Анализ специфических изделий и конструкций устройств для их манипулирования Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.867.229.6

Профессор И.А. Авцинов, профессор В.К. Битюков, аспирант Д.Ю. Маликов

(Воронеж. гос. ун-т инж. технол.) кафедра информационных и управляющих систем, тел. (473) 255-38-75

Анализ специфических изделий и конструкций устройств для их манипулирования

Манипулирование штучными специфическими изделиями на устройствах с газовой несущей прослойкой

Manipulation piece specific products on devices with a gas bearing layer

Ключевые слова: специфические изделия, газовая несущая прослойка, рабочая поверхность, классификация устройств.

В различных отраслях промышленности таких, как пищевая, приборостроение и машиностроение, химическая, многоассортиментная (парфюмерная, косметологическая, фармацевтическая) и других возникает необходимость в снижении жесткого фрикционного контакта предмета производства с рабочими поверхностями технологического оборудования. Зачастую это связано со свойствами материла изделия или (и) с особенностями опорных поверхностей предмета производства. К специфике такого вида можно отнести:

1. материал изделия:

- с заниженными физико-механическими свойствами, например, хрупкость или ломкость;

- обладающий высокими фрикционными свойствами, например каучуки, эластомеры, для шлифовки, полировки, резки и т.д.;

- способный к прилипанию, т.е. обладающий высокими адгезионными свойствами;

- представляющий собой драгоценные камни и т.п. [2].

2. опорные поверхности изделия со следующими особенностями:

- высокая чистота обработки и зеркальные;

- с нанесенными (например, напылением) дорогостоящими материалами (золото, серебро и т.п.);

- требующие сушки (клеевые, крашенные и т.д.);

- завышенные требования (например, са-нитарно - гигиенические) к чистоте (лекарственные средства, пищевые штучные продукты, изделия микроэлектроники и т.п.);

- с нанесенным абразивным покрытием.

© Авцинов И.А., Битюков В.К., Маликов Д.Ю., 2013

Кроме выше представленной специфики можно выделить и ряд геометрических особенностей выделяемой группы изделий. Наиболее характерным является симметричность относительно своей вертикальной оси.

В таблице 1 показаны примеры некоторых специфических изделий различных отраслей промышленности.

Таблица 1 Специфические типы изделий

Специфические изделия

Вид специфики изделия

Особенности материала изделия

Особенности опорной поверхности

1)

1 i —!—N 1— _ —

1 | 1

Хрупкость, ломкость.

Вогнутые, выпуклые линзы

Чистота обработки.

2)

Потребительская _тара_

sä

Хрупкость, ломкость.

Санитарные нормы.

3)

Ж

Хрупкость, ломкость.

Защитные стекла

Санитарные нормы.

4)

Щ

ja

Высокая чистота обработки.

гife

Зубчатые шестерни

Продолжение таблицы 1

5)

Таблетки, брикеты

6)

С

3

Акварельные краски

7)

В

Зеркала для медицинских приборов

8)

Сигнальная арматура

9)

ЧЕН3

Защитно-декоративные корпуса высокоточных _приборов_

10)

Кнопка

П)

Пуговицы

12)

Склеенные две половинки линз

Хрупкость, ломкость.

Хрупкость, ломкость.

Хрупкость, ломкость.

Хрупкость, ломкость.

Выполненные из дорогостоящих материалов или декора.

Выполненные из дорогостоящих материалов или декора.

Санитарные нормы.

Чистота обработки.

Санитарные нормы.

Геометрические особенности.

С нанесенными дорогостоящими материалами.

Хрупкость, ломкость.

С нанесением клея.

13)

э_

Хрупкое основание с графитовым покрытием

14)

Резиновая пробка

15)

j

Абразивный круг

16)

С7

¿шк

тт

Фильтрующие элементы

17)

Тестовая заготовка

18)

тт

ч р—1 /

/ к

Конфеты типа "Ассорти"

19)

гггттп

Фигурные пряники

20)

Зефир

Хрупкость, ломкость.

Высокая фрикци-онность.

Высокая фрикци-онность.

Высокая фрикци-онность.

Адгезия.

Адгезия.

Низкая прочность и жесткость.

Адгезия.

Абразивное покрытие.

Санитарные нормы.

Санитарные нормы.

Санитарные нормы.

Санитарные нормы.

Окончание таблицы 1

21) 1 Пирожное, типа «Корзинка» Хрупкость, ломкость. С нанесением шоколада, крема.

22) Круглое пирожное Хрупкость, ломкость. Санитарные нормы.

выбраковка) миниатюрных штучных изделий, имеющих скосы, сломы, выбоины, раковины (наружные и внутренние). Их характерные примеры представлены на рисунке 4.

I N-11 Мг^п I

Брикетированные травы с наличием сколов и внутренних раковин

! I

Специфические штучные изделия таблетированной формы

Практически все вышепредставленные виды варьируются в широком диапазоне как размеров (рисунок 1), так конфигураций самих изделий (рисунок 2) и их опорных поверхностей (рисунок 3).

ш гг

о и

; Ути Ш.

ф

Рисунок 1 - Типоразмеры изделий

ф 22

4 16

■/¿¿/¿М

Ш7А

$ 30

13

Г

ф 19

1» 27

Г

О 10

¿22

22

Рисунок 2 - Разновидности конфигураций, типов изделий

Рисунок 3 - Опорные поверхности изделий

Кроме того, анализ технологических операций показал, что возникают значительные сложности в манипулировании (например,

Рисунок 4 - Бракованные изделия или имеющие несимметричный вид.

На основании проведенного анализа изделий различных отраслей промышленности, представленных в таблице 1, удалось систематизировать большинство из них по конфигурации. Характерные типы специфических штучных изделий представлены на рисунке 5.

¡~ Колпачковый подтип

А) Вогнутый

Б) Выпуклый

(Ш

Г)Фигурный Д) Кольцевой низкий Е) Кольцевой высокий

\

Ж) Чашеобразный 3) Конусный И) Профильный

К) Совмещенный Л) Таблетированый

Рисунок 5 - Типы специфических штучных изделий

Анализ операций манипулирования (специфическими изделиями) в различных отраслях промышленности показал, что они реализуются в подавляющем большинстве в ручном режиме. В связи с вышесказанным

возникает необходимость в автоматизации операции манипулирования штучными миниатюрными специфическими изделиями.

Одним из путей реализации представленной задачи является создание автоматических устройств, обеспечивающих манипулирование большим разнообразием типоразмеров специфических изделий при снижении сухого механического трения между предметом производства и несущими частями технического оборудования.

Перспективным направлением является разработка устройств, использующих в своих конструкциях эффекты тонкой газовой несущей прослойки, создаваемой между опорной поверхностью изделия и рабочей поверхностью (РП) оборудования.

На сегодняшний день разработано значительное количество устройств с газовой прослойкой, которая образуется за счет струйного истечения газообразной среды через отверстия рабочих поверхностей пневмоустройств под изделие. Основным элементом конструкций разработанных устройств является их рабочая поверхность, конструкция которой и ее способы движения определяют технологические возможности оборудования. Форма рабочей поверхности устройств отличается по геомет-

рическому признаку и выполняется в виде разнообразных геометрических фигур. Это может быть плоскость, параболоид, цилиндр, конус и их комбинированные варианты с дополнительным устройством: кольцом или камерой как внутри рабочей поверхности, так и сверху её. Кроме того, рабочие поверхности могут быть неподвижными или перемещающимися, вида - вращательного, поступательного, колебательного движения.

Газовая смесь истекает из перфорации рабочей поверхности пневмоустройств под мани-пулируемое изделие в результате создания избыточного давления в пневмокамере. Последняя имеет различную конструкцию, зависящую от конфигурации рабочей поверхности [1].

В таблице 2 схематично представлены конфигурации рабочих поверхностей и пневмокамер, вид их движения, а также технологические возможности пневмоустройств, использующих в работе эффекты тонкой газовой несущей прослойки и обобщенную систему вида «Изделие - РП - пневмокамера». На схемах (таблица 2) не показаны механизмы, обеспечивающие движение РП, а также стандартные системы газоподготовки и подачи газа к пневмокамерам.

Таблица 2

Схемы устройств Рабочая поверхность устройств Реализуемые операции Движение изделия

Форма Движение

1. Плоскость Возвратно поступательное ТР,КМ,ТО Поступательное

2. 1 4 А. с.№2056122 Параболоид Вращательное ПО, СК, БП, 300, то, км, ккп Поступательное или Еращательное спиралевидное

3. А / ¿^Л'е .. с. №1553471 Цилиндр Вращательное ТР, АО, ТО, СК Поступательное или переворог

4. с0 2 N А .. с. №2130419 Часть усеченного конуса Колебательное АО, ТО, ТР Поступательное

Схематичное отображение устройств с тонкой газовой несущей прослойкой

Окончание таблицы 1

5. --, »V А. с. №887372 1 Плоскость Без перемещения ТР, ПО, то,км ск Поступательное

6. 3 Я А. с. / №144821. 1 Плоскость совставксй Без перемещения КМ, Ф, то Поступательное

7. ^^^2098888 Усеченный конус Без перемещения КМ, ОБ, ТР,ТО,Б Вращательное

8. А. с. №226822 3 1 Плоскость Без перемещения КМ, ОБ, ТР, ТО Поступательное

9. А. с. №215109 4 Часть цилиндра Без Перемещения АО, ТО, ТР Поступательное и переворог

10. ( 4 о® 1 А. с. №134097 8 Усшенный кснусскслщевсй псверхностью Вращательное АО, ТО,ТР, БП,300 Поступательное в гсршснгатьнсй и[ вертикальной плоскостях игеревсрог

11. А А. с. №209967: 1 2 Плоскость совставксй Поступательное СК, ТО, КПП, КМ Поступательное

12. 1 / Плоское ленточное потошо Поступательное ТР, по, ккп, ск, то Поступательное

13. 4 2 А. с. №1337226 Усеченный конус Вращательное С, ТО, ПО, ББП Поступательное

14. г А. с. №2149714> Часть усеченного конуса с цилиндрической вставкой Котебагетьнюе ПО, в, ск, то Поступательное

Конструктивные особенности рабочей поверхности и пневмокамеры: 1 - (РП); 2-пневмокамера; 3 - дополнительные камеры; 4 - газоподводящее отверстие; вид движения рабочей поверхности: V - поступательное, со - вращательное, аг - колебательное; выполняемые операции манипулирования: ПО

- пассивное ориентирование; АО - активное ориентирование; ККП - контроль качества поверхности; 300 - загрузка основного оборудования; БП - базирование, позиционирование; Ф - формование; СК - сортировка, классификация; ОБ - обеспыливание; ТР - транспортировка; ТО-термообработка; КМ-контроль массы; Доз - дозировка.

Учитывая вышесказанное можно заключить, что разрабатываемые устройства на базе системы «Изделие - РП - пневмокамера » обладают:

- универсальностью, т. к. на РП можно манипулировать разнообразными типоразмерами изделий в результате того, что конструкция РП не зависит от конкретной конфигурации предмета производства;

- многофункциональностью, т.к. на каждом из представленных устройств реализуется несколько технологических операций;

- возможностью манипулирования специфическими изделиями за счет создания газовой смазки в трущейся паре «Изделие - РП

- пневмокамера»;

- способностью к переналадк при переходе с одних типоразмеров изделий на другие, данный процесс сводится к регулировке подачи расхода сжатого газа под изделия и скорости движения РП.

Таким образом, представленная классификация, является первым шагом для кодирования системы « Изделие - РП » и разработки программного продукта с целью автоматизированного конструирования современного технологи -ческого оборудования с заданными технологи -ческими параметрами и функциями [2].

ЛИТЕРАТУРА

1 Авцинов, И.А. Роботизация химико-технологических процессов и устройства с несуще-распознающей тонкой газовой прослойкой [Текст] / И.А. Авцинов, В.К. Битюков. - Воронеж, 2002. - 372 с.

2 Абрамов, Г.В. Управление микромеханическими процессами в гидродинамических слоях при производстве полупроводниковых приборов [Текст] / Г.В. Абрамов, В.К. Битюков, Г.В. Попов. - Воронеж: ВГТА, 2001. - 213 с.

3 Чертов, Е.Д. Борьба с адгезией в хлебопечении [Текст] / Е.Д.Чертов, О.А. Носов, Т.В. Санина, М.А. Васечкин. - Воронеж: ВГТА, 2001. - 144 с.

REFERENCES

1 Avtsinov, I.A. Robotic chemical processes and devices with the recognition inconsequential thin gas layer [Text] / I.A. Avtsinov, V.K. Bityukov. - Voronezh, 2002. - 372 p.

2 Abramov, G.V. Manage micromechanical processes in hydrodynamic layers in semiconductor manufacturing [Text] / G.V. Abramov, V.K. Bityukov, G.V. Popov. - Voronezh: VSTA, 2001. - 213 p.

3 Chertov, E.D. Fighting adhesion in baking [Text] / E.D.Chertov, O.A. Nosov, T V. Sanina, M.A. Vasechkin. - Voronezh: VSTA, 2001. - 144 p.