CC BY
5
7. Общее описание Диаграммы Исикавы. [Электронный ресурс] URL: https://m.wikipedia.org/wiki/JmipaMMa Исикавы (дата обращения: 10.05.2022).
8. Общее описание Закона Парето. [Электронный ресурс] URL: https://m.wikipedia.org/wiki/Закон Парето (дата обращения: 10.05.2022).
9. Общее описание Кривой Парето. [Электронный ресурс] URL: https://m.wikipedia.org/wiki/Кривая Парето (дата обращения: 10.05.2022).
Китанина Татьяна Игоревна, магистрант, tanyakitanina35@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
OPTIMIZATION OF THE RESULTS OF GENERAL MORPHOLOGICAL ANALYSIS (GMA) USING ISHIKA WA AND PARETO DIAGRAMS WHEN CREATING NEW TECHNICAL SOLUTIONS
T.I. Kitanina
The paper presents a method for optimizing the results of the General morphological analysis used to create new technical solutions (in invention) using logical and analytical Ishikawa diagrams and experimental empirical Pareto diagrams, which are used as tools for Total Quality Management.
Key words: invention, new technical solutions, general morphological analysis, total quality management, Ishikawa diagram, Pareto law and curve.
Kitanina Tatiana Igorevna, master, tanyakitanina35@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-596-601
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОКРУЖНЫХ СКОРОСТЕЙ ДИСКА В КАРМАНЧИКОВЫХ БУНКЕРНЫХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВАХ
Э.В. Дьякова
Рассматриваются концепции проектирования бункерного загрузочного устройства, а также приводится построение моделей окружной скорости захватных органов диска в зависимости от начальной скорости детали и движения деталей в плоскости.
Ключевые слова: бункерное загрузочное устройство, производительность, коэффициент выдачи, окружная скорость, начальная скорость.
В современном машиностроении существует огромное разнообразие штучных деталей, которые имеют различные размеры, физико-химические свойства и конфигурацию. Для создания условий бесперебойной работы всего технологического процесса существует необходимость в обеспечении надежной загрузки и ориентировании деталей в сборочные линии. Для этого используются бункерные загрузочные устройства (БЗУ), которые имеют различную классификацию и отличаются по способам ориентирования деталей [1].
При проектировании БЗУ необходимо создать надежную конструкцию, которая позволит обеспечить загрузку и ориентирование штучных деталей с высокой производительностью в автоматические линии для дальнейших манипуляций и бесперебойной работы.
На одном из этапов проектировании БЗУ осуществляется оценка и построение математических моделей производительности и коэффициента выдачи, так как при захвате деталей работа любого БЗУ основывается на вероятностном подходе. В работах [2-6] авторами был представлен новый подход моделирования коэффициента выдачи, который основывается на его аналитическом описании в виде
П = Птах(1 "^4), (1)
где ^тах - максимальная величина коэффициента выдачи; и - окружная скорость диска с захватывающими органами БЗУ, м/с; 8 - постоянный коэффициент, определяемый по выражению
1
s = ■
(2)
и 4 max
где итах - максимальная окружная скорость захватывающих органов БЗУ, при которой не возможен захват детали, ее ориентирование или выдача, м/с.
При определении и построении зависимостей итах от параметров детали и захватывающих
органов БЗУ в большинстве случаев начальная скорость не учитывалась, принималась равной нулю. Проанализируем и проведем оценку влияния начальной скорости детали на максимальную окружную скорость захватывающих органов БЗУ.
Построение моделей окружной скорости рассмотрим на примере двух случаев западания деталей (табл.). В первом случае представим, что деталь в форме призмы с плоским дном, под действием силы тяжести скользит к карману по наклонной плоскости диска под определенным углом, имея при этом определенную начальную скорость.
Таблица 1
Выражения для определения скорости итах для разных видов
Схемы западания
а т
е д
п и
н
к с е
ат
и
При
к с е
н и л и
Выражения для определения
при ид >0, а д = 45
О
а/ г'
м
°0 2
°0 + Лк£ х 4 2
х фпад - цcosад)
при и0 >0, а д = 90
I ах А/
2
и0 + 1°0 + Ак£
4
при и0 =0, а д = 45е
итах
Я(8тад - ц008ад)
2Ак
при и0>0
А/ + 0,5<
Ак
2
4 2
О> . ис + Я Ак
при и0=0
=(А/ + ^
о
+
О
тах
о
и
2
и
тах
2
О
В таблице приведены следующие обозначения: А/ - величина, при которой деталь успеет войти в карман, м; Ак - глубина кармана, на которую войдет деталь, м; О0 - начальная скорость детали, м/с; я - ускорение свободного падения, м/с2; ад - угол наклона диска; ц - коэффициент трения.
На рис. 1 представлены модели окружной скорости от начальной скорости для призматической детали с плоским дном. Модели были построены для следующих параметров Ак = 0,03 м; ад = 45°;
ц = 0,1; я = 9,8, м/с2, и0 = 0 - 0,1 м/с.
Анализ моделей показывает, при величине А/ = 0,02 м (рис. 1, а) окружная скорость итах изменяется от 0,05 до 0,073 м/с при начальной скорости детали ^ от 0 до 0,1 м/с; если деталь западает в вертикальной плоскости при а д = 90°, то итах изменяется от 0,065 до 0,085 м/с при начальной скорости детали ^ от 0 до 0,1 м/с; если начальной скорости детали ^ равна нулю, то окружная скорость будет равна 0,05 м/с.
При величине А/ = 0,01 м (рис. 1, б) окружная скорость Отах изменяется от 0,025 до 0,033 м/с при начальной скорости детали О0 от 0 до 0,1 м/с; если деталь западает в вертикальной плоскости при ад = 90°, то итах изменяется от 0,032 до 0,042 м/с при начальной скорости детали О0 от 0 до 0,1 м/с; если начальной скорости детали О0 равна нулю, то окружная скорость будет равна 0,025 м/с.
0,02 0.04 0,06 0,08 о0,м/с """О 0,02 0,04 0,06 0.08 и0.м/с
а б
Рис. 1. Модели окружной скорости итах для призматической детали от начальной скорости
детали ид от 0 до 0,1 м/с при а д = 45° (1) и а д = 90° (2), а также от начальной скорости
детали ид =0м/с при а д = 45 ° (3) и длине кармана А/ = 0,02 (а), А/ = 0,01 (б)
Второй случай, когда деталь имеет цилиндрическую или сферическую форму и свободно падает под действием силы тяжести в вертикальной плоскости. Карман движется с постоянной окружной скоростью в той же плоскости, но в направлении, перпендикулярном скорости движения детали (см. табл.).
На рис. 2 представлены модели окружной скорости от начальной скорости для цилиндрических и сферических деталей. Модели были построены для следующих параметров АН = 0,03 м; ^ = 9,8,
м/с2; и0 = 0 - 0,3 м/с.
и™. М/с
0,28
0,23
0,24
0,22
0,08 и0.м/с
0,04 0,06 0,08 «о.м/с 0 0,02 0,04 0.06
а б
Рис. 2. Модели окружной скорости итах для цилиндрической детали от начальной скорости
детали ид от 0 до 0,1 м/с (1); от начальной скорости детали ид =0 м/с (2); и при величине А/ = 0,02 (а), А = 0,01 (б)
Анализ моделей показывает, при величине А/ = 0,02 м (рис. 2, а) окружная скорость итах изменяется от 0,22 до 0,29 м/с при начальной скорости детали и0 от 0 до 0,1 м/с; если начальная скорость детали и0 равна нулю, то окружная скорость будет равна 0,22 м/с.
При величине А/ = 0,01 м (рис. 1, б) окружная скорость итах изменяется от 0,19 до 0,23 м/с при начальной скорости детали и0 от 0 до 0,1 м/с; если начальная скорость детали и0 равна нулю, то
окружная скорость будет равна 0,19 м/с.
Проанализируем, как начальная скорость деталей влияет на коэффициент выдачи п БЗУ, методика построения его математических моделей с начальной скоростью равной нулю, подробно изложена в работах [6-11].
Построим и сравним математические модели коэффициента выдачи для призматических деталей с и без начальной скорости.
Максимальный коэффициент выдачи ^тах определяется произведением вероятностей
Птах = Рк ■ Р1 ■ Рс> (4)
которые в работе М.В. Медвидя [12] для призматических деталей принимают следующие значения
Pk = 0,875;pc = 1 -0,7 — при Q = 0,4 будет равна рс = 0,910; pi определяется по выражению
к
1
Pi = 2К
(
5 - 2arcsin-
Л
(5)
tgaд ,
где 8 - угол, проведенный из центра масс к торцам детали; ц - коэффициент трения между деталью и карманом.
Коэффициент 8 для деталей, имеющих начальную скорость, будет иметь вид
, (6)
1
s = -
(
At
Ah
00'(sin a д cos a д)
4
Постоянный коэффициент 8 для деталей с начальной скоростью равной нулю примет вид
1 , (7)
s = -
(
At
g (sin a д - ц cos a д) 2Ah
4
Тогда с учетом выражений (4-6) коэффициент выдачи п для деталей, движущихся с начальной скоростью, будет равен
(
ц = 0,126
5 - 2arcsin-
f
\
tga
д У
х (1 - (-
V)
(8)
At
Ah
Y + + Ahg'(sin a д cos a д)
а для деталей, движущихся с начальной скоростью равной нулю с учетом выражений (4), (5), (7) будет равен
(
ц = 0,126
5 - 2arcsin-
f
\
tga
(1 - (-
1
д У
g (sin a д - ц cos a д)
V)
(9)
At,
2Ah
Построим математические модели коэффициента выдачи п от окружной скорости и при различной начальной скорости детали (рис. 3).
х
1
og.WC
0SS ' ода
Рис. 3. Визуализация коэффициента выдачи при различной окружной скорости захватывающих органов и начальной скорости движения 0 (1) и 0,1 м/с (2) для призматической детали
Анализ коэффициентов выдачи показал, что при окружной скорости О от 0,01 до 0,04 м/с коэффициент выдачи для деталей, имеющих начальную скорость О0 больше, чем для деталей без начальной скорости. Однако, учитывая, что производительность БЗУ достигает своих максимальных значений при окружной скорости примерно равной 0,4...0,5 ОтаХ , можно по графикам заметить, что при малых скоростях движения детали в указанном диапазоне окружной скорости графики (1) и (2) практически
599
совпадают. Поэтому при моделировании производительности БЗУ, в которых нет интенсивных способов подготовки деталей к захвату с использованием внешних сил, начальную скорость движения детали можно не учитывать.
Список литературы
1. 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.
2. Пантюхина Е.В. Методология комплексного подхода для оценки производительности механических дисковых бункерных загрузочных устройств // Материалы IV Международной научно-технической конференции. Научный редактор П.Д. Балакин. 2020. С. 380-388.
3. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель и методика расчета производительности вертикального бункерного загрузочного устройства // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2010. № 9. С. 27-31.
4. Pantyukhina E.V., Preis V.V., Khachaturian A.V. Feed rate evaluation of mechanical toothed hopper-feeding device with ring orientator for parts, asymmetric at the ends // Journal of Physics: Conference Series. Mechanical Science and Technology Update. 2019. P. 032032.
5. Pantyukhina E.V. Integrated approach methodology for evaluating the feed rate of mechanical disk hopper-feeding devices // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1546. P. 012024. DOI: 10.1088/1742-6596/1546/1/012024.
6. Пантюхина Е.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности бункерного загрузочного устройства с тангенциальными карманами и гребенкой // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2021 № 8 С. 372-378.
7. Дьякова Э.В. Сравнительный анализ производительности бункерных загрузочных устройств с профильными карманами и вращающимися роликами // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 10. С. 450-455.
8. Дьякова Э.В. Результаты моделирования производительности бункерного загрузочного устройства с роликами для полуфабрикатов изделий // Промышленная революция 4.0: взгляд молодежи. Тезисы докладов II Межрегиональной научной конференции (5-6 ноября 2020 г.). Тула: Изд-во ТулГУ, 2020. С. 17-18.
9. Пантюхина Е.В., Прейс В.В., Пузиков И.В., Дьякова Э.В. Результаты теоретического и экспериментального исследования вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для плоских и близких к равноразмерным деталям с неявной асимметрией // Проблемы машиноведения. Материалы V Международной научно-технической конференции. Омск, 2021. С. 377-386.
10. Pantyukhina E.V., Preis V.V., Puzikov I.V., Dyakova E.V. Results of a theoretical and experimental research of a vertical hopper feeding device with rollers for flat and close-to-equal-sized parts with implicit asymmetry // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conference Series. 2021 1901. 2021. P. 012017. DOI: 10.1088/1742-6596/1901/1/012017.
11. Дьякова Э.В., Пантюхина Е.В. Оценка благоприятных для захвата положений полуфабрикатов двухстороннего выдавливания при их автоматической загрузке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 579-585.
12. Медвидь М.В. Автоматические ориентирующие загрузочные устройства. М.: МАШГИЗ 1963. 299 с.
Дьякова Элеонора Владимировна, аспирант, eleonora.borovkova@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPARATIVE ANALYSIS OF CIRCUMFERENTIAL DISK SPEEDS IN POCKET THE HOPPER- FEEDER DEVICES
E.V. Diakova
The concepts of designing a hopper-feeder device are considered, as well as the construction of models of the circumferential velocity of the gripping organs of the disk, depending on the initial velocity of the part and the movement of the parts in the plane.
Key words: hopper-feeder device, feed rate, output coefficient, circumferential speed, initial speed.
Diakova Eleonora Vladimirovna, postgraduate, eleonora.borovkova@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
