CC BY
38
УДК 621.9
В. В. Голубенко, асп.,
Е. В. Давыдова, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-24-38, elen-davidova@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКОВОГО ЗУБЧАТОГО БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С КОЛЬЦЕВЫМ ОРИЕНТАТОРОМ
Рассмотрены вопросы проектирования механического дискового зубчатого бункерного загрузочного устройства с кольцевым ориентатором для предметов обработки формы тел вращения с неявно выраженной асимметрией торцов.
Ключевые слова: бункерное загрузочное устройство, автоматическая загрузка, ориентатор, асимметрия торцов, предмет обработки.
Предметы обработки формы тел вращения с неявно выраженной асимметрией торцов, у которых соотношение меньшего и большего диаметров торцов находится в диапазоне 0,9 > d2/dl > 0,6 и угол при вершине
асимметричного торца 2р < 30°, широко встречаются в специальных отраслях машиностроения.
Для автоматической загрузки таких предметов обработки в сборочные машины и линии была предложена модернизированная конструкция механического дискового бункерного загрузочного устройства (БЗУ) с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором [1]. В БЗУ функции захвата и ориентирования разделены, что позволяет обеспечить надежный захват, ориентирование и выдачу предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов с отношением d2/dl = 0,74, 2р = 23° при отношениях длины и большего диаметра I / dl = 2; 3; 4, значениях коэффициента
трения 0,3 < ц < 0,6 и углах наклона а5ун = 45°; 50°; 55° бункера БЗУ. Было
показано, что при разработанных ограничениях на конструктивные параметры захватывающих и ориентирующего органов БЗУ будет обеспечиваться захват и надежное ориентирование предметов обработки с
I/dl = 3...4, ц = 0,3...0,5 при углах а5ун = 50°...55° [2]. Однако при загрузке
предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов, у которых I / dl < 3, надежность работы БЗУ с радиальными гнездами и кольцевым ориентатором резко снижается.
Известно дисковое зубчатое БЗУ, которое используют для загрузки предметов обработки формы тел вращения, имеющих явно выраженное смещение центра масс вдоль продольной оси симметрии. Однако загрузка предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов, для которых характерно отсутствие явно выраженного смещения центра масс, в данном БЗУ невозможно.
С целью расширения области применения зубчатого БЗУ для захвата и ориентирования предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов при I/^ = 2...4, 0,8 > ^ > 0,6 и 0,3 <ц< 0,6 было предло-
жено в конструкции известного зубчатого БЗУ применить кольцевой ори -ентатор по аналогии с БЗУ, имеющим радиальные гнезда и кольцевой ори-ентатор.
На рис. 1 (а-г) показана схема предлагаемого зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором 1, поперечное сечение паза которого соответствует профилю асимметричного торца предмета обработки. Ориентатор 1 установлен на неподвижном основании 6 под вращающимся диском, на периферии которого расположены гнезда 4, чередующиеся с зубьями 5 (рис. 1, б, г).
А
Фп„
Аі
\
/ —— -Л
|г -ч 1/В
Рис. 1. Зубчатое дисковое бункерное загрузочноеустройство с кольцевым ориентатором: а - вразрезе; б - видА (сверху); в - фрагмент Б; г - фрагмент В
Предметы обработки 3, запавшие в захватывающие гнезда 4 диска цилиндрическим торцом вниз, опираются на верхнюю грань кольцевого ориентатора 1 и поэтому западают в гнезда 4 неполностью. Предметы об-
работки, запавшие в гнезда асимметричным торцом вниз, западают в паз кольцевого ориентатора и полностью погружаются в гнезда 4 (рис. 1, в).
Предметы обработки, захватываемые из общей массы в нижней части бункера БЗУ, перемещаются вращающимся диском в зону пассивного ориентирования фор (см. рис. 1, а, б). В этой зоне предметы обработки,
частично запавшие в гнезда цилиндрическим торцом к ориентатору, выпадают обратно в нижнюю часть бункера БЗУ под действием собственного веса, а предметы обработки, запавшие асимметричным торцом в паз ориентатора и полностью погруженные в гнезда, перемещаются диском в зону выдачи фв предметов обработки из гнезд 4 диска в приемник БЗУ.
Гнездо должно обеспечить наибольшую вероятность захвата, а кольцевой ориентатор - надежное ориентирование предметов обработки с неявно выраженной асимметрией по торцам. Глубина к паза кольцевого ориентатора [3]
к = ^ (¿1 - ¿2 -А),
где А - зазор между предметом обработки и внутренней стенкой паза кольцевого ориентатора.
Было выявлено, что глубина к кольцевого ориентатора при отношении а'2/ ¿1 = 0,8 и всех значениях угла 20 принимает практически малые значения, что отрицательным образом скажется на процессе пассивного ориентирования предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов в предложенной конструкции зубчатого БЗУ. Глубина к кольцевого ориентатора при отношении а2/ ¿1 = 0,7 принимает достаточные значения для погружения асимметричного торца предмета обработки лишь при значениях ¿1 > 10 мм, которые при ¿1 = 10 мм составляют к = 3,6...6,1 мм, при ¿1 = 15 мм - к = 5,4...9,1 мм. При ¿1 = 5 мм глубина кольцевого ориентатора не обеспечит надежного западания асимметричного торца предмета обработки и распознавания неправильно запавшего предмета обработки, так как к = 1,8.3,0 мм. Самые благоприятные условия для пассивного ориентирования предметов обработки создаются при отношении 2/ ¿1 = 0,6, так как при всех значениях диаметра ¿1 глубина кольцевого ориентатора принимает значения к = 3,2.15,9 мм.
Рекомендуемое значение радиуса расположения захватывающих органов должно удовлетворять условию [4]
Ярек >(10...15М.
Шаг между зубьями (гнездами)
? = ¿1 + А? + 5, где А? - зазор по шагу; 5 - толщина зуба.
Величина зазора по шагу ограничена тем, что во время нахождения предмета обработки туда не должен запасть другой предмет обработки. В то же время предмет обработки должен успеть запасть в гнездо диска взо-не захвата (см. рис.1). Поэтому после выбора максимально возможного
значения зазора по шагу А?тах необходимо определить предельную скорость захватных органов [и]тах = /(А?тах), при которой предмет обработки успеет запасть в захватный орган [4]
Мтах —
а3
где «3 - коэффициент, учитывающий потерю скорости движения предметов обработки в приемнике вследствие их поперечных колебаний («3 = 1 -1,5); УПр - угол наклона приемника, определяемый как упр = 90° - а5ун.
Расчетное значение фактической производительности БЗУ
1 _ 60ирасч _
1ИБЗУ ]расч ---?-----Л,
где ирасч < [и]тах- расчетное значение скорости захватных органов, м/с;
ц - коэффициент выдачи БЗУ.
Для нахождения расчетного значения скорости ирасч захватных органов необходимо построить зависимости коэффициента выдачи 'р(и) и производительности П^зу (и) от окружной скорости захватных органов.
На основе экспериментальных исследований различных конструкций механических БЗУ В. Ф. Прейсом [5] были получены эмпирические зависимости коэффициента выдачи от окружной скорости захватных органов вида
Л = Лтах I1 _ ), (1)
где Лтах - наибольшая величина коэффициента выдачи, соответствующая малым окружным скоростям гнезда; е - коэффициент, полученный экспериментальным путем для каждой конструкции БЗУ.
В соответствии с формулой (1) расчетное значение окружной скорости захватных гнезд следует выбирать в диапазоне рекомендуемых значений
ирек =(0,8 - 0,9) 4^, (2)
т. е. ^расч — (.Мтах; ^рек).
На рис.2 представлены зависимости коэффициента выдачи 'р(и) и производительности П^зу (и) зубчатого БЗУ от окружной скорости захватных органов, полученных В. Ф. Прейсом. Из приведенных графиков
следует, что ирек = 0,15...0,20 м/с.
Зависимость (1) адекватно и корректно отражает закономерность изменения коэффициента выдачи от окружной скорости захватных органов, однако при проектировании БЗУ иных конструктивных параметров для загрузки предметов обработки с другими размерами или выполненных из других материалов достоверное определение коэффициента выдачи невозможно.
21
§ У пр -Ц С08 у пр )
0.45
п
0.30
0.15
п
Пф
300
:оо
Пф.
шт мин
100
0,05
0.10
0,15
0.20 и, м/с
0.25
0.30
0,35
Рис. 2. Графики зависимости коэффициента выдачи и производительности дискового зубчатого БЗУ (по В. Ф. Прейсу)
Построение аналитических моделей коэффициента выдачи и производительности БЗУ, основывающихся на понятиях теории вероятности впервые было предпринято М. В. Медвидем [6]. Разработанные им модели описывали процесс захвата предметов обработки с учетом влияния геометрической формы, коэффициента трения и сцепляемости загружаемых предметов обработки, геометрических параметров БЗУ.
Коэффициент выдачи БЗУ определялся выражением
Л = Р1рРъРс, (3)
где р^ = РкР1Рт - вероятность нахождения предметов обработки на пути
захватного органа в положении, благоприятном для захвата; рк - вероятность того, что предмет обработки ляжет на поверхность диска требуемой гранью; Р1 - вероятность поворота предмета обработки требуемой частью к гнезду; Рт - вероятность отсутствия помех в осуществлении перехода предмета обработки из одного устойчивого положения в другое; Ри - вероятность того, что захвату предмета обработки не помешает окружная скорость гнезда; Рс - вероятность того, что захвату не помешает взаимо-сцепляемость предметов обработки.
В работах [1, 2] был предложен комплексный подход для аналитического описания коэффициента выдачи БЗУ, в соответствии с которым зависимость коэффициента выдачи БЗУ от окружной скорости захватных органов искали в виде выражения (1), а значение Лтах определяли аналитически, используя формулу (3):
(4)
Лтах [1 (1 Ртах)т (1 ^Ртт^]Рс '
Степень к, входящая в выражение (4), определялась зависимостью
= МФз, (5)
90d1 ’ V ’
где m - количество предметов обработки, которое может разместиться на
свободном от них участке в нижней части бункера БЗУ (см. рис. 1);
Фз - угол, определяющий зону захвата предметов обработки.
Для известной конструкции дискового зубчатого БЗУ по формулам (4), (5) было получено расчетное значение Лтах = 0,61, что превышает почти в 1,5 раза величину коэффициента выдачи лтах = 0,42, определенного экспериментально (см. рис. 2). Такое различие может быть объяснено тем, что при описании ^тах не была учтена возможность западания предметов обработки в гнезда при опрокидывании их на зубьях БЗУ и помехи, которые возникают со стороны других предметов обработки на различных участках зоны захвата, обусловленные конструктивными особенностями зубчатого БЗУ.
Таким образом, необходимо дальнейшее совершенствование аналитической модели коэффициента выдачи БЗУ с целью повышения её достоверности и разработки на этой основе инженерной методики проектирования механического дискового зубчатого БЗУ с кольцевым ориентатором.
Список литературы
1. Давыдова Е. В., Прейс В. В. Бункерное загрузочное устройство для деталей с неявно выраженной асимметрией торцов // Сборка в машиностроении и приборостроении. № 9. 2007. С. 57-65.
2. ДавыдоваЕ. В., Прейс В. В. Автоматическая загрузка стрежневых предметов обработки с неявно выраженной асимметрией по торцам / под ред. В. В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 112 с.
3. Голубенко В. В., Давыдова Е. В., Прейс В. В. Совершенствование зубчатого бункерного загрузочного устройства для предметов обработки с неявно выраженной асимметрией торцов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Ч. 1. С. 27-34.
4. Прейс В. В. Усенко Н. А. , ДавыдоваЕ. В. Автоматические загру-зочно-ориентирующие устройства. Ч. 1. Механические бункерные загрузочные устройства: учеб. пособие для вузов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 125 с.
5. Автоматизация загрузки прессов штучными заготовками / В. Ф. Прейс [и др.]; под ред. В. Ф. Прейса. М.: Машиностроение, 1975. 280 с.
6. Медвидь М. В. Автоматические ориентирующие загрузочные устройства. М.: МАШГИЗ, 1963. 299с.
V. Golubenko, E. Davidova
QUESTIONS OF DESIGNING OF THE DISK GEAR HOPPER FEEDING DEVICE WITH A RING ORIENTATOR
Questions of designing of mechanical disk hopper feeding device with a ring orienta-tor for subjects of processing of the form of bodies of rotation with implicitly expressed asymmetry of endfaces are considered.
Key words: the bunker loading device, automatic loading, an orientator, asymmetry of endfaces, a processing subject.
Получено 12.10.10
