Механические характеристики роторных машин с кривошипным приводом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Список литературы

1. Кожевников С.Н., Перфилев П. Д. Карданные передач: учеб. пособие. Киев : Техника, 1978. 254 с.

2. Поляков B.C. Барбаш И.Д., Ряховсккий О.А. Справочник по муфтам: справочник. Л. : Машиностроение, 1979. 334 с.

3. ТарабасовН.Д., Учаев П.Н. Цепные муфты. Проектирование, изготовление и эксплуатация: справочник. М. : Машиностроение, 1987. 256 с.

4. Учаев П.Н., Лопоногов Н.Г. Кинематика привода с цепными муфтами // Теория механизмов и машин. Харьков : Вища школа, 1987. № 42. С. 75-77.

P. Uchaev, S. Sergeev

Kinematics of the drive with chain clutche

The analysis of work chain clutches various kinds, the initial data for an estimation of losses of energy in them and definition of the loading operating on a detail clutches is obtained is made.

Получено 19.01.09

УДК 621.83

М.Н. Булатова, асп., (4872) 33-23-80, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),

В.А. Крюков, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-23-80, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОТОРНЫХ МАШИН С КРИВОШИПНЫМ ПРИВОДОМ

Получены механические характеристики роторных машин с кривошипным приводом исполнительных органов для режима установившегося движения, а также для режимов загрузки и выработки предметов обработки.

Ключевые слова: механическая характеристика, роторная машина, кривошипный привод.

Одним из необходимых и существенных элементов математической модели любого машинного агрегата, используемой при решении задач динамики, является механическая характеристика рабочей машины. От точности представления этой характеристики во многом зависят точность и достоверность получаемых результатов динамического исследования. Многообразие отраслевых машин и выполняемых ими технологических операций определяет многообразие механических характеристик рабочих машин. В общем случае сила или момент сил технологического сопротив-

ления может зависеть от положения исполнительного органа, его скорости и времени.

В настоящей статье рассматривается построение механической характеристики роторной машины с приводом рабочих движений посредством механизма с наклонной шайбой (кривошипным приводом). Такой привод обладает радом достоинств и получил достаточно широкое распространение для выполнения штамповочных операций. Он может использоваться в рабочих роторах автоматических роторных линий (АРЛ) производительностью до 1000...1200 шт./ми и при максимальном значении технологических си до 80.100 кН [1]. Механическа характеристика такого ротора представляет собой зависимость момента сил технологического сопротивления на вау ротора Mтс от его угла поворота ср.

Основой для построения механической характеристики служат передаточна функция используемого в приводе механизма, в рассматриваемом случае - пространственного кривошитого механизма, и график рабочих нагрузок - зависимость величины технологического усилия PTC от перемещения ползуна sт механизма привода рабочих движений на участке выполнения технологической операции PTC = PTC(sт), 0 < s,r <sfl, где -

путь деформирования. Методика теоретического построения таких графиков и типовые графики для рада штамповочных операций приедены в работах по технологии и оборудованию штамповочного производства [1-3]. Однако в основном эти графики преднаначены для определения энергетически затрат и максимаБного усилия и не могут быть использованы для точного определения усилий при произвольном положении исполнительного органа и, следовательно, для получения достоверной и точной механической характеристики. Поэтому более целесообрано использовать графики рабочих нагрузок, полученные экспериментальным путем.

Передаточна функция наиболее распространенного варианта пространственного кривошипного механизма привода рабочих движений имеет вид [2]

где s - текущее перемещение ползуна, отсчитываемое от его крайнего нижнего положения; ф - угол поворота ротора; cos а - радиус

начальной окружности кривошипного диска; а - угол наклона кривошипного диска; l - длина шатуна; Rр - радиус начальной окружности ротора.

Перемещение ползуна на участке выполнения технологической операции sт и перемещение ползуна s, отсчитываемое от его крайнего нижнего положения, связаны зависимостью

(1)

sr=s— 0’ (2)

где ^о - перемещение ползуна до контакта с предметом обработки, соответствующее в общем случае передаче предмета обработки в ин струм ен-тальный блок рабочего ротора, контролю наличия и правильности его положения, закреплению предмета обработки и подвод инструмента.

Углы поворота ротора, соответствующие началу фо и окончанию Фкпроцесса деформирования, находятся как корни трансцендентных уравнений

5(фо) = ^о; я(фк) = so + ^.

Используя исходное выражение для технологического усилия Ртс = PTC (sT) и выражение (2), получим зависимость технологического

усилия от координаты ползуна на участке рабочего хода 0 < ф < л А

0 при 0 <s <so;

PTC(s) = jPTC(s —0) mis0 <s <s0 +sA';

0 при0 + Sд < s < smax,

где максимальное перемещение ползуна smax определяется по формуле smax = 2 Rд sin a.

При холостом ходе л <ф < 2л сила технологического сопротивления отсутствует, PTC(s) = 0 .

Передаточная функция кривошипного механизма (1) позволяет перейти к зависимости силы технологического сопротивления от угла пово-

рота ротора74

0 при0 < ф< ф0;

АтЫ -s0] пиф0 <ф<фк; (3)

0 прифк <ф < 2л.

Момен сил технологического сопротивления для одной рабочей позиции на вау ротора может быть определен следующим образом [3]А

Mп (ф) » Ртс (ф)Rr sin a sin ф. (4)

Зависимости (1), (3) позволяют построить механическую характеристику рассматриваемого рабочего ротора для одной рабочей позиции. В качестве примера на рис. 1 приведен исходный график рабочих нагрузок для технологической операции первой вытяжки АРЛ ЛВГ1-5, полученный на машине ГМС-50, а на рис. 2 - механическая характеристика, рассчитанная с помощью программного продукта Mathcad.

Параметры кривошитого привода для рассматриваемой технологической операции: l = 80 мм; Rр = 160 мм; Rfl = 160,6 мм; smax = 28 мм;

£д = 20мм; a = 5°; ф0 = 56°; фк =146°.

Наличие на рабочем роторе нескольких симметрично расположенных позиций приводит к суммированию моментов сил технологического сопротивления от отдельных позиций. Период суммарного момента си

_ 2 Л/

технологического сопротивления фт = /2 , где 2 - число позиций на роторе.

Рис. 1. Нагрузочная диаграмма (АРЛЛВГ1-5, первая вытяжка)

При несовмещенной циклограмме, т. е. пи ^ф <1, механиче-

ска характеристика роторной машины на отрезке 0 < ф < фт будет совпадать с механической характеристикой для одной рабочей позиции, а затем

повторяться с периодом фт. При совмещенной циклограмме >1 ме-

ханическая характеристика роторной машины будет определяться суммой

М0 =ЕМп[ф-С/-1)ФГ ]• (5)

І=1

Моменті сил технологического сопротивления на валах рабочих роторов в АРЛ с электромеханическим приводом транспортного движения приводят к возникновению колебаний в этом приводе. Даьнейшее представление рассматриваемой механической характеристики зависит от решаемой динамической задачи.

При исследовании установившегося режима движения принимаем, что все позиции на рабочем роторе загружены, и суммарный момент си технологического сопротивления определяется непосредственно по формуле (5). На рис. 3 представлена соответствующа механическа характеристика рабочего ротора первой вытяжки линии ЛВГ1-5.

Как было отмечено выше, зависимость момента си технологического сопротивления от угла поворота ротора является периодической

функцией с периодом фт, удовлетворяет условиям Дирихле и может быть разложена в ряд Фурье

2

І=1

2 І/ .2 І/

МСІ СОБ--------------ф + М І Б1П----------------ф

-1 фт -1 фт

где коэффициенты ряда определяются по известным зависимостям

2 фт

Мо =----- \Мтс(фУф;

фт о

МС

М

У

фт о 2 фт

| Мтс(ф)б1п

фт о

фт

2 ІЩ

фт

dф.

(6)

Рис. 2. Механическая характеристика для одной позиции

Рис. 3. Механическая характеристика роторной машины в режиме установившегося движения

52

Рад Фурье достаточно быстро сходится: максимальная относительная ошибка при расчете момента по (6) и учете трех гармоник не превышает 22 %, при учете пяти гармоник -6 %. Это позволяет при исследовании динамики привода транспортного движения АРЛ с аналогичными технологическими операциями на основе линейной математической модели ограничить рад (6) тремя - пятью гармониками и перейти к представлению механической характеристики роторной машины в виде известной функции времени

1 ^ / ч М0 ^ ^ 2 т .2

Мтс(ф) = ——+ X Мс; соб----------юt + М84 Б1П------Ш ,

2 7=1|_ ФГ ФГ

где N < 5, ю - средняя угловая скорость вала ротора.

При использовании нелинейной математической модели или наличии технологических операций, характеризуемых быстрым изменением сил технологического сопротивления (вырубка, прошивка), расчет механической характеристики необходимо осуществлять по точной формуле (5).

При заполнении АРЛ предметами обработки позиции на роторе вступают в работу последовательно. Механическая характеристика роторной машины, рассчитанная по (5), в этом случае на участке 0 <ф<(2...3)фг будет апериодической, а затем совпадет с механической характеристикой для режима установившегося движения (рис. 4).

О 45 90 135 180 225 270 ф° 360

Рис. 4. Механическая характеристика роторной машины в режиме заполнения линии

При выработке предметов обработки в рабочей машине механическая характеристика будет зеркальным отображением характеристики режима заполнения.

Список литературы

1. Крюков В.А., Прейс В.В. Системы приводов рабочих движений автоматических роторных и роторно-конвейерных линий // Вестник машиностроения. 2003. № 1. С. 36-41.

2. Корню хин И.Ф., Крюков В.А., Чепелев Г.В. Кинематический синтез роторных машин с пространственным кривошипно-ползунным приводом// Кузнечно-штамповочное производство. 1989. №7. С. 32-33.

3. Корнюхин И.Ф., Власов М.Д. Силовые передаточные функции технологического ротора с наклонной шайбой // Автоматизация технологических процессов: сб. научн. тр. Тула: ТПИ, 1975. Вып. 3. С. 68-75.

M. Bulatova, V. Kryukov

The mechanical characteristics of rotor machines with crank drive

The mechanical characteristics of rotor machines with crank drive of working members for a mode of the steady motion, and also for modes of loading and unloading of processing subjects are received.

Получено 19.01.09

УДК 621.9

И.Б. Давыдов, инж., (4872) 33-24-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),

Е.В. Давыдова,канд. техн. наук, ассист., (4872) 33-24-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ ШТУЧНЫХ ПРЕДМЕТОВ ОБРАБОТКИ МЕХАНИЧЕСКИМИ ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ БУНКЕРНЫМИ ЗАГРУЗОЧНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ

Рассмотрены проблемы автоматической загрузи штучных предметов обработки механическими центробежными бункерными загрузочными устройствами, заключающиеся в выборе оптимальных значений частот вращения и габаритных размеров диска механического центробежного бункерного загрузочного устройства, уровня засыпки бункера предметами обработки, материала диска и лотка, коэффициента переполнения и емкости лотка-накопителя, обеспечивающих подачч предметов обработки требуемого качества с заданной проозводительностъю в автомат.

Ключевые слова: центробежное бункерное загрузочное устройство, лоток-накопитель, симметричные предметы обработки.

Автоматизация загрузки штучных предметов обработки во многих отраслях промышленности является одной из наиболее сложных задач по