CC BY
46
УДК 621.867
О.А. Лускань ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГРУЗОВ НА ИМПУЛЬСНОМ ТЕЛЕЖЕЧНОМ КОНВЕЙЕРЕ
Представлены экспериментальные исследования процесса
движения грузов на импульсном тележечном конвейере,
подтверждающие функциональную работоспособность устройства и адекватность полученных теоретических исследований.
Груз, тележка-спутник, механизм свободного хода, инерция, транспортирование
О.А. Luskan
EXPERIMENTAL RESEARCHES OF CARGO MOVEMENT ON THE PULSE CART CONVEYOR
In the article the experimental researches of cargo movement process on the pulse cart conveyor, devices confirming the functional working capacity and adequacy of the received theoretical researches are presented.
Cargo, cart-companion, free wheeling mechanism, inertia, transportation
На промышленных предприятиях и складах имеют место сложные транспортнотехнологические операции, связанные с перегрузкой, реверсированием, накоплением и ориентированием штучных грузов. Указанные операции могут выполняться с остановкой основного транспортного конвейера, которая резко снижает производительность, или с применением дополнительного металло- и энергоемкого оборудования, влекущего за собой повышенные капитальные и эксплуатационные затраты.
В настоящее время на российском рынке представлено большое количество решений в области транспортирования и распределения грузопотоков. Помимо иностранных поставщиков, свою продукцию активно продвигают и отечественные производители. Однако большинство предлагаемых конструкций имеют стандартные решения, отличаясь только материалом несущих конструкций и грузонесущих элементов с целью уменьшения металлоемкости.
Исследования по разработке транспортно-технологических конвейеров нового поколения, выполняющих несколько операций, отвечающих требованиям малой энергоёмкости, быстрой переналадки и универсальности, являются актуальными и направлены на решение важной задачи, имеющей существенное научно-практическое значение в области механизации транспортно-технологических процессов.
Рассмотренные теоретические математические модели [1], характеризующие основные кинематические параметры движения грузов на тележках-спутниках, требуют экспериментального подтверждения в натурных условиях.
Экспериментальные исследования по обоснованию параметров движения грузов на импульсном тележечном конвейере проводились в лаборатории «Машины непрерывного транспорта» Балаковского института техники технологии и управления СГТУ.
Перед проведением экспериментальных исследований были разработаны: принципиальная схема экспериментального стенда, установлены вид, геометрические размеры и масса груза, спроектирован и изготовлен экспериментальный импульсный тележечный конвейер.
Экспериментальный импульсный тележечный конвейер (рис. 1 и 2) состоит из рамы
1, на которой установлена тележка 2. Рама опирается на опорные катки 3, установленные на направляющих 4, и приводится в возвратно-поступательное движение приводом. Привод представляет собой кривошип, выполненный в виде диска 5 с изготовленными в нем отверстиями для изменения амплитуды колебаний рамы, шатун 6 в виде гладкого стержня, шарнирно соединенного с рамой 1, и электродвигателя 7 переменного тока с возможностью регулирования частоты вращения вала через частотный преобразователь. Тележка имеет опорные катки 8, два из которых оснащены механизмами свободного хода. Для регистрации и контроля параметров используется видеокамера 9 и контрольно-измерительная аппаратура 10.
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки
Рис. 2. Экспериментальный импульсный тележечный конвейер
Экспериментальные исследования процесса транспортирования грузов проводились в два этапа.
На первом этапе исследований изучалось влияние изменяющихся режимных параметров качания рамы конвейера и массы транспортируемого груза на эффективную функциональную работоспособность.
На втором этапе проводились сопоставление и анализ результатов исследований первого этапа для формирования выводов и рекомендаций по проектированию конвейера.
Результаты теоретического исследования показали, что конструктивные и режимные параметры конвейера находятся в тесной взаимосвязи и не могут исследоваться отдельно друг от друга, как это принято в методике однофакторного эксперимента. Поэтому при проведении экспериментальных исследований по определению величин рациональных режимных параметров импульсного тележечного конвейера использовалась методика исследований, базирующаяся на реализации многофакторного центрального композиционного плана [2]. Такой план позволяет при сравнительно небольшом числе опытов и простоте обработки экспериментальных данных получить количественную оценку степени взаимосвязи исследуемых параметров и их рациональное значение. В качестве априорной информации для планирования эксперимента использовались результаты предварительных, проводимых по классической схеме опытов. Это позволило провести наиболее важную, неформализованную часть планирования эксперимента - выбор центра плана и интервалов варьирования факторов с высокой степенью достоверности.
Численные значения различных уровней изменяемых параметров и интервалов варьирования указаны в таблице.
Уровни и интервалы варьирования факторов экспериментальных исследований
при транспортировании груза
Исследуемые факторы Размерность Уровни варьирования
-1 0 +1
Х1 - масса груза, тгр кг 5 10 15
Х2 - амплитуда колебаний рамы, А м 0,05 0,1 0,15
Х3 - частота вращения привода, п об/мин 50 60 70
В качестве функций отклика на воздействие факторов, определяющих характер исследуемого процесса транспортирования груза, с точки зрения рациональности исследований приняты: средняя скорость движения тележки с грузом и мощность на
привод конвейера Ыпр.
Анализ математических моделей процессов транспортирования груза и результатов предварительных экспериментов показывает, что поверхность отклика выделенных параметров имеет значительную кривизну, поэтому в качестве исследований математических моделей процесса транспортирования принят полином второго порядка:
у = Ь0+ь Х-1 + ь Х2+ь Х3+Ъц х^ + ь,2 Х2 + Х3. + Ъ-^3 Х-1Х3+Ъ-^2 Х-1Х2+ь,з Х2 х3,
где У - параметр оптимизации; Ъ0, Ъ\, Ъ2, Ъ3, Ъц, Ъ22, Ъ33, Ъ13, Ъ12, Ъ23 - коэффициенты регрессии; Х1, Х2, Х3 - значения уровней варьирования графиков.
Кодирование осуществляется по зависимостям:
Х, в = ^ = +1; Х, . = ^ =_1,
где Х1 в, Х1 н - кодированное значение одного из факторов на верхнем и нижнем уровнях;
Х1 в, Х1 н, Х1 о - натуральные значения одного из факторов на верхнем, нижнем и среднем
уровнях; ^ - интервал варьирования по каждому из факторов; 1 - порядковый номер фактора.
Эта же зависимость используется для обратного преобразования кодированных значений в натуральные.
Обработка результатов эксперимента осуществлялась по общепринятым методикам [2] с определением коэффициентов регрессии, статистической проверкой адекватности полученных моделей.
После вычисления коэффициентов регрессии получена математическая модель для определения средней скорости движения тележки с грузом и мощности привода.
Статистическая оценка значимости коэффициентов полученных моделей проводилась по критерию Стьюдента. Предварительно для определения дисперсии всего эксперимента были проведены четыре дополнительных опыта в центре плана. Теоретическое значение критерия Стьюдента для четырёх точек при доверительной вероятности 0,95 составило ^ = 3,18. После сопоставления коэффициентов полученных математических моделей с величиной произведения теоретического значения критерия Стьюдента на среднее значение каждого коэффициента были определены незначимые коэффициенты в моделях. Таким образом, после отсева незначащих коэффициентов математические модели представлены в виде
= 0,333 + 0,240Х2 + 0,126Х3 - 0,026Х12 - 0,018Х22 - 0,010Х32 + 0,050Х2Х3, мпр = 0,047 + 0,041Х2 + 0,027Х3 - 0,010Х12 + 0,008Х22 + 0,005Х32 + 0,017Х2Х3.
Проверка полученных моделей на адекватность проводилась по критерию Фишера. Опытные значения критерия Фишера определялись как отношение дисперсии неадекватности к дисперсии воспроизводимости.
Таким образом, определено, что полученные уравнения описывают протекание рассматриваемых процессов с вероятностью не менее 95% и являются адекватными.
Графическая интерпретация математических моделей для определения средней скорости движения тележки с грузом и мощности привода представлена на рис. 3 и 4.
Расхождение теоретических и экспериментальных данных по величине средней скорости движения тележки с грузом и мощности привода составляет не более 10%.
Анализ полученных графиков зависимости средней скорости движения тележки с грузом определяет рациональную область значений параметров колебаний рамы. Для
массы груза тгр = 10 кг средняя скорость транспортирования максимальна (фР = 0,333
м/с, при амплитуде колебаний А = 0,1 м и угловой скорости привода ю = 9 рад/с, при этом затрачиваемая мощность на перемещение указанного груза составляет Ыпр = 0,05 кВт. Согласно рис. 4 значительное увеличение мощности привода будет происходить при максимальных амплитудах и угловых скоростях привода.
Рис. 3. Зависимость средней скорости движения Ф СР от амплитуды колебаний рамы А и угловой скорости привода ю при массе груза тгр=10 кг
Рис. 4. Зависимость мощности привода Ыпр от амплитуды колебаний рамы А и угловой скорости
привода ю при массе груза тгр = 10 кг
Полученные в результате экспериментов математические модели адекватны. Сравнение результатов численного анализа и экспериментальных исследований показало расхождение не более 8-12%, что вполне допустимо. Удельная энергоемкость процесса транспортирования грузов импульсным тележечным конвейером составляет =
0,02^0,06 кВт ч/т, что позволяет сделать вывод о снижении энергоемкости процесса в среднем на 30-35% по сравнению с грузонесущими тележечными конвейерами.
Внедрение в производство транспортно-технологического импульсного тележечного конвейера позволит обслуживать производственный цикл по заданной программе и может конкурировать с традиционными видами транспорта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ромакин Н.Е. Конвейер для перемещения изделий на тележках-спутниках в гибких производственных системах / Н.Е. Ромакин, О.А. Лускань // Автоматизация и современные технологии. М.: Машиностроение, 2003. № 5.
2. Завадский Ю.В. Планирование эксперимента в задачах автомобильного транспорта / Ю.В. Завадский. М.: МАДИ, 1978. 156 с.
Лускань Олег Александрович -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» Балаковского института техники, технологии и управления (филиала) Саратовского государственного технического университета
Luskan Oleg Aleksandrovich -
Candidate of Technical Sciences,
Associate Professor of the Department of «Hoisting-and-transport, Building and Road Cars» of Balakovo Institute of Engineering, Technology and Management (branch) of Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 28.04.10, принята к опубликованию 23.11.10
