автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка и исследование вибропневматических загрузочных устройств повышения производительности для деталей типа "колпачок"

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВШ5Р0П11ЕВЫАТИЧЕСКИХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ПОПШЕННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА "КОЛПАЧОК"

Социальность ОН. 13.07 - Автоматизация технологических

гфоцессов и производств (проьымеююсти)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

И ШКЮРМАТИКИ

МАЛЕЧА СЕРГЕЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

На правах рукописи

U0CW1A - 1095

Рзбоч-а выполнена в Московской государственной академии приборостроения и информатики

научный руководитель - доктор технических наук.

профессор аербдков Александр Сергеевич

Официальные оппоненты :

Ведущая организация :

доктор технических паук, профессор волчкесич Леонид ипаиопич

кандидат технических наук, допоит маонев Анатолии Петрович

экспериментальный маишюно-строительный запод 'Поезда*

Завита состоится ¿3/JS^PÁ'lf_.1995 г. в 4--0-. часов

на заседают диссертационного совета К 06j.09J.aa_______н

московской государственной академии прибогостроения и информатики по адресу: ютвю. москиа, ул. Стромынка. a. <ío.

С шссертапией иохно ознакомиться в библиотеке москон с коя государственной академии приборостроения и информатики

Автореферат разослан i Р.-i^V______199-> г.

учения секретарь Специализированного совета

- } -

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. 3 прхбоэо и машиностроении изготовляется больяая номенклатура ятучных оболочковых предметов производства Iдеталей) типа "колпачок", которые характерна тем. что обладают налои массой. многообразней форм и размеров. что обуславливает сложность их штучной загрузки из р^ссыШИ для технологического оборудования повышенной производительности (более 60 вт./кия).

. Анализ литературных источников показал, что традиционные автоматические загрузочные устройства (АЗУ) решают лишь частный задачи выдачи оболочковых (полых, пустотелых) детален при наличии ш эпессов их пассивной ориентации, традиционные АЗУ (дисковые, секторные, штыревые, вибрационные и пр. I не позволяет перемешать потоки деталей типа "колпачок" с повышенными скоростями Унб > 150 им/с и с уведичивамтмися меаду деталями интервалами, что ограничивает производительность процесса ориентации и производительность АЗУ о целом.

особенности деталей типа "колпачок" определили специфику производственных процессов, требумих повышенную стерильность и гигиену рабочих мест, реализация которых требует создания прогрессивного оборудования. Дня автоматической вы- • дачи деталей типа "колпачок* с увеличенной производительностью необходимо создать принципиально новые АЗУ.

С этой целью разработана схема специального вибрационного эагрузочно-орнентируь^его устройства (ВЗОУ). оспестпля -юиего групповую или единичную подачу втучных деталей тиса "колпачок" с помояью гармонических колебаний и направленных потоков воздуха, а также их активную ориентацию па струях воздуха.

цель работа, целы» работ» является разработка принципиально новое схемы предлагаемого высокопроизводительною ЗЗОУ. осуществлявшего подачу тучных деталей тажз "колпачок* е гозаиепныкл схоростями. из ориеятапизэ. проведение теоретя-•?9с:сгя и экспериментальных исследование гсдотокз; ая в гэо» ттеоесеоя. а тзкхе созяавяе методики расчета и яроесгдасБ«!-уша взсу.

- * -

научная новизна, научная новизна работы заключается в разработке принципиально повой с*емы высокопроизводительного взоу для -пттчных деталея типа 'колпачок*, методики исследования протекавших в взоу пропесЬов транспортирования и активной ориентации этих деталей, а также создание методики расчета и проектирования взоу.

методы исследований, осповпые задачи работы решались моделированием и анализом моделей с использованием математического аппарата теоретических основ вибрационного транспортирования штучных предметов, теории машин автоматического действия и теории планирования эксперимента.

практическая ценность. Результаты исследований протекавших в , взоу процессов явились основой для создания методики расчета и проектирования конструкций взоу повышенной производительности.

Реализация работы, в НЛО "Слава" инедрепи два автоматических загрузочных устройства с вибрсппевиатической подачей и с пневматической активной ориентацией для пластмассовых деталей типа "колпачок".

Апробация работы, материалы работы докладывались на кафедре ПР-8 "Технология приборостроения• нглпи.

публикация. Но теме диссертации приняты к опубликованию две статьи и подучено положительное решение о выдаче патента на изобретение. -

структура и обьем работы, диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, иыводов. списка использовашшх источников из 73 наименований и трех приложении на в листах. Обший объем работы составляет 147 страниц машинописного текста. Материал изложеп па >34 страницах, содержит 36 рисунков и таблил на 41 листе. На эашггу выносятся:

разработка предложенной схемы вибрационного загрузоч-но-ориемткррплего устройства (Б30У1 вотяк-ипой производительности. осуществлявшего подачу и активнлэ ориентацию деталей типа "колпачок" под действием гармонических колебания и направленных потоков воздуха:.

результаты экспериментальных исследований протекают! в

- з -

B30V цропессон движения и активяоя ориентации деталей типа 'колпачок*;

методика расчета и проектирования конструкция b30v повышенной производительности.

содержа: ше работы

Во пведении обоснована актуальность темы диссертавион-нои работы, определены пель и задачи работы, раскрыта научная новизна и практическая ценность проведенных исследований.

. В первой главе из литературных источников научных работ И. И. Артоболевского, с. Н. Артоболевского. В. П. Боброва. Л. И. волчкевича. Э. П. давыденко. а. а. Иванова. Н. И. Канышного. Л. Н. копкина. Э. Э. Лавендела. В. Н. недведя. В. А. Повидаяло. Н. а. Усенко и др. ученых проведен анализ схем АЗУ для штучных предметов производства, позволивший установить, что механические азу (дисковые, крючковые, штыревые, секторные и др. i выдает детали типа 'колпачок* с налой производительности) (до 60 ит/нин) при наличии интенсивной подвижное-™ деталей в россыпи, которая отрицательно сказывается на стерильности деталей, повреждая и загрязняя их поверхности. Загрузка деталей типа 'колпачок" в вибрационные азу также вызывает загрязнения и повреждения их поверхностей, а наличие пассивной ориентапий у этих устр яста обеспечивает максимальную производительность не более 30 вгг/нин при скорости вибротранспортирования до ISO ни/с.

Анализ литературных источников по азу и позволил сделать заключение о том. что для увеличения производительности к стерильности производства необходимо увеличить скорость вибротранспортмрования ( Унб ) деталей типа 'колпачок за счет вспомогательной двкхтшей силы, создаваемой воздушным потоком, а также использовать их активную ориентацию.

доя этого необходимо:

1. Разработать принципиально новую схену вибропневматического взоу. осушестоляшего подачу «тучны* деталек nina

- b -

'колпачок" с поименными скоростями под действием гам«оии-ческих колебаний лотка и мат .тленных потоков воздуха. а • также акгивную ориентапйю этих деталей на струях воздуха;

г. Гаэработат^ь теоретически обоснованную динамическую систему движения деталей типа "колпачок* па R30V о целью.определения зависимостей, характеризумвих законы ее движения;

- з. Экспериментально исследовать процессы дпихения и ак-типной ориентации деталей типа "колпачок" на B30V;

разработать методику расчета и проектирования . конструкции B30V повышенной производительности;

5. разработать алгоритн расчета ¡¡:юу для различных ре-химоп двихепня и автинной ориентации деталей типа "колпа-- чок". •

13о итоюи глапе для рационального проектировании ЮОУ разработана классификация мссматриодемых деталей (рис. П. характеризующая их с точки зрения гложности активном •.. и»-и-тапим. .

в основу разработанной классификации положены слепуном« основные признаки деталей тина "колпачок":

отношение габаритных размером деталей iii/d или Ii/hl):

материал деталей;

плотность материала деталей (<и.

Наиболее легко ориентируемыми на струях поздуха яиля-юте я летали класса l <Н d) I группы <ч < t г/см'», а наиболее сложно - детали класса з (Н l)> III группы (ч > а г/см! к

Рассмотрена теория .шихения деталей по ниораиионноиу лотку. Гассмотрены законы лнихения деталей иод действием .мр ионических колебании, а такхе типовые режимы дпихения' деталей ао горизонтальному ииьрируюоему лотку.

разработана предложенная схема изоу (рис. г», осуиест-вляюаего групповую !!ли единичную подачу деталей типа "колпачок" с повышенными скоростями под действием глркоиичегкнх колебаний и направленных потоков воздуха, а такхе активную ориентацию этих деталей на струях воздуха.

На основе предложенной схема разработано шоу. осуществляющее ускоренную подачу и активную ориентацию штучных де-

с!и

- т -

талей типа 'колпачок'.

Рассмотрены основы теории движения деталей при действии на них движущих сил гармонических колебании и дополнительных сил (например, направленного воздушного потока).

В результате были выведены аналитические зависимое! для определения величин:

дополнительного ускорения R/m 8 <31no¿ ♦ f COS«* )

R/m =- ; ( 1 )

(COS^r * f 31П ) дополнительной движущей силы R

me sinoí ♦ f (me cosa + R sin "у >

R = :---; ( г )

cos T

скорости Vcp движения деталей для трех режимов вивро-транспортировання (при действии дополнительной силы PK режимов iß, iljj . Iliß :

режим ip - : (R/mi-t " ( 3 i

режим llR - Vcpjr = 50A(t • f ti I * (R/m) t '( ч )

л( Л(А_, -A+, )

режим III(j - vcp|jR : 50 n i --- +

(A_| + A + , >

г 2. 2 ¿ г 2 ;

A_, (A - A+( ) ■¥ A4| (A. — A_,)S

+ ,ufl-1-]h

A (A+| + A_, ) J

+ (R/n) t . ( 5 )

где oC - угод наклона вибрирушей плоскости (лотка!; J3 - угол наклона рессор;

- угол между направлением силы к и вибрируюшея плоскостью: f - коэффициент трения скольжения:

масса переиеиаемои детали; А - амплитуда колебания дожа;

- а -

л .. А .. - критические амплитуды (движения детали вперед.

■>1—1 » назад);

I - единила времени. Третья глава посьняена экспериментальным исследованиям процессов движения и активной ориентации деталей типа "колпачок" на взоу.

Для исследования протекающих В юоу процессов била создана специальная экспериментальная установка, обеспечивавшая в всироком диапазоне изменение режимов его работы.

при исследовании процесса движения деталей типа "колпачок" пол действием гармонических колебании в зоне загрузки цель исследований заключалась в определении режимов работы взоу, обеспечивающих оптимальные величины скоростей Уср перемещения деталей.

Параметром оптимизации была выбраыа величина средней скорости Уср движения деталей. Фактором - угол 5 наклона поверхности загрузочной емкости к горизонту, ограничителями - режим оибротранспортирования II и величины А. р . ш.

при исследовании процесса подачи деталей типа "колпачок" с повышенными скоростями и гарантированными интервалами между детадяии под действием гармонических колебании и направленных потоков воздуха цель исследования заключалась в определении режимов работы ГООУ. обеспечивающих оптимальные величины средней скорости уср движения деталей.

Параметром оптимизации была выбрана величина средней скорости Уср движения детален. Фактором - величина дополнительной силы К. ограничите л ями - величины А. . ш. (.

При исследовании процесса активной ориентации деталей типа "колпачок" на струях воздуха цель исследований заключалась в определении оптимальных режимов работы ВЗОУ. обеспечивающих, активную ориентацию деталей ( при коэффициенте ори ецташш деталей Ев = 1 ).

Параметром оптимизации был выбран процесс активпой ориентации (Ев - 1 ). Факторами - величина силы о потока воздушных струй, воздействуют« на деталь, я величина давления Ро воздуха в пяевмосетя ориеататора. ограничителями - угол £ наклона осей отверстия воздушных соиел к горизонту, коли-

чество п струя воздуха, воздействующих на деталь, обшее количество н отверстии ориентатора. диаметр ^отверстия сопел к величины m. н/D. H/h, .

При исследовании процесса движения деталей типа "колпачок' на струях воздуха пель исследований заключалась р определении оптиналышк режимов работа взоу ( кв = 1 > для величины оптимальной средней скорости Vcp в движения деталей на ст уях воздуха. Параметром оптимизации была выбрана величина средней скорости Vcpß> движения деталей на струях воздуха. Факторами - сила q потока воздушных струй, воздействующих на деталь, и давление Ро воздуха в пневносети ориентатора. ограничителями - величины £ , d^ . m, п. К.

В результате проведенных исследований были построены графические зависимости:

средней скорости V движения деталей от амплитуды А колебаний для типовых режимов hg и 111^ и Vcp режимов ii и iii (рис. 3):

скорости V, движения деталей от вел-чины r/m (рис. 4); силы а потока воздушных струя, воздействующих на деталь. от-давления Р воздуха оыевносети (рис. 5);

силы а потока воздушных струя, воздействующих па деталь. от нассы а детали для обеспечения коэффициента &в = \ (рис. б);

скорости vcp в движения деталей на воздушных струях от величины о/в (рис. 7).

в четвертой главе на основании результатов исследовании и выведенных зависимостей разработана методика расчета и проектирования взоу.

методика содержит расчет основных конструктивных параметров взоу. а также расчеты для определения режимов движения и активной ориентации деталей на взоу. Разработан алгоритм расчета, позволяющий определить на эвп оптимальные режимы движения и ориентации деталей на взоу.

0биие вш о/ш

1. проведен литературный обзор работ, посвяаенных АЗУ для выдачи штучных предметов производства (деталей) типа "колпачок".

2. предложена принципиально иоиая схема взоу. осуществляющего подачу деталей типа "колпачок* с повышенными'скоростями под действием на них движущих сил гармонических колебаний и направленных потоков воздуха, а также их активную ориентацию па струях воздуха.

3. определены аналитические зависимости для величин дополнительного ускорения, дополнительной движушей силы и скорости движения деталей при действии на них двихушнх сил гармонических колебаний и направленного потока воздуха.

4.. Определены основные режимы движения деталей на ГООУ и границы их работоспособности.

5. определены аналитические зависимости для трех основных режимов движения деталей на взоу.

6. проведены экспериментальные исследования иропессов движении и активной ориентации деталей типа "колпачок" для предложенного взоу. па базе которых установлена возможность активной ориентации класси«ицировапиых штучных деталей при скоростях их перемещения до 4000 ми/с и при амплитуде колебании лотка л - 0.01... мм.

7. предложены конструкции взоу. перемешавшие детали тина "колпачок* при деистиим па них двнжужих сил гармоиичегких колебании и направленного потока воздуха при наличии активной ориентации этих деталей на воздушных струях.

8. Разработан., методика расчета м проектирования взоу повышенной производительности, позволявшая определять основные параметры и рабочие режимы взоу для классифицировании деталей типа "колпачок".

9. разработан алгоритм расчета, позволяют* исследовать аа эвн основные режимы движения и активной ориентации деталей типа "колпачок* па взоу.

10. На базе разработанной методики расчета ■ проекткро-

вания создано ВЗОУ. на которое получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Внедрение двух ВЭ<ру в НЛО "С*ава" 2 43 позволило получить экономический э**ект 1вооо тыс. руб. и 1994 р.

ПУБЛИКАЦИИ ПО TEHE ДИССЕРТАЦИИ

I. Вибрационное загрузочно-ориентирующее устройство / С. В. Полеча. А.С жербакоп. Е. Б. Батагова (Положительное решение о выдаче патента по заявке N 930*9545 от га. ю. 931.

г. палеча С. В. иибглпионно-пневматическое загрузочное устройство. Сборник "Прикладные и инженерные системы" - я. : ПГА1Ш. 1995. nun.

3. Палеча С. В. Вибраииоино-пневнатическое загрузоч-но-ориентируюаее устройство. Сборник 'Прикладные и инженерные системы" - Н. : МГАПИ. «995. Вып. I.

Плотность <1>г(г/сг$ Пг-цпностьЪ^ 1<г Плотность <1<1(е/см*) •

Керамит; г стекло, некоторый, металлы Эоонит, текстолит, органическое стекло и друс. "в тяжелые полимеры Дереро, пробка,резищ полиетилен и другие легкие полимеры Г

0

р

Г-)

и ?

К

1

«с

1

и»

го

"8 £ И

1 I

>

■

-

\ /

¡£33

и

■

к

Г ✓ л/

Оч1

■8

с -ч

5 »

I *

гь

I ^

¡5 о

Гй

'Л-

Xя-

зона загрузки

П* П3

ПЬ

А\

зона ускоренной

ее та леи

подачи эеталем

ВидА

зона активной

ориентации и дви ■ выдачи ЖениЯ Зегалеы на сгрдях воздуха

ы

Оп ( ) ; Ю (о) ©

о бз 1Р !лп @© © @¥

Рис. 2

0,012 0,000 0,00lf

0,02 0,0^ 0,06 QOe 0,}

Puc.3

P;ic.4

V, "(IlR u Ü1 R>, М/С. Vcp (Пиш; м/с

OA HuRR

EUUR

UikUiR

A.MM

область оптимальных Режимов рлботы

Р.мПа

Рис.5

iQ, и

Кв = 1

qörtacrt» оптимальных ¿ 7«-о М/Г)-1

6 Ре* имов райоты 1 fc = 75 "/¿ь •

И/р<1 ^ [" H/h(<t

ш.ка

^Vcpß

0,1 0,2 0.3

Рис.6

cpß,M/c

область оптимальных режимов pa боты

Q/m м/с'

5 10 «5

Рис.7