CC BY
10
УДК 621
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-43-50
ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА КАЧАЮЩЕГОСЯ КОНВЕЙЕРА
Л.Р.Абдуллина, А.А.Калистратова, Е.С. Пронькин, Ф.Р. Княжев, С.О. Копытов
В данной работе был спроектирован механизм качающегося конвейера, обеспечивающий требуемое движение частиц для их сепарации. Проектирование было реализовано при помощи последовательного построения структурной и кинематической схем узла виброгенератора желоба качающегося конвейера, обеспечивающего выбранный рациональный режим движения. В процессе исследования были рассмотрены различные возможные траектории движения точек шатунов, среди которых была выбрана оптимальная, обеспечивающая полную сепарацию руд при заданном режиме движения.
Ключевые слова: качающийся конвейер, установившийся режим работы, шатунная кривая, структурный синтез механизма, шарнирный четырехзвенник.
Качающимся называется конвейер, представляющий собой подвешенный или опирающийся на неподвижную раму желоб, который совершает колебательные движения для перемещения груза, находящегося в желобе. Для обеспечения необходимого движения нужно определить характер установившегося режима конвейера. Он характеризуется моментами перехода от одного этапа движения к другому. Для конвейера классической формы, сепарирующего руду, были проанализированы 6 видов движения рабочей платформы (рис. 1), построены графики, характеризующие эти виды движения, и выбран рациональный закон движения.
Анализ цикла движения конвейера, в приведенных графиках: L о — выстой конвейера (платформа остается неподвижной определенный период времени); L+ - движение рабочий платформы вверх; L- - движение платформы вниз. Для обеспечения сепарации частиц разной плотности нам необходим этап выстоя. За цикл работы конвейера должен произойти отрыв частицы от поверхности рабочего органа конвейера и ее возвращение на неподвижный рабочий орган.
На рис. 1, а выстой отсутствует, так как рассмотрен режим движения с двумя мгновенными остановками за цикл. Данный режим, хотя и легок в исполнении, но статистически не обеспечивает нужную сепарацию частиц [1], поэтому рассматриваться в дальнейшем не будет.
На рис. 1, б приведен режим движения с двумя выстоями. Данный режим обеспечивает полную сепарацию, но он сложнее в реализации, чем режим 1а. Отметим, что полная сепарация необходима в больших количествах случаев: при разделении пшеницы от спорыньи, при отделении бумаги от металлических включений во время переработки макулатуры и др.
В свою очередь, рис. 1д и 1е также характеризуются нужными выстоями, но конвейер движется или только вверх, или только вниз соответственно, что не является цикличным движением и не подходит для обеспечения плавной работы конвейера.
На рис. 1, в и г приведены режимы движения с одним выстоем и одной мгновенной остановкой за цикл. Данный режим движения может обеспечивать неполную сепарацию, но он легче в реализации, в отличие от режима движения, показанного на рис. 1, б. Неполная сепарация возможна при первичном разделении руд.
Для данной работы нами был выбран режим движения под буквой б) по следующим причинам: во-первых, требуется обеспечить полное разделение частиц разной плотности; во-вторых, имеется необходимость цикличности движения устройства [2].
Обеспечение данного вида движения требует специальной конструкции вибратора (виброгенератора). Существуют виброгенераторы трёх типов: пьезоэлектрические, магнитные и механические. Нами будет рассматриваться механическая модель, так как магнитные вибраторы колеблются в ультразвуковой частоте, а пьезоэлектрические не обеспечивают нужный ход рабочей поверхности и имеют высокую стоимость.
Шатунная кривая механизма может принимать различные формы [3]. При некоторых формах движение механизма может обеспечивать выстой. Для реализации механизма можно рассматривать в основании вибратора либо шарнирный четырёхзвен-ник, либо кривошипно-шатунный механизм [4]. В случае кривошипно-ползунного механизма для передачи требуемого вида движения выходному звену нам потребуется присоединять дополнительную пару звеньев, что приведет к увеличению стоимости, массы и габаритов вибратора. В связи с этим нами будет рассмотрен шарнирный четы-рёхзвенник АВМСD [3].
По известным системам зависимостей находятся уравнения движений точки М механизма [4]:
ХЫ = ХВ + ^Ы С0^2 + а)
Уы = Ув + 1ВЫ sin(Ф2 + а) '
М
Из приведенных выше уравнений мы получили несколько возможных траекторий движения точки М, зависящих от начальных условий механизма. В процессе построения, меняя входные параметры системы, получены различные формы траекторий, изображенные на рис. 3.
Рис. 3. Множество шатунных кривых - траекторий точки М
Участки траекторий, приближенные к прямой или стремящиеся к дуге окружности, будут, при определенной конструкции механизма, обеспечивать необходимые выстои для сепарации. Криволинейные же участки являются рабочим ходом вибратора.
Рассмотрим некоторые полученные траектории, зависящие от входных параметров. При изменении параметров и полученные кривые имели сложную форму, а значит, и сложный механизм вибратора [5].
7.в
в. 4 -'-1-'-'-1-'
0 12 3 4 5 6
Рис. 4. Характерная шатунная кривая
5.5 5 45 5 4 5 35 53 6.35 521 5.15 5.1 5.05
5'— 0.5
'лв =
1т - 1-6 — б
1 1.5 2 25 3 3.5 4 4.5
Рис. 5. Особые участки шатунных кривых
45
Из анализа рис. 4 и 5 очевидно, что участки кривой АЗ, БВ, ГД, ЖЕ - участки рабочего хода механизма. Следовательно, выстой могут обеспечить зоны АБ, ВГ, ДЕ, ЖЗ.
При рассмотрении отметим, что участки АБ и ВГ не являются ни прямой, ни дугой окружности, что затруднит выстой. ДЕ является прямолинейным, но имеет малую длину, из чего следует малое время выстоя и неполная сепарация. ЖЗ - это дуга окружности с большим радиусом кривизны, что увеличит размеры механизма. А значит, данная траектория является не рациональной.
При изменении угла между прямой ВМ и ВС, траектории имели более простую форму, но их прямые участки слишком короткие, а это значит, что будет обеспечиваться слишком малое время выстоя, не предоставляющего достаточного для сепарации времени.
Рис.6. Модификация шатунной кривой
01---ж---.-
-1.5 -I -0.5 0 05 1 15 2 2.5
Рис.7. Модификация шатунной кривой
Рассмотрим получившиеся траектории (рис. 6 и 7). АБ, ВГ, ДЕ, ЖЗ также являются отрезками рабочего хода механизма. В отличие от траекторий в пункте 1, здесь имеются более прямолинейный и длинный участки БВ, а также участок окружности с большим радиусом кривизны ДЗ. Отрезки АГ и ЖЕ - неопределенной формы, и обеспечение с помощью них выстоя затруднено.
Путем дальнейшего подбора были определены оптимальные значения входных параметров, на основе которых построены возможные траектории движения точки М.
На рис. 8 представлены траектории, похожие между собой. Однако авторами была выбрана траектория фиолетового цвета за счет форм участков БВ и АГ. Отрезки АБ и ВГ обеспечат резкое движение платформы от толчка. Прямолинейный участок БВ
46
достаточной длины обеспечит остановку на необходимое время. Также дуга окружности АГ имеет достаточный радиус кривизны, чтобы обеспечить выстой и не удлинять механизм привода рабочей поверхности [6, 7].
и = 0.7
15
1.2
г
Г •
= 1-5
1вя = 1-5
н0,2 0 0.2 0.4 0.6 0.1 I 1.2 1.4 1,6
Рис. 8. Рациональная шатунная кривая
Проведем структурный синтез вибрационного механизма. Для обеспечения выбранного движения на участках БВ и АГ необходимо задаться еще двумя механизмами с возможностью переключения между ними в процессе движения по траектории. Сначала разберем механизм, который обеспечит выстой на прямолинейном участке [8].
Так как точка М будет двигаться по прямой, в продолжение этой прямой мы поставим стержень, расположенный между шарнирным цилиндром и точкой на траектории. На этом стержне выбираем точку, в которой фиксируем так называемый горизонтально расположенный толкатель, который будет передавать импульс на рабочую поверхность в определенной точке в точное время, а в оставшееся время будет находиться в состоянии покоя. На рис. 9 показана кинематическая схема подобного механизма.
/
■ ^^
Рис.9. Модификация структуры базового механизма
Теперь рассмотрим второй механизм, необходимый для того, чтобы обеспечить выстой при движении по окружности. Для выполнения этой задачи подходят две группы Ассура: ВВВ и ВВП. Звено, связанное со звеном цепи четырехзвенника, должно иметь длину, равную радиусу кривизны данной окружности, чтобы обеспечить необходимое движение. Авторами выбрана группа ВВВ, так как в группе ВВП большой угол давления, что приводит к заклиниванию и самоторможению. Как и в случае с прямолинейной секцией, добавление трехзвенника группы ВВВ произведено так, чтобы он играл роль толкателя: в определенный момент времени толкал платформу, а оставшееся время цикла обеспечивал выстой [9, 10].
Переключение между двумя механизмами было достигнуто благодаря демпфирующим элементам. В этих элементах толкатели будут действовать как поршни, которые будут попеременно передавать импульс рабочей поверхности. Итоговая схема вы-брогенератора представлена на рис.10.
Рис. 10. Итоговая схема виброгенератора
В результате сборки всех деталей механизма получается циклически работающий механизм, который удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям по типу движения и обеспечивает полное разделение руды. Аналогичный способ проектирования может быть применен и для других качающихся конвейеров под необходимые конструктивно требования.
Выводы:
1. Получены уравнения движения точки, лежащей на четырехзвенной связке, которая является основой вибрационного механизма на основе качающихся конвейеров.
2. Построены и рассмотрены различные возможные траектории движения точек шатунов.
3. Определены свойства механизма, обеспечивающего полное разделение, и на основе этих свойств получена структура механизма.
4. По результатам всех исследований получен рациональный вибрационный механизм. Данный механизм имеет небольшие габариты и массу. Он обеспечивает полное сепарирование частиц разной плотности за счет оптимальных по времени участков отрыва частиц от рабочей поверхности и нахождения их в состоянии покоя.
5. Согласно приведенной последовательности проектирования, дано понимание алгоритма разработки аналогичных механизмов с иными параметрами работы.
Список литературы
1. Юн Ю.А., Есина Е.Н., Рыльников А.Г., Гаджиева Луиза Абду-Самадовна Обоснование параметров рудничной сепарации рудничной массы при разработке медных месторождений Жезказганского региона // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2019. Вып. 3. С. 203 - 212.
2. Чебан А.Ю. Технология разработки сложноструктурного месторождения с применением усовершенствованного добычного комплекса // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 3. С. 209 - 219.
3. Woo L.S. Type Synthesis of Plane Linkages. Transactions of ASME, Journal of Engineering for Industry, 1967. Vol. 89. P. 159-172.
4. Дворников Л.Т. Опыт структурного синтеза механизмов. Теория механизмов и машин. С.-Петербургский государственный политехнический университет, 2004, №2(4). С. 3-17.
5. Butcher E.A., Hartman C. Efficient enumeration and hierarchical classification of planar simple-jointed kinematic chains: Application to 12- and 14-bar single degree-of-freedom chains // Mechanism and Machine Theory, Volume 40, No. 9, September 2005. P.1030-1050.
6. Дворников Л.Т., Стариков С.П. Кинематическое и кинетостатическое исследование двухсекционного грохота. Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2008, №1 (65). -С. 44-46.
7. Barbashov N.N., Samoilova M.V., Abdullina L.R., Selection of rational algorithms for controlling high-precision details, Journal of Physics: Conference Series, Volume 1889, Intrumentation Technologies and Environmental Engineering, 2021. DOI: 10.1088/1742-6596/1889/5/052038.
8. Vadim Khudoyarov, Dmitry Samsonenko, Artyom Nikulin, Nikolai Barbashov and Leila Abdullina, The optimal profile of wind generator blade modelling with CFD-method // Journal of Physics: Conference Series, Volume 1679, Issue 5, 2020.
9. Abdullina L., Barbashov N., Leonov I. (2019) Analysis of Possibilities to Reduce Energy Consumption of Elevator Systems. In: Radionov A., Kravchenko O., Guzeev V., Rozhdestvenskiy Y. (eds) Proceedings of the 4th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2018. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-319-95630-5_18.
10. Хомченко В.Г. Кинематический синтез безмуфтового механического пресса на основе рычажного механизма третьего класса // ОНВ. 2022. №1 (181).С. 7 - 12.
Абдуллина Лейла Реналевна, магистр, инженер, abdullina_98@,mail.ru, Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана,
Калистратова Алина Александровна, бакалавр, kalistratova. alinka@mail. ru, Россия, Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана,
Пронькин Евгений Сергеевич, бакалавр, pronkin.eugeni@yandex.ru, Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана,
Княжев Фёдор Романович, бакалавр, fedor.knyazhev@mail.ru, Россия, Москва, НИУМЭИ,
Копытов Станислав Олегович, специалист, stanislav.copitov@mail.ru, Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана
RESEARCH AND DESIGN OF ROCKING CONVEYOR MECHANISM
L.R Abdullina, A.A. Kalistratova, E.S. Pronkin, F.S. Knyazhev, S.O. Kopytov
In this work, an oscillating conveyor mechanism was designed to provide the required movement of particles for their separation. The design was implemented using the sequential construction of structural and kinematic diagrams of the vibration generator assembly of the oscillating conveyor chute, which provides the selected rational mode of movement. In the course of the study, various possible trajectories of movement of the points of the connecting rods were considered, among which the optimal one was chosen, ensuring complete separation of ores at a given mode of movement.
Key words: oscillating conveyor, steady state operation, connecting rod curve, structural synthesis of the mechanism, articulated four-link.
Abdullina Leyla Renalevna, master, engineer, abdullina__98@.mail.ru, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University,
49
Kalistratova Alina Alexandrovna, bachelor, kalistratova.alinka@,mail.ru, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University,
Pronkin Evgeniy Sergeevich, bachelor, pronkin.eugeni@yandex.ru, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University,
Knyazhev Fedor Romanovich, bachelor, _fedor.knyazhev@mail.ru, Russia, Moscow,
MPEI,
Kopytov Stanislav Olegovich, specialist, stanislav.copitov@mail.ru, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University
УДК 658.562:621.9
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-50-55
ОБОБЩЕННЫЙ ПЛАН CCSP-2 НЕПРЕРЫВНОГО СТАТИСТИЧЕСКОГО
КОНТРОЛЯ
В.Б. Морозов, А.С. Горелов
Предложен обобщенный план статистического непрерывного выборочного контроля, реагирующий на двукратное обнаружение дефектного изделия. Проведен анализ нового плана по сравнению с известными.
Ключевые слова: непрерывный выборочный контроль, частота контроля, объем накопителя, предельный средний уровень дефектности.
Первые планы статистического непрерывного приемочного контроля были разработаны в США [1] и адаптированы к применению для автоматизированного контроля качества штучной и нештучной продукции в Тульском государственном университете [2-4].
При использовании первой модели плана CSP-1 контрольное устройство линии начинает сплошную проверку продукции в ходе производственного процесса, начиная с первого выпускаемого изделия. Такая проверка производится до тех пор, пока через контрольное устройство не пройдет подряд /1 годных изделий. После этого начинается выборочный контроль с частотой /, продолжающийся до тех пор, пока снова не будет
обнаружен дефект. Сразу возобновляется сплошная проверка, которая продолжается до тех пор, пока не будет выполнено требование прохождения через контрольное устройство подряд /1 годных изделий.
К недостаткам первой модели плана следует отнести резкий переход от выборочного контроля к сплошному при обнаружении дефекта и сильную зависимость предела среднего уровня выходной дефектности qL от налаженности процесса производства.
Во второй модели плана непрерывного выборочного контроля CSP-2 вначале проводят сплошной контроль до появления подряд /'1 годных изделий. После этого начинается выборочный контроль. К сплошному контролю возвращаются не на основании обнаружения одного дефекта, а когда два дефектных изделия будут обнаружены в потоке на расстоянии меньше, чем к проверенных изделий. Средний уровень выходной дефектности q для плана CSP-2 всегда больше, чем для плана CSP-1, и составляет при контроле с заменой бракованных изделий [1]:
