автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка и исследование прогрессивных вибрационных средств автоматической загрузки и транспортирования штучных деталей

На правах рукописи

Широкий Алексей Владимирович

УДК 621.867.067.-26

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ ВИБРАЦИОННЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ШТУЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Специальность 05.13.06.—. . .. Автоматизация, и управление технологическими.

процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград — 2004

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент

Кристаль Марк Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Прейс Владимир Викторович

кандидат технических наук,

Лауреат Государственной Премии СССР

Вайсман Евгений Григорьевич

Ведущая организация ОАО «Аврора», г. Волгоград.......

Выражается особая благодарность доктору технических наук, профессору, чл.-корр. РАН [Бабушкину Марку Николаевичу] за помощь при выполнении диссертационной работы.

Защита состоится « » МОйЗрз 2004 г. в на заседании

диссертационного совета К 212.028.02 в Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, проспект Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан 2004

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Использование в современном производстве высокопроизводительных роторных, вибрационных и волновых сборочных машин требует повышения пропускной способности каналов питания, содержащих устройства автоматической загрузки, ориентирования и транспортирования деталей. В ряде массовых и крупносерийных производств технологический процесс изготовления продукции предусматривает сборку многоэлементного изделия или иное воздействие на комплект однородных деталей. Так, при производстве цилиндрических и конических подшипников, на операции их сборки, необходимо одновременно подать на сборочную позицию в ориентированном положении от 10 и более роликов; при производстве пьезокерамических изделий, на рабочие позиции поляризации, контроля, маркировки и сборки необходимо выдать с обеспечением заданных показателей интенсивности и надежности комплект деталей, состоящий от 15 и более пьезоэлементов в определенном пространственном положении, что предъявляет повышенные требования к производительности и бесперебойности автоматической загрузки деталями технологического оборудования (ТО).

Сложность автоматической загрузки и ориентирования возрастает для деталей со слабовыраженной асимметрией формы (ДСАФ), к которым можно отнести ролики конических подшипников, ролики с поднутрением на торце или фаской, призмы с малой разностью оснований, диски с несквозным отверстием. Удельный вес указанных ДСАФ в общей структуре обрабатываемых деталей подшипниковой промьгашенности, приборостроения и производства пьезокерамических деталей значителен, а трудоемкость операций ориентирования и транспортирования может составлять до 15...35% от полной трудоемкости изготовления готового изделия.

Широкое применение для загрузки, ориентирования и межоперационного транспортирования деталей находят автоматические вибрационные бункерные устройства (АВБЗУ) и линейные вибротранспортные устройства, которые универсальны, просты по конструкции, долговечны и надежны в работе, имеют возможность бесступенчатого регулирования скорости вибротранспортирования деталей. Однако такие устройства характеризуются случайным характером выходного потока деталей, обусловленным вероятностным процессом захвата деталей, применяемой схемой ориентирования и случайным потоком отказов, что негативно влияет на бесперебойность загрузки ТО и производительность производственной системы.

Поэтому исследование возможности повышения производительности АВБЗУ, управления параметрами выходного потока деталей вплоть до приближения его к детерминированному для обеспечения бесперебойного снабжения деталями ТО и создания высокопроизводительных систем активного ориентирования является актуальным. Данная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР № 35-53/302-99 «Исследование процессов автоматического контроля и управления сложных нелинейных систем».

Цель работы. Повышение производительности АВБЗУ с обеспечением бесперебойной автоматической загрузки деталями технологического оборудования на основе управления параметрами потока деталей.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: 1. Разработка вероятностной модели потока деталей в АВБЗУ и канале питания ТО,

исследование влияния скорости и схемы

БИБЛИОТЕКА

ориентирования деталей, параметров надежности функционирования загрузочного устройства и ТО на показатели выходного потока деталей.

2. Разработка метода управления параметрами случайного выходного потока деталей в АВБЗУ на основе активизации их захвата.

3. Разработка математической модели активного ориентирования ДСАФ, поступающих на ориентирование случайным потоком.

4. Экспериментальная оценка адекватности предложенных моделей случайных потоков деталей и средств активного ориентирования.

5. Разработка типовых прогрессивных автоматических загрузочных, вибротранспортных и ориентирующих устройств, инженерной методики их проектирования-

Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием методов теоретической механики, вычислительной математики и теории вероятности, а также теории потоков. Экспериментальные исследования выполнены с применением физического и имитационного моделирования, статистической обработки результатов по схеме одно- и многофакторного эксперимента с использованием современных регистрирующих и вычислительных средств.

Научная новизна:

Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что выходные потоки деталей в АВБЗУ не являются простейшими, а представляют собой потоки Пальма с ограниченным последействием. Установлена возможность управления параметрами потока деталей и повышения производительности АВБЗУ за счет интенсификации процесса захвата деталей.

Предложены модели выходного потока деталей для различных схем автоматического ориентирования с учетом показателей надежности функционирования загрузочных устройств и ТО.

Предложен метод расчета объема межоперационного накопителя (МН) и модели передачи деталей из загрузочного устройства в технологическую машину на основе параметров потоков деталей с последействием.

Предложена математическая модель автоматического активного ориентирования ДСАФ, устанавливающая зависимость длительности / процесса ориентирования детали от основных параметров роторного ориентирующего устройства (РОУ).

Практическая ценность:

— разработаны типовые конструкции АВБЗУ с донным активатором (ДА) повышенной производительности для бесперебойной загрузки деталями ТО, РОУ для активного ориентирования ДСАФ и линейных вибротранспортных устройств, защищенные патентами РФ №2173662, №2201860, №2215680.

— разработаны рекомендации по расчету технологических параметров АВБЗУ с ДА, методики инженерного проектирования РОУ и определения требуемого объема межоперационного накопления деталей для обеспечения бесперебойности загрузки деталями ТО.

— результаты работы внедрены на ООО «Аврора-ЭЛМА», г. Волгоград.

На защиту выносятся:

• вероятностная модель потока деталей в АВБЗУ с ДА в виде потока Пальма с ограниченным последействием, отражающая влияние процесса захвата деталей, схемы их ориентирования, числа параллельных каналов питания, показателей надежно-

ста функционирования загрузочных устройств и ТО на параметры выходного потока деталей.

• метод управления параметрами выходного потока деталей АВБЗУ посредством интенсификации захвата деталей донным активатором АВБЗУ.

• математическая модель динамики ориентирования ДСАФ в РОУ и результаты ее теоретического исследования.

• результаты экспериментального исследования АВБЗУ с ДА и процесса активного ориентирования ДСАФ в РОУ.

• рекомендации по определению технологических параметров АВБЗУ с ДА и методика инженерного проектирования РОУ.

• новые конструкции АВБЗУ с ДА, роторных ориентирующих устройств и линейных пневмовакуумных вибротранспортеров.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на VII и VIII региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2002, 2003 гг.), Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2002 г.), X международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Севастополь, 2003 г.), Международной конференции «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства» (Волгоград, 2003 г.) и отчетных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградского государственного технического университета в 2001 — 2004 гг.. .

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 18 печатных работах, в том числе 3 патентах РФ и 2 решениях о выдаче патента РФ на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 148 страницах машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 62 страницах и состоит из введения,, 7 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 113 наименований и двух приложений на 10 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации в связи с проблемами повышения производительности средств загрузки и ориентирования штучных деталей, сформулированы цель, задачи диссертации и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ литературных источников по современному состоянию вопроса автоматической вибрационной загрузки ТО, повышения производительности АВБЗУ и ориентирования штучных деталей. Установлено, что АВБЗУ наиболее применимы для автоматизации загрузки деталями ТО.

Исследованию и разработке вопросов комплексной автоматизации производства, транспортно-загрузочных процессов и автоматического ориентирования посвящены труды ряда отечественных ученых: Балакшина Б. С, Блехмана И. И., Быховско-го И. И., Боброва В. П., Владзиевского А. П., Вайсмана Е. Г., Волчкевича Л. И., Гонча-ревича И. Ф., Давыденко Э. П., Иванова А. А., Иоффе Б. А., Камышного Н. И., Клусо-ва И. А., Корсакова В. С, Кошкина Л. Н., Кристаля М. Г., Лавендела Э. Э., Лебедов-скогоМ. С, ЛевчукаД. М., МаловаА. Н., МаткинаЮ. Л., МедвидяМ. В., Повидай-

лоВ.А., ПрейсаВ.В., Рабиновича А. Н., УсенкоН.А., Усова Б. А., Федотова А. И., Шабайковича В. А., Шаумяна Г. А., Яхимовича В. А. и др.

Анализ показал, что автоматические вибрационные загрузочные и транспортирующие устройства характеризуются:

1. Универсальностью и высокой надежностью работы.

2. Высокой и регулируемой величиной скорости вибротранспортирования деталей.

3. Случайным характером выходного потока деталей.

На основании анализа литературных источников установлено, что на бесперебойность загрузки деталями ТО влияет случайный характер выходного потока деталей АВБЗУ, определяемый случайным процессом захвата, случайным потоком отказов и применяемой схемой ориентирования. Приближение процесса захвата деталей к детерминированному, использование межоперационных накопителей деталей и применение активного ориентирования деталей в канале питания обеспечивает бесперебойность загрузки ТО, однако в настоящее время эти вопросы исследованы недостаточно. В известных работах объем межоперационных накопителей определяется на основе модели простейшего потока деталей, что не всегда отвечает реальным условиям. При активном ориентировании в АВБЗУ деталей особенно со слабовыра-женной асимметрией формы, такая модель предполагает большую дисперсию интервалов времени в потоке, что не всегда гарантирует завершение ориентирования детали до прихода в ориентирующее устройство (ОУ) последующих деталей. Это ограничивает общую производительность АВБЗУ.

Активное ориентирование деталей со слабовыраженной асимметрией формы, подающихся потоком с уменьшенными интервалами между деталями, может быть осуществлено в ОУ, в зоне ориентирования которого деталь отделяется от последующего потока и к ней, независимо от величины временного интервала между соседними деталями во входящем в ОУ потоке, прилагается ориентирующее воздействие в течение требуемой длительности т, что обеспечивает равенство производи-тельностей транспортирования и ориентирования. Однако вопросы определения параметров таких ОУ на основе изучения процесса ориентирования ДСАФ в настоящее время исследованы недостаточно.

Во второй главе выдвинута гипотеза описания потоков деталей в каналах питания ТО моделью потока Пальма с ограниченным последействием и подчинении случайных величин интервалов времени между деталями гамма-распределению с параметрами А, — интенсивность и к — степень последействия, характеризующая стохастичность потока. На основании этой гипотезы разработаны модели влияния применяемой схемы ориентирования деталей и их разделения по п параллельным каналам на параметры потока деталей в канале питания ТО. Предложен метод управления параметрами выходного потока и повышения производительности АВБЗУ на основе приложения к деталям, находящимся на донной части чаши, силового воздействия от вращения донного активатора. ДА выполнен в виде втулки, установленной в донной части чаши с возможностью вращения относительно вертикальной оси в направлении вибротранспортирования деталей с окружной скоростью, превышающей скорость вибротранспортирования деталей по спиральному лотку. Вращение ДА вынуждает детали перемещаться по донной части чаши к лотку с большей скоростью и формировать в его начальном участке упорядоченную очередь, обеспечивающую по-

вышение интенсивности захвата и коэффициента Кзап заполнения выходного лотка АВБЗУ.

При исследовании влияния случайного характера потока деталей на бесперебойность загрузки деталями ТО предполагается, что бесперебойность загрузки определяется вероятностью Рс совмещения детали и захватного органа ТО. Условием передачи детали из канала питания в захватный орган является выполнение неравенства ¡гдет -Г3р| < Ат / 2, где ?дет, — величины случайных интервалов времени появления в зоне захвата, соответственно, деталей и захватных органов, подчиненные гамма-распределению с параметрами — время переме-

щения детали в зазоре «деталь - захватный орган». Тогда на основе плотности веро-

ятности р(д) случайной величины ^-¿дет — ¿зр, впервые исследованной Криста-лем М. Г., вероятность Рс равна

Повышению вероятности совмещения детали и захватного органа ТО способствует увеличение степени последействия кает в потоке деталей и обеспечение равенства интенсивностей Х,дет и Хзр (рис.1). Рс 0,8

0,6

0,4

0,2

10

20

а)

30

40

дет.

Рис. 1 Влияние степени £дст последействия в потоке деталей (а) и отношения интенсивностей 8 = ?1дет / ?.зр (б) на величину вероятности Рс совмещения детали и захватного органа ТО.

Для учета влияния параметров потока отказов оборудования на характеристики потока деталей в канале питания принято, что случайные величины длительности простоев и интервалов Т работы ТО имеют показательное распределение с ин-тенсивностями и соответственно, а коэффициент Кгот готовности оборудования равен Кгот = Хдр/^цр +Хр). В течение каждого 7^,- интервала времени оборудование оказывает технологическое воздействие на поток деталей, поступающих в его рабочую зону через случайные отрезки времени подчиняющиеся гамма-распределению с параметрами Хисх и кка (рис. 2, а). Простои оборудования из-за неисправностей были учтены посредством увеличения каждого tt случайного интервала времени между деталями, поступающими на обработку, на некоторую случайную величину, характеризующую приведенную к каждой детали длительность простоя. Тогда каждый случайный интервал времени /?кв между деталями в канале питания определяется как /(экв = ^ ([рис. 2, б). Поскольку тип отказов различен по

своей природе, то интервалы времени восстановления работоспособности оборудования рассматриваются как независимые случайные величины, т. е. случайная величина I* распределена по показательному закону с некоторой интенсивностью А,*, определяемой по выражению А. = Кгот А,исх/(1 — К^.). Тогда средняя величина / интервала времени между деталями оказывается увеличенной в 1/КГ0Т раз, что соответствует снижению интенсивности эквивалентного потока деталей в соответствии с выражением: = Кгот Х,сх.

Применяемые для обеспечения бесперебойности загрузки ТО МН рассмотрены как устройства с входящим и выходящим потоками равной интенсивности, а случай-

ные интервалы времени

распределению с параметрами

между деталями в этих потоках подчинены гамма-

1-1 1с ЛВХ — ЛВЫХ > I

соответственно. На основе

плотности вероятности р(1) распределения случайной величины г = /вх — 7ВЫХ, тождественной рассмотренной ранее случайной величине q, установлено влияние степеней последействия кт И кшх потоков деталей на требуемый объем V МН:

V >6 лД^вх + ^аых )!К\ Кы\ •

В третьей главе приведены результаты теоретического исследования процесса активного ориентирования ДСАФ (рис. 3, а), когда деталь 1 подается в захватный орган ОУ после первичного ориентирования в двух равновероятных положениях (при которых деталь расположена на входном лотке 2 по наружной цилиндрической поверхности) к щупу 3, определяющему текущее положение детали и установленному в захватном органе ОУ — радиальных пазах 4 дисков 5 (рис. 3, б). Если деталь обращена к щупу торцом без отверстия (исходное положение № 1), то она упирается в него, а если обращена к щупу отверстием в торце (исходное положение №2), то, при взаимодействии с ним, приобретает неподвижную относительно диска ОУ точку О.

При перемещении детали захватным органом к приемной воронке 6 выходного лотка 7 ОУ, ориентируемая деталь лишается одной точки опоры и, совершив вращательное движение вокруг точки О до требуемого пространственного положения, выдается на лоток 7. Положение детали при ориентировании определяется углами Эйлера: углом нутации 0, прецессии щ и чистого вращения ф, а ее движение с начальными значениями углов и угловых скоростей

рассматривается как последовательность бесконечно малых вращений вокруг мгновенных.осей, проходящих через точку О. При ориентировании необходимо обеспечить поворот детали относительно оси ОI на угол — \|/0 = л/2, угол нутации увеличивается от Эц ДО 92 >к/2, а изменение угла ф произвольно. Длительность / процесса ориентирования в ОУ определяется временем движения детали между граничными параллелями А\А\,1Л. (Рис- 3, в), для которых 0 = 90 = 61 и

, соответственно.

Движение детали в ОУ описывается системой (1) дифференциальных уравнений Эйлера в предположении, что на деталь действует сила тяжести М g, а величина максимального момента сопротивления нутационному движению равна ¿C^-H^MgsignCÓ):

A dp / dt + (С - A) qr = М g I sin 0 cos <р-[\.гш М g sign (0) cos <p, Adq/dt + {A~C)rp = M gl sin 0 sin <p - ц rm M g sign (Ó) sin <p, Cdr/dt = 0,

• • a • ó ' (1)

p = \jí sin 9 sin <p + 9 eos <p,

q = sin 9 eos (p - 0 sin <p, r = y eos 6 + ф.

где p, q, r — проекции угловой скорости со детали на оси подвижной системы координат О Т), О £ соответственно; С — аксиальный момент инерции детали; А

— экваториальный момент инерции детали; / — координата центра масс D детали, отсчитываемая от точки О (рис. 3, в); [Д. — коэффициент трения скольжения по поверхности осевого отверстия детали; гш — радиус штыревых щупов на диске ОУ; L

— длина ориентируемой детали; R — радиус ориентируемой детали.

Система (1) численно решена методом Рунге-Купа 4-го порядка. Величины начальных угловых скоростей прецессии \¡/n„ нутации 0О и чистого вращения фп определены из условия обката ориентируемой детали при круговом транспортировании под действием вращения системы дисков ОУ с угловой скоростью иоу: Vo =(®0У лнож)/1, 00 =0> Фо -(кпр ®ОУ ЯдискУД, где Кпр — коэффициент, учитывающий проскальзывание детали при обкате.

ю

Расчетом установлено, что с повышением момента сопротивления Мсощ) увеличивается длительность /пп ориентирования, в течение которой имеет место поворот детали вокруг оси О 2 на угол у, меньший требуемого я/2.. Это приводит к ударному взаимодействию детали с приемной воронкой ОУ и при ©ду > СОду1 происходит срыв процесса ориентирования. Значение р р " найдено из рассмотрения ударного взаимодействия детали и приемной воронки ОУ, когда условием завершения ориентирования детали после удара является сохранение знака угловой скорости у детали до и после удара. При условии (Оду < (0оу ^ (рис. 4, б), деталь вращается относительно вертикальной оси О г в направлении, противоположном направлению начальной угловой скорости когда и процесс ориентирования невоз-

можен. С увеличением М^щ, область значений й)ду, при которых у — >0, расширяется, а граничное значение юоу го смещается к началу координат. При некотором значении момента сопротивления приращение угла прецессии за время ориентирования / положительно при любом Юду. Таким образом для обеспечения гарантированности ориентирования ДСАФ получены максимальное Году1 и мини-значения угловой скорости вращения дисков ОУ. Интервал таких

мальное ю

ОУ го

значений оо0у,' когда \|>-1|/о< 0 и ориентирование невозможно, наиболее широк при ^сопр

0, а величина угловой скорости прецессии Vorp (и> соответственно, <J>oy гр)

определяется из выражения ^о = 1,5 фо R /L .

0 1,0 2,0 3,0

а) ~ б)

Рис. 4 Влияние величины угловой скорости сооу вращения дисков ОУ на длительность ориентирования top детали (а) и на величину изменения угла прецессии у за время ориентирования t0р детали в ОУ (б).

В четвертой главе приводятся методика и результаты экспериментального исследования закона распределения случайных величин интервалов времени между деталями (ролики 09x14мм) в выходном потоке АВБЗУ с ДА, проведенного для проверки метода интенсификации процесса захвата деталей вращением ДА с окружной скоростью У01!р, большей скорости V^ вибротранспортирования деталей, и управления параметрами выходного потока АВБЗУ изменением отношения 4 = Fjp / Р при V.,р = const. Измерения интервалов времени между деталями выполнены с помощью фотодатчика, сопряженного с ЭВМ.

В интервале значений скорости Fjp = 40... 180 мм/с вибротранспортирования подтверждена гипотеза о подчинении случайных величин интервалов времени t между деталями в выходном потоке гамма-оаспоеделению с плотностью вероятности:

Рис. 5Влияние величины скорости вибротранспортированиЯнапараметрыпотока деталейналоткеАВБЗУприразличныхзначениях\ — /К0Кр.

Установлено, что вращение ДА чаши АВБЗУ с окружной скоростью Кокр > У^ обеспечивает повышение максимально допустимой скорости вибротранспортирования на 30% (рис. 5, а) из-за создания подпора в потоке. Интенсивность " потока деталей пропорциональна скорости вибротранспортирования V^ и с уменьшением

отношения %-Угр/Уокр возрастает на 50%...55% (при

'тр

= 160... 180мм/с и

влияние степени последействия к в потоке деталей на величину коэффициента К3. заполнения лотка АВБЗУ (б).

Вращательное движение ДА с 1 определяет увеличение степени к последействия в потоке деталей (рис. 5, б) и обусловливает возможность управления параметрами выходного потока деталей в АВБЗУ.

Установлено, что в АВБЗУ с ДА поток деталей может быть уплотнен до значе-

к.

: 0,74... 0,75 (рис. 6, а), при Кзап > 0,7 снижается надежность активного

ориентирования деталей в АВБЗУ. Выявлена взаимосвязь между степенью последействия к в потоке деталей и коэффициентом Кзап заполнения лотка (рис. 6, б), инвариантная скорости Иф вибротранспортирования и аппроксимируемая с достоверностью Л2 = 0,938 выражением вида Кзап =0,104 + 0,207 1п к.

В пятой главе на основе установления закона распределения случайной величины интервала времени между деталями в исходном потоке деталей с параметрами Хисх и &исх, методом имитационного моделирования проведено исследование влия-

ния на характеристики потока пассивного ориентирования деталей, их разделения по п параллельным каналам, а также параметров потоков отказов как ТО, так и средств его загрузки, определены объемы V МН для обеспечения бесперебойной подачи деталей в рабочую зону ТО.

Установлено, что величина случайного интервала времени между деталями в потоке после пассивного ориентирования подчинена гамма-распределению с параметрами А,тсор и £пас0р- Интенсивность Хпасор потока уменьшается пропорционально доле 5 удаляемых деталей, находящихся в пространственном положении, от-■пасор = *-нсх (I-5), а степень последействия ¿пас0р опреде-

личном от требуемого: ляется согласно выражению

Моделированием разделения потока деталей по п параллельным каналам установлено, что величина случайного интервала времени между деталями в каждом параллельном канале подчинена гамма-распределению с параметрами (« = 1.. .п), причем X,- = Хдел = Хисх/н И = кдел = кнсхП,

На рис. 7 показаны результаты моделирования приведения отказов оборудования к длительности каждого интервала в потоке деталей на интенсивность Аэкв и степень

последействия кжв эквивалентного потока. Установлено, что при К^ > 0,7 гамма-

,экв

распределение служит адекватной моделью случайных интервалов времени

При моделировании требуемый объем V МН определяется суммой абсолютных величин максимального и минимального количества деталей, находящихся в МН в течение временного отрезка Т, равного требуемой длительности работы оборудования до технологического или организационного останова. Количество деталей в МН в каждый момент времени / находится разностью чисел деталей, поданных в МН и выданных из МН в ТО к этому моменту времени.

V, дет.

150

100

50

0

1. _ л

5 25 , 1

\ 1 ■ »

•

• * • *

5

10

15

20

Рис. 8 Влияние степени последействия квш выходящего из МН потока деталей на объем V МН при различных значениях степени последействия ¿вх во входящем потоке деталей.

С уменьшением степеней последействия кт И квш во входящем в МН и выходящем из МН потоках деталей, требуемый объем V МН увеличивается (рис. 8), а при входящем и выходящем потоках, близких к детерминированным, величина V имеет минимальное значение: V > 130 +iEtJX)/(irBX &вых) (при Т = 120 мин ).

В шестой главе приведена методика и результаты экспериментального изучения процесса активного ориентирования ДСАФ в РОУ. Ключом ориентации детали (ролик 0 9х 14 мм) является осевое отверстие на одном из торцов детали или осевое отверстие диаметром d (рис. 3, а) — при наличии осевых отверстий на обоих торцах.

Для определения длительности ориентирования деталей, экспериментальный макет РОУ снабжен двумя фотодатчиками, размещенными соответственно: в приемной воронке РОУ — для определения начала ориентирования детали, и на выходном лотке РОУ — для фиксации окончания процесса ориентирования. Фотодатчики сопряжены с ЭВМ. Активное ориентирование ДСАФ проведено при угловых скоростях вращения системы дисков РОУ

(йроу = 1,25... 4,8 рад/с, что соответствует производительности РОУ Пр0У = 1,6... 6,1 дет/с. На рис. 9 показано влияние угловой ско-

mepucmmu процесса ориентирования ДСАФ. рости шРОУ РОУ на

длительность ориентирования /оп детали из двух возможных исходных положений на входном лотке, имеющей несквозное осевое отверстие d - 3 мм при = 135° (рис. 3, б).

Установлено, что длительность ориентирования детали из исходного положения №1 всегда меньше длительности ориентирования из исходного положения №2, при котором ДСАФ имеет неподвижную точку О контакта щупа РОУ по поверхности осевого отверстия. Значения времени /ор ориентирования по рис. 9 аппроксимируются выражением вида — минимальная длительность процесса ориентирования, а соответствует центральному углу, определяющему размер приемной воронки 6 на рис. 3, б).

у, „ „тах

Если при некотором значении угловой скорости (Ороу вращения дисков располагаемого времени iop расп становится недостаточно, то надежность процесса ориентирования снижается, что выражается в уменьшении показателя ^ = т/п, где т — число сориентированных деталей, а — общее количество деталей, поступивших на ориентирование. Из сопоставления расчетных (рис. 4, а) и экспериментальных данных (рис. 9) следует, что имеет место их качественное соответствие с максимальной ошибкой, не превышающей 18%.

На рис. 10, а) представлены результаты влияния величины продольного угла наклона 02 выходного лотка РОУ при различных значениях ПРОу на длительность ориентирования /ор, из которого следует, что величина ?ор имеет минимум в интервале 2,5<Пр0у ¿"4 дет/с, а с уменьшени^^^расширяется область гарантиро-

ванного ориентирования деталей (рис. 10, б). Величина показателя надежности ориентирования ^ достигает максимального значения £ = 1 при ПРОу ^ 5,1 дет/с и величине угла 140° <62 Л150°. Определены значения величин производительности РОУ 4,9 < Пр0у < 5,0 дет/с и продольного угла наклона 146° < 02 < 147°, при которых гарантируется ориентирование детали (£ = 1) при минимальной длительности

/ор* 0,077 с.

Рис. 10 Влияние величины продольного угла наклона 82 выходного лотка РОУ на длительность /ор процесса ориентирования ДСАФ (а) и на величину показателя £ надежности ориентирования детали (б) при различных значениях производительности Прду устройства.

В седьмой главе на основе подтверждения теоретических положений предложена конструкция АВБЗУ с ДА, описан принцип его работы и методика расчета технологических параметров (скорости вибротранспортирования У^, степени к последействия в потоке деталей и его интенсивности X, коэффициента заполнения лотка и окружной скорости F0Kp вращательного движения ДА) для обеспечения требуемой производительности загрузки. Особенностью расчета АВБЗУ с ДА является назначение фактической производительности АВБЗУ, равной требуемой производительности ТО, а запас по производительности АВБЗУ обеспечивается возможностью независимого управления величиной отношения V^ / Уокр, степенью последействия к и коэффициентом заполнения Kj-щ при скорости вибротранспортирования Vw = const.

Разработаны также конструкции РОУ для активного ориентирования ДСАФ по положению осевого отверстия на торце детали, несимметрично расположенной канавки на наружной цилиндрической поверхности и конических роликов. Приведена методика инженерного проектирования РОУ;

Для обеспечения равенства производительностей загрузки и межоперационного транспортирования деталей разработаны конструкции высокопроизводительных пневмовакуумных вибротранспортных устройств.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Из обзора литературных источников установлено, что надежность, долговечность и способность к переналадке на другой типоразмер деталей определяет перспективность применения АВБЗУ в каналах питания ТО. Повышение производительности АВБЗУ достигается увеличением средней скорости вибротранспортирования деталей и повышением коэффициента Кип заполнения выходного лотка устройства.

2. Предложена и экспериментально подтверждена вероятностная модель потока деталей в АВБЗУ в виде потока Пальма с ограниченным последействием и параметрами X — интенсивность, к — степень последействия. Установлено, что степень к последействия в потоке влияет на вероятность передачи деталей в захватные органы ТО и требуемый объем V межоперационного накопления деталей.

3. Установлено влияние на интенсивность X потока деталей в канале питания и степень к последействия в нем используемой схемы ориентирования, разделение исходного потока по п параллельным каналам и интенсивности потока отказов оборудования.

4. Предложен метод обеспечения бесперебойности загрузки ТО деталями с использованием межоперационных накопителей минимального объема посредством управления параметрами X и к потока деталей в канале питания. Установлено, что выполнение донной части чаши АВБЗУ в виде донного активатора и сообщение ему вращательного движения в направлении транспортирования деталей с окружной скоростью Г0Кр > Нф, позволяет управлять интенсивностью захвата деталей лотком, параметрами потока (интенсивностью X и степенью последействия к) в широком интервале значений. Установлено, что производительность Пд25зу пропорциональна скорости V* вибротранспортирования и с уменьшением отношения получает дополнительное приращение в размере 40%...44% относительно АВБЗУ без активации захвата при скорости вибротранспортирования а применение донного активатора,1 интенсифицирующего захват деталей в АВБЗУ, позволяет увеличить в 1,3 раза рабочую скорость Нф вибротранспортирования.

5. Предложена математическая модель межоперационного накопления деталей, основанная на распределении разности случайных величин, подчиняющихся гамма-распределению, позволившая определить требуемый объем МН деталей для бесперебойности загрузки технологического оборудования в течение требуемой длительности Т его работы.

6. Разработана математическая модель процесса активного ориентирования деталей в РОУ, позволяющая определить длительность /00 ориентированияДСАФ.

7. Экспериментальное исследование длительности /¿р активного ориентирования деталей со слабовыраженной асимметрией формы в РОУ показало адекватность его результатов теоретическим данным в интервале значений производительности гарантированного ориентирования

8. Разработана методика определения технологических параметров АВБЗУ с ДА для обеспечения заданной производительности бесперебойной загрузки ТО и методика проектирования РОУ для ориентирования ДСАФ, поступающих на ориентирование потоком с высоким значением интенсивности и степени последействия.

9. Разработаны типовые АВБЗУ с ДА, РОУ для активного ориентирования ДСАФ и линейные пневмовакуумные вибротранспортные устройства (патенты РФ №2173662, №2201860, №2215680).

10. Результаты работы внедрены на ООО «Аврора-ЭЛМА» с годовым экономическим эффектом 21875 руб.

Основное содержание работы из

»Р18252

1п5Ю 1ующих публикациях:

1. Кристаль М. Г., Широкий А. В., 'члсгачев Ь. В., Филимонов В. В. Метод почтения производительности вибрационных бункерных загрузочных устройств. // Сеюрка в машиностроении, приборостроении.—2002.—№4. — С. 16—19.

2. Кристаль М. Г., Широкий А В. Высокопроизводительное вибрационное загрузочное устройство с пневмовихревым роторным ориентатором / Комплексная автоматизация производства на базе роторных и роторно-конвейерных линий (к 90-летию со дня рождения академика АН СССР Л. Н. Кошкина). Сб. науч. трудов. Под ред. В. В. Прейса — Тула. — 2002. — С. 63 — 67.

3. Кристаль М. Г., Филимонов В. В., Смирнов И. А., Широкий А В. Пневмовакуумный транспортер с цикловым движением симметричных рабочих органов // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2002.—№ 10.—С. 26—27.

4. Кристаль М. Г., Широкий А В. Активное ориентирование деталей в роторном ориентирующем устройстве // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2004. — №2. — С. 17 — 20.

5. Кристаль М. Г., Широкий А В. Оценка параметров выходного потока деталей в автоматических вибрационных бункерных загрузочных устройствах // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2004. — №7..— С. 3 — 6.

6. Патент РФ №2173662, МКИ 7 В 65 в 27/02. Вибробункер / Кристаль М. Г., Широкий А. В., Шостенко С. В., Еремеев В. В. Опубл. БИ №26,20.09.2001.

7. Патент РФ №2201860, МКИ 7 В 23 р 7/04, 7/14. Устройство для подачи деталей / Кристаль-М. Г:, Широкий А. В., Филимонов В. В., Стегачев Е. В:, Безрукова Т. В. Опубл. в БИ №10,10.04.2003.

8. Патент РФ №2215680, МКИ 7 В 65 в 27/22. Устройство для подачи деталей / Кристаль'М. Г., Широкий А. В., Стегачев Е. В., Филимонов В. В., Широкий В. П. Опубл. БИ№31,10.11.2003.

9. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2003113275/11(013990), МКИ 7 Б 16 С 43/06. Устройство для сборки радиальных роликовых подшипников / Кристаль М. Г., Стегачев Е. В., Широкий А. В.

10. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2003113277/02(013992) МКИ 7 В 23 р 7/02. Устройство для ориентации цилиндрических деталей / Кристаль М. Г., Широкий А. В., Стегачев Е. В.

Широкий Алексей Владимирович

Разработка и исследование прогрессивных вибрационных средств автоматической загрузки и транспортирования штучных деталей

Подписано в печать 16.08.2004 г. Заказ №649. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография «Политехник» Волгоградского государственного технического университета. 400131, Волгоград, ул. Советская, 35

Введение.

Глава 1 Обзор литературы по средствам и способам автоматической вибрационной загрузки технологического оборудования.

1.1 Общие положения.

1.2 Анализ методов повышения производительности автоматических вибрационных бункерных загрузочных уст ройств (АВБЗУ).

1.2.1 Методы повышения скорости вибротранспортирования деталей по лотку АВБЗУ.

1.2.2 Увеличение числа захватных органов АВБЗУ.

1.2.3 Методы и средства повышения коэффициента заполнения спирального лотка АВБЗУ.

1.3 Анализ методов обеспечения бесперебойности загрузки деталями технологического оборудования.

1.3.1 Вероятностные модели потока деталей в канале питания технологического оборудования.

1.3.2 Методы обеспечения бесперебойности загрузки дета

• лями технологического оборудования.

1.4 Анализ влияния применяемой схемы ориентирования

• деталей на параметры их потока в канале питания.

1.5 Выводы из обзора литературы, уточнение цели и задач исследования.

Глава 2 Теоретические исследования влияния параметров АВБЗУ на характеристики выходного потока деталей.

2.1 Общие положения.

2.2 Разработка модели потока деталей в АВБЗУ.

2.3 Модель влияния пассивного ориентирования деталей и разделения их потока по п параллельным каналам на параметры выходного потока.

2.4 Определение влияния потока отказов оборудования на характеристики выходного потока деталей.

2.5 Оценка влияния параметров потоков деталей в канале питания на величину объема межоперационного накопителя

2.6 Модель влияния степени стохастичности потока деталей на надежность их передачи из канала питания в захватные органы внешнего ориентирующего устройства.

Выводы по главе 2.

Глава.З Теоретическое исследование процесса активного ориентирования деталей со слабовыраженной асимметрией формы

ДСАФ).

3.1 Разработка модели динамики активного ориентирования ДСАФ без учета момента сопротивления движению.

3.1.1 Движение детали при нулевых начальных угловых скоростях.

3.1.2 Движение детали при ненулевых начальных угловых скоростях прецессии и чистого вращения.

• 3.2 Определение величин начальных угловых скоростей прецессии, чистого вращения и нутации при ориентировании детали.

3.3 Исследование активного ориентирования ДСАФ с учетом момента сопротивления движению.

3.4 Определение максимально допустимой величины угловой скорости вращения диска ориентирующего устройства 93 Выводы по главе 3.

Глава 4 Экспериментальное исследование параметров выходного потока деталей в АВБЗУ с донным активатором (ДА).

4.1 Экспериментальное исследование вида распределения интервалов времени между деталями выходного потока АВБЗУ.

4.2 Методика обработки экспериментальных данных при исследовании распределения величины интервала времени между деталями выходного потока АВБЗУ.

4.3 Анализ результатов экспериментального исследования распределения интервалов времени между деталями выходного потока АВБЗУ с ДА.

Выводы по главе 4.

Глава 5 Имитационное моделирование потоков деталей в каналах питания технологического оборудования.

5.1 Оценка влияния процесса пассивного ориентирования на параметры выходного потока деталей.

5.2 Трансформация параметров потока деталей при их разделении по параллельным каналам.

5.3 Оценка влияния параметров потока отказов оборудования на характеристики потока деталей.

5.4 Определение требуемого объема межоперационного накопления деталей.

Выводы по главе 5.

Глава 6 Экспериментальное исследование ориентирования цилиндрических деталей со слабовыраженной асимметрией формы

6.1 Разработка экспериментальной установки для исследования процесса активного ориентирования деталей в роторном ориентирующем устройстве (РОУ).

6.2 Методика обработки экспериментальных данных при исследовании ориентирования деталей в РОУ.

6.3 Интерпретация результатов экспериментального исследования ориентирования деталей в РОУ.

Выводы по главе 6.

Глава 7 Разработка конструкций АВБЗУ повышенной производительности, устройств активного ориентирования деталей и линейных пневмовакуумных вибротранспортеров.

7.1 Автоматическое вибрационное бункерное загрузочное устройство с вращающимся донным активатором.

7.2 Роторное ориентирующее устройство для ориентирования деталей по положению осевого отверстия на торцевой поверхности.

7.3 Роторное ориентирующее устройство для ориентирования деталей по положению канавки на наружной цилиндрической поверхности.

7.4 Роторное ориентирующее устройство для конических роликов.

7.5 Методика инженерного проектирования РОУ для деталей со слабовыраженной асимметрией формы.

7.6 Конструкции линейных пневмовакуумных вибротранспортеров с управляемым трением.

Выводы по главе 7.

Степень автоматизации производственных процессов в машиностроении и приборостроении во многом определяется развитием средств автоматической загрузки штучными деталями технологического оборудования, поскольку надежная, производительная и экономичная конструкция системы питания, гарантирующая бесперебойную подачу заданного количества правильно ориентированных в пространстве кондиционных компонентов, во многом обеспечивает качество работы всей технологической системы. Использование в современном производстве высокопроизводительных роторных, вибрационных и волновых сборочных машин требует повышения пропускной способности каналов питания, содержащих устройства автоматической загрузки, ориентирования и транспортирования деталей. В ряде массовых и крупносерийных производств технологический процесс изготовления продукции предусматривает сборку многоэлементного изделия или иное воздействие на комплект однородных деталей. Так, при производстве цилиндрических и конических подшипников, на операции их сборки, необходимо одновременно подать на сборочную позицию в v ориентированном положении от 10 и более роликов; при производстве пьезокерамических изделий, на рабочие позиции поляризации, контроля, маркировки и сборки необходимо выдать с обеспечением заданных показателей интенсивности и надежности комплект деталей, состоящий от 15 и более пьезоэлементов в определенном пространственном положении, что предъявляет повышенные требования к производительности средств автоматической загрузки.

Сложность автоматической загрузки и ориентирования возрастает для деталей со слабовыраженной асимметрией формы (ДСАФ), к которым можно отнести ролики конических подшипников, ролики с поднутрением на торце или фаской, призмы с малой разностью оснований, диски с несквозным отверстием. Удельный вес указанных ДСАФ в общей структуре обрабатываемых деталей подшипниковой промышленности, приборостроения и производства пьезокерамических деталей значителен, а трудоемкость операций ориентирования и транспортирования может составлять до 15.35% от полной трудоемкости изготовления готового изделия.

Исследованию и разработке вопросов комплексной автоматизации производства, транспортно-загрузочных процессов и автоматического ориентирования посвящены труды ряда отечественных ученых: Балакшина Б. С., Блехмана И. И., Быховского И. И., Боброва В. П., Вайсмана Е. Г., Владзиевского А. П., Волчкевича Л. И., Гончаревича И. Ф., Давыден-ко Э. П., Иванова А. А., Иоффе Б. А., Камышного Н. И., Капустина И. И., Клусова И. А., Корсакова В. С., Кошкина JI. Н., Кристаля М. Г., Лавенде-ла Э. Э., Лебедовского М. С., Левчука Д. М., Малова А. Н., Маткина Ю. Л., Медвидя М. В., Пановко Я. Г., Повидайло В. А., Прейса В. Ф., Прей-са В. В., Рабиновича А. Н., Усенко Н. А., Усова Б. А., Федотова А. И., Ша-байковича В. А., Шаумяна Г. А., Яхимовича В. А. и др.

Широкое применение в каналах питания технологического оборудования (ТО) для загрузки, межоперационного транспортирования и ориентирования деталей находят автоматические вибрационные бункерные устройства (АВБЗУ) и линейные вибротранспортные устройства. Основными преимуществами АВБЗУ являются компактность и простота конструкции, возможность быстрой переналадки с затратой относительно небольших средств, бесступенчатое регулирования скорости вибротранспортирования деталей, долговечность и надежность в работе. АВБЗУ, наряду с указанными преимуществами, также характеризуются случайным характером выходного потока деталей, определяемого вероятностным процессом захвата деталей, применяемой схемой ориентирования и случайным потоком отказов, что влияет на бесперебойность загрузки ТО и производительность всей технологической системы.

Существенный вклад в развитие вибрационного загрузочного и транспортирующего оборудования внесли научные коллективы МГТУ им. Баумана Н. Э., ВНИТИПрибора, НИИТОПа, Государственного НИИ машиностроения, НИТИ института физики АН Латв. ССР, ЦКБ ТО, ЭНИМСа, СКБ ЧС, Каунасского, Львовского, Рижского, Тульского политехнических институтов, Севастопольского приборостроительного института и др.

Разработки вибрационных загрузочных, транспортирующих и ориентирующих устройств активно ведутся за рубежом, в частности, Иллиной-ским технологическим институтом (США), университетом Стратклайда (Глазго, Шотландия), фирмами «General Electric», «Citizen Watch», «Sorti-mat», «Otto Kurz», «Triton Engineering», «Automation Devices», «Tissen Industry» и др. Ими в основном уделяется внимание разработке конструкций устройств подачи и ориентирования.

Увеличение производительности АВБЗУ достигается повышением скорости вибротранспортирования, числа потоков деталей в устройстве и коэффициента заполнения деталями выходного лотка. В известных виброприводах обеспечивается высокая, до 85% от максимальной скорости транспортирования, степень приближения к идеальным законам вибротранспортирования. Число потоков деталей, одновременно формируемых в АВБЗУ, ограничено максимально допустимым углом подъема спиральных лотков, условиями отвода неправильно сориентированных деталей, ростом габаритных размеров чаши и не превышает, как правило, двух-трех. Повышение коэффициента заполнения лотка АВБЗУ достигается переводом деталей в положение, благоприятное для захвата и увеличением интенсивности процесса захвата посредством выборки деталей с большей площади донной части чаши. Однако в настоящее время вопросы приближения случайного процесса захвата деталей к детерминированному, управления величиной коэффициента заполнения деталями выходного лотка АВБЗУ для повышения производительности АВБЗУ исследованы недостаточно.

Бесперебойность загрузки деталями ТО, определяемая случайным характером выходного потока деталей АВБЗУ, может быть обеспечена приближением процесса захвата деталей к детерминированному, применением активного ориентирования деталей в канале питания, использованием межоперационных накопителей деталей. Объем межоперационных накопителей традиционно определяется на основе модели простейшего потока деталей, не всегда адекватной потокам в реальных условиях, а при активном ориентировании в АВБЗУ деталей, особенно со слабовыраженной асимметрией формы, требуются интервалы времени в потоке, позволяющие завершить перевод детали из одного различимого положения в другое до прихода в устройство ориентирования последующих деталей, что ограничивает общую производительность АВБЗУ. Бесперебойность подачи деталей в рабочую зону ТО может быть достигнута также управлением параметрами потока (интенсивностью и стохастичностью) деталей с помощью изменения интенсивности захвата. Однако вопросы приближения случайного процесса захвата деталей к детерминированному, управления параметрами выходного потока деталей с помощью изменения интенсивности захвата для повышения производительности АВБЗУ в настоящее время исследованы недостаточно.

Активное ориентирование деталей со слабовыраженной асимметрией формы, подающихся высокоинтенсивным потоком, может быть осуществлено в ориентирующем устройстве (ОУ), в зоне ориентирования которого деталь отделяется от последующего потока и к ней, независимо от величины временного интервала между соседними деталями во входящем в ОУ потоке, прилагается внешнее воздействие в течение требуемой длительности т, что обеспечивает равенство производительностей транспортирования и ориентирования. Однако вопросы определения параметров таких ОУ на основе изучения процесса ориентирования ДСАФ в настоящее время исследованы недостаточно.

Таким образом, применение АВБЗУ в каналах питания высокопроизводительного ТО требует дальнейшего повышения производительности таких устройств, приближения их выходного потока к детерминированному, возможности управления параметрами потока деталей для обеспечения бесперебойной автоматической загрузки ТО, и создания высокопроизводительных систем активного ориентирования, работающих в непрерывном режиме. Поэтому проведенное в этом направлении исследование является актуальным и расширяет область применения вибрационных загрузочных и транспортирующих устройств при автоматизации загрузки технологического оборудования.

Целью настоящей работы является повышение производительности АВБЗУ с обеспечением бесперебойной автоматической загрузки деталями технологического оборудования на основе управления параметрами потока деталей.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработка вероятностной модели потока деталей в АВБЗУ и канале питания ТО, исследование влияния скорости вибротранспортирования, характера захвата и схемы ориентирования деталей, параметров надежности функционирования загрузочного устройства и ТО на показатели выходного потока деталей.

2. Разработка метода управления параметрами случайного выходного потока деталей в АВБЗУ на основе активизации их захвата.

3. Разработка математической модели активного ориентирования ДСАФ, поступающих на ориентирование случайным потоком.

4. Экспериментальная оценка адекватности предложенных моделей случайных потоков деталей и средств активного ориентирования.

5. Разработка типовых прогрессивных автоматических загрузочных, вибротранспортных и ориентирующих устройств, инженерной методики их проектирования.

По результатам выполненных исследований автор защищает:

• вероятностную модель потока деталей в АВБЗУ в виде потока Пальма с ограниченным последействием, отражающую влияние процесса захвата деталей, схемы их ориентирования, числа параллельных каналов питания, показателей надежности функционирования загрузочных устройств и ТО на параметры выходного потока деталей.

• математическую модель динамики ориентирования ДСАФ в роторном ориентирующем устройстве и результаты ее теоретического исследования.

• методику расчета требуемых объемов межоперационных накопителей (МН) и вероятности передачи деталей в технологическую машину на основе исследования потоков деталей с последействием.

• метод управления параметрами потока деталей в АВБЗУ посредством интенсификации захвата деталей донным активатором (ДА) и результаты его экспериментального исследования в АВБЗУ с ДА.

• результаты экспериментального исследования процесса активного ориентирования ДСАФ в роторном ориентирующем устройстве (РОУ).

• рекомендации по определению технологических параметров АВБЗУ с ДА и методику инженерного проектирования РОУ.

• конструкции АВБЗУ с ДА, РОУ для ориентирования ДСАФ и линейных пневмовакуумных вибротранспортных устройств.

Основные положения, сформулированные в диссертации, являются результатами исследований по госбюджетной НИР № 35-53/302-99 «Исследование процессов автоматического контроля и управления сложных нелинейных систем», выполненной под руководством доктора технических наук, профессора, чл.-корр. РАН [Бабушкина Марка Николаевича!, которому автор выражает особую благодарность за ценные замечания и помощь при выполнении диссертационной работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Из обзора литературных источников установлено, что АВБЗУ просты, долговечны и быстропереналаживаемы для загрузки широкой номенклатуры деталей, что определяет перспективность их применения. Повышение производительности АВБЗУ достигается как увеличением средней скорости вибротранспортирования деталей, так и повышением коэффициента заполнения деталями выходного лотка устройства.

2. Предложена и экспериментально подтверждена вероятностная модель потока деталей в АВБЗУ в виде потока Пальма с параметрами X — интенсивность потока, к — степень последействия в потоке. Установлено, что потоки деталей в АВБЗУ и каналах питания технологического оборудования отличаются от простейших потоков меньшей стохастичностью и ограниченным последействием.

3. Установлено, что с увеличением стохастичности потока деталей в канале питания, определяемой величиной параметра к, снижается вероятность передачи деталей в захватные органы технологического оборудования, а требуемый объем межоперационного накопления деталей для обеспечения бесперебойности загрузки деталями технологического оборудования увеличивается.

4. Установлено влияние на интенсивность X потока деталей и степень к последействия в нем используемой схемы ориентирования, разделения исходного потока на п параллельных каналов и интенсивности потока отказов технологического оборудования.

5. Предложен метод обеспечения бесперебойности загрузки ТО деталями с использованием межоперационных накопителей минимального объема посредством управления параметрами X и & потока деталей в канале питания. Установлено, что выполнение донной части чаши АВБЗУ в виде донного активатора и сообщение ему вращательного движения в направлении транспортирования деталей с окружной скоростью V0Kp >Утр, позволяет управлять интенсивностью захвата деталей лотком, параметрами потока (интенсивностью X и степенью последействия к) в широком интервале значений.

6. Установлено, что производительность АВБЗУ с ДА пропорциональна скорости V вибротранспортирования и с уменьшением отношения

4 = Утр / V0Kр достигает значения ПАВБЗУ = 8,8. 9,0 дет/с (для детали с размером в направлении транспортирования 14 мм) при скорости FTp =160.180 мм/с и £ = 0,1, что на 50%.55% выше производительности АВБЗУ без интенсификации захвата. Установлено, что применение донного активатора, интенсифицирующего захват деталей в АВБЗУ, позволяет увеличить в 1,3 раза рабочую скорость Утр вибротранспортирования с сохранением устойчивости движения деталей на лотке устройства.

7. Установлена взаимосвязь между величиной коэффициента Кзап заполнения лотка деталями и степенью к последействия в потоке деталей, инвариантная скорости Утр вибротранспортирования для данного типа деталей и конструкции АВБЗУ.

8. Установлено, что при значении коэффициента заполнения Кзап>0,6 снижается надежность активного ориентирования деталей в рабочем органе АВБЗУ. Активное ориентирование деталей, подающихся потоком с повышенными значениями интенсивности и последействия, необходимо организовать в ориентирующем устройстве, конструкция зоны ориентирования которого позволяет обеспечить приложение к детали силового воздействия в течение времени т, большего длительности top гарантированного ее перевода в требуемое пространственное положение.

9. Предложена математическая модель межоперационного накопления де-• талей, основанная на распределении Кристаля (распределении разности случайных величин, имеющих гамма-распределение), для определения требуемого объема межоперационного накопителя деталей, обеспечивающего бесперебойность загрузки технологического оборудования в течение требуемой длительности Т его работы.

10.Разработана математическая модель процесса активного ориентирования деталей в РОУ, позволяющая определить длительность /ор процесса ориентирования ДСАФ и область допустимых значений конструктивных и технологических параметров РОУ для обеспечения гарантированного ориентирования деталей.

11.Экспериментальное исследование длительности /ор активного ориентирования деталей со слабовыраженной асимметрией формы в РОУ показало адекватность его результатов теоретическим данным в интервале значений производительности гарантированного ориентирования Проу =1,6. 5,0дет/с.

12.Разработана методика определения технологических параметров АВБЗУ с донным активатором для обеспечения заданной производительности бесперебойной загрузки деталей и методика инженерного проектирования РОУ для ориентирования ДСАФ, поступающих на ориентирование потоком с высоким значением интенсивности и степени последействия.

13.Разработаны типовые АВБЗУ с ДА, РОУ для активного ориентирования ДСАФ и линейные пневмовакуумные вибротранспортные устройства с управляемым в течение одного периода колебаний трением, конструкции которых защищены патентами РФ №2173662, №2201860, №2215680.

14.В соответствии с полученными результатами разработан опытно-экспериментальный образец АВБЗУ с ДА, внедрение которого в производственный процесс ООО «Аврора — ЭЛМА» позволило получить годовой экономический эффект в размере 21875 руб. (см. приложение 2).

1. Автоматизация загрузки прессов штучными заготовками. Расчет и конструирование / Под ред. В. Ф. Прейса. — М.: Машиностроение, 1975.

2. Автоматическая загрузка технологических машин: Справочник / И. С. Бляхеров, Г. М. Варьяш, А. А. Иванов и др. Под общ. ред. И. А. Клу-сова. — М.: Машиностроение, 1990. — 400 с. ил.

3. Авцинов И. А. Автоматизация процессов ориентации штучных изделий с использованием газовой несущей прослойки: Автореф. дисс. . д-ра техн. наук. — 2003.

4. Авцинов И. А., Битюков В. К., Попов Г. В. Пневмоцентробежные устройства для гибких автоматизированных производств сборки изделий / Повышение эффективности процессов резания металлов. Сб науч.трудов. — Волгоград, 1987.

5. Аксельрад Э. Л. Расчет и проектирование бункерных вибропитателей. // Вестник машиностроения. — 1961. — №7.

6. Александров Е. В., Соколовский В. Б. Прикладная теория и расчеты ударных систем. — М., 1969.

7. Анчишкина Л. Ф., Рожковский В. Д. Динамика ориентирования заготовок на ножах наклонного вращающегося диска // Автоматизация технологических процессов, вып. 1, — Тула, 1973.

8. Аппель П. Теоретическая механика: Пер. с фр. — М.: Иностранная литература, 1960.

9. Артоболевский И. И., Капустин И. И., Прейс В. Ф. Производительность и методы ориентирования штучных деталей. — В кн.: Теория машин автоматического действия. — М.: Наука, 1970.

10. Бабушкин М. Н., Широкий А. В., Кристаль М. Г., Филимонов В. В. Пневмовакуумное вибротранспортное устройство с управляемым трением / Автоматизация технологических процессов в машиностроении, межвуз. сб. науч. тр. ВолгГТУ, Волгоград, 2003. — С. 51 — 55.

11. Бабушкин М. Н., Широкий А. В., Кристаль М. Г. Ориентирование деталей в АВБЗУ повышенной производительности / Автоматизациятехнологических процессов в машиностроении, межвуз. сб. науч. тр. ВолгГТУ, Волгоград, 2003. — С. 55 — 62.

12. Блехман И. И. Джанелидзе Г. Ю. Вибрационное перемещение. — М.: Наука, 1964.

13. Бобров В. П. Проектирование загрузочных и транспортных устройств к станкам и автоматическим линиям. — М.: Машиностроение, 1964.

14. Бондарь А. Г., Статюха Г. А. Планирование эксперимента в химической технологии. — Киев: Вища школа, 1976.

15. Бухгольц Н. Н. Основной курс теоретической механики. — М.: Наука, 1972.

16. Вайсман Е. Г., Гринштейн Я. Г. Автоматическое ориентирование деталей в вибробункерах. Опыт СКБ ЧС. — М., 1989.

17. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969.

18. Вентцель Е. С., Овчаров JI. А. Прикладные задачи теории вероятности. — М.: Наука, 1983.

19. Владзиевский А. П. Автоматические линии в машиностроении. — М.: Машгиз, 1958.

20. Волчкевич JI. И. Надежность автоматических линий / Под ред. Г. А. Шаумяна. — М.: Машиностроение, 1969. — 308 с.

21. Гантмахер Ф. Р. Лекции по аналитической механике. — М.: Наука, 1966.

22. Глазков В. А. Исследование и разработка методов объективной оценки производительности автоматических ориентирующих устройств: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. — 1970.

23. Глазков В. А. Расчет производительности автоматических ориентирующих устройств сборочных автоматов. — В кн.: Научные основы автоматизации сборки машин. — М.: Машиностроение, 1976.

24. Гольдсмит В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел. =—М.: Стройиздат, 1965.

25. Граммель Р. Гироскоп, его теория и применение: Пер с нем. — М.: Иностранная литература, 1952.

26. Гринштейн Я. Г., Вайсман Е. Г. Системы питания автоматов в приборостроении.— М.: Машиностроение, 1966.

27. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. — М.: Мир, 1981.

28. Иванов А. А. Автоматизация сборки миниатюрных и микроминиатюрных изделий. — М.: Машиностроение, 1977.

29. Иванов А. А. Гибкие производственные системы в приборостроении. — М.: Машиностроение, 1988.

30. Иванов А. А. Проектирование систем автоматического манипулирования миниатюрными изделиями — М.: Машиностроение, 1981.

31. Ильинский Д. Я., Капустин И. И. Производительность нормализованного автоматического бункерного вибропитателя. // Известия ВУЗов. Машиностроение. — 1965. —№1. — С. 145 — 150.

32. Иоффе Б. А., Калнинь Р. К. Ориентирование деталей электромагнитным полем. — Рига: Зинатне, 1972.

33. Камышный Н. И. Автоматизация загрузки станков. — М.: Машиностроение, 1977.

34. Камышный Н. И., Усов Б. А. Расчет вибрационных загрузочных устройств. — М.: Изд. МВТУ, 1975. — 32 с.

35. Капустин И. И., Ильинский Д. Я., Карелин Н. М. Устройства и механизмы автоматических сборочных машин. — М.: Машиностроение, 1968.

36. Ким В. Б., Пискорский Г. А. Исследование процесса перемещения деталей в емкости АБЗОУ // Известия ВУЗов. Легкая промышленность. — 1973. —№5.

37. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания: Пер. с англ. И. И. Грушко. — М.: Машиностроение, 1979.

38. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. — М.: Наука, 1984. — 832 с.

39. Корсаков В. С. Автоматизация производственных процессов. — М.: Наука, 1978.

40. Косулин К. Г. Разработка и исследование вибропривода с ударным параметрическим возбуждением: Дис. . канд. техн. наук. — 1992.

41. Кристаль М. Г. Технологическая надежность прогрессивных устройств для непрерывной сборки цилиндрических изделий с зазором: Автореф. дисс. .канд. техн. наук. — М., 1985.

42. Кристаль М. Г. Оценка погрешности относительного расположения сопрягаемых поверхностей при автоматической сборке цилиндрических соединений. // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2000. — №6. — С. 20 — 23.

43. Кристаль М. Г., Широкий А. В., Стегачев Е. В., Филимонов В. В. Метод повышения производительности вибрационных бункерных загрузочных устройств. // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2002. —№4. —С. 16—19.

44. Кристаль М. Г., Филимонов В. В., Смирнов И. А., Широкий А. В. Пневмовакуумный транспортер с цикловым движением симметричных рабочих органов // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2002. —№10. — С. 26 — 27.

45. Кристаль М. Г., Широкий А. В. Активное ориентирование деталей в роторном ориентирующем устройстве // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2004. — №2. — С. 17 — 20.

46. Кристаль М. Г., Широкий А. В. Оценка параметров выходного потока деталей в автоматических вибрационных бункерных загрузочных устройствах // Сборка в машиностроении, приборостроении.— 2004.7. — С. 3 — 6.

47. Лавендел Э. Э. Оптимальные режимы вибротранспортировки плоских тел. / В сб.: Проблемы вибрационной техники. — Киев: Наукова думка, 1968. — 110 с.

48. Лебедовский М. С. Автоматизация сборочных работ. — М.: Машиностроение, 1970.

49. Лебедовский М. С., Федотов А. И. Автоматизация в промышленности.1. Л.: Лениздат, 1976.

50. Лурье А. И. Аналитическая механика. — М.: Наука, 1961.

51. Магнус К. Гироскоп. Теория и применение: Пер. с нем. Г. Д. Блюмина, В. А. Филиппова, Б. Л. Хейна. / Под ред. Г. Д. Блюмина. — М.: Мир, 1974. — 526 с.

52. Малов А. Н. Загрузочные устройства для металлорежущих станков. — М.: Машиностроение, 1972.

53. Матюнин И. Е. Оптимизация транспортно-грузовых процессов на промышленных предприятиях. — Минск: Вышэйшая школа, 1975.

54. Медвидь М. В. Автоматические ориентирующие загрузочные устройства и механизмы. — М.: Машгиз, 1963.

55. Мелехин В. Б. Силовое взаимодействие штучных заготовок в бункере загрузочного устройства. // Известия ВУЗов. Машиностроение. — №7.1985. —С. 143. —147.

56. Меркин Д. Р. Гироскопические системы. — М.: Наука, 1979.

57. Митрохин В. Т. Выбор параметров и расчет центростремительной турбины. — М.: Машиностроение, 1966.

58. Моисеев В. М. Разрознение предметов обработки в вибрационных загрузочных устройствах: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. — 2002.

59. Наталевич А. С. Воздушные микротурбины. — М.: Машиностроение, 1970.

60. Новиков О. А., Петухов С. И. Прикладные вопросы теории массового обслуживания. / Под ред. Б. В. Гнеденко. — М.: Советское радио, 1969.

61. Пановко Я. Г. Введение в теорию механического удара. — М.: Наука, 1977.

62. Парс J1. А. Аналитическая динамика: Пер. с англ. К. А. Лурье. — М.: Наука, 1971. —635 с.

63. Пискорский Г. А., Тонковид Л. А. Автоматическая ориентация обув. ных деталей. // Известия ВУЗов. Технология легкой промышленности.1964. — №4.

64. Рекомендации по стандартизации Р 50.1.037-2002. Прикладная статистика. Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим. Часть II. Непараметрические критерии. — М.: Издательство стандартов, 2002. — 58 с.

65. Румшиский Л. 3. Математическая обработка результатов эксперимента. — М.: Наука, 1971.

66. Сельвинский В. В. Возможности предварительной ориентации деталей в робототехнических комплексах. В книге: Динамика и алгоритмы управления роботов манипуляторов. — Иркутск, 1982.

67. Спиваковский А. О., Гончаревич И. Ф. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. — М.: Машиностроение, 1972. — 328 с.

68. Соболь И. М. Численные методы Монте-Карло. — М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1973. — 311 с.

69. Тамарченко В. С. Основы конструирования сборочных машин электровакуумного производства. — М.: Энергия, 1968.

70. Усенко Н. А., Бляхеров И. С. Автоматические загрузочные ориентирующие устройства. — М.: Машиностроение, 1984.

71. Усов Б. А. Повышение производительности вибрационных бункерных загрузочных устройств. — ГОСИНТИ, 1963.87.- Физические величины: Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991.

72. Хан Г. С., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. — М.: Мир, 1969.

73. Харт X. Ведение в измерительную технику: Пер с нем. М. М. Гельмана. — М.: Мир, 1999.

74. Шабайкович В. А. Ориентирующие устройства с программным ориентированием. — Киев: Техника, 1981.

75. Шабайкович В. А. Программное ориентирование деталей. — М.: Машиностроение, 1983.

76. Шаумян Г. А. Комплексная автоматизация производственных процессов. — М.: Машиностроение, 1973.

77. Шеннон Р. Ю. Имитационное моделирование систем: искусство и наука. — М.: Мир, 1978.

78. Эштон У. Д. Стохастические модели дорожного движения. — В кн. Математическое моделирование: Пер. с англ. — Под ред. Ю. П. Гупало. — М.: Мир, 1979.

79. Яхимович В. А. Автоматическая ориентация деталей в соленоидных катушках // Станки и инструмент. — 1963. — №11. — С. 15 — 19.

80. Яхимович В. А. Ориентирующие механизмы сборочных автоматов. — М.: Машиностроение, 1975.

81. Яхимович В. А. Транспортно-загрузочные и сборочные устройства и автоматы. — Киев: Техника, 1976.

82. Kahaner D., Moler C., and Nash S. Numerical Methods and Software,

83. W Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1989.

84. A. c. №117353 (СССР). / А. В. Ревякин. — Опубл. в Б. И., 1958, №7.

85. А. с. №315659 (СССР). Вибробункер / В. Ф. Власов, Ю. В. Давыдов,

86. A. М. Дисман, В. А. Ларичев, М. И. Лейберман. — Опубл. в Б. И., 1971, №29.

87. А. с. №393178 (СССР). Устройство для деления одного потока изделий на два потока. В. В. Вельченко, В. П. Григорьев. — Опубл. в Б. И., 1973, №33.

88. А. с. №529933 (СССР). Устройство для ориентации и автозагрузки деталей / В. Н. Горбачевский. — Опубл. в Б. И., 1976, №36.

89. А. с. №655618 (СССР). Вибробункер / 3. Ш. Штейн, Б. М. Мякинчен-ко. — Опубл. в Б. И., 1979, №13.

90. А. с. №724411 (СССР). Способ разделения потока штучных изделий /

91. B. В. Сафронов, А. А. Иванов, В. А. Фролов, В. Л. Кошурин. — Опубл. в Б. И., 1980, №12.

92. А. с. №1085913 (СССР). Способ разделения по ответвлениям транспортируемых по трубопроводу грузов. Л. И. Волчкевич, Ш. Н. Файзиматов, В. Б. Красов. — Опубл. в Б. И., 1984, №14.

93. А. с. №1433881 (СССР). Вибрационный бункерный питатель / Н. А. Усенко, В. В. Ивлев. — Опубл. в Б. И., 1988, №40.

94. А. с. №1449485 (СССР). Вибрационное загрузочное устройство / Н. А. Усенко, В. В. Ивлев, Л. П. Воропаев, В. А. Поляков, А. Е. Сафонов. — Опубл. в Б. И., 1987, №1.щ> 108. Патент РФ №2103210. Вибробункер / Святкин П. В. — Опубл. в Б. И.,1998, №15.

95. Патент РФ №2173662. Вибробункер / Кристаль М. Г., Широкий А. В., Шостенко С. В., Еремеев В. В. — Опубл. в Б. И. №26, 20.09.2001.

96. Патент РФ №2201860. Устройство для подачи деталей / Кристаль М. Г., Широкий А. В., Филимонов В. В., Стегачев Е. В., Безрукова Т. В. Опубл. в Б. И. №10, 10.04.2003.

97. Патент РФ №2215680. Устройство для подачи деталей / Кристаль М. Г., Широкий А. В., Стегачев Е. В., Филимонов В. В., Широкий В. П. Опубл. в Б. И. №31, 10.11.2003.

98. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2003113275/11(013990), МКИ 7 F 16 С 43/06. Устройство для сборки радиальных роликовых подшипников / Кристаль М. Г., Стегачев Е. В., Широкий А. В.

99. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2003113277/02(013992) МКИ В 23 Q 7/02. Устройство для ориентации цилиндрических деталей / Кристаль М. Г., Широкий А. В., Стегачев Е. В.