ТРЕХМЕРНЫЙ ВИЗУАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УДК 621.9 ВЕРТИКАЛЬНОГО БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С РОЛИКАМИ ДЛЯ СТУПЕНЧАТЫХ ТРЕХСОСТАВНЫХ КОЛПАЧКОВ ТИПА PUSH-PULL Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

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