CC BY
73
Усенко Николай Антонович, д-р техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чу Куок Тхуан, аспирант, rememherl2cqt a yahoo.com. Россия, Тула, Тульский государственный университет
PARAMETRIC SYNTHESIS OF MOVING OBJECTS PROCESSING ON MOVABLE BOARD OF VIBROROTOR A UTOMA TIC LOADING DEVICE
N.A. Usenko, Chu Quoc Thuan
The problems of the theory of moving objects on the hoard of the hunker processing vihrorotor automatic loading device, when the hoard is an accessory of the hunker and huild a parametric synthesis. On the hasis of parametric synthesis to evaluate the influence of the main parameters on relative speed of moving ohjects.
Key words: vihrorotor automatic loading device, vihromoving, parametric synthesis.
Usenko Nikolai Antonovich, doctor of technical science, professor, Russia, Tula, Tula State University,
Chu Quoc Thuan, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.923
МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА РОТОРНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ С ГРАВИТАЦИОННЫМИ ОРИЕНТАТОРАМИ
И.Н. Пахомов, В.В. Прейс
Рассматривается методика параметрического синтеза роторной системы автоматической загрузки на заданную производительность, которая имеет в своей структуре гравитационные ориентаторы с маятниковым Ь-образным захватом, обеспечивающие ориентирование сплошных предметов обработки формы тел вращения.
Ключевые слова: параметрический синтез, система автоматической загрузки, автоматическая роторная линия, гравитационный ориентатор, предмет обработки.
Роторные системы автоматической загрузки (САЗ) применяют для подачи ориентированных осесимметричных предметов обработки формы тел вращения в автоматические роторные линии (АРЛ) для изготовления и сборки различных изделий машиностроения массового выпуска [1-3].
Особенностью параметрического синтеза роторных САЗ является то обстоятельство, что их основные параметры, определяющие производительность и условия компоновки: число и шаг рабочих позиций, унифицированы и диктуются, как правило, конструкцией основных технологических роторов проектируемой АРЛ.
При проектировании АРЛ для металлообработки и сборки с транспортными роторами шаг и число рабочих позиций технологических и транспортных роторов выбирают из рекомендованного ряда значений. В АРЛ с транспортирующим конвейером шаг рабочих позиций технологических роторов выбирают равным или кратным величине шага стандартной роликовой цепи, например: 19,05; 38,1; 50,4; 63,32 мм. Число позиций в обоих вариантах выбирают из унифицированного ряда значений: 6, 8, 10, 12, 15, 16, 20, 24, 30, 32, 36.
Для ориентирования осесимметричных предметов обработки формы тел вращения в структуре роторных САЗ используют ориентирующие устройства с гравитационными ориентаторами, имеющими в качестве ориентирующих органов маятниковые Ь-образные захваты [4 - 6]. Такие ори-ентаторы просты по конструкции, так как не имеют приводных механизмов, удобно компонуются на рабочих позициях роторной САЗ и обеспечивают достаточно высокую производительность всей системы.
Применяют два типа компоновок функциональных устройств роторной САЗ на транспортно-несущем устройстве: однороторную и двухроторную. При однороторной компоновке роторной САЗ (рис. 1) ориентирующее устройство 5 совмещено с бункерным загрузочным устройством 1 на одном транспортно-несущем устройстве 8. В этом случае числа рабочих позиций ориентирующего и бункерного загрузочного устройств всегда равны, а шаг рабочих позиций может отличаться, если в конструкции роторной САЗ используют наклонные или криволинейные накопители.
При двухроторной компоновке роторной САЗ (рис. 2) бункерное загрузочное устройство 2 и ориентирующее устройство 8 размещают на отдельных транспортно-несущих устройствах 1, 6. Для передачи штучных предметов обработки между двумя функциональными устройствами используют промежуточный транспортный цепной конвейер 5.
В этом случае число рабочих позиций ориентирующего устройства может выбираться независимо от числа рабочих позиций бункерного загрузочного устройства и наоборот, также как и шаг рабочих позиций может отличаться, если в конструкции роторной САЗ используют наклонные или криволинейные накопители.
Рассмотрим методику параметрического синтеза на примере роторной САЗ, имеющей в своей структуре гравитационные ориентаторы с маятниковым Ь-образным захватом [7] для ориентирования осесимметричных сплошных предметов обработки формы тела вращения асимметричных по торцам, типовые представители которых приведены на рис. 1.
Рис. 1. Однороторная компоновка роторной САЗ, оснащенной гравитационными ориентаторами с Ь-образными захватами:
1 - бункерное загрузочное устройство; 2 - предмет обработки;
3 - накопитель; 4 - отсекатель механизма поштучной выдачи;
5 - ориентирующее устройство; 6 - транспортный ротор;
7 - выдающее устройство; 8 - транспортно-несущее устройство
Рис. 2. Двухроторная компоновка роторной САЗ, оснащенной гравитационными ориентаторами с Ь-образными захватами:
1, 6 - транспортно-несущие устройства; 2 - бункерное загрузочное устройство; 3 - накопитель; 4 - отсекатель механизма поштучной выдачи; 5 - цепной конвейер; 7 - выдающее устройство;
8 - ориентирующее устройство
1. «Ступенчатый» предмет (рис. 3, а), у которого один из торцов -цилиндрический, диаметром й2 и длиной ¡2, а другой цилиндрический, но с меньшим диаметром йі и длиной ¡1.
2. «Конический» предмет (рис. 3, б), у которого один из торцов -цилиндрический, диаметром й 2 и длиной ¡2, а другой конический, длиной ¡1 с диаметром йі на расстоянии ¡3 от цилиндрической части предмета.
Расстояние до центра масс (ц.м.) предмета обработки - ¡ц.
а б
Рис. 3. Эскизы осесимметричных сплошных предметов обработки формы тела вращения асимметричных по торцам: а - «ступенчатый»; б - «конический»
Расчетная схема гравитационного ориентатора показана на рис. 4.
Рис. 4. Расчетная схема к параметрическому синтезу усовершенствованного гравитационного ориентатора с маятниковым Ь-образным захватом
185
В гравитационном ориентаторе траектории движения ориентируемых предметов обработки 5 на входе 6 и выходе 1 ориентатора совпадают, являются прямолинейными и вертикальными. Вход и выход имеют общую вертикальную стенку 2. Захватный крючок 3 маятникового Ь-образного захвата 8, осуществляющий поворот предмета обработки 5, поступающего ассиметричным торцом А (см. рис. 3) вниз, расположен в одной плоскости с осью 9, на которой свободно установлен захват 8, и параллельно данной оси, при этом продольная ось маятникового ¿-образного захвата 8 в начальном положении расположена горизонтально на упоре 7.
Параметрический синтез гравитационного ориентатора с маятниковым ¿-образным захватом ведут в следующей последовательности.
1. Внутренний диаметр О входного 6 и выходного 1 каналов ориентатора (см. рис. 4) для предметов обработки с соотношением габаритных размеров 1 ,5 < //¿2 < 2 выбирают, используя известные неравенства [8]
(1,1...1,2)^2>£<(0,9...0,95>/2
1 + |12
где / - габаритная длина предмета обработки (/ = ^ + /2); ц - коэффициент трения скольжения предмета о направляющие поверхности ориентатора.
2. Расстояние А от вертикальной стенки до захватного крючка 3 (см. рис. 4), обеспечивающее надежный захват и поворот (ориентирование) предмета обработки за асимметричный торец А (см. рис. 3), выбирают из неравенства
О - (¡2 < А < 0,5(<і2 - сії). (2)
При ориентировании «ступенчатого» предмета обработки в формуле (1) сіі - диаметр меньшего торца (см. рис. 3, а). При ориентировании «конического» предмета обработки с1\ - диаметр на расстоянии /3 от цилиндрической части предмета (см. рис. 3, б)
=^2^~Ь А)- С3)
3. Диаметр ¿/Кр захватного крючка 3 и стержня маятникового захвата
8 (см. рис. 4) выбирают с учетом обеспечения их необходимой прочности и жесткости, но не более расстояния А из выражения (2)
¿/кр < А<0,5(й?2-6/1). (4)
4. Длину захватного крючка 3 (см. рис. 4)выбирают из условия
0,5й?2 < /кр < . (5)
5. Расстояние а от захватного крючка 3 маятникового захвата 8 до
его оси качания 9 (см. рис. 4) связано с максимально допустимым углом а шах отклонения от горизонтали захватного крючка условием
Ь-А
где геометрический параметр предмета обработки рассчитывают по формуле
b = 0,5V 4/2 + (d + d2 )2 . (7)
6. Плечо 11 захвата 8 (см. рис. 4), на котором установлен груз 10, по отношению к захвату с крючком 3 должно быть выполнено под углом
aгр _ 180 — amax. (8)
В этом случае при повороте захвата на угол a max плечо 11 будет занимать горизонтальное положение, что гарантирует поворот L-образного захвата при взаимодействии с предметом обработки с учетом действия на груз 10 центробежной силы инерции, возникающей при вращении роторной САЗ, а также возврат захвата в исходное положение до упора 7. Рекомендуется выбирать угол a max в диапазоне значений
45° £ a max £ 60°. (9)
7. Расстояние а и угол a max, обеспечивающие гарантированный поворот L-образного захвата при его взаимодействии с предметом обработки с учетом действия на груз 10 (см. рис. 4) центробежной силы инерции, возникающей при вращении роторной САЗ, а также возврат захвата в исходное положение до упора 7, должны удовлетворять условию
тгр / 2 . \
а > 1грyCOSamax ^1 sinamax/, (10)
mu
где тгр, тп - массы груза-противовеса и предмета обработки соответственно; R1 = R0 - а - /гр cos amax; R0 - начальный радиус расположения
ориентаторов на рабочей позиции роторной САЗ, отсчитываемый от общей оси входного и выходного каналов ориентатора до оси вращения САЗ; /гр - расстояние от центра масс груза-противовеса до оси качания маятникового захвата; ю - угловая скорость роторной САЗ, рад/с.
При использовании в конструкции ориентатора возвратной пружины вместо груза-противовеса её параметры (жесткость пружины с и величину предварительного натяжения пружины хпр) выбирают по известным
зависимостям [8], при подстановке значения а = 0.
8. Габаритный размер Яор ориентатора по высоте
Нор = ^ор + 2/ц , (1 1)
где Иор - высота траектории движения предмета обработки в процессе
ориентирования, рассчитываемая по разработанной математической модели [10, 11] или по расшифровке кинограмм процесса движения предмета обработки, полученных экспериментально.
9. Высота Ипр приемной части 12 (см. рис. 4) ориентатора, обра-
зующей выходной канал 1 ориентатора
/2 < НПр < /. (12)
10. Углы а1, а 2 наклона образующих приемной части 12 ориентатора (см. рис. 4) выбирают на основе моделирования траектории движения предмета обработки в ориентаторе по разработанной математической модели или по экспериментально полученным кинограммам. На предварительном этапе рекомендуется
а1 > 60°; а2 <а1. (13)
11. Габаритный размер Ар ориентатора в радиальном направлении
(см. рис. 4)
Аор _ а + А + 1гр + А а , (14)
где А а »(0,05. ..0,1) Аор - конструктивно выбираемый размер, учитывающий толщину стенок корпуса ориентатора и обеспечивающий размещение, а также поворот маятникового захвата внутри корпуса ориентатора.
12. Габаритный размер Вор ориентатора в тангенциальном направлении (см. рис. 4)
Вор = В + Ав, (15)
где А в »(0,05. ..0,1) Вор - конструктивно выбираемый размер, учитывающий толщину стенок корпуса ориентатора и обеспечивающий размещение оси поворота маятникового захвата и груза внутри корпуса ориентатора.
Минимально возможный шаг Нт^п рабочих позиций роторной САЗ при однороторной компоновке (см. рис. 1) или роторного ориентирующего устройства при двухроторной компоновке (см. рис. 2), обеспечивающий рациональную компоновку гравитационного ориентатора с ¿-образным захватом определяется неравенством (рис. 5)
/-Ч
Кт > Вор + АН + (Лор - 0,5ВР, (16)
и
где и - число рабочих позиций роторной САЗ или роторного ориентирующего устройства; АН - минимальный зазор по шагу между ориентаторами. После параметрического синтеза гравитационного ориентатора по выражениям (1) - (16) проводят его компоновку в роторном ориентирующем устройстве и параметрический синтез роторной САЗ на заданную производительность.
и
Рис. 3. К определению минимального шага рабочих позиций роторного ориентирующего устройства
Цикловая производительность роторной САЗ определяется длительностью кинематического цикла Тц [с]
__ и
ПСАЗ = ПОУ •и = 60Т~ (17)
Т ц
где Поу = 60/ Тц - производительность одной позиции роторного ориентирующего устройства, шт./мин.
Длительность кинематического цикла роторного ОУ, оснащенного гравитационным ориентатором с маятниковым ¿-образным захватом
Тц = ¿ор + ^отс + , (1 8)
где ¿ор - общее время ориентирования предмета обработки, определяемое
с использованием разработанной математической модели и программного интерфейса; ¿отс - время срабатывания отсекателя механизма поштучной выдачи, определяемое в зависимости от конструкции отсекателя; tп - время передачи предмета обработки внутри ориентирующего устройства, а также из роторной САЗ в транспортный орган АРЛ, определяемое в зависимости от вида транспортного устройства (транспортный ротор или транспортный цепной конвейер).
Время срабатывания отсекателя и время передачи предмета обработки определяют по известным формулам [11].
В работе [12] было показано, что при проектировании роторных ориентирующих устройств с гравитационными ориентаторами следует учитывать вероятность qt параметрических отказов, связанных со случайным выходом за расчетное значение фактического времени гравитационного движения предмета обработки в функциональном механизме, путем введения коэффициента запаса mt. Например, для сборочных АРЛ рекомендуется К ]тш > 1,4 при ^ ]тах <10^
Тогда расчетное значение цикловой производительности роторной САЗ будет равно
[пСАЗ] расч = _~и = Т6~и . (19)
р т Тцmt
В то же время, расчетная цикловая производительность роторной САЗ, как технологической роторной машины, равна
[пСАЗ ] расч. = ^ = и •п , (20)
где п - угловая скорость роторной САЗ, об./мин.
Выражения (17) - (20) связывают конструктивные параметры роторного ориентирующего устройства и являются основой параметрического синтеза роторной САЗ на заданную производительность.
Поскольку длительность кинематического цикла Тц роторного ориентирующего устройства зависит от динамического параметра ю2 К
Kw =-----0, то параметрический синтез роторной САЗ представляет собой
8
итеративный (циклический) процесс, для реализации которого необходима разработка специального программного интерфейса.
Список литературы
1. Прейс В.В. Роторные системы автоматической загрузки штучных предметов обработки / Автоматизация и современные технологии. Вып. 9, 2002. С. 3-8.
2. Прейс В.В. Системы автоматической загрузки штучных предметов обработки в роторные и роторно-конвейерные линии // Вестник машиностроения, 2002. № 12. С. 16-19.
3. Прейс В.В. Надежность автоматических роторно-конвейерных линий для сборки многоэлементных изделий // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 10, 2003. С. 17-22.
4. Патент № 57262 РФ на полезную модель. МПК7 В 65 О 47/24. Устройство для ориентации изделий типа стаканов / А.Г. Астраханцев, В.В. Прейс. Опубл. 10.10.2006 г. Бюл. № 28.
5. Патент № 62095 РФ на полезную модель. МПК7 В 65 О 47/24. Устройство для ориентации равноразмерных изделий типа стаканов / А.Г. Астраханцев, В.В. Прейс. Опубл. 27.03.2007 г. Бюл. № 9.
6. Астраханцев А.Г., Прейс В.В. Применение гравитационных ориентирующих механизмов в роторных системах автоматической загрузки // Автоматизация и современные технологии, 2008. Вып. 4. С. 17-22.
7. Патент № 107139 РФ на полезную модель. МПК8 В 65 О 47/24. Устройство для ориентации сплошных изделий с асимметричными торцами / И.Н. Пахомов, В.В. Прейс. Опубл. 10.08.2011. Бюл. № 22.
8. Астраханцев А.Г., Прейс В.В. Методика параметрического синтеза гравитационных ориентаторов с ¿-образным захватом для равноразмерных колпачков // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12. В 2-х ч. Ч.
2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 41-45.
9. Пахомов И.Н., Прейс В.В. Кинематика движения асимметричного по торцам предмета обработки в гравитационном ориентаторе с маятниковым ¿-образным захватом // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 10. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 31-40.
10. Пахомов И.Н., Прейс В.В. Математическая модель процесса ориентирования асимметричного по торцам предмета обработки в гравитационном ориентаторе с маятниковым ¿-образным захватом // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12. В 2-х ч. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ,
2012. С. 46-59.
11. Прейс В.В. Надёжность роторных систем автоматической загрузки. Изд-во ТулГУ, 2012. 102 с.
12. Прейс В.В. Модели и оценка надежности роторных систем автоматической загрузки с параметрическими отказами // Автоматизация и современные технологии, 2003, № 1. С. 9-15.
Пахомов Иван Николаевич, канд. техн. наук, инженер Центра компьютерных технологий, [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет
Прейс Владимир Викторович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
TECHNIQUE OF PARAMETRICAL SYNTHESIS ROTOR AUTOMATIC FEEDING SYSTEM
WITH GRAVITATIONAL ORIENTATORS
I.N. Pahomov, V. V. Prejs
The technique of parametrical synthesis of rotor automatic feeding system on the set productivity which has in the structure gravitational orientators with the pendular L-shaped capture, providing orientation continuous processing subjects of the rotation bodies form is considered.
Key words: parametrical synthesis, automatic feeding system, an automatic rotor line, a gravitational orientator, a processing subject.
Pahomov Ivan Nikolaevich, Cand.Tech.Sci., the engineer of the Center of computer technologies, [email protected], Russia, Tula, the Tula State University
Prejs Vladimir Viktorovich, Dr. Sci. Tech., the prof., the chief of the cathedra, [email protected], Russia, Tula, the Tula State University
