Сравнительный анализ производительности бункерных загрузочных устройств для сувенирной ПЭТ-тары с явной асимметрией Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Simulating the behavior of the pipeline valve spindle water hammer when the axial load exceeds the critical Euler force. Developing etsya quasi-static approach, which allows to take into account uneven distribution of load on the spindle length, to determine the true form of loss of stability and races, consider the geometric parameters of the spindle to ensure the preservation of the longitudinal-term stability in its impact loading.

Key words: spindle, pipeline valve, water hammer, pro-longitudinal stability.

Lopa Igor Vasilevich, doctor of technical science, professor, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Efimova Anna Igorevna, candidate of technical science, pmdm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Zukaev Artem Ivanovich, postgradute, pmdm@,tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.9; 663.255

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУНКЕРНЫХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СУВЕНИРНОЙ ПЭТ-ТАРЫ С ЯВНОЙ АСИММЕТРИЕЙ

Е.В. Давыдова, О.В. Пантюхин

Рассматриваются математические модели производительности механических дисковых бункерных загрузочных устройств с радиальными профильными гнездами и с тангенциальными гнездами для сувенирной ПЭТ-тары с явно выраженной асимметрией и различными геометрическими и физико-механическими параметрами, выбирается наиболее производительная конструкция.

Ключевые слова: бункерное загрузочное устройство, сувенирная ПЭТ-тара, автоматическая загрузка.

Сувенирная ПЭТ-тара должна подаваться к линии розлива в упорядоченном положении, с заданным темпом и требуемой производительностью. Ручная подача такой тары к разливочным машинам может обеспечить лишь загрузку 30...40 шт./мин при требуемой производительности отечественных машин и линий от 50 до 200 шт./мин и производительности зарубежных линий - 1200 шт./мин [1]. Поэтому одной из наиболее сложных задач по автоматизации является автоматизация загрузки сувенирной ПЭТ-тары к линиям розлива.

Поставленная задача решается системами автоматической загрузки (САЗ), основным элементом которых является бункерное загрузочное устройство (БЗУ), обеспечивающее автоматическое извлечение из «навала» (захват), приведение в упорядоченное положение (ориентирование) и выдачу в приёмник сувенирной ПЭТ-тары [2]. Создание и проектирование САЗ сувенирной ПЭТ-тары обеспечит не только выполнение указанных задач, но и повышение производительности линий и качества продукции.

Анализ различных конструкций БЗУ, показал, что для сувенирной ПЭТ-тары [3] с явно выраженной асимметрией по торцам, можно использовать как механические дисковые БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором [4] и зубчатое БЗУ с кольцевым ориентатором [5], так и БЗУ с радиальными профильными гнездами и БЗУ с тангенциальными гнездами [2].

В работах [6, 7] построены аналитические модели производительности указанных конструкций для предметов обработки формы тел вращения, один из торцов которых выполнен коническим. В соответствие с предложенной методикой построим аналитические модели производительности БЗУ с радиальными профильными гнездами и БЗУ с тангенциальными гнездами и выявим, какое из них более производительно при загрузке сувенирной ПЭТ-тары с различными геометрическими и физико-механическими параметрами.

Производительность дисковых БЗУ в соответствие с комплексным подходом [6, 7, 8, 9] определяется выражением

Пбзу = 60 у лшах1 - аеи 41 (1)

где и - окружная скорость вращающегося диска БЗУ по оси гнёзд; г - шаг захватывающих органов; Лшах - наибольшая величина коэффициента выдачи, соответствующая малым скоростям захватывающих органов; ае -

коэффициент, учитывающий конструктивные особенности БЗУ (в работах В.Ф. Прейса используется коэффициент е, который в соответствие с комплексным подходом определяется, как е = Лшах ае). Шаг захватывающих органов БЗУ с радиальными гнездами:

г = й1 + Аг + 5п, (2)

где - диаметр дна бутылки; Аг - зазор по шагу (принимают в диапазоне 0,05^1 £ Аг £ 0,15^1); 8п - толщина перемычек или зубьев; с тангенциальными гнездами:

г = I + Аг + 5п, (3)

где I - длина бутылки.

Аналитическое описание наибольшей величины коэффициента выдачи БЗУ Лтах> соответствующей малым окружным скоростям захватывающих органов, получаем из выражения:

Л шах _ Ргр Рс •

(4)

где Ргр = ркр!

вероятность нахождения загружаемого предмета на пути

захватывающего органа в положении, благоприятном для захвата; р^ - вероятность того, что загружаемый предмет после падения окажется на поверхности вращающегося диска образующей цилиндрической поверхности; р] - вероятность поворота загружаемого предмета асимметричным торцом к захватывающему органу; рс - вероятность того, что захвату не помешает взаимосцепляемость загружаемых предметов.

Вероятность р^ для сувенирной ПЭТ-тары определим по выражению:

Рк

1-х*

+ ^2+4 (/-*с)2'

(5)

где хс - расстояние координаты центра масс сувенирной ПЭТ-бутылки от его цилиндрического основания; - диаметр горлышка бутылки.

Так как толщина слоя ПЭТ-бутылок на различных участках линии стыка различна, поэтому вероятности одного и того же положения будут иметь вдоль линии стыка различные значения. В связи с этим пользуются предельными значениями вероятностей р/ и соответственно , которые

будут равны:

для БЗУ с радиальными профильными гнездами:

Ргр =Рк~ ^тах п

¡л — х

агссоБ-

ц.м.

- агс81П-

1В«бун

(6)

^шш к

агс51п

агс1§-

(7)

для БЗУ с тангенциальными гнездами:

/ г

хц.м.

Piü ~ Рк~

^тах к

180° - arceos

^хцм2+0,25 di

- arceos

_h яц.м._

- 2 aresin -

И

tga

дис

(В)

Pin . =Pk~ ^ 1)1111 к

В dx

arcsin—^ - arctg—

Ww h

(9)

где 1\ - длина нижней части сувенирной ПЭТ-тары; ц - коэффициент трения скольжения ПЭТ-тары о поверхности БЗУ; 0Сбун - угол наклона дна бункера БЗУ к горизонту; \ - длина гнезда БЗУ с радиальными профильными гнездами; В - ширина гнезда БЗУ с тангенциальными гнездами.

Тогда, для определения р^ получим выражение:

Ля=1-о-л„ га-Pip.)

У .rmax гтш

к

(10)

где т - показатель, зависящий от длины отрезка линии стыка, свободного от ПЭТ-бутылок (т = 1...3); к - количество ПЭТ-бутылок, которые могут одновременно вместиться в зоне захвата.

описание величины к, учитывающее угол фз, характеризующий зону захвата сувенирной ПЭТ-тары и на протяжении которого возможно запада-

ние ПЭТ-бутылки в гнездо возможно по выражению к -

180 d

, где R

1

радиус диска по оси захватывающих органов. Графики зависимости угла Фз от коэффициента трения \х при различных углах анаклона бункера

в указанном диапазоне и соотношениях //¿^ предметов обработки показаны в работе [10].

Величина г может быть также определена как

'шах ;miii

71(Я-с/1)

где гтах = —-— - для БЗУ с тангенциальными гнездами; гтах

dy

(П)

n(R-l) l

2 R

для БЗУ с радиальными профильными гнездами; гтт = —; Я - радиус

/

диска БЗУ по оси захватывающих органов.

253

Вероятность рс для сувенирной ПЭТ-тары с неявно выраженной асимметрией по торцам, внешняя поверхность которых приближается к цилиндрической, определим по известной зависимости.

0,9 +1,4—

^агйапц.-А (12)

71 1 + 2—

Выражения, определяющие предельное значение окружной скорости захватных органов, при которой происходит выбрасывание ПЭТ-бутылки из гнезда,

для БЗУ с радиальными профильными гнездами:

W = pig + 0Ag(hp + 2At)- 0^5^-4(^-2^ f , (13)

где hp - высота радиального паза;

для БЗУ с тангенциальными гнездами, глубина гнезда которого равна половине диаметра:

--Л _

^тах

г

d

_025 _%м1

1

d

1

у

М (14)

хц.м.ч I, 0,25 i/j

1 + 0,5(1-^)-!

/ 7 V /2

Аналитическое выражение коэффициента г определяем по выражению

Подставив выражения (2) - (15) в выражение (1) в зависимости от типа БЗУ получим математические модели производительности механических дисковых БЗУ с радиальными профильными гнездами и БЗУ с тангенциальными гнездами для сувенирной ПЭТ-тары с явно выраженной асимметрией по торцам.

На рис. представлены сравнительные графики зависимости коэффициента выдачи и производительности рассмотренных БЗУ с радиальными профильными гнездами и БЗУ с тангенциальными гнездами для сувенирной ПЭТ-тары с параметрами

d\ — 0,035 м; d2= 0,02 м; / = 0,120 м; xc=^;R = 5I; А/ = 0Д25 ^;

а = 45°; 1л/1 = 0,7.

254

Л

0,4 0,2

0

Сравнительные графики зависимости коэффициента выдачи и производительности от окружной скорости захватывающих органов бункерных загрузочных устройств с тангенциальными гнездами (1) и с радиальными профильными гнездами (2) для сувенирной ПЭТ-тары с явной асимметрией

Анализируя графики, приходим к выводу, что при 1\ / / = 0,7 максимальная производительность БЗУ с радиальными профильными гнездами 60 шт./мин ниже значения производительности БЗУ с тангенциальными гнездами - 120 шт./мин. Поэтому для сувенирной ПЭТ-тары с явной асимметрией целесообразно использование БЗУ с тангенциальными гнездами.

Как показали исследования, проведенные в работе [11], для сувенирной ПЭТ-тары с неявно выраженной асимметрией при загрузке БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором производительность может достигать 180 шт./мин, что значительно превышает производительность БЗУ с тангенциальными гнездами. В работе [10] было отмечено, что загрузке БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором может быть использовано для предметов обработки как с неявно выраженной асимметрией по торцам, так и с явно выраженной.

Поэтому автоматическая загрузка сувенирной ПЭТ-тары с явной асимметрией в роторные машины и линии розлива БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором является более рациональной, так как в данном случае обеспечивается более высокую производительность.

Список литературы

1. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Автоматизация загрузки укупорочных элементов в автоматические роторные машины для розлива жидких пищевых продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 91-102.

255

Пбзу, шт./мин

100

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. Давыдова Е.В., Пестунова М.С., Чекмасова И.И. Системы автоматической загрузки сувенирной ПЭТ-тары в линии розлива // Материалы XXIII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в современной науке и пути их решения» в г. Москва 26-27 февраля 2016 года / Ежемесячный научный журнал «Евразийский союз ученых (ЕСУ)». № 2(23)/2016. Часть 4. С. 44-47.

4. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Бункерное загрузочное устройство для деталей с неявно выраженной асимметрией торцов // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2007. № 9. С. 57-65.

5. Голубенко В.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Совершенствование зубчатого бункерного загрузочного устройства для предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 2. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. С. 27-34.

6. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности бункерного загрузочного устройства с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2009. № 11. С. 23-30.

7. Голубенко В.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 6. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 104-113.

8. Бурцев Д.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности дискового бункерного загрузочного устройства с радиальными профильными гнездами / Журнал «Сборка в машиностроении, приборостроении» М.: Машиностроение, 2014. №9. С. 33-36.

9. Давыдова Е.В., Прейс В.В., Провоторова К.Н. Математическая модель производительности дискового бункерного загрузочного устройства с тангенциальными профильными гнездами / Журнал «Сборка в машиностроении, приборостроении» М.: Машиностроение, 2014. №10. С. 7-10.

10. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Автоматическая загрузка стрежневых штучных изделий с неявно выраженной асимметрией по торцам / под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 112 с.

11. Давыдова Е.В., Пантюхин О.В. Аналитические модели производительности бункерных загрузочных устройств для сувенирной ПЭТ-тары с неявно выраженной асимметрией // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 7. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. С. 274-281.

Давыдова Елена Викторовна, канд. техн. наук, доц., elen-davidovaamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Пантюхин Олег Викторович, канд. техн. наук, доц., директор издательства, olegpantyukhin@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

COMPARA TIVE ANALYSIS OF PERFORMANCE HOPPER SOUVENIR FOR PET CONTAINERS WITH PRONOUNCED ASYMMETRY

E. V. Davidova, O. V. Pantyukhin

Mathematical models of the performance of mechanical disk hopper with radial slots and profile with tangential slots souvenir PET containers with a pronounced asymmetry and various geometrical and physical-mechanical parameters, selected the most productive structure.

Key words: feed hopper, souvenir PET packaging, automatic feeding.

Davidova Elena Viktorovnа, candidate of technical science, docent, elen-davidova@,mail. ru, Russia, Tula, Tula state university,

Pantyukhin Oleg Viktorovich, candidate of technical science, docent, publishing director, olegpantyukhin@,mail. ru, Russia, Tula, Tula state university

УДК 539.4; 621.646

ПОТЕРЯ ПРОДОЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ШПИНДЕЛЕМ ЗАДВИЖКИ ТРУБОПРОВОДА ПРИ ГИДРАВЛИЧЕСКОМ УДАРЕ

И.В. Лопа, А.И. Ефимова, А.И. Жукаев

Моделируется поведение шпинделя затвора трубопровода при гидравлическом ударе, когда осевая нагрузка превышает критическую силу по Эйлеру. Разрабатывается квазистатический подход, позволяющий учесть неравномерность распределения нагрузки по длине шпинделя, определить истинную форму потери устойчивости и рассчитать геометрические параметры шпинделя, обеспечивающие сохранение продольной устойчивости при его ударном нагружении.

Ключевые слова: шпиндель, затвор трубопровода, гидравлический удар, продольная устойчивость.

Одним из важнейших видов расчетов шпинделей затворов трубопроводов является их расчет на продольную устойчивость. Описание геометрической формы изогнутой оси после потери устойчивости стандартной функцией Эйлера справедливо только при равномерном распределении сжимающего напряжения по длине шпинделя. Однако, при ударной нагрузке при гидравлическом ударе [1], распределение напряжения

257