CC BY
5
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ
УДК 621.9
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-11-507-514
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО МАНИПУЛИРОВАНИЯ ПОТОКАМИ ШТУЧНОЙ ПРОДУКЦИИ В МАССОВЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ
Э.В. Дьякова
Проведен обзор известных систем автоматического манипулирования потоками штучных изделий в производстве, которые позволяют обеспечивать высокопроизводительное и качественное производство.
Ключевые слова: потоки, разделители, сумматоры, регламентаторы, отсекатели, ориентаторы, перегружатели.
Во всех отраслях промышленности производственный процесс представляет собой совокупность транспортных цепочек - потоков, которыми необходимо манипулировать с применением современных технических средств.
Как правило, потоки можно разделить на одноструйные и многоструйные. При одно-струйном потоке размещается только одно изделие, при многоструйном — несколько. По расположению деталей в потоке их можно разделить на потоки неупорядоченных изделий, потоки упорядоченных изделий и на потоки - ориентированные. В потоке неупорядоченных изделий в различных его точках изделия занимают случайные и произвольные положения. В потоке упорядоченных изделий, изделия занимают случайные заранее известные положения. Поток упорядоченных изделий возможно преобразовать в ориентированный поток, путем изменения положений изделий в одно определенное положение.
Транспортирование изделий в потоке заключается в их перемещении на транспортере к различным производственным участкам. Изменение траектории и направления движения потоками осуществляется специальными транспортными устройствами и накопителями. Часто в промышленности возникает необходимость разделения основного потока изделий на несколько или объединение множества потоков в один. Для различных манипуляций с потоками используют специальное оборудование, такие как разделители, сумматоры, ориентаторы и перегружатели.
Устройства, преобразующие один поток изделий на несколько, называются разделителями (рис. 1). Разделители можно разделить на простые по конструкции, разделение потоков осуществляется при помощи ролика, маятников и стрелок, и более сложные по конструкции с применением толкателей и упругих пластин. В конструкции (рис. 1, а) продукция перемещается транспортером 1 и поступает в канал 2, и разделяется на два потока при помощи разделяющего ролика 3. В конструкции (рис. 1, б) продукция по каналу 1 поступает на качающийся маятник 3. Маятник 3 совершает повороты то в одну, то в другую сторону, разделяя при этом поток в каналы 4. В других конструкциях (рис. 1, в, г) разделение потока осуществляется при помощи поворотных стрелок 4 вправо или влево.
Более сложные по конструкции разделители представлены на рис. 2. Принцип работы разделителя с толкателем в следующем (рис. 2, а). На стол 3 в канал 2 изделия подаются с помощью транспортера 1. Выключатель 5 замыкается при наборе нужного количества продукции в ряду и толкатель 4 приводится в движение, тем самым сталкивая изделия со стола на транс-
портер 6. При этом на транспортере 6 образуется несколько потоков изделий. Принцип работы разделителя с упругими пластинами в следующем (рис. 2, б). Разделение потока осуществляется с помощью упругих пружин, при вращении кулачка 2 пружины разжимаются и пластины 3 отбрасывают изделия на транспортере 1 в каналы 4, при этом образуются новые потоки.
а б в г
Рис. 1. Схемы конструкций разделителей: а - с роликами: 1 - транспортер; 2,4 - каналы; 3 - ролик; б - с маятником: 1,4 - каналы; 2 - маятник; 3 - ось; в, г - с поворотной стрелкой: 1 - транспортер; 2,5 - каналы; 3- стрелка; 4 - ось; 6 - магнит с пружиной
а б
Рис. 2. Схемы конструкций разделителей: а - с толкателем: 1,6 - транспортер; 2 - канал; 3- стол; 4 - толкатель; 5 - выключатель; б - с пластинами: 1, 5 - транспортер;
2 - кулачок; 3- пластины; 4 - канал
Устройства для преобразования нескольких потоков изделий в один называются сумматорами. По принципу действия их можно разделить на непрерывные и дискретные. В непрерывных сумматорах потоки соединяются при их непрерывном транспортировании, а в дискретных потоки преобразуются с помощью специальных механизмов циклического действия.
Непрерывные конструкции сумматоров представлены на рис. 3, а, б. В первой и во второй конструкции преобразование потоков осуществляется при помощи специальных отражателей. Отражатели могут быть прямолинейного (рис. 3, а) и криволинейного (рис. 3, б) вида. В третьей конструкции потоки перемещаются толкателями 1, закрепленными на двух цепях 2. Толкатели 1 одной цепи смещены на пол шага относительно другой цепи. Проходя вдоль изогнутых отражателей 3 потоки изделий соединяются в один на транспортере 4.
Рис. 3. Схемы конструкций сумматоров непрерывного типа: а - с отражателями: 1 - транспортер; 2 - прямолинейные отражатели; б - с отражателями: 1 - транспортер; 2 - криволинейные отражатели; в - с направляющими с постоянным шагом; 1 - толкатели; 2 - цепи; 3 - направляющие; 4 - транспортер; г - с вибростолом: 1 - транспортер; 2 - вибростол
Сумматоры дискретного типа представлены на рис. 4. Принцип работы сумматора с кареткой (рис. 4, а) в том, что при перемещении каретки 1 изделия сначала поступают с одного транспортера, а при этом второй транспортер перекрыт, а потом наоборот. Принцип работы сумматора с толкателем (рис. 4, б) в том, что толкатель 2 перемещается поперек направляющего транспортера 1 и выдает изделия на выходной транспортер 3 и затем возвращается в заданное положение, преобразуя потоки изделий в один.
Устройства, которые преобразуют, поток изделий с произвольным расстоянием между собой в поток изделий с одинаковым расстоянием называются регламентаторы.
На рис. 5 представлены регламентаторы непрерывного действия с вращающейся звездочкой и со шнеком. Поток изделий поступает по транспортеру и под воздействием рабочего органа на выходе поток изделий получается с требуемым расстоянием и скоростью.
Рис. 4. Схемы конструкций сумматоров дискретного типа: а - с кареткой: 1 - подвижная каретка; б - с толкателем: 1, 3 - транспортер; 2 - толкатель
1
а б
Рис. 5. Схемы конструкций регламентаторов непрерывного типа: а - со звездочкой: 1 - вращающаяся звездочка; б - со шнеком: 1 - вращающийся шнек
Одной из разновидностей регламентаторов являются отсекатели, которые представляют собой устройства для поштучной выдачи изделий. Как правило, отсекатели можно разделить на три группы: с возвратно-поступательным движением рабочего органа (рис. 6, а, б, в), с возвратно-вращательным движением рабочего органа (рис 6, г, д, е) и с вращательным движением рабочего органа (рис. 6, ж, з, и).
У отсекателей с возвратно-поступательным движением рабочего органа он может быть представлен в виде штифта, толкателя или ползуна. Принцип работы таких конструкций в том, что во время отсечки рабочий орган продвигает изделие в лотке на шаг и во время этого действия продвижение изделий в транспортном канале перекрывается.
У отсекателей с возвратно-вращательным движением рабочего органа он может быть представлен в виде штателя, нескольких штифтов или ползуном со сложным движением.
Принцип работы схож с принципом работы отсекателей с возвратно-поступательным движением рабочего органа. Отсекатели данного типа показывают достаточно высокие показатели производительности. У отсекателей с вращательным движением рабочий орган представлен в виде кулачков, звездочек и шнека. Отличительной особенностью данных отсекателей является то, что при повороте рабочий орган отсекает сразу несколько изделий, благодаря чему обеспечивается плавность работы и высокая производительность.
а - с возвратно-поступательным движением рабочего органа; б - с возвратно-вращательным движением рабочего органа; в - с вращательным движением рабочего органа
Устройства, которые обеспечивают выдачу изделий с конвейера, называются перегружателями. Перегружатели устанавливают обычно сбоку конвейера или над опорой грузоне-сущей поверхности. Они могут быть оснащены поворотной направляющей (рис. 7, а), толкателем (рис. 7, б) или пневмосбрасывателем (рис. 7, в).
\ К— ""Л
^ © (?) 1 © ©
0 © ' © © © © © ©
1
а б в
Рис. 7. Схема конструкций перегружателей: а - с направляющей: 1 - транспортер; 2 - поворотная направляющая; б - с толкателем: 1 - транспортер; 2 - толкатель; в - с пневмосбрасывателем: 1 - транспортер; 2 - сопло
Устройства, которые осуществляют преобразование изделий в заданное положение или меняющие положение называют ориентаторами (рис. 8). Различают системы активного и пассивного ориентирования изделий, неправильно расположенные изделия при активном ориентировании после контроля переводятся в требуемое положение, а при пассивном ориентировании неориентированные изделия отправляются обратно на переориентирование.
Существует непрерывное ориентирование, при котором изделие в процессе ориентирования перемещается непрерывно и дискретное ориентирование, при котором для контроля положения изделие останавливается. Ориентирование изделие может осуществляться с помощью неподвижных и подвижных ориентирующих элементов. Если ориентирование осуществляется в процессе транспортирования с помощью неподвижных элементов, то такое ориентирование называют статистическое, если же ориентирующие элементы оказывают силовое или колебательное воздействие на изделия, то такое ориентирование называют динамическим.
При пассивном статистическом ориентировании (рис. 8, а) в конструкциях дорожка обычно имеет вырезы, отверстия или пороги, поэтому изделие может проходить только в одном ориентированном положении. При пассивном динамическом ориентировании (рис. 8, б) в
конструкциях смонтированы специальные толкатели, щетки или ролики, которые осуществляют ориентирование изделий в потоке. При активном статистическом ориентировании (рис. 8, в) изделия ориентируются с помощью криволинейных и прямолинейных направляющих. При активном динамическом ориентировании (рис. 8, г) изделия ориентируются с помощью вибрационных и колебательных конвейеров.
б
г
Рис. 8. Схемы конструкций ориентаторов с пассивным статистическим (а), динамическим (б) и активным статистическим (в), динамическим (г) ориентированием
Для того чтобы поток изделий с транспортера подать на последующие технологические операции в машины и линии используют системы автоматической загрузки (САЗ). Применение надежных систем автоматической загрузки позволяет повысить производительность и качество продукции [1-3]. Основным элементом стационарных САЗ является вибрационное или механическое бункерное загрузочное устройство (БЗУ). Работа БЗУ основывается на вероятностном принципе захвата деталей. Наибольшее распространение получили механические дисковые БЗУ, имеющие вращающийся диск с захватывающими органами. Механические дисковые БЗУ нашли широкое применение для загрузки изделий с различными геометрическими и физико-механическими параметрами [4-14].
Изделия по форме можно разделить на 3 основные группы по соотношению габаритных размеров: стержневые, равноразмерные или близкими к равноразмерным, пластинчатые.
Изделия, относящиеся к первой группе, ориентируются в конструкциях БЗУ с тангенциальными гнездами [7], с зубьями [6, 8, 12] и с радиальными гнездами [9, 11, 13-15] (рис. 9).
В БЗУ с тангенциальными гнездами, с зубьями и с радиальными гнездами совмещена функция захвата и ориентирования.
Принцип работы БЗУ с тангенциальными гнездами (рис. 9, а) для деталей с явной и неявной асимметрией основан на пассивном способе ориентирования. При вращении диска, детали западают в гнезда асимметричным торцом в правильном положении, а неориентированные детали проходят через гребенку, западают цилиндрическим торцом во впадины и под действием силы тяжести сбрасываются обратно в бункер.
Принцип работы БЗУ с зубьями для деталей с явной асимметрией основан на способе пассивного ориентирования с использованием копира для удаления деталей из гнезд диска. Для деталей с неявной асимметрией используют способ пассивного ориентирования с кольцевым ориентатором (рис. 9, б).Принцип работы БЗУ с радиальными гнездами для асимметричных деталей основан на принципе активного ориентирования с использованием копира для переориентирования, находящегося в верхней части бункера. При ориентировании деталей с неявной асимметрией такое ориентирование невозможно, поэтому для таких деталей используют пассивное ориентирование (рис. 9, в).
а б в
Рис. 9. Схемы конструкций БЗУ: а - с тангенциальными гнездами: 1 - гребенка; 2 - вращающийся диск; 3 - неподвижное основание; 4 - фаска; 5 - наклон; б - с зубьями: 1 - кольцевой ориентатор, 2 - вращающийся диск; 3 - неподвижное основание; 4 - паз кольцевого ориентатора; 5 - зубья; в - с радиальными гнездами: 1 - кольцевой ориентатор; 2 - вращающийся диск; 3 - неподвижное основание; 4 - паз кольцевого ориентатора; 5 - радиальное гнездо
Для изделий второй группы применяют конструкции БЗУ следующих типов: с ориентированием выступами, с крючками, с наклонными дисками и захватывающим органом в виде карманов, которые могут быть образованы как самим диском, так и расположенными по его периферии вращающимися роликами [10, 16]. Данные типы БЗУ отличаются различными захватывающими органами (рис. 10).
3 . №
'"й
I А
а б в г
Рис. 10. Схемы конструкций БЗУ: а - с роликами: 1 - карман; 2 - ролики; 3 - диск; 4 - детали; б - с крючками: 1 - барабан; 2 - крючки; 3 - щетка; в - с выступами: 1 - диск; 2 - выступы; г - с наклонным диском и карманами: 1 - карман
Принцип работы вертикального БЗУ с роликами (рис. 10, а) для деталей с явной и неявной асимметрией основан на способе пассивного ориентирования. В данной конструкции надежность работы и высокая производительность получена за счет разделения функций захвата и ориентирования.
Принцип работы БЗУ с крючками (рис. 10, б) для деталей с явной и неявной асимметрией основан на активном ориентировании. Ориентирование деталей осуществляется крючками, которые расположены по поверхности вращающегося барабана.
Принцип работы БЗУ с ориентированием выступами (рис. 10, в) для деталей с явной и неявной асимметрией основан на способе пассивного ориентирования. Ориентирование осуществляется по двум видам: по задней стенке барабана и по окружности диска. В первом случае поверхность барабана имеет форм диска с зубьями при помощи, которых захватывается изделие. Во втором случае по окружности вращающегося диска находятся конусообразные выступы, которые ориентируют изделие, а неправильно ориентированные сбрасываются обратно в бункер.
Принцип работы БЗУ с наклонными дисками и захватывающим органом в виде карманов (рис. 10, г) для деталей с явной асимметрией основан на пассивном способе ориентирования. Рабочий диск имеет вырезы, в которые западает изделие и удерживается зубцами. Диск вращается и правильно ориентированное изделие попадает в лоток, а неправильно расположенное изделие вновь попадает в бункер. На диске расположены специальные лопасти для ворошения изделий в бункере. Для деталей с неявной асимметрией также используют пассивный способ ориентирования.
Для изделий 3 группы применяют БЗУ следующих типов: дисковые, барабанно-дисковые, дисковые с пневмоориентированием. Принцип работы дисковых БЗУ основан на пассивном способе ориентирования и состоит в том, что главным рабочим органом является диск, по поверхности которого движутся изделия. Попадая в канавку, изделие подводится диском и западает в отверстие. Неправильно ориентированные изделия в канавке также удаляются диском. В барабанно-дисковом БЗУ рабочим органом считается барабан и диск. Принцип работы основан на активном способе ориентирования и состоит в том, что западая в щель, при помощи барабана с лопастями и диска пробки разводятся на два потока в одинаковом положении. Принцип работы БЗУ с пневмоориентированием основан на пассивном способе ориентирования, рабочий орган в виде диска имеет отверстия, через которые засасывается воздух так, что изделия притягиваются в одном правильном положении к поверхности диска. Изделия в не требуемом положении под действием собственного веса падают в бункер.
Таким образом, в процессе анализа, приходим к выводу, что существуют различные системы манипулирования потоком изделий. Манипулирование штучных изделий заключается в обеспечении преобразования и транспортировании потока, путем выравнивания и перестраиванием штучных изделий в однородный поток, а также в снижении контакта человека со штучными изделиями, которые сделаны из различных материалов. Применение манипулирования необходимо для автоматизации технологических процессов, с целью повышения производительности и высокого качества изделий. При манипулировании потока необходимо максимально снизить трение между рабочей поверхностью и штучными изделиями, для этого применяют различные траектории движения изделий. Для этого необходимо построение математических моделей процессов, с помощью которых будет возможность оценить влияние геометрических параметров штучных деталей и скорость перемещения.
Рассмотренные системы позволяют повысить надежность и производительность любого производства.
Список литературы
1. Прейс В.В. Надежность роторных систем автоматической загрузки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 110 с.
2. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства в пищевой промышленности: под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 120 с.
3. Пантюхина Е.В. Комплексная автоматизация пищевой промышленности: учебник. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. 216 с.
4. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства в пищевой промышленности под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 168 с.
5. Системы автоматической загрузки штучных предметов обработки в технологические машины-автоматы / Н.А. Усенко, В.В. Прейс, Е.В. Давыдова, Е.С. Бочарова; под ред. проф. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 310 с.
6. Патент № 100942 РФ. Бункерное загрузочное устройство / В.В. Голубенко, Е.В. Давыдова, В.В. Прейс. Опубл. 10.01.2011. Бюл. № 1.
7. Патент № 158620. Бункерное загрузочное устройство для стержневых заготовок с цилиндрической формой одного из торцов и конической формой другого / Е.В. Давыдова, В.В. Прейс, Д.А. Провоторов, К.Н. Провоторова. Опубл. 20.01.2016. Бюл. № 2.
8. Патент № 159403 РФ. Бункерное загрузочное устройство/ Е.В. Давыдова, В.В. Прейс, А.В. Хачатурян. Опубл. 10.02.2016. Бюл. № 4.
9. Патент № 166425. Бункерное загрузочное устройство для стержневых тел вращения с ассиметричными торцами / Д.В. Бурцев, Е.В. Давыдова, В.В. Прейс. Опубл. 27.11.2015. Бюл. № 33.
10. Патент № 170000. Бункерное загрузочное устройство / Е.В. Давыдова, В.В. Прейс, А.В. Чурочкин. Опубл. 11.04.2017. Бюл. № 11.
11. Патент № 64977. Бункерное загрузочное устройство / В.В. Прейс, Е.В. Давыдова. Опубл. 27.07.2007. Бюл. № 21.
12. Патент № 106577 РФ. Бункерное загрузочное устройство/ В.В. Голубенко, Е.В. Давыдова, В.В. Прейс, Д.А. Провоторов. Опубл. 20.07.2011. Бюл. № 20.
13. Патент № 164711 РФ. Бункерное загрузочное устройство для заготовок с цилиндрической формы одного из торцов и конической формой другого/ Прейс В.В., Давыдова Е.В. Опубл. 10.09.2016. Бюл. № 25.
14. Патент № 2720017. Бункерное загрузочное устройство для цилиндрических заготовок с конической формой одной из концевых частей/ Прейс В.В., Пантюхина Е.В. Опубл. 23.04.2020. Бюл. № 46.
15. Пантюхина Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства для элементов патронов стрелкового оружия с неявной асимметрией// В сборнике: Инновационные технологии и технические средства специального назначения. Труды XII общероссийской научно-практической конференции. В 3-х томах. Сер. "Библиотека журнала "Военмех. Вестник БГТУ"" Санкт- Петербург, 2020. С. 79-85.
16. Дьякова Э.В. Способы ориентирования близких к равноразмерным деталей с асимметрией по торцам в механических бункерных загрузочных устройствах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 105-110.
Дьякова Элеонора Владимировна, аспирант, eleonora.borovkova@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SYSTEMS FOR AUTOMATIC MANIP ULATION OF UNIT PRODUCT FLOWS
IN MASS PRODUCTION
E.V. Diakova
The review of the known systems of automatic manipulation of flows of piece products in production, which allow to provide high-productive and high-quality production, is carried out.
Key words: streams, separators, adders, regulators, cut-offs, orientators, overloaders.
Diakova Eleonora Vladimirovna, postgraduate, eleonora.borovkova@yandex.ru, Russia, Tula, Tula state university
УДК 663.672
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ НА ДОЗИРОВАНИЕ ЖИДКОСТИ
С.П. Ледовский
В статье рассмотрены и проанализированы связи между параметрами конструкции устройства дозирующей машины для розлива жидкости и свойствами материала, влияющими на точность процесса дозирования, а также возможности для увеличения дозирующей способности при розливе жидкостей и сокращения загрязнения рабочей поверхности.
Ключевые слова: поверхностное натяжение, жидкость, система наполнения, вязкость, плотность, дозирование жидкостей.
Процесс поверхностного натяжения имеет большое значение в пищевой промышленности при широком использовании дозирующих устройств с закрепленным на его конце соплом, через которое жидкость попадает в форму.
514
