CC BY
4
УДК 621.9.06-52
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-141-142
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОРГАНОВ ЗАХВАТА И ОРИЕНТИРОВАНИЯ ДИСКОВОГО БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С ЗУБЬЯМИ И
КОЛЬЦЕВЫМ ОРИЕНТАТОРОМ
Е.В. Пантюхина
В статье рассмотрены схемы усовершенствованных механических дисковых бункерных загрузочных устройств с зубьями и кольцевым ориентатором для полых и сплошных предметов обработки формы тел вращения с неявно выраженной асимметрией торцов, один из которых выполнен в форме усеченного конуса или сферическим. Представлены диапазоны допустимых значений захватывающих и ориентирующих органов усовершенствованных бункерных загрузочных устройств и результаты их математического моделирования с трехмерной визуализацией.
Ключевые слова: автоматическая загрузка, бункерное загрузочное устройство с зубьями и кольцевым ориентатором, детали с неявной асимметрией, ориентирование деталей, захват деталей.
Предметы обработки формы тел вращения с неявной асимметрией торцов довольно часто встречаются в различных отраслях промышленности. Координата центра масс таких деталей находится практически в середине продольной оси симметрии - хс « 0,5/, а отношение диаметров противоположных торцов находится в диапазоне
0,6 < ё2 /dl < 0,9. Для таких предметов обработки предложены конструкции усовершенствованных механических дисковых бункерных загрузочных устройств (БЗУ) [1].
Для предметов обработки с отношением длины к диаметру наибольшего торца 2 < // < 3 , у которых
один из торцов выполнен в форме усеченного конуса с углом при вершине которого 2Р < 30° или сферическим с Г > 0,5ё1 (рис. 1) предложены конструкции усовершенствованного механического дискового зубчатого БЗУ, ранее широко применяемом для длинных стержневых колпачков с явным смещением центра масс.
Ш 11
а б в
Рис. 1. Стержневые предметы обработки, загружаемые БЗУ с зубьями и кольцевым ориентатором: с торцом в виде усеченного конуса сплошные (а) и полые (б), со сферическим торцом (в)
В усовершенствованном БЗУ с зубьями и кольцевым ориентатором (рис. 2, а) предметы обработки, движущиеся к карману асимметричным торцом вперед, погружаются в него полностью, так как поперечное сечение паза кольцевого ориентатора соответствует профилю их асимметричного торца. В противном случае предметы обработки опираются на верхний край паза кольцевого ориентатора, западают в карман не полностью и при дальнейшем вращении диска в верхней части бункера под действием силы тяжести выпадают обратно в его нижнюю часть [2, 3].
1 1
5 —Г- 1 ^ л —«шс 3 ~ ■ ''"' ./I
а б в
Рис. 2. Усовершенствованные БЗУ с зубьями и кольцевым ориентатором: с постоянной (а) или переменной (б) глубиной паза: 1 - кольцевой ориентатор, 2 - диск; 3 - неподвижное основание; 4 - паз кольцевого ориентатора; 5 - зубья диска; 6 - предмет обработки
Для повышения надежности рассмотренного БЗУ при пассивном ориентировании предметов обработки с высоким коэффициентом трения и соотношением /^1 = 2 длины предложено установить в верхней части бункера
копир (рис. 2, б). Копир, имея форму сегмента окружности с торцевым криволинейным профилем, угол подъема которого совпадает с направлением вращения диска, подхватывает предметы обработки, запавшие в гнездо цилиндрическим торцом, и способствует их надежному удалению [4].
В процессе испытаний опытных образцов усовершенствованных конструкций зубчатых БЗУ был выявлен их общий недостаток - повышенный износ кольцевого ориентатора из-за трения асимметричных торцов предметов обработки о внутреннюю поверхность паза практически по всей окружности кольцевого ориентатора, что снижает надежность работы БЗУ. С целью устранения указанного недостатка предложено в конструкциях дисковых зубчатых
БЗУ плавно изменять сечение паза кольцевого ориентатора по направлению вращения диска с минимальной в нижней части бункера и до максимальной в верхней части бункера, не превышающей высоты асимметричного торца предмета обработки (рис. 2, в) [5].
Разработанные БЗУ должны надежно функционировать, обеспечивая ориентирование предметов обработки с неявной асимметрией и требуемую производительность. Так как в БЗУ реализован вероятностный принцип захвата предметов обработки из общей массы и в процессе ориентирования нельзя допускать выдачу в приемник неправильно сориентированных предметов обработки, то конструктивные размеры захватывающих и ориентирующих органов должны находиться в строго определенных диапазонах, что требует разработки ограничений на их параметры при их проектировании [6 - 9].
На рис. 3 приведены расчетные схемы для разработки конструктивных ограничений на параметры захватывающих и ориентирующего органов усовершенствованного БЗУ. С помощью расчетной схемы были получены следующие выражения в виде конструктивных ограничений на органы захвата и ориентирования БЗУ, обусловленные тем, что предмет обработки, запавший в карман и кольцевой ориентатор своим асимметричным торцом, должен оставаться в кармане, а предмет обработки, оказавшийся в кармане своим цилиндрическим торцом, должен под действием силы тяжести выпасть из него [61.
а б в
Рис. 3. Расчетные схемы для разработки конструктивных ограничений на параметры захватывающих и ориентирующего органов усовершенствованного БЗУ с зубьями и кольцевым ориентатором: а - по захвату; б - по ориентированию; в - вид сверху
Глубина паза Ип кольцевого ориентатора может находиться в диапазоне
0,25(1 - /1) < Ип < / -11.
Карман выполнен равносторонним так, что /к = Ьк . Каждая из сторон находится в диапазоне значений dl < Ьк < dl + А , а значение величины зазора может быть больше области его традиционно рекомендуемых значений, так как захватывающий орган не осуществляет ориентирование предмета обработки. Высота кармана должна находиться в диапазоне
/ - хс - 0,5й^С^а д - Ип < Ид < хс - д,
или после преобразований с учетом заменяющих коэффициентов а = dl//, Ь = хс //, / = /ц// и V = Ип/(/ - /1), где И = / - /1:
/ ■ [1 - Ь - 0,5 • а ■ С^ад - V ■ (1 - /)] < Ид < / ■ [Ь - 0,5 • а ■ ^ад ].
На рис. 4 представлены в качестве визуализации диапазоны рабочих зон толщины вращающегося диска Ид усовершенствованного БЗУ с зубьями и кольцевым ориентатором при различных отношениях длины и диаметра
предметов обработки и коэффициенте V.
С помощью графиков можно определить для каждого конкретного соотношения / / dl и коэффициенте V диапазоны значений толщины вращающегося диска. Например, при соотношении / / dl = 2,2 и V = 0,25 получаем, что 6 мм < Ид < 4,7 мм (см. рис. 4, а).
Для 3D-визуализации конструктивных ограничений на рис. 5 приведены диапазоны рабочих значений толщины вращающегося диска Ид БЗУ с зубьями и кольцевым ориентатором от коэффициента а = dl// в выбранных с учетом геометрических особенностей загружаемых предметов обработки при их длинах / от 25 до 40 мм при угле наклона бункера (вращающегося диска) а д = 45°.
Толщина вращающегося диска усовершенствованного БЗУ должна находиться в рабочей зоне, верхняя граница которой описана поверхностью И , выше которой не будет обеспечиваться ориентирование предметов обработки,
дтах
а нижняя - И , ниже которой за ее пределами не будет обеспечиваться захват предметов обработки Дтт
(см. рис. 5).
к.
мн
8
б 4 2 О
нет ор иентир звания »■»"""Г^да
нет за хватя
2 2,2 2,4 2,6 2,8 Щ а
мн
8
6 4 2 О
нет ор нентирования
нет за хвата
2 2,2 2,4 2,6 2,8 Щ б
2 2,2 2,4 2,6 2,8 ¿Ц
мм 8
6 4 2 О
нет 0{ иентир о вання
нет ээхвзтэ 1
2 2,2 2,4 2,6 2,8 Щ
Рис. 4. Результаты математического моделирования рабочей зоны толщины вращающегося диска Ьд при а д = 45° и коэффициенте у = 0,25 (а), у = 0,5 (б), V = 0,75 (в) и у = 1 (г)
в
г
Разработанные конструктивные ограничения на параметры захватывающих и ориентирующих органов усовершенствованного БЗУ обеспечат надежное функционирование и требуемую производительность при загрузке асимметричных предметов обработки формы тел вращения с отношением длины к диаметру наибольшего торца 2 < I/di < 3, у которых один из торцов выполнен в форме усеченного конуса или сферическим.
Список литературы
1. Пантюхина Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства для элементов патронов стрелкового оружия с неявной асимметрией // Инновационные технологии и технические средства специального назначения: труды двенадцатой общероссийской научно-практической конференции: в 3 т. Т. 2. Санкт-Петербург, 2020. С.79-85.
2. Патент № 100942 РФ. Бункерное загрузочное устройство / В.В. Голубенко, Е.В. Давыдова, В.В. Прейс. Опубл. 10.01.2011. Бюл. № 1.
3. Голубенко В.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Совершенствование зубчатого бункерного загрузочного устройства для предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. № 2-1. С. 27-34.
4. Патент № 106577 РФ. Бункерное загрузочное устройство/ В.В. Голубенко, Е.В. Давыдова, В.В. Прейс, Д.А. Провоторов. Опубл. 20.07.2011. Бюл. № 20.
5. Патент № 159403 РФ. Бункерное загрузочное устройство/ Е.В. Давыдова, В.В. Прейс, А.В. Хачатурян. Опубл. 10.02.2016. Бюл. № 4.
6. Васин С.А., Пантюхина Е.В. Разработка конструктивных ограничений на параметры усовершенствованных дисковых бункерных загрузочных устройств для деталей с неявной асимметрией// Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2023. № 2. С. 146-154.
7. Дьякова Э.В., Пантюхина Е.В. Разработка конструктивных ограничений на параметры захватывающих и ориентирующих органов дискового бункерного загрузочного устройства для асимметричных деталей, близких к равноразмерным // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2023. № 20. С. 125130.
8. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Теоретические основы проектирования дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2013. № 7. С. 814.
9. Голубенко В.В., Давыдова Е.В. Вопросы проектирования дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. № 3. С. 11-16.
Пантюхина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
MATHEMATICAL SIMULATION OF GEOMETRIC PARAMETERS OF GRIPPING AND ORIENTATION OF DISK HOPPER FEEDING DEVICE WITH TOOTH AND RING ORIENTATOR
E.V. Pantyukhina
The article describes schemes of improved mechanical disk hopper feeding devices with tooth and an annular orientator for hollow and continuous objects ofprocessing the shape of rotation bodies with implicitly expressed asymmetry of ends, one of which is made in the form of a truncated cone or spherical. Ranges of permissible values of gripping and orienting organs of improved hopper feeding devices and results of their mathematical modeling with three-dimensional visualization are presented.
Key words: automatic feeding, hopper feeding device with tooth and ring orientator, parts with implicit asymmetry, orientation of parts, gripping of parts.
Pantyukhina Elena Viktorovm, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
