CC BY
6
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ
УДК 621.9; 663.255
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУНКЕРНЫХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ С ПРОФИЛЬНЫМИ КАРМАНАМИ И ВРАЩАЮЩИМИСЯ РОЛИКАМИ
Э.В. Дьякова
Рассматриваются математические модели производительности механических дисковых бункерных загрузочных устройств с профильными карманами и вращающимися роликами для элемента патронно-стрелкового оборудования, и выбирается наиболее производительная конструкция БЗУ.
Ключевые слова: бункерное загрузочное устройство, автоматическая загрузка, система автоматической загрузки.
В настоящее время в массовых производствах тонкостенных цилиндрических изделий необходимо применение эффективных технологических процессов, обеспечивающих требуемые механические свойства и качество изготавливаемых изделий. Одним из таких технологических процессов является процесс с ключевой операцией двухстороннего полугорячего выдавливания [1]. В результате такой операции из прутка получают полуфабрикат изделия (рис. 1), впоследствии подвергаемый вытяжке с утонением и другим формоизменяющим операциям. Поскольку выполнение последующих операций (вытяжки, штамповки) технологического процесса изготовления тонкостенных цилиндрических изделий осуществляется на высокопроизводительных роторных линиях, то актуальной задачей является их надежная автоматическая загрузка в роторные линии с требуемой производительностью.
Рис. 1. Деталь - полуфабрикат двустороннего полугорячего выдавливания с раздачей
Системы автоматической загрузки на базе механических дисковых бункерных загрузочных устройств (БЗУ) могут быть использованы для загрузки таких деталей. Анализ разнообразных конструкций таких БЗУ для деталей аналогичной формы показал, что
450
наиболее оптимальными являются вертикальные БЗУ с профильными карманами и БЗУ с вращающимися роликами [2]. Данные конструкции БЗУ представлены на рис. 2.
Рис. 2. Конструкции дисковых бункерных загрузочных устройств с профильными карманами (а) и роликами (б)
Принцип работы БЗУ с профильными карманами заключается в следующем. Детали 4 помещаются в бункер 3 и по его дну скользят к захватывающим органам, представленными карманами 2, которые находятся по периферии вращающегося диска 1. Запавшие в карманы детали при вращении диска попадают в приемник. Принцип работы БЗУ с роликами аналогичен конструкции БЗУ с профильными карманами. Детали 4 помещаются в бункер 5 и скользят к захватывающим органам, которые представлены в виде вращающихся роликов 2 [3].
Анализ данных конструкций показал, что универсальной является БЗУ с вращающимися роликами, так как размер кармана можно изменять за счет установки различных роликов. В БЗУ с профильными карманами изменение размера кармана невозможно.
Работа БЗУ основывается на вероятностном принципе захвата деталей движущимися вращающимися органами БЗУ. Для того чтобы оценить производительности БЗУ с роликами для рассматриваемых деталей необходимо воспользоваться комплексным подходом, изложенным в работах [4-18], в соответствии с которым производительность определяется по выражению
60u
ПБЗУ =— h,
где U - окружная скорость захватывающих органов БЗУ, м/с; t - шаг захватывающих органов, м; h - коэффициент выдачи, определяемый выражением h = hmax(1 _£u4), в котором e - скоростной коэффициент, а hmax - наибольшая его величина коэффициента выдачи, определяется по выражению hmax = Pip Pc и представляет собой произведение вероятностей Piр = PkPiPm (нахождения детали на пути кармана в положении,
0,2 %
(4М + 5йх )± д/(4М + 5йх )2 - 20(^1 + М )2
благоприятном для захвата); рк (того, что деталь после падения окажется на поверхности вращающегося диска образующей цилиндрической поверхности); Р1 (поворота детали торцом меньшего диаметра к карману); рт (отсутствия помех в осуществлении перехода) и Рс (того, что захвату не помешает взаимосцепляемость деталей).
Г 1 I4
Для вычисления коэффициента е была предложена зависимость е = - ,
у ипред у
в которой предельная скорость для рассматриваемых конструкций вертикальных БЗУ определяется по формуле ипред
В соответствии с этим подходом в работах [17, 18] были получены выражения для определения вероятностей математической модели производительности вертикальных БЗУ двух типов для деталей в форме колпачка и плоской ступенчатой детали, которые представлены в таблице.
В таблице представлены вероятности, в которых Хц м - расстояние от плоскости открытого торца до центра масс детали; Ц - коэффициент трения деталей о дно бункера БЗУ; а бун - угол наклона дна бункера вертикального БЗУ к горизонту, град.
Для оценки производительности каждой из рассмотренных конструкций используем данные выражения.
На рис.3 показаны сравнительные графики зависимости производительности и коэффициента выдачи вертикальных дисковых БЗУ с профильными гнездами и вращающимися роликами для детали с параметрами = 0,015 м; ¿2 = 0,011м; И = 0,012 м; И = 0,0025 м.
Выражения для определения вероятностей математической модели производительности
Обозначение
БЗУ с профильными карманами
Формула для определения
БЗУ с роликами
Р!
Р1 = (Рк1 + (1 - Рк1 — Рк2 )Р13 )Рт
Рк1
Рк1 = 2
2 1 +
( \2 0,5^ - г
V И — хц.м. )
Рк2 =
2 1 +
Г А \2 ¿1
2х ц.м. у
Ркх
^ц.м.
4хц.м. + ¿1
Рк2
1 2
И — х
ц.м.
л/4(и — Хц.м. )2 + й 2
Рк
1 я
Р1 = — arccos-
Г \2
Г 0,5й1 — г А
V И — хц.м. у
+ — arccos-я
Г+
1
11+ т
Г ¿1 ^
2Х V*- ц.м. у
--агтат-
_1йабун
1
Р1 =—arccos-3 я
1+
Г И ^ ¿1
2 х у*- ц.м.у
1 . т —arcsln-
Р 1§абун
1
1
2
1
1
+
1
1
2
Окончание таблицы
Обозначение Формула для определения
БЗУ с профильными карманами БЗУ с роликами
Pi Pi = (Pk1 + (1 - Pk1 - Pk2 )Pl3 )Pm
Pm 2 Pm = 1 + d1/ h • f h 1 arcsin — I d1 J Pm / d Л Hi J
Pc 0,9 +1,4 1 , arctan m di / h Pc =1 • 1 p 1 + 2 1 di / h
П
0,4 0,3 0.2 0,1
2
1 \
% \ \ % \ \ v\ \
v\
0,1
0,2
0,3
Пбзу.
шт./мин 200
150
100
50
0.4
U, м/с
Рис.3. Графики зависимости производительности и коэффициента выдачи вертикального БЗУ с профильными карманами (1) и с вращающимися роликами (2) от окружной скорости захватывающих органов для деталей
При анализе графиков делаем вывод, что максимальная производительность БЗУ с профильными карманами равна 175 шт./мин при скорости 0,33 м/c, а БЗУ с вращающимися роликами равна 200 шт./мин. при скорости 0,32 м/c (см. рис. 3). Коэффициент выдачи вертикального БЗУ с роликами значительно больше. Поэтому для загрузки полуфабрикатов двустороннего полугорячего выдавливания с раздачей предпочтительно использовать БЗУ с вращающимися роликами, так как данное БЗУ более производительно и легко переналаживается с одного типоразмера детали на другой.
Список литературы
1. Лялин В.М., Пантюхин О.В. Экспериментальное исследование двухстороннего полугорячего выдавливания из проволочных заготовок// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 7. Ч. 2. С. 246-251.
2. Пузиков И.В., Пантюхина Е.В. Автоматическая загрузка плоских и близких к равноразмерным асимметричных деталей в технологические машины и линии // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 10. 2012. С. 513-522.
3. Патент № 170000. Бункерное загрузочное устройство/ Е.В. Давыдова, В В. Прейс, А.В. Чурочкин. Опубл. 11.04.2017. Бюл. № 11.
4. 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.
453
5. 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. 2019. Vol. 1260. P. 032032. DOI: 10.1088/17426596/1260/3/032032.
6. Бурцев Д.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности дискового бункерного загрузочного устройства с радиальными профильными гнездами // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2014. №9. С. 33-36.
7. Голубенко В.В., Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ори-ентатором // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 6. Ч. 2. С. 104-113.
8. Давыдова Е.В., Дружинина А.В., Прейс В.В. Математическая модель производительности механического дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с параметрическими отказами // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2015. № 10. С. 11-15.
9. 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.
10. Давыдова Е.В., Прейс В.В., Провоторова К.Н. Математическая модель производительности дискового бункерного загрузочного устройства с тангенциальными профильными гнездами // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2014. №10. С. 710.
11. Пантюхина Е.В., Дружинина А.В., Прейс В.В. Математическая модель и оценка производительности механического зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором // Сб. труд. XXI междунар. научно-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века», 15-20 сентября 2014 г. в г. Севастополе. Донецк: МСМ, 2014. С. 62-65.
12. Хачатурян А.В., Пантюхина Е.В., Прейс В.В. Математическая модель фактической производительности зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором для пустотелых деталей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 7. С. 98-110.
13. Давыдова Е.В., Ганков Е.А. Определение вероятностных коэффициентов аналитической модели производительности щелевого бункерного загрузочного устройства для Т-образных пробок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 2. С. 266-273.
14. 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. 2016. Вып. 7. Ч. 2. С. 274-281.
15. Давыдова Е.В., Пантюхин О.В. Сравнительный анализ производительности бункерных загрузочных устройств для сувенирной ПЭТ-тары с явной асимметрией // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 9. С. 250-257.
16. Пузиков И.В., Пантюхина Е.В. Математическая модель производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для ступенчатых трехсо-ставных колпачков типа PUSH-PULL // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 9. С. 414-420.
17. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Аналитическая модель и методика расчёта производительности вертикального бункерного загрузочного устройства // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2010. №9. С. 27-31.
18. Давыдова Е.В., Прейс В.В., Чурочкин А.В. Математическая модель производительности вертикального бункерного загрузочного устройства для плоских асимметричных предметов обработки // Прогресивш технологи i системи машинобудування. 2016. № 3 (54). С. 36-40.
Дьякова Элеонора Владимировна, аспирант, eleonora. borovkova'a yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPARA TIVE ANALYSIS OF THE FEED RA TE OF HOPPER-FEEDER DEVICE WITH PROFILE POCKETS AND ROLA TING ROLLERS
E. V. Diakova
Mathematical models of the feed rate of mechanical disk hoPPer-feeder device with Profile Pockets and rotating rollers for the element of cartridge-shooting equiPment are considered, and the most Productive design of the hoPPer-feeder device is selected.
Keywords: hoPPer-feeder device, automatic feeding, automatic feeding system.
Diakova Eleonora Vladimirovna, Postgraduate, eleonora. borovkova@yandex. ru, Russia, Tula, Tula state university
УДК 621.798:664 (075.8)
АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЭКСТРУДЕРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ УПАКОВОЧНЫХ ПЛЕНОК
А.М. Рожков
В статье рассмотрены и проанализированы способы получения многослойных полимерных пленок для упаковочных производств, выявлены преимущества метода со-экструзии, проанализировано влияние на производительность экструдера кинематических и конструктивных параметров шнека и параметров производимых пленок.
Ключевые слова: многослойная упаковка, экструзия пленок, полимерные пленки.
К качеству пищевых продуктов предъявляются высокие требования, что обуславливает необходимость упаковывания всех производимых пищевой промышленностью изделий в тару из современных видов упаковочных материалов. Полимерные материалы в зависимости от их свойств широко применяются в упаковочной промышленности.
Технология получения упаковочного материал на полимерной основе в зависимости от количества слоев может реализоваться несколькими способами.
Одним из самых распространенных способов получения плёнки для упаковки является экструзия, которая широко применяется в упаковочных производствах для получения полимерных листов и плёнок и представляет собой литье под давлением в пресс-форму бесконечной длины. Этот метод осуществляется по двум технологиям, при первой из которых получают рукавные плёнки, а по второй - с помощью плоскощелевого метода однослойные или дублированные плёнки. Эти методы позволяют получить упаковочный материал, как с одним, так и с несколькими слоями.
Не менее распространенным способом получения многослойных плёнок наряду с первым является соэкструзия, которая основана на том, что расплав различных по природе полимеров из нескольких экструдеров, как правило, двух или трех, направляется в единую экструзионную головку, которая формует многослойный материал для упаковки [1].
