УДК 621.9
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-17-21
ТРЕХМЕРНЫЙ визуальныи анализ производительности ВЕРТИКАЛЬНОГО БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С РОЛИКАМИ ДЛЯ СТУПЕНЧАТЫХ ТРЕХСОСТАВНЫХ КОЛПАЧКОВ ТИПА PUSH-PULL
И.В. Пузиков
В статье рассматриваются конструкция вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для ступенчатых трехсоставных колпачков типа push-pull и трехмерный визуальный анализ производительности устройства в зависимости от его физических параметров и параметров колпачка.
Ключевые слова: автоматическая загрузка, бункерное загрузочное устройство, производительность, трехмерный визуальный анализ.
В пищевой промышленности для фасовки жидких пищевых продуктов широко применяют ПЭТ-тару различной формы и объема, для укупорки которой используют полимерные крышки и колпачки, в том числе трехсоставные типа push-pull (далее колпачок), позволяющие легко открывать и закрывать бутылку «одной рукой». Для розлива жидких продуктов ПЭТ-тару различной формы и объема с последующей ее укупоркой колпачками моноблоки и триблоки розлива производительностью от 7000-10000 и более бут./час. Автоматическая загрузка колпачков в такое оборудование обеспечивается системами автоматической загрузки, основным элементом которых является бункерное загрузочное устройство (БЗУ) [1].
Схема разработанной конструкции вертикального БЗУ с роликами показана на рис. 1. Усовершенствованное БЗУ содержит диск 3 с равномерно расположенными по его периферии свободно вращающимися профильными роликами 4, образующими захватывающие органы по наружному очертанию загружаемых в бункер 5 деталей. Диск располагается на валу 2, который получает вращение от мотора-редуктора 1 [2, 3].
Рис. 1. Схема усовершенствованного вертикального бункерного загрузочного устройства: 1 — мотор-редуктор; 2 — вал; 3 — диск; 4 — ролик;
5 — стенка бункера; 6 — профильный карман
Детали, которые засыпают в бункер устройства, скатываются по его стенкам к захватывающим органам. При движении детали большим торцом вперед происходит только ее частичное западание в карман (в отличие от движения меньшим по диаметру торцом). Такие детали по ходу дальнейшего вращения диска под действием силы тяжести выпадают обратно в бункер к общей массе деталей. В отличие от традиционной конструкции вертикального БЗУ в усовершенствованном БЗУ с роликами при загрузке деталей с высоким значением коэффициента трения значительно снижается вероятность заклинивания деталей в карманах устройства.
А
Кроме того, БЗУ является универсальным, так как появилась возможность для деталей близкого размерного ряда и различной конфигурации, не изготавливать новый вращающийся диск с оригинальными профильными карманами, а путем быстрых замены роликов добиться требуемого размера карманов [4].
Основной характеристикой любого БЗУ является его производительность, которая зависит от конструкции БЗУ и загружаемых им деталей. Известны математические модели производительности традиционного вертикального БЗУ и их визуализации для деталей в форме колпачка [5] и плоских деталей с асимметрией по торцам двух видов (с торцом по форме усеченного конуса и цилиндрическая ступенчатая деталь) [6, 2] с конкретными геометрическими параметрами показали возможность указанной конструкции обеспечивать высокую производительность.
Чтобы определить производительность усовершенствованного вертикального БЗУ с роликами для колпачков была разработана математическая модель, описывающая вероятностный процесс захвата деталей с неявной асимметрией в устройстве [7], которую можно представить в виде
П
БЗУ
60и
Н — х.
ц.м.
Л С +
У V
Н-х
ц.м.
^ц.м.
^4(Н-Хц.м.) + Л2 ) 4(н-Хц.м.) + а2 V4хц2м. +
arccos ■
1 +
2
о,5а1
V Н — хц.м. у
■ + arccos -
1+
= — arcsin ——
Л2 tga
2 х Vz• ц.м. у
arcsin
^ (
arctan
1 —
arctgд
0,9 +1,4 —
¿1
¿1
Л Г
х 1— 1 0,2 ^
у 1
(ш+5а1)+
+
.1
(4Д/ + 5а1 )2 —
— 20(а1 + д/)2
х
X
1
1
1
X
П
а
Н
X
л
где и - окружная скорость по оси карманов; Д/ - зазор по шагу; Хцм , ¿1, ¿2 и Н -
центр масс, диаметр дна, диаметр верха и высота колпачка; а - угол наклона бункера; коэффициент трения между захватывающими органами и колпачком.
Используя полученную математическую модель производительности БЗУ в программе Ма1НСАП, применяя методы компьютерного моделирования, были построены графики зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального БЗУ с роликами от окружной скорости захватывающих органов для трехсоставных колпачков с диаметром дна 28 мм и 38 мм [7].
Для более наглядного представления результатов построим трехмерные графики зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального БЗУ с роликами от окружной скорости вращения диска и коэффициенте трения для узких и широких ступенчатых колпачков с различной высотой при угле наклона бункера
абун = 30°.
На рис. 2 - 4 представлены графики зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального БЗУ с роликами от окружной скорости вращения диска и коэффициенте трения для узких ступенчатых колпачков высотой Н = 33,4 мм (рис. 2), Н = 37мм (рис. 3), Н = 41мм (рис. 4).
На рис. 5 - 7 представлены графики зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального БЗУ с роликами от окружной скорости вращения диска и коэффициенте трения для широких ступенчатых колпачков высотой Н = 33,4 мм (рис. 5), Н = 37мм (рис. 6), Н = 41мм (рис. 7).
Рис. 2. График зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами от окружной скорости вращения диска и коэффициенте трения для узких ступенчатых колпачков высотой Н = 33,4 мм
">1 и,О
Уокр м/с Уокр м/с
Рис. 3. График зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами от окружной скорости вращения диска и коэффициенте трения для узких ступенчатых колпачков высотой Н = 37мм
Уокр м/с Уокр м/с
Рис. 4. График зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами от окружной скорости вращения диска и коэффициенте трения для узких ступенчатых колпачков высотой Н = 41 мм
Графики показывают, что при загрузке узкого колпачка высотой 33,4 мм производительность и коэффициент выдачи БЗУ больше, чем при загрузке узкого колпачка высотой 41 мм, а при загрузке широкого колпачка возникает обратная ситуация. Максимальная производительность и коэффициент выдачи достигается при наименьшем коэффициенте трения ^ = 0,1 и при наибольшем угле наклона основания бункера вертикального БЗУ с роликами.
Рис. 5. График зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами от окружной скорости вращения диска и коэффициенте трения для широких ступенчатых колпачков высотой Н = 33,4мм
Рис. 6. График зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами от окружной скорости вращения диска и коэффициенте трения для широких ступенчатых колпачков высотой Н = 37мм
С помощью графиков можно определить, что максимальная производительность вертикального БЗУ с роликами при загрузке узкого колпачка высотой 33,4 мм достигается при окружной скорости вращения захватывающих органов и = 0,45 м/с и
составляет при угле наклона бункера а = 30° от 215 шт./мин при р = 0,3 до 245
шт./мин при р = 0,1.
Максимальная производительность вертикального БЗУ с роликами при загрузке широкого колпачка высотой 41 мм достигается при том же значении окружной скорости захватывающих органов и составляет от 230 шт./мин при р = 0,3 до 270 шт./мин
при р = 0,1.
' и.О "и
Уокр м/с Уокр м/с
Рис. 7. График зависимости коэффициента выдачи и производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами от окружной скорости вращения диска и коэффициенте трения для широких ступенчатых колпачков высотой Н = 41 мм
Таким образом, разработанная конструкция вертикального БЗУ с роликами обеспечивает надежную автоматическую загрузку составных трехсоставных колпачков типа push-pull в технологические машины и линии розлива напитков в ПЭТ тару с производительностью от 5000 до 15000 бут/час.
Список литературы
1. Пантюхина Е.В., Пузиков И.В. Теоретическое исследование производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для ступенчатых трехсоставных колпачков типа PUSH-PULL // Материалы международной научно-технической конференции за 2020 год. Под общ. ред. проф. С.Т. Антипова; Воронеж. гос. ун-т инж. технол. Воронеж: ВГУИТ, 2020. С. 65-68.
2. Результаты теоретического и экспериментального исследования вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для плоских и близких к равно-размерным деталям с неявной асимметрией / Пантюхина Е.В., Прейс В.В., Пузиков И.В., Дьякова Э.В.// В сборнике: Проблемы машиноведения. Материалы V Международной научно-технической конференции. Омск, 2021. С. 377-386.
3. Давыдова Е.В., Прейс В.В., Чурочкин А.В. Бункерное загрузочное устройство// Патент РФ № 170000, 11.04.2017.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. Пузиков И.В., Пантюхина Е.В. Математическая модель производительности вертикального бункерного загрузочного устройства с роликами для ступенчатых трех-составных колпачков типа push-pull// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 9. С. 414-420.
Пузиков Иван Валерьевич, магистрант, zalesniyr@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THREE-DIMENSIONAL VISUAL PERFORMANCE ANALYSIS VERTICAL HOPPER FEEDING DEVICE WITH ROLLERS FOR STEPPED THREE-PART
PUSH-PULL CAPS
I.V. Puzikov
The article discusses the design of a vertical hopper feeding device with rollers for step-type three-part push-pull caps and a three-dimensional visual analysis of the feed rate of the device depending on its physical parameters and the parameters of the cap.
Key words: automatic feeding, hopper feeding device, feed rate, three-dimensional visual analysis.
Puzikov Ivan Valeryevich, masters, zalesniyr@,gmail.com, Russia, Tula, Tula State University