CC BY
19
УДК 658.562; 621.9
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЗУБЧАТОГО БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С КОЛЬЦЕВЫМ ОРИЕНТАТОРОМ ДЛЯ ПУСТОТЕЛЫХ ДЕТАЛЕЙ
А.В. Хачатурян, В.В. Прейс, В.Ю. Токарев
Рассмотрены результаты экспериментальных исследований производительности механического дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором для стержневых полых деталей формы тел вращения с асимметричными торцами, один из которых цилиндрический, а другой сферический.
Ключевые слова: зубчатое бункерное загрузочное устройство, производительность, экспериментальные исследования.
Механические дисковые зубчатые бункерные загрузочные устройства (БЗУ) с кольцевым ориентатором [1 - 3] используют для загрузки в сборочные машины и линии осесимметричных стержневых сплошных или полых деталей формы тел вращения с асимметричными торцами, один из которых цилиндрический, а другой конический, ступенчатый или сферический (рис. 1).
Рис. 1. Механическое зубчатое дисковое БЗУ с кольцевым ориентатором: а - в разрезе по оси вращающегося диска с гнездами; б - вид А; в - фрагмент 1 (положение правильно запавшего предмета обработки в гнезде); г - фрагмент 1 (положение неправильно запавшего
предмета обработки в гнезде) 28
Зубчатое БЗУ для загрузки полых деталей со сферическим торцом работает следующим образом. При вращении диска 4 детали, засыпанные в бункер, образованный обечайкой 2 и неподвижным основанием 5, ворошатся, пересыпаются и западают в гнезда 7, расположенные между зубьями 6 на вращающемся диске 4 с радиальными пазами 1. Запавшие детали перемещаются диском в верхнюю часть бункера. Детали, которые запали в паз кольцевого ориентатора 3 сферическим торцом вниз (см. рис. 1, в), удерживаются в нем, опираясь на верхний край С гнезда, и перемещаются вращающимся диском в зону выдачи. Детали, которые запали в гнезда цилиндрическим торцом вниз (см. рис. 1, г), в процессе вращения диска наклоняются в его гнездах и «подхватываются» торцевым криволинейным профилем копира 8. Скользя по нему торцами, детали под действием силы тяжести О опрокидываются вокруг верхнего края С гнезда и выпадают обратно в бункер БЗУ.
Фактическая производительность ПфБЗу механического дискового
зубчатого БЗУ определятся известными выражениями
ПФБЗУ = Птбзу ^ (1)
ии
Пт = 60-^ = и ■ п , (2)
тБЗУ
Л = Лшах - аи4, (3)
где Пт - теоретическая производительность БЗУ, шт./мин; п - коэффи-
БЗУ
циент выдачи БЗУ; и - окружная скорость вращающегося диска БЗУ по центру захватывающих органов (гнезд), м/с; и - число гнезд; - диаметр по центру гнезд; п - угловая скорость вращающегося диска с гнездами, об./мин; Яшах - максимальная величина коэффициента выдачи, соответствующая окружной скорости вращающегося диска с гнездами, стремящейся к нулю; а - коэффициент, учитывающий конструктивные особенности БЗУ.
В работе [4] впервые были представлены новые теоретические подходы к построению математических моделей производительности механических дисковых БЗУ в виде (1) - (3), а в работе [5] - теоретические основы проектирования зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором для сплошных деталей с коническим торцом.
В последующих работах авторов [6, 7] на основе разработанного теоретического подхода была предложена математическая модель производительности механического дискового зубчатого БЗУ с кольцевым ори-ентатором для деталей со сферическим торцом и на основе результатов компьютерного моделирования была проведена теоретическая оценка его производительности, в том числе и с учетом параметрических отказов [8].
Учитывая определенное несовершенство разработанных математических моделей производительности механических дисковых БЗУ, обусловленное приближенностью описания стохастических процессов захвата деталей захватывающими органами, экспериментальные исследования производительности на натурных образцах БЗУ остаются важным элементов всего комплекса научных исследований в данной области.
В работах [9, 10] авторами на основе полученных ранее результатов экспериментальных исследований производительности механического дискового зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором для сплошных деталей с коническим торцом были представлены уравнения аппроксимирующих функций, описывающих зависимость коэффициента выдачи БЗУ от окружной скорости диска с захватывающими органами (гнездами).
Ниже рассматриваются результаты экспериментальных исследований производительности механического дискового зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором для полых деталей со сферическим торцом.
На рис. 1 показан общий вид экспериментального натурного образца зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ори-ентатором, установленным на стенде с комплексом регистрирующей аппаратуры.
4
3
5
2
6
7
1
8
Рис. 1. Общий вид экспериментального натурного образца зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором на стенде с комплексом регистрирующей аппаратуры
30
Экспериментальный натурный образец зубчатого БЗУ 1 установлен на стенде, снабженном управляемым электроприводом (на рис. не показан), позволявшим осуществлять плавное изменение угловой скорости диска БЗУ с помощью пульта управления 6 в диапазоне 4.. .12 об/мин. Частота вращения диска с гнездами контролировалась с помощью электронного стробоскопа, состоящего из стробоскопической лампы 4 и блока управления 8. Детали 2 в количестве 500 шт. загружались в бункер БЗУ и выдавались через приемник по лотку в емкость 7. Число выдаваемых деталей в минуту подсчитывалось автоматически с помощью электромагнитного датчика 5 и электронного регистратора (тахометра) 1.
В экспериментальном образце зубчатого БЗУ: диаметр по центру карманов D = 0,382 м; число карманов u = 58.
Для каждого значения частоты вращения диска с гнездами проводили по 10 единичных опытов, по результатам которых с использованием вычисляемых таблиц в программе Excel рассчитывали значения окружной скорости и, теоретической производительности (1), средние арифметические значения ПфБЗУ фактической производительности (2), стандартное
s2
отклонение о2 и коэффициент вариации (5 = =--100%) для средних
ПфБЗУ
значений фактической производительности, а также значения коэффициента выдачи, используя формулу (1). Значения окружной скорости по центру карманов определяли по формуле и = ^ [м/с]. Результа™ жсперимен-
тальных исследований дискового зубчатого БЗУ с кольцевым ориентато-ром для полых деталей типа «стакан» со сферическим торцом длиной l = 0,03 [м] и диаметром d = 0,01 [м] представлены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты экспериментальных исследований производительности
дискового зубчатого БЗУ с кольц евым ориентатором
Номера серий единичных опытов 1 2 3 4
Угловая скорость, об/мин 6 8 10 12
Окружная скорость, м/с 0,120 0,160 0,200 0,240
Теоретическая производительность, шт./мин 348 464 580 696
Среднее значение фактической производительности, шт./мин 242,75 319,25 336,75 400,5
Стандартное отклонение 7,496 9,038 8,227 0,866
Коэффициент вариации, % 3,088 2,831 2,443 0,216
Коэффициент выдачи 0,698 0,688 0,581 0,575
По результатам экспериментов (см. табл. 1) с помощью стандартного пакета СытБхрвН 1.3 была найдена аппроксимирующая функция в форме уравнения (3), отражающая зависимость коэффициента выдачи БЗУ от окружной скорости диска по центру гнезд (рис. 3).
S = 0.00539676 г =0.99687615
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
X Axis (units)
Рис. 2. Аппроксимирующая функция (выходной график пакета CurvExpert 1.3) экспериментальной зависимости коэффициента выдачи БЗУ (y = h) от окружной скорости (x ° и, м/с) диска:
• - экспериментальные значения коэффициента выдачи
Величины стандартного отклонения S = 0,00539676 и коэффициента корреляции г = 0,99687615 (рис. 2) говорят о хорошей сходимости результатов аппроксимации.
Уравнение аппроксимирующей функции y(x)°h(ü) зависимости коэффициента выдачи (3) от окружной скорости диска с гнездами для стержневой полой детали типа «стакан» с отношением l/d = 3 запишется в виде
h = 0,71137784 - 56,786328и4. (4)
Подставляя полученное выражение (4) в формулу (1), можем записать выражение для определения фактической производительности механического дискового зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором (2) в следующем виде:
ПфБЗУ = 60 (0,71137784 - 56,786328и4). (5)
На рис. 3 показаны графики зависимостей коэффициента выдачи и фактической производительности зубчатого БЗУ с кольцевым ориентато-ром для полой детали типа «стакан», рассчитанных и построенных по аппроксимирующим уравнениям (4) и (5) в стандартной программной среде MathCad15.
Рис. 3. Графики зависимостей коэффициента выдачи и фактической производительности зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором для полой детали типа «стакан», рассчитанных и построенных по аппроксимирующим уравнениям (4) и (5)
Решая аппроксимирующие уравнения (4) и (5) в программной среде MathCad15, получим значения двух окружных скоростей диска с гнездами: итах, при которой фактическая производительность БЗУ имеет максимальное значение, и ипред при которой фактическая производительность
БЗУ стремится к нулю. Результаты аппроксимации сведены в табл. 2.
Результаты аппроксимации
Таблица 2
Тип и размер детали Л max итах, м/с (ПфБЗУ ^тах , шт./мин ипред., м/с
Полая, l / d = 3, d = 0,01 м 0,7114 0,2440 402,022 0,3643
Сравнение представленных в статье результатов экспериментальных исследований фактической производительности механического дискового зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором для полой детали типа «стакан» с результатами экспериментальных исследований известных ранее конструкций механических зубчатых БЗУ для аналогичных деталей, полученных другими авторами, показали их хорошее соответствие.
Предложенные эмпирические зависимости коэффициента выдачи (4) и фактической производительности (5) могут быть использованы в практике конструирования дискового зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором для полой детали типа «стакан» с отношением размеров l/d = 3.
Список литературы
1. Бункерное загрузочное устройство: пат. № 159403 РФ. Опубл. 10.02.16. Бюл. № 4.
2. Бункерное загрузочное устройство для предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов: пат. № 183611 РФ. Опубл. 27.09.18. Бюл. № 27.
3. Пантюхина Е.В., Прейс В.В., Хачатурян А.В. Механические дисковые бункерные загрузочные устройства для стержневых деталей с неявно выраженными ключами ориентации // Автоматизация и измерения в машино-, приборостроении. 2018. № 3 (3). С. 16 - 25.
4. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности бункерного загрузочного устройства с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2009. № 11. С. 23 - 30.
5. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Теоретические основы проектирования дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2013. № 7. С. 8 - 14.
6. Пантюхина Е.В., Дружинина А.В., Прейс В.В. Математическая модель и оценка производительности механического зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Машиностроение и техносфера XXI века: материалы XXI Международной научно-технической конференции. 2014. С. 62 - 65.
7. Давыдова Е.В., Дружинина А.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности механического дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с параметрическими отказами // Сборка в машиностроении и приборостроении. № 10. 2015. С. 11 - 15.
8. Пантюхина Е.В., Прейс В.В., Хачатурян А.В. Оценка производительности механического зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором для деталей, асимметричных по торцам // Про-
блемы машиноведения: материалы III Международной научно-технической конференции: в 2-х ч. науч. ред. П.Д. Балакин. Омск: ОГТУ, 2019. С. 233 - 239.
9. Дружинина А.В., Прейс В.В. Регрессионные модели коэффициента выдачи дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 6. С. 82 - 87.
10. Дружинина А.В., Прейс В.В. Экспериментальные исследования производительности дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Производительность и надежность технологических систем в машиностроении: сб. науч. трудов между-нар. научно-техн. конф., посвящ. 85-летию со дня рожд. д-ра техн. наук, проф. Л.И. Волчкевича, 20 - 23 мая 2015 г., г. Москва / под науч. ред. В .В. Прейса и И.Л. Волчкевича. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 99 - 104.
Хачатурян (Дружинина) Алена Вадимовна, аспирант, alena. dr 71 agmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Прейс Владимир Викторович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Токарев Вячеслав Юрьевич, старший лаборант, kafedra. tspippamail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERIMENTAL RESEARCH OF THE PRODUCTIVITY OF A TOOTHED HOPPER FEEDING DEVICE WITH THE RING ORIENTATOR FOR HOLLOW PARTS
A. V. Khachaturian, V. V. Preis, V. Y. Tokarev
The results of experimental research of the productivity of a mechanical disk toothed hopper feeding device with a ring orientator for core hollow parts of the shape of bodies of rotation with asymmetric ends, one of which is cylindrical and the other is spherical, are considered.
Key words: disk toothed hopper feeding device, productivity, experimental
research.
Khachaturian (Druzhinina) Alyona Vadimovna, postgraduate, alena. dr 71 agmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Preis Vladimir Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, rabota-pre ysa, yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Tokarev Vyacheslav Yurievich, senior laboratory assistant, kafedra. tspippa mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
