CC BY
1
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 621.9.06-52
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-7-98-99
РАЗРАБОТКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ НА ОРГАНЫ ЗАХВАТА И ОРИЕНТИРОВАНИЯ БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С ЗУБЬЯМИ И РЕГУЛИРУЕМЫМ ОРИЕНТАТОРОМ
С.А. Лукин, Е.В. Пантюхина
В статье представлены разработанные ограничения на конструктивные параметры захватывающих и ориентирующих органов усовершенствованного универсального бункерного загрузочного устройства с зубьями и регулируемым ориентатором в виде кольцевого сектора и результаты их математического моделирования для стержневых заготовок в форме колпачка, при которых устройство будет надежно функционировать, обеспечивая требуемую производительность.
Ключевые слова: автоматическая загрузка, бункерное загрузочное устройство с зубьями и регулируемым ориентатором, заготовки в форме колпачка, ориентирование заготовок.
Механические дисковые бункерные загрузочные устройства (БЗУ) применяют для ориентирования небольших по размерам штучных заготовок (деталей, предметов обработки, готовых изделий и др.) перед подачей их на рабочие позиции технологического оборудования различного назначения. Массовые производства многих отечественных и зарубежных предприятий оснащены различными типами таких БЗУ, конструкция которых зависит от формы заготовок, их размеров и особенностей. Учитывая особенности механических дисковых БЗУ, их проектирование должно способствовать реализации загрузки различных по форме и размерам заготовок в форме колпачка с возможностью быстрой переналадки с одного типаразмера на другой, обеспечению надежного функционирования БЗУ при ориентировании заготовок, повышению вероятности захвата заготовок карманами БЗУ с целью повышения его производительности [1, 2]. Поэтому проектирование оптимальных по всем параметрам БЗУ должно осуществляться в рамках комплексной методологии, включающей не только проектирование, но и исследование процессов функционирования БЗУ [3].
На основе всего вышеизложенного для ориентирования стержневых цилиндрических заготовок в форме колпачка с целью их дальнейшей подачи в технологическое оборудование было предложено универсальное БЗУ с зубьями и регулируемым ориентатором, выполненным в форме кольцевого сектора и расположенным в пазу неподвижного основания (рис. 1). Принцип работы усовершенствованного БЗУ не отличается от принципа функционирования других типов БЗУ с зубьями с пассивным ориентированием [4-6]. Неправильно запавшие в карман заготовки под действием центра масс выпадают из карманов в верхней части бункера, а правильно запавшие - остаются в карманах.
Разработка конструктивных ограничений на органы захвата и ориентирования позволит определить диапазоны их параметров, при которых БЗУ будет надежно функционировать [7-9].
На рис. 2 представлены расчетные схемы для разработки ограничений на конструктивные параметры органов захвата и ориентирования БЗУ.
Захватывающий орган БЗУ, представляющий собой карман с размерами ¡^ (длина), (ширина) и Н (высота), должен с высокой вероятностью захватить заготовку в правильном положении и удержать ее в верхней части бункера, предотвратив выпадение из кармана. Чем шире карман, тем больше вероятность западания в него заготовки и тем шире возможности БЗУ при захвате заготовок с различными диаметрами ¡1. Теоретически ширина кармана ¿к
может быть ограничена лишь тем, чтобы в него при наличии в нем запавшей заготовки не запала вторая заготовка и в этот момент не происходило заклиниваний. Однако увеличение ширины кармана приведет к уменьшению количества захватывающих органов, которые можно расположить по окружности захватывающего диска, что приведет к снижению производительности. Поэтому рекомендуется ширину кармана принимать из диапазона
1,1^ < Ик < 1,6 (1)
при условии, что I < 1,6¡1 .
Длина ¡к кармана должна быть выбрана так, чтобы заготовка, запавшая в карман в неправильном положении, смогла выпасть из кармана, опрокидываясь на краю кармана (точка В) вращающегося диска, поэтому
¡к > 7¡12 + Н2 . (2)
в г
Рис. 1. Усовершенствованное универсальное БЗУ с зубьями и регулируемым ориентатором в виде кольцевого сектора: а - общий вид; б - фрагмент вращающегося диска с зубьями и карманами; схема регулировки ориентатора и его нахождение в крайних нижнем (в) и верхнем (г) положениях
для различным заготовок в форме колпачка
N л 1 И V. \
1 \ 1 ?
Г 4
Рис. 2. Расчетные схемы для разработки ограничений на конструктивные параметры органов захвата и ориентирования усовершенствованного универсального БЗУ
а б
Рис. 3. Расчетные схемы для определения параметров органов захвата (а) и ориентирования (б) усовершенствованного универсального БЗУ
Высота Н кармана, образованная верхней стороной регулируемого ориентатора и крайней точкой В вращающегося диска, регулируется в диапазоне Нзахв > Н > Нориент, или, описав условия захвата и ориентирования
заготовок с помощью расчетной схемы, представленной на рис. 3, получим условие
I - хс - б > Н > хс - 0,5а1с^аб , (3)
где а б - угол наклона вращающегося диска БЗУ.
При этом минимальная высота кармана Н™^ ограничивается высотой скругленной части дна заготовки
захв
при ее захвате, поэтому она не должна быть меньше высоты ее дна Ид ■ После выбора требуемых для обеспечения
надежности размеров кармана для захвата заготовок в нижней части бункера и ориентирования заготовок в верхней части бункера, определяются размеры вращающегося диска - толщина с и размеры кольцевой проточки в нижней части вращающегося диска - ширина Ьп и высота Ип. При этом высота проточки Ип не должна быть больше половины ширины с вращающегося диска в зоне точки В, где начинается карман Ип < 0,5с, а ширина проточки имеет величину, не превышающую ширину И0 кольца и позволяющую осуществлять регулировку ориентатора по высоте И0 > Ьп > Ир , что в совокупности позволит увеличить срок службы вращающегося диска по причине износа, и также
даст возможность свободного перемещения ориентатора, не вызывая помех со стороны дна диска, для его более высокого подъема при загрузке невысоких заготовок или заготовок с неявным смещением центра масс.
Конструктивными параметрами ориентатора являются угол ао его наклона в зоне захода заготовок с неподвижного основания (кольца), длина 1о его участка, где осуществляется увеличение с нулевой высоты до высоты
Ис ■
Угол ао начального участка ориентатора должен обеспечивать нормальную и беспрепятственную проходимость заготовок на его максимальную высоту. При этом должно исключаться перекашивание заготовок, при котором даже правильно запавшие в карман заготовки могут выпасть из карманов. Учитывая, что ориентатор может находиться в нижней части кольцевого паза на высоте Нтах, то при переходе с неподвижного основания направляемая
вращающимся диском заготовка сначала падает в паз и оказывается на начальном участке ориентатора, а затем должна без заклиниваний направиться диском на верхнюю плоскую часть ориентатора, то для обеспечения плавности при
переходе с одной поверхности на другую целесообразно принимать ао < 20° . Длина скоса ¡о регулируемого ори-
ентатора зависит от расположения его наиболее высокой плоской поверхности, которая определяется исходя из следующего.
Проанализируем оптимальные размеры карманов универсального БЗУ, при которых оно будут надежно функционировать, для различных по размерам заготовок в форме колпачка (рис. 4).
ГГ
ЕШ
4
4
а б в
Рис. 4. Некоторые виды заготовок в форме колпачка и их параметры: а - вид I: ^ = 9,88 мм, I = 19,1 мм,
хс = 5,91 мм; б - вид II: ^ = 11,16 мм, I = 27,5 мм, хс = 11,29 мм;
в - вид III: ^ = 12,46 мм, I = 24,5 мм, хс = 10,28 мм
Математическое моделирование высоты Н и длины ¡к кармана реализовывается в MatИcad. При этом при
исследовании рабочих значений высоты Н кармана расположение координаты центра масс заготовок будет варьироваться, что обусловлено тем, что заготовки, которые имеют одинаковую конфигурацию по внешнему контуру, могут существенно отличаться внутренней конфигурацией, изготавливаться из различных материалов, иметь разную плотность и другие параметры. Допустимая длина кармана для каждой из рассмотренных заготовок будет варьироваться в зависимости от высоты кармана.
На рис. 5 показаны результаты математического моделирования высоты кармана при различных соотно-
х
шениях / = и длины кармана от высоты.
I
Графики позволяют определить рабочие области допустимых значений высоты Н и длины ¡к кармана, при которых универсальное БЗУ будет надежно функционировать, обеспечивая захват и ориентирование заготовок.
В табл. приведены результаты математического моделирования высоты Н и длины ¡к кармана для трех видов заготовок.
ТС нет ориентировать
Раоочая область
нет захват;
>.2 0.25 0.3
035 а
0.4 0.45
Г 0
15
10
нет ор ие нтирования ХС
Рабочая область
нет захвата
0 2 4 б б 3 н
12 0.25 ОН 035 04 045 в
12
10
%
нет ориентирования ТС
Рабочая область
нет захвата
0.25
0.3
0>
0.45
О
12
Н
0.35
д е
Рис. 5. Результаты математического моделирования для заготовок вида I (а, б), вида II (в, г) и вида III (д, е) высоты Н кармана (а, в, д) (в мм) при различных соотношениях/ и длины 1к кармана (б, г, е) (в мм) в зависимости от его высоты Н (в мм)
Результаты математического моделирования высоты Н и длины ¡к кармана усовершенствованного универсального БЗУ с зубьями и регулируемым ориентатором в виде кольцевого сектора
Вид заготовки / Высота Н кармана, мм Длина ¡к кармана, мм
I 0,309 1,0 - 8,2 св. 9,9 - 12,8
II 0,410 5,7 - 10,6 св. 12,5 - 15,4
III 0,420 4,1 - 8,0 св. 13,2 - 14,9
На рис. 6 приведены результаты комплексного математического моделирования высоты Н и длины ¡^
кармана при угле а б = 45°, которые позволяют с помощью графиков определить допустимые размеры кармана. При
этом высота определяется в зависимости от соотношения координаты центра масс заготовки к ее длине, при которых усовершенствованное универсальное БЗУ будет надежно функционировать; длина кармана определяется высотой
Н .
При моделировании было использовано заменяющее длину заготовки выражение I = а ■ d^ . Моделирование проводилось при различных значениях координаты центра масс (по оси Х) в диапазоне от 0,2 до 0,5 и различных значениях коэффициента а = 1,5; 2,0; 2,5 и 3. Для каждого значения а представлены 2 кривые, которые показывают ограничения по захвату и по ориентированию в зависимости от координаты центра масс. Рабочей зоной для каждого конкретного случая будет область между каждой парой кривых.
С помощью представленных графиков можно определить высоту кармана не только для случая, когда усовершенствованное БЗУ используется только для одной заготовки конкретной длины, а и для его использования для нескольких заготовок с различным соотношением а . Например, если заготовка с ^ = 0,3 и ^ = 15 мм имеет коэффициент а = 2, то оптимальным диапазоном высоты кармана, согласно графикам рис. 6, а, является диапазон
101
г
значений высоты Н £ [1,5; 13,5]. Если данное БЗУ, планируется использовать и для аналогичных заготовок, но с а = 2,5 (при условии, что f = 0,3), то оптимальным диапазоном высоты кармана БЗУ являются Н £ [3,75; 13,5]. Если же данное БЗУ, кроме заготовок с а = 2 и а = 2,5 планируется использовать и для заготовок с а = 3, то высота его карманов для обеспечения захвата и ориентирования находится в диапазоне
Н £ [6; 13,5] ■
15
10
3
а = 2 о = 2.5
а = 1.5
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
10
15
20
25
: а = 3
а = 2.5
£7 = 2
а = 1,5
0.25
0.3
0.35 б
0.4
0.45
Н
10
15
20
25
в г
Рис. 6. Результаты комплексного математического моделирования при диаметрах заготовки = 10мм (а, в)
и ¿1 = 15 мм (б, г) выгсотыг Н кармана (в мм) при различные соотношениях а и/ (а, б)
и длины I кармана (в мм) (в, г) универсального БЗУ
Использование усовершенствованного БЗУ возможно не только варьированием длиной I заготовки, но и ее диаметром ¿1, при условии, что ширина кармана будет достаточной для захвата заготовки этого диаметра.
При разработанных ограничениях на участвующие в захвате и ориентировании конструктивные элементы универсального БЗУ будет обеспечена надежность при загрузке стержневых заготовок в форме колпачка.
Список литературы
1. Пантюхина Е.В. Повышение надежности и производительности дисковых бункерных загрузочно-ориен-тирующих устройств для асимметричных деталей тел вращения / Е.В. Пантюхина, С.А. Васин, С.Н. Шевченко, С.А. Лукин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 26, № 2, 2024. С. 110-116.
2. Пантюхина Е.В. Механические дисковые бункерные загрузочные устройства для стержневых деталей с неявно выраженными ключами ориентации / Е.В. Пантюхина, В.В. Прейс, А.В. Хачатурян // Автоматизация и измерения в машино- приборостроении. 2018. № 3 (3). С. 16-25.
3. Васин С.А. Методологический подход к исследованию и проектированию механических дисковых бункерных загрузочно-ориентирующих устройств / С.А. Васин, С.Н. Шевченко, Е.В. Пантюхина, А.А. Маликов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 26, № 1, 2024. С. 70-75.
4. Голубенко В.В. Совершенствование зубчатого бункерного загрузочного устройства для предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов / В.В. Голубенко, Е.В. Давыдова, В.В. Прейс // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. № 2-1. С. 27-34.
5. Пат. 106577 Российская Федерация. МПК B23Q 7/00. Бункерное загрузочное устройство / В.В. Голубенко, Е.В. Давыдова, В.В. Прейс, Д.А. Провоторов. - № 2011110272/02; заяв. 17.03.2011; опубл. 20.07.2011. Бюл. № 20.
6. Васин С.А. Теоретическое и экспериментальное исследование производительности зубчатого бункерного загрузочно-ориентирующего устройства для асимметричных деталей тел вращения / С.А. Васин, С.Н. Шевченко, Е.В. Пантюхина, С.А. Лукин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 26, № 1, 2024. С. 63-69.
а
7. Васин С.А. Разработка конструктивных ограничений на параметры усовершенствованных дисковых бункерных загрузочных устройств для деталей с неявной асимметрией / С.А. Васин, Е.В. Пантюхина // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2023. № 2. С. 146-154.
8. Пантюхина Е.В. Математическое моделирование геометрических параметров органов захвата и ориентирования дискового бункерного загрузочного устройства с радиальными карманами и кольцевым ориентатором / Е.В. Пантюхина // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 7. С. 135-140.
9. Пантюхина Е.В. Математическое моделирование геометрических параметров органов захвата и ориентирования дискового бункерного загрузочного устройства с зубьями и кольцевым ориентатором // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 7. С. 141-144.
Лукин Сергей Анатольевич, генеральный директор, tpz@tulammo. ru, Россия, Тула, АО «Тульский патронный завод»,
Пантюхина Елена Викторовна, д-р техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
DE VELOPMENT AND MATHEMATICAL MODELING OF STRUCTURAL LIMITATIONS ON GRIPPING AND
ORIENTING ELEMENTS OF HOPPER FEEDER WITH TEETH AND ADJUSTABLE ORIENTATOR
S.A. Lukin, E.V. Pantyukhina
The article presents the developed limitations on the design parameters of gripping and orienting elements of the improved universal hopper feeding device with teeth and an adjustable orientator in the form of an annular sector and the results of their mathematical modeling for rod blanks in the form of a cap, at which the device will reliably function, providing the required feed rate.
Key words: automatic feeding, hopper feeding device with teeth and adjustable orientator, blanks in the form of a cap, orientation of blanks.
Lukin Sergey Anatolyevich, general director, tpz@tulammo. ru, Russia, Tula, Joint Stock Company «Tula Cartridge
Plant»,
Pantyukhina Elena Viktorovnа, doctor of technical sciences, docent, e.v. pant@mail. ru, Russia, Tula, Tula state
university
УДК 62-93
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-7-103-104
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖМЫХА
А.В. Гукасян, Н.Н. Белина, О.И. Никонов, И.В. Момотов, Н.В. Александров
Проведен обзор возможного применения метода испарительного охлаждения для снижения температуры зданий и сооружений. Показана возможность использования указанного метода в пищевой промышленности для охлаждения жмыха, получаемого в ходе переработки растительного масла. Обоснована возможность применения метода испарительного охлаждения в сочетании с конвективным теплообменом в конструкции установки для охлаждения жмыха. Устройство разработанной установки пояснено рисунками.
Ключевые слова: установка для охлаждения жмыха, испарительное охлаждение, конвективный теплообмен.
Испарительное охлаждение находится в основе одной из самых первых придуманных человеком систем охлаждения, в которой охлаждение воздуха происходит путем естественного испарения воды. Все большее применение испарительное охлаждение находит при охлаждении зданий и сооружений [1]. Его можно использовать при охлаждении производственных помещений, так как данный способ имеет следующие преимущества: простота конструкции, низкая себестоимость изготовления, экологическая безопасность, высокий коэффициент использования энергии [2-5]. В основе данного способа лежит испарение воды за счет поглощения теплоты парообразования, и все затраты энергии необходимы для обеспечения воздухообмена, а также необходимости подвода воды к зоне испарения [6-8].
Однако, в жаркое время года могут возникнуть проблемы с охлаждением воздуха производственных помещений. Опубликованы материалы, предлагающие следующие способы реализации испарительного охлаждения зданий в летний период: орошение теплообменной поверхности аппарата и снижение температуры воздушного потока, поступающего на теплообменные секции, за счет испарения в нем мелких капель впрыскиваемой воды [9]. При решении задачи испарения воды предложено рассматривать две группы систем охлаждения: форсуночные системы (низкого и высокого давления) и системы с орошаемыми слоями [10]. Для борьбы с высокими температурами в теплый период года предложено использовать форсуночное охлаждение [11,12].
