CC BY
34
Список литера туры!
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, elen-davidova@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Е.В. Давыдова,канд. техн. наук, ассист., (4872) 33-24-38, elen-davidova@rambler.ru (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
автоматизации технологических процессов, что обусловлено разнообразием предметов обработки.
Для автоматической загрузки стержневых, равноразмерных, пластинчатых предметов обработки формы тел вращения или параллелепипеда, а также других симметричных деталей используют системы автоматической загрузки (САЗ) на базе механического центробежного бункерного загрузочного устройства (БЗУ). Данный класс БЗУ отличается широкой унтерсаьностью, высокой производительностью, структурной и кинематической простотой конструкции, удобством обслуживания и ремонта. Недостатком центробежных БЗУ является то, что захват предметов обработки осуществляется на высоких частотах вращения рабочих органов. Поэтому в результате соударения предметов обработки на больших скоростях возможно истирание и порча и внешнего вида, особенно при подаче хрупких или обладающих маой жесткостью и имеющих легко повреждаемую поверхность предметов обработки.
В пищевой промышленности САЗ на бае механического центробежного БЗУ используют для подачи карамели, конфет, бульонных кубиков и других штучных предметов обработки. На рис. 1 покаана САЗ с механическим центробежным БЗУ, котора используется для автоматической загрузки штучных предметов обработки в форме кубиков в автомат, упаковывающий кубики порциями по k штук в полимерные пакеты.
12 3 4-5 6 7 8 9 10 11
Рис. 1. САЗ штучных предметов обработки в форме кубиков
Кубики с помощью транспортного устройства 1 поступают из штамповочно-упаковочного автомата в бункер 2 и оказываются на поверхности диска 4. Под воздействием центробежной силы предметы обработки располагаются по окружности диска хаотичными радами. Датчик-контроллер 14 предохраняет бункер 2 от переполнения путем передач команды транспортному устройству 1 на подачу предметов обработки ил ее отмену. Последний ряд кубиков, расположившихся по периферии диска
4, увлекась кольцом 3, перемещаются к приемнику 7. При этом наичие отсекателя 5 над кольцом 3 обеспечивает правильную ориентацию и наи-чие только одного ряда кубиков.
Предметы обработки, поступившие к приемнику, направляются в накопительно-передающее устройство, состоящее из лотка накопителя 8, датчиков-контроллеров 9 и 10, осуществляющих контроль наичия или отсутствия предметов обработки, и ленточного конвейера 13, предназначенного для перемещения кубиков в требуемом направлении. Так, при переполнении лотка-накопителя 8 датчик-контроллер 9 отправляет сетнал на включение управляемого выталкивателя 6, под действием которого начинается сбрасывание предметов обработки с кольца 3 по заданной траектории обратно в бункер 2. Когда в лотке-накопителе освобождается место для предметов обработки, то срабатывает датчик-контроллер 10, который отдает команду на закрытие управляемого выталкивателя 6, что способствует беспрепятственному поступлению кубиков к выдающему устройству
11. Выдающее устройство 11 обеспечивает выдачу ориентированных кубиков из САЗ порциями по k штук в элеваторное транспортное устройство 12 автоматической линии упаковки кубиков в соответствии с темпом ее работы и требуемой производительностью.
Производительность механического центробежного БЗУ, входящего в состав рассмотренной САЗ, зависит от частоты вращения диска и описывается известным выражением:
Пф = Птеор(п ^),
где Пте0р - теоретически возможна производительность БЗУ, шт./мин;
ц = _цтах ( -еп4 )д - коэффициент выдачи БЗУ; цтах - наиболыла величина коэффициента выдачи, соответствующа маым частотам вращения захватных органов; г - коэффициент, полученный экспериментальным путем; д - коэффициент, учитывающий конструктивные особенности БЗУ, влияющие на коэффициент выдачи; D - диаметр бункера, м.
Как показывает график (рис. 2), средняя фактическа производительность механического центробежного БЗУ для кубиков принимает мак-симаьное значение Птах =650 шт./мин при частоте вращения диска птах =40 об./мин.
Рекомендуется принимать значение отимаьной частоты вращения диска как минимум на 10 -20 % меньшей того, при котооом производительность БЗУ максимальна. Пор^ — (0,8...0,9)птах [1]. В соответствии с
рекомендациями, предельным значением частоты вращения диска механического центробежного БЗУ для кубиков является значение
поп = 30 об./мин, при котором Пф = 620 шт./мин .
При высоких частотах вращения диска предметы обработки, находящиеся в общей массе и расположившиеся под действием центробежных
сил и сил трения по периферии диска, сильно соударяются. Это приводит к потере их качества, характеризуемого нарушением целостности и ухудшением внешнего вида. Поэтому частоту вращения диска необходимо уменьшать. Однако при уменьшении п ухудшаться условия ворошения деталей, что приведет к уменьшению вероятности их захвата и снижению производительности БЗУ. Поэтому выбор оетимльной частоты вращения диска п0^, при которой обеспечится подача в автоматические машины и
линии с заданной производетельностью предметов обработки требуемого качества, является одной из проблем автоматической загрузки предметов обработки механическими центробежными БЗУ.
Пф, шт./мин
600
300
150
О
Рис. 2. График зависимости средней фактической производительности механического центробежного БЗУ от частоты вращения диска
Для того, чтобы целостность предметов обработки была сохранена, необходимо, чтобы частота вращения диска была минимльна. Это уменьшит силу соударения деталей, но тем самым снизит и производительность БЗУ. Обеспечение высокой фактической производительности центробежных БЗУ возможно и при небольших значениях частот вращения диска путем увеличения его диаметра В. Именно таким образом данная проблема решается в центробежном БЗУ для подачи кубиков, в котором достаточно высока производительность 620 шт./ми достигается при В = 1 м и п = 30 об ./мин . Поэтому обеспечение высокой производите л ности возможно путем выбора оптимальных габаритных параметров центробежного БЗУ, при которых частота вращения диска минимльна. При этом важными задачами являются выбор и поддержание такого уровня засыпки предметов обработки в бункере, при котором будет обеспечен высоки уровень качества предметов обработки.
Производительность не постоянна во времени и ее равномерность обусловлена коэффициентом выдачи БЗУ ц. Чем больше коэффициент выдачи ц, тем меньше размах колебаний производительности БЗУ и тем
лучше условия синхронизации производительности БЗУ и автомата, и, наоборот, чем меньше ц, тем больше рамах колебаний и хуже условия синхронизации.
Так как колебания производительности БЗУ компенсируются лотком-накопителем, то с целью обеспечения бесперебойной подачи предметов обработки в автомат с требуемой производительностью необходимо прав иль но выбрать емкость лотка-накопителя.
В соответствии с рекомендациями, с одной стороны, емкость лотка-накопителя N желательно выбирать наименьшей, что способствует сохранению производственных площадей и снижению стоимости транспортных средств, подающих предметы обработки в автомат. С другой стороны, при недостаточных значениях емкости лотка-накопителя N увеличивается вероятность неподачи предметов обработки. Это приведет к тому, что к упаковочному автомату будет поступать на некоторое количество кубиков меньше, чем требуется, и на операциях контроля, следуемых после операции упаковки, пакеты с числом кубиков меньше, требуемого будут, отправлены в брак [1].
Для того чтобы при вероятностных колебаниях производительности БЗУ обеспечивалось питание оборудования без пропусков, необходимо чтобы производительность БЗУ П^Утеб была больше производительности автоматической машины Птм:
ПБЗУТреб =тПТМ = (1,1 _1,3)ПТМ (шт./минХ где т - коэффициент переполнения, при этом, чем больше коэффициент выдачи БЗУ ц, тем меньше необходимо выбрать значение т.
В связи с тем, что центробежные БЗУ осуществляют выдачу захваченных предметов обработки в лото к-накопитель на больших скоростях, то в случае переполнения лотка накопителя остановка центробежного БЗУ не представляется возможной. Возникает необходимость отвода в дополнительный канл или сбрасывания обратно в бункер захваченных предметов обработки в случае переполнения накопителя. Вариант, при котором захваченные предметы обработки будут отводиться от лотка на некоторое время, является наиболее перспективным, так как при сбрасывании захваченных предметов обработки обратно в бункер повышается вероятность того, что некоторая часть предметов обработки будет многократно сбрасываться в бункер, особенно при высоких значениях средней фактической производительности БЗУ. Это приведет к появлению сколов на поверхности предметов обработки, изменению прочностных характеристик и других параметров.
В конструкции САЗ для подачи кубиков в упаковочный автомат в случае переполнения лотка накопителя происходит сбрасывание захваченных кубиков обратно в бункер (см. рис. 1). В процессе периодического
сбрасывания увеличивается вероятность многократного появления /-го кубика в бункере, что отрицательным образом сказывается на их качестве.
При выборе емкости лотка-накопителя N необходимо учитывать вероятность неподачи предметов обработки в технологическую машину О и вероятность переполнения лотка-накопителя в ходе работы БЗУ 0, которые в зависимости от емкости лотка-накопителя и коэффициента переполнения определяются по выражениям [1]
т -1 Л ^/ЛЛ т — Л
с л ^+1
т-1
1
Л
т
-1
1-
С л \N+1 т
1 - л
т - л
Зная величину л и задаваясь величиной т, можно построить графики зависимости О^) и 0^), на основе которых рационально выбрать емкость лотка-накопителя N. При этом необходимо выбрать такие значения коэффициента переполнения т и емкости лотка накопителя N, при которых вероятности О и 0 стремятся к нулю.
Приняв значения коэффициента выдачи механического центробежного БЗУ л = 0,7 и задавась величинами коэффициента переполнения т = 1,1, т = 1,2 и т = 1,3 , получим графики зависимостей вероятности неподачи предметов обработки в автомат и вероятности переполнения лотка накопителя от его емкости (рис. 3).
О, В
0,3
0,2
V
хт=1,3
т=1,2
т \
/ т=1,1
0,1
О
20
N
Рис. 3. Номограмма для определения вероятности опорожнения и переполнения лотка-накопитля при коэффициенте выдачи 0,7
Графики О^) покаывают, что коэффициент переполнения т незначительно влияет на вероятность неподачи предметов обработки в технологическую машину О, так как графики функций при т =1,1, т =1,2 и т = 1,3 практически совпадают. Главную роль в данном случае играет ем-
кость лотка-накопителя N. При N <5 вероятность неподачи предметов обработки в автоматические машины и линии достаточно велика, поэтому выбор емкости лотка-накопителя в укаанном диапаоне не целесообраен. При N >5 вероятность неподачи предметов обработки О^ 0, поэтому данный диапаон величин емкости лотка накопителя более приемлем.
Графики 0^) показывают, что при т = 1,1 значение вероятность переполнения лотка-накопите л в отличие от вероятности неподачи предметов обработки, значительно различается от значения 0 пи т = 1,3. Так, при N =8 и т = 1,1 по номограмме определяем, что вероятность 0 = 0,07, а при значении т =1,3 0 = 0,16. Поэтому, так как при т =1,1 вероятность переполнения лотка накопителя ниже, то целесообрано принимать меньшие значения коэффициента переполнения т. Вероятность переполнения лотка накопителя, как покаывают графики, стремится к своим минимль-ным значениям при N >5, что подтверждает целесообраность выбора емкости лотка накопителя в укаанном диапаоне.
Таким обраом, пи автоматизации загрузки штучных предметов обработки САЗ, имеющих в своей структуре механическое центробежное БЗУ, возникает целый ряд проблем, заключающихся в выборе ошиммь-ных кинематических и конструктивных параметров БЗУ, таких, как частота вращения, диаметр и материал вращающегося диска, материл лотка, по которому предметы обработки поступают в лоток-накопитель, при этом необходим правильный выбор уровня засыпки бункера предметами обработки, коэффициента переполнения и емкости лотка-накопителя. Только при оптимальных значения указанных параметров БЗУ и САЗ в целом возможна автоматическая загрузка в машины и линии с заданной производительностью симметричных предметов обработки требуемого качества.
Выбор оптимальных параметров механического центробежного БЗУ и САЗ в целом возможен при решении следующих задач:
- разработке математических моделей процесса захвата предметов обработки в БЗУ, позволяющих выбрать оптимальные значения частоты вращения, диаметра и материала диска, уровня засыпки бункера предметами обработки и материала лотка, при которых исключается какое-либо ухудшение качества предметов обработки;
- рлработке аналитико-верояностных моделей процесса сбрасывания захваченных предметов обработки из-за переполнения лотка-накопителя, позволяющих оценить многократность появления /-го предмета обработки в бункере;
- модернизации или рлработке конструкции механического центробежного БЗУ с управлением потока захваченных предметов обработки, при котором в случае переполнения лотка-накопителя захваченные предметы обработки не сбрасываются обратно в бункер, а отводятся до того момента, пока накопитель не опорожнится.
Список литера туры!
1. ПрейсВ.В., Усенко Н.А., Давыдова Е.В. Автоматические загру-зочно-ориентирующие устройства. Ч. 1. Механические бункерные загрузочные устройства. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 125 с.
E. Davidova, I. Davidov
Problems of automatic feeding of piece subjects of processing by mechanical centrifugal hopper feeding devices
Problems of automatic feeding of piece subjects of processing by the mechanical centrifugal hopper feeding devices, consisting in a choice of optimum values of frequencies of rotation and overall dimensions of a disk of the mechanical centrifugal hopper feeding device, level filling the hopper subjects of processing, a material of a disk and a tray, factor of overflow and capacity of a tray of the store, subjects ofprocessing of demanded quality providing giving with the set productivity in the automatic machine are considered.
Получено 19.01.09
УДК 621.01:211.333
М.А. Донченко, канд. техн. наук, доц., (8112) 79-39-95, donchenko2005@rambler.ru (Россия, Псков, ППИ),
А.Л. Перминов, инж.-электронщик, (8112) 72-40-37, alp-mail@mail.ru (Россия, Псков, ППИ),
Д.В. Гринев, ассист., (8112) 79-39-95, gr32-84@mail.ru (Россия, Псков, ППИ),
А.Н. Иванов, ассист., (8112)-73-73-28, iwanbl4@list.ru (Россия, Псков, ППИ)
ОБЗОР И АНАЛИЗ ЗУБЧАТЫХ МЕХАНИЗМОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ДЛЯ РОТОРНО-ЛОПАСТНЫХ МАШИН
Приведены обзор и анализ зубчатых механизмов преобразования движения для роторно-лопастных машин. Механизм предназначен для преобразования колеба-телъно-вращателъного движения лопаток в однонаправленное равномерное вращение выходного вала машины.
Ключевые слова: роторно-лопастная машина, преобразование движения.
В последнее время актульным стл вопрос рлработки и проектирования ротор но-лопастных машин. Актульность подобной проблемы связана с нличием у машин данного типа существенных преимуществ в сравнении с шатунно-поршневой конструкцией: меньшее количество деталей; компактность (отношение эквивлентного рабочего объёма к объёму машины); отсутствие сложных деталей, таких, как коленчатый и распреде-
