорость V определяются по выражениям
+ 2sg^та! - цсоэа1) - vo ¿■(эта! -цсоэа1)
V = д/2gs(sinаl - цсоэа1) + vд. где vo - начальная скорость полуфабриката, мм/с; £ - длина лотка, мм; g - ускорение силы тяжести, мм/с2; а1 - угол наклона лотка.
Для оценки пропускной способности прохождения полуфабрикатов по лотку были построены графики зависимости времени I от коэффициента трения ц при
наклоне лотка на угол а1 = 20° (рис. 2, а), а1 = 25° (рис. 2, б),а1 = 30° (рис. 2, в),
а1 = 35° (рис. 2, г) при начальной скорости полуфабриката vo от 0 до 0,02 мм/с.
При коэффициенте трения ц от 0,1 до 0,3, наклоне лотка на угол а1 = 20° и при начальной скорости полуфабриката Vo = 0 мм/с время прохождения I изменяется от 7,8 до 16,6 секунд; при начальной скорости полуфабриката vo = 0,01мм/с время прохождения I изменяется от 7,2 до 15,3 секунд; при начальной скорости полуфабриката Vo = 0,02 мм/с время прохождения ^ изменяется от 7,1 до 13,9 секунд (рис. 2, а).
40
а б
в г
Рис. 2. Графики зависимости времени от коэффициента трения при наклоне лотка на угол а1 = 20 ° (а), а1 = 25 ° (б), а1 = 30 ° (в), а1 = 35 ° (г) при начальной скорости полуфабриката У0 = 0 мм/с (1); У0 = 0,01 мм/с (2); У0 = 0,02 мм/с (3)
При коэффициенте трения ц от 0,1 до 0,3, наклоне лотка на угол а1 = 25° и при начальной скорости полуфабриката У0 = 0 мм/с время прохождения I изменяется от 6,6 до 10,6 секунд; при начальной скорости полуфабриката У0 = 0,01мм/с время прохождения I изменяется от 6,5 до 10,3 секунд; при начальной скорости полуфабриката У0 = 0,02 мм/с время прохождения I изменяется от 6,4 до 9,9 секунд (рис. 2, б).
При коэффициенте трения ц от 0,1 до 0,3, наклоне лотка на угол а1 = 30° и при начальной скорости полуфабриката У0 = 0 мм/с время прохождения I изменяется от 6,1 до 8,4 секунд; при начальной скорости полуфабриката У0 = 0,01мм/с время прохождения I изменяется от 6 до 8,2 секунд; при начальной скорости полуфабриката У0 = 0,02 мм/с время прохождения I изменяется от 5,9 до 8,1 секунд (рис. 2, в).
При коэффициенте трения ц от 0,1 до 0,3, наклоне лотка на угол а1 = 35° и при начальной скорости полуфабриката У0 = 0 мм/с время прохождения I изменяется от 5,7 до 7,2 секунд; при начальной скорости полуфабриката У0 = 0,01мм/с время прохождения I изменяется от 5,6 до 7,1 секунд; при начальной скорости полуфабриката У0 = 0,02 мм/с время прохождения I изменяется от 5,5 до 7 секунд (рис. 2, г).
Из графиков видно, что чем больше угол наклона лотка а1 и начальная скорость полуфабриката У0, тем время прохождения I полуфабрикатов по лотку меньше. При проектировании следует учитывать, что если при расчетах время прохождения по-
41
луфабрикатов по лотку будет равно нулю, то движение полуфабрикатов прекратится и будет невозможно, тогда следует изменить конструктивные параметры лотка и произвести расчет сначала.
Таким образом, в процессе работы было проведено аналитическое исследование параметров коробчатого лотка при движении полуфабрикатов двухстороннего выдавливания, которые необходимо учитывать при проектировании лотка. Было выявлено, что возникающая сила трения при движении ориентированных полуфабрикатов зависит от высоты бортов лотка и угла заклинивания, поэтому при высоких бортах необходимо стремиться к увеличению угла заклинивания для того, чтобы снизить возникающий перекос. Анализ пропускной способности позволил выявить, что самое минимальное время прохождения полуфабрикатов по лотку возможно при максимальном наклоне лотка равном 35°. Данные исследования необходимы для того, чтобы обеспечить высокопроизводительную и бесперебойную работу технологического процесса.
Список литературы
1. Пантюхина Е.В. Комплексная автоматизация пищевой промышленности: учебник. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. 216 с.
2. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства в пищевой промышленности: под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 120 с.
3. Дьякова Э.В. Способы ориентирования близких к равноразмерным деталей с асимметрией по торцам в механических бункерных загрузочных устройствах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 105-110.
4. Системы автоматической загрузки штучных предметов обработки в технологические машины-автоматы / 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.
5. Бляхеров И. С., Варьяш Г. М. [и др.]. Автоматическая загрузка технологических машин: справочник / под общ. ред. И. А. Клусова. М.: Машиностроение, 1990. 400 с.
6. Дьякова Э.В. Системы автоматического манипулирования потоками штучной продукции в массовых производствах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 11. С. 507-514.
7. Дьякова Э.В. Особенности движения штучных деталей по лоткам различных форм // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 458-461.
Дьякова Элеонора Владимировна, аспирант, eleonora. borovkova@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYTICAL STUDY OF THE MAIN PARAMETERS OF THE TRAY FOR SEMI-FINISHED PRODUCTS OF DOUBLE-SIDED EXTRUSION
E.V. Diakova
An analytical study of the main parameters of the tray during its design for the transportation of oriented semi-finished products was carried out, as well as a rationale for the rational choice of tray parameters that provide high performance indicators.
Key words: hopper-feeder device, semi-finished products, shopping trays, coefficient of friction, friction force
Diakova Eleonora Vladimirovna, postgraduate, eleonora.borovkova@yandex.ru, Russia, Tula, Tula state university
