CC BY
10
УДК 681.2.08
ШИРОКОПРЕДЕЛЬНОЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ СОПЛО ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
А.П. Васютенко, Д.В. Заморёнова
Представлена схема измерительного сопла щелевого типа с угловым взаимным расположением сопла и заслонки, используемого в пневматических средствах измерения геометрических параметров деталей. Приведена схема пневматического прибора для контроля диаметра вала. Представлены выражения, описывающие отдельные участки статической характеристики сопла и заслонки щелевого типа с угловым расположением и результаты моделирования зависимостей изменения площади перекрытия и проходного сечения сопла от перемещения заслонки. Определены значения чувствительности и диапазонов измерения при различных углах поворота измерительного сопла.
Ключевые слова: измерение, пневматический прибор, измерительное сопло, заслонка, чувствительность, диапазон измерения.
Точность и надежность работы машин и механизмов в значительной степени определяется точностью изготовления размеров и формы деталей, качеством их сопряжения. Важная роль в решении этой задачи принадлежит средствам автоматического контроля и управления, которыми оснащается технологическое оборудование. Наряду с индуктивными средствами контроля в настоящее время всё более широкое применение находят пневматические устройства, приборы и системы. Это связано с их высокой надёжностью, точностью, простотой обслуживания, пожаровзрывобезопасностью, невысокой стоимостью [1 - 3].
Пневматические преобразователи позволяют выполнять дистанционные измерения, благодаря малогабаритной пневматической оснастке можно проводить измерения в относительно труднодоступных местах и создавать наиболее простые конструкции многомерных устройств для контроля любых линейных параметров. Одним из недостатков пневматических приборов является малый диапазон измерения, составляющий 0,2.. .0,3 мм.
В пневматических измерительных приборах используются в основном измерительные сопла цилиндрической формы с диаметром отверстия ё2 =2 мм и ё2 =1,5 мм, преимущественно, =2 мм. В сочетании с цилиндрическими соплами используются заслонки различной формы: плоские, конические, параболические и шариковые [4, 5]. В измерительных соплах этого типа изменение контролируемого размера преобразуется в изменение зазора Z и площади Е кольцевого зазора Е=Д2) при перемещении заслонки в осевом направлении. Измерительные сопла щелевого типа с прямоугольной формой канала истечения используются реже в виду их технологической сложности изготовления [6, 7]. Однако они обладают преимуществом, так как позволяют преобразовывать изменение контролируемого размера (перемещение заслонки) непосредственно в изменение площади проходного сечения измерительного сопла (рис. 1) при радиальном перемещении заслонки относительно оси сопла.
Целью работы является расширение пределов измерения пневматических приборов и обеспечение возможности регулирования чувствительности на основе исследования характеристик измерительных сопел щелевого типа с угловым расположением сопла и радиальном перемещении заслонки.
Особенность измерительных сопел щелевого типа с угловым расположением сопла и заслонки состоит в том, что они позволяют изменять чувствительность преобразования перемещения заслонки в изменение площади проходного сечения измери-
480
тельного сопла путём поворота его вокруг оси (рис. 2). При этом, наименьшая чувствительность будет соответствовать вертикальному положению щели (а=00), а наибольшая - горизонтальному положению (а=900).
Б -Б
V/>■>■>_
7
к
я
Рис. 1. Измерительное сопло щелевого типа: 1 — сопло; 2 - заслонка
На рис. 2 представлена схема пневматического прибора с измерительным соплом щелевого типа. Принцип действия состоит в следующем: с поверхностью контролируемой детали 5 контактирует измерительный шток 6, на котором установлена заслонка 7, взаимодействующая с измерительным соплом щелевого типа 8. Перемещение заслонки 7 вызывает изменение площади ГО проходного сечения измерительного сопла, следовательно, изменение давления воздуха И в измерительной ветви, которая измеряется вторичным преобразователем 2.
чзз-
0
Рис. 2. Схема пневматического устройства с измерительным соплом щелевого типа: 1 — измерительное сопло щелевого типа; 2 — вторичный пневматический преобразователь (сильфонный, мембранный, ротаметрический); 3 — блок подготовки воздуха; 4 — стойка;
5 — контролируемая деталь; 6 — измерительный шток; 7 — заслонка
При взаимном угловом расположении сопла и заслонки на статической характеристике ¥о=/(Хт) (зависимости площади проходного сечения Го измерительного сопла от перемещения заслонки Хт ) можно выделить три элемента. Граничные значения элементов Хгр1, Хгр2, Хгрз и геометрические параметры щели обозначены на рис. 3.
ЭлементЗ
Хт=0
Рис. 3. Схема преобразователя сопло-заслонка: а — длина щели; Ь — ширина щели; а — угол поворота сопла
Элемент 1. На этом участке изменение площади сопла определяется на отрезке 0< Хт < Хгр1 (см. рис. 3), где ХТ- текущее перемещение заслонки.
Площадь перекрытия сопла заслонкой на первом участке определяется из выражения
Хт 2
Р = .
281паео8а
Граничное (максимальное) значение площади перекрытия на первом участке при Хт =Хгр1 будет равно
X
2
гр1
гр1 2в1паео8а Граничное значение Хгр1 определяется из выражения
Xгр1 = Ьв1па.
Тогда выражение (1) перепишется в виде
2 2 2 Р = Ь2б1п2 а = Ь2
гр1 2^1паео8а 2 Площадь открытого сопла (проходного сечения)
(1)
F о — — F — ab —
X
Т
Б1п2а
Элемент 2. Изменение площади проходного сечения сопла происходит на отрезке Хгр1 <Хт <Х гр2 .
Зависимость площади перекрытия сопла от перемещения заслонки ХТ на элементе 2 имеет вид:
f2 — X
bb
2
Т
- — tga.
cosa 2
Площадь открытого сопла на втором элементе характеристики:
(2)
F2o — F
тах
b2 b -Г2 — ab +--tga — Хт-
2 Т cosa
Граничное значение Хгр2 определится из выражения
Хгр2 =аоо$а .
Граничное значение площади Ргр2 определится подстановкой Хт=Хгр2 в выражение (2)
2
F
гр 2
= ab +
b
2
tg a .
Элемент 3. Изменение площади проходного сечения сопла происходит на отрезке Хгр2 <Хт <Х гр3.
Площадь перекрытия сопла на участке 0<Хт <Х грз равна
F3 = ab
(acosa + bsina - XT )2
2sinacosa
Граничное значение площади перекрытия сопла при Хт = Хгр2 +Хгр1 будет равно ^рз = аЬ.
Площадь открытого сопла на третьем участке характеристики равна
F3
3о
(acosa + bsina - XT)
sin2a
Таким образом, определены выражения для расчета площади перекрытия и проходного сечения измерительного сопла в диапазоне перемещения заслонки 0<Хт <Х гр3 и на участках 1, 2 и 3, которые приведены в табл. 1.
Выражения для ^ определения проходного сечения сопла
Таблица 1
№ элемента Интервал Выражение
1 0<Хт <Х гр1 F1o = ab - Хт sin2a
2 Х гр1<Хт <Х гр2 „ , b2 v b F20 = ab +--tga - X т- 2 cosa
3 Х гр2<Хт <Х гр3 2 (acosa + bsina - Xj ) F3o = . _ sin2a
На рис. 4 показаны графические зависимости ^о=/(Хт) площади проходного сечения измерительного сопла от перемещения заслонки с размерами щели а=5 мм, Ь=0,6мм при углах поворота щели относительно заслонки а=150, 300, 450, 600.
На полученных графиках выделены прямолинейные участки и определена чувствительность сопла при различных значениях угла а. Результаты представлены в табл. 2. Из таблицы видно, что с увеличением угла наклона заслонки увеличивается чувствительность прибора и уменьшается величина прямолинейного участка.
Диапазон измерения и чувствительность преобразователя
Таблица 2
град параметр 0 15 30 45 60 90
АХ^, мм 5,0 4,7 4 3,1 2,0 0,6
А^2, мм2 3,0 2,9 2,8 2,64 2,4 3,0
Чувствительность мм2 К я =-, - АХт мм 0,6 0,6 0,7 0,85 1,2 5,0
2
1 / 2
/ / /
/ /
1 2 3 4 5
Ху, мм
а
2
у / / /
/
12 3 4
Ху, мм
б
Рис. 4. График зависимости ¥о=/(Хт) при угловом расположении сопла и заслонки: а — при углах: 1— а=30°; 2— а=15°; б — при углах: 1— а=60°; 2 — а=45°
угол наклона, град
Рис. 5. График зависимости чувствительности преобразователя от угла наклона заслонки
По данным табл. 2 построен график зависимости К$ = / (а), представленный
на рис. 5.
Заключение:
1. Установлено, что пневматические измерительные преобразователи имеют небольшой диапазон измерения.
2. Предложена схема пневматического измерительного сопла щелевого типа с угловым расположением сопла и заслонки и радиальным перемещением заслонки относительно оси сопла.
3. Применение предложенной схемы измерительного сопла позволяет значительно (в 5...10 раз) увеличить прямолинейный участок характеристики. Для принятых параметров щели он составляет 0...5 мм.
4. Изменение угла поворота сопла относительно направления движения заслонки позволяет в широком диапазоне регулировать чувствительность измерительного сопла, которая составляет 0,6...5,0 мм2/мм.
5. Применение измерительных сопел с широким диапазоном измерения позволяет контролировать диаметры нескольких ступеней вала при одной настройке измерительного устройства.
6. Исследуемое устройство может использоваться в пневматических приборах, являющихся основой информационно-измерительных систем, применяемых при осуществлении процесса селективного комплектования и сборки сложных изделий маши-но- приборостроения.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №20-08-00825.
Список литературы
1. Ахмеджанов Р. А., Чередов А.И. Физические основы получения информации [Электронный ресурс]: учебное пособие. Электрон. текстовые данные. М.: Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2013. 212 с.
2. Гольдштейн А.Е. Физические основы измерительных преобразований: учебн. пособие Томск: Изд-во ТПУ, 2008. 253 с.
3. Рабинович А.И. Пневматические устройства и системы в машиностроении. Справочник. Киев: Техника, 1970. 396 с.
4. Легаев В.П. Приборы автоматического контроля и управления в машиностроении: учеб. пособие. Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2009. 123 с.
5. Этингоф М.И. Автоматический размерный контроль на металлорежущих станках. М.: АПР, 2016. 336 с.
6. Активный контроль в машиностроении: Справочник / Под.ред. Е.И. Педя. М.: Машиностроение, 1978, 352 с.
7. Волосов С.С., Педь Е.И. Приборы для автоматического контроля в машиностроении. М.: Изд-во стандартов, 1975. 336 с.
Васютенко Александр Павлович, канд. техн. наук, доцент, vasuten-ko50@mail.ru, Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет,
Заморёнова Дарья Викторовна, канд. техн. наук, доцент, zamik@Mkr.net, Россия, Севастополь, Севастопольский государственный университет
WIDE LIMITPNEUMA TIC NOZZLE FOR LINEAR MEASUREMENT
A.P. Vasyutenko, D. V. Zamoryonova
А diagram of a slot-type measuring nozzle with an angular mutual arrangement of the nozzle and the shutter, used in pneumatic tools for measuring the geometric parameters of parts is presents. The diagram of a pneumatic device for controlling the shaft diameter is shown. Expressions are presented that describe individual sections of the static characteristics of a nozzle and a slot-type shutter with an angular arrangement and the results of model-
485
ing the dependences of changes in the overlap area and flow area of the nozzle on the shutter movement. The values of sensitivity and measurement ranges are determined for different angles of rotation of the measuring nozzle.
Key words: measurement, pneumatic device, measuring nozzle, damper, sensitivity, measurement range.
Vasyutenko Alexander Pavlovich, candidate of technical science, docent, vasuten-ko50@mail.ru, Russia, Sevastopol, Sevastopol state University,
Zamoryonova Darya Viktorovna, candidate of technical science, docent, za-mik@,ukr.net, Russia, Sevastopol, Sevastopol state University
УДК 621.9; 663.255
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАГРУЗКИ Т-ОБРАЗНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТАРЫ В УПАКОВОЧНОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
О. Д. Рожкова
Разработана математическая модель производительности и проведен анализ влияния на нее основных параметров загрузочного устройства и Т-образных элементов тары для элитных алкогольных напитков.
Ключевые слова: упаковочное производство, тара и ее элементы, загрузочное устройство, Т-образная пробка.
Различные виды элементов тары широко применяют в упаковочных производствах. Они изготавливаются различных форм и размеров для полимерной, стеклянной и других видов тары, в том числе из комбинированных материалов. Т-образные элементы тары используют, как правило, в пищевых производствах для укупорки шампанского, игристых вин, а также коньяка, бренди и других элитных алкогольных напитков [1]. Загрузку современного упаковочного оборудования Т-образными пробками с производительностью от 150 шт./ мин и выше обеспечивают автоматические системы, основной частью которых являются бункерные загрузочные устройства (БЗУ) [2].
Моделирование производительности БЗУ для загрузки штучных изделий осуществляется на основе комплексного подхода, нашедшего применение для оценки производительности БЗУ механического типа различных видов: вертикальных [3 - 6], с радиальными [7, 8] и тангенциальными [9] карманами [10], зубчатых [11 - 15].
Использование подхода позволяет получить зависимость производительности загрузочного устройства от таких параметров изделия, как длина (l), диаметры большего и меньшего торцов (d\, d2), расстояние от большего торца до центра масс (/ц), а также коэффициента трения изделий об элементы загрузочного устройства (m), угол наклона диска (для зубчатых БЗУ и БЗУ с радиальными карманами) или дна бункера (для вертикальных и тангенциальных БЗУ) к горизонту (абун ), фактической и максимально допустимой по захвату частоты вращения диска (n, nmax ) и других параметров.
В основе комплексного подхода лежит теория вероятности, использование которой позволяет учесть вероятностный принцип захвата изделия захватывающими органами загрузочного устройства.
