автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Разработка методов расчета базовых конструкций транспортных средств для механизации и автоматизации обувного производства

_ ; jj> А. Ач.

3 С г

MW -

? * > г'

На правах рукописи

Роот Виктор Гугович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА БАЗОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ОБУВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальности:

05.19.06 - Технология обувных и кожевенно-

- галантерейных изделий 05.02.13 - Машины и агрегаты(легкой промышленности^

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1908

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение............................................... 5

Глава 1. Технологии и транспортные средства для изготовления обуви клеевым методом.......................14

1.1. Типовая схема производства обуви клеевым методом.....14

1.2. Автоматизация участков сборки обуви..................17

1.3. Механизация и автоматизация подготовительно- заготовочных участков и складских операций..................25

1.4. Разработка конструкций базовых транспортных средств для автоматизации обувных производств................28

1.4.1. Конвейерные устройства для перемещения грузов в вертикальном направлении...........................28

1.4.2. Конструкции грузонесущих платформ для вертикальных четырехцепных конвейеров. . . . . . .................42

1.4.3. Устройства для перегрузки и передачи грузов в конвейерных системах......................................53

1.5. Постановка задачи исследований........................61

Выводы.................................................63

Глава 2. Моделирование условий работы червячной передачи

с учетом упругости зацепления и упругих продольных

перемещений червяка...............................65

2.1. Исследование механических характеристик червячных

передач.............................................. 66

2.1.1. Кинематические и силовые соотношения в червячной

передаче............................................67

2.1.2. Составление динамической модели червячной передачи

с учетом упругости червячного зацепления..............78

2.1.3. Собственные колебания червячной передачи и анализ возможных режимов движения..........................83

2.1.4. Алгоритм численно-аналитического исследования собственных колебаний червячной передачи.............88

2.1.5. Алгоритм численного решения задачи о собственных колебаниях червячной передачи.......................103

2.1.6. Анализ собственных колебаний в червячной передаче

при наличии продольных смещений червяка.............112

2.1.7. Анализ вынужденных колебаний червячной передачи

с учетом продольного движения червяка................125

Выводы.................................................139

Глава 3. Разработка методов расчета и проектирования шаговых конвейеров с дифференциальным червячным приводом........................................142

3.1. Приближенное аналитическое представление статической характеристики асинхронного электродвигателя...........143

3.2. Приближенное аналитическое представление динамической характеристики асинхронного электродвигателя.......153

3.3. Конструкция и кинематические расчеты шагового конвейера с дифференциальным червячным приводом............161

3.4. Составление динамической модели шагового конвейера. . . .172

3.5. Составление уравнений движения шагового конвейера с дифференциальным червячным приводом и их численное решение.............................................176

Выводы.................................................195

Глава 4. Анализ условий работы конвейеров с автоматическим

регулированием натяжения гибких тяговых органов. . .197

4.1. Составление уравнений движения и анализ собственных характеристик ленточного конвейера с планетарным натяжным устройством.................................... .198

4.2. Анализ работы планетарного регулятора натяжения в нелинейной постановке................................212

4.3. Исследование работы планетарного регулятора натяжения с учетом характеристики приводного двигателя и проскальзывания конвейерной ленты на ведущем барабане.............................................225

4.4. Разработка методики расчета и проектирования ры-чажно-планетарного регулятора натяжения ленточных и цепных конвейеров..............................248

Выводы.................................................260

Глава 5. Разработка методов расчета элементов транспортно-

складского модуля................................263

5.1. Назначение и основные конструктивные элементы

модуля...............................................264

5.2. Расчет привода транспортно-складского модуля с упруго-инерционной муфтой............................270

5.3. Моделирование условий работы роликового конвейера

с изменяющимися положениями осей вращения роликов. . . .279

Выводы.................................................290

Заключение, общие выводы и рекомендации.................292

Список литературы.......................................297

Приложение.............................................307

ВВЕДЕНИЕ

Основным направлением развития обувного производства в настоящее время является разработка и промышленное освоение автоматизированных комплексов, включающих в себя машины-автоматы с микропроцессорным управлением, связанные в единую технологическую систему с помощью специализированных транспортных средств.

С технологической точки зрения созданию автоматизированных комплексов наиболее полно соответствует использование клеевого метода крепления низа обуви, который в общем объеме производства обуви занимает ведущее место.

Обувное производство характеризуется многооперацион-ностью технологических процессов и необходимостью обработки заготовок, имеющих сложные пространственные формы, что требует выполнения большого количества транспортных операций и использования технологического оборудования с высокой степенью автоматизации.

В процессе создания современных обувных предприятий должны быть в совокупности решены вопросы снабжения сырьем, материалами, покупными изделиями, организации транспортных потоков внутри и вне предприятия, организации основного производства, распределения, хранения и сбыта готовой продукции.

При этом необходимо переходить от разработки отдельных видов оборудования к созданию систем: производственных, тран-спортно-складских, производственно-транспортных и т. д. Для построения этих систем наиболее эффективен модульный принцип,

когда каждый модуль системы предназначен для выполнения вполне определенной и ограниченной функции, а связь между всеми модулями обеспечивается структурой системы, сочетающей в себе элементы централизованного и децентрализованного управления и контроля.

Примерами таких систем в обувном производстве являются перспективные разработки линий по сборке обуви немецких фирм Schön и Desma. Из отечественных разработок следует отметить полуавтоматическую линию ПЛК-3-0 для производства обуви с применением клеев-расплавов, которая может служить базой для создания автоматизированных обувных предприятий.

Анализ современных тенденций развития обувного производства позволяет выделить следующие группы проблем, решение которых необходимо при создании автоматизированных комплексов и целых предприятий.

1. Разработка технологий и оборудования для автоматизации транспортно-складских работ на складах заготовок и готовой продукции. При этом предпочтение следует отдавать высотным конструктивным исполнениям складов, оборудованных системами комплектации и адресации грузов. С учетом многообразия заготовительных материалов склады должны строиться по секционному принципу, причем целесообразно проектировать стеллажные системы, в которых совмещаются функции хранения и транспортирования грузов.

2. Создание эффективных транспортных систем для обслуживания основного производства, причем главным критерием при проектировании данных систем должна быть не их универсальность,

а соответствие индивидуальным требованиям конкретного участка производства обуви. Очевидно, что при таком подходе доля нестандартных транспортных средств (конвейеров, элеваторов, рольгангов и т. п.) будет возрастать, но увеличение первоначальных затрат в дальнейшем будет компенсироваться эффективностью работы комплексов технологическая машина - транспортное средство.

3. Совершенствование основного производства должно осуществляться за счет использования прессов-автоматов для раскроя листовых и рулонных материалов, автоматизированного оборудования для сборки и обработки деталей верха обуви, швейных машин с микропроцессорным управлением, применения автоматизированной вырубки деталей низа обуви и их обработки и отделки.

Непосредственно сборочные цеха обувных предприятий необходимо оснастить машинами-автоматами и гибкими автоматическими линиями с возможностью их автоматической переналадки в зависимости от рода, вида и модели изготавливаемой обуви. При этом автоматические линии должны строиться на модульном принципе с возможностью независимой замены их отдельных элементов.

В настоящее время созданы машины- автоматы для выполнения практически всех операций технологического процесса производства обуви, за исключением обтяжно-затяжных и взъерошивающих машин, которые при работе в автоматическом режиме не обеспечивают пока стабильно высокое качество обработки. [1 - 5].

При этом следует отметить большой вклад в развитие технологий и оборудования для производства обуви отечественных ученых Зыбина Ю.П., Капустина И.И., Сторожева В.В., Фукина В.А.,

Карамышкина В.И., Костылевой В.В., Ильинского Д.Я., Карагезяна Ю.А. и целого ряда других исследователей.

Вместе с тем уровень механизации и автоматизации транспортных операций на всех стадиях технологического цикла производства обуви является недостаточным. Так например, на отечественных обувных предприятиях доля ручного труда в основном производстве в среднем составляет 30%, тогда как при выполнении транспортных операций она доходит до 70%.

В связи с этим в диссертационной работе была поставлена задача создания базовых конструкций транспортных средств для механизации и автоматизации транспортно-складских и транспортно-производственных операций в обувном производстве и разработки методов их проектных расчетов на основе современных научных знаний в области механики, динамики машин, математического и численного моделирования конвейерных систем.

В соответствии с поставленной задачей в диссертации проведен широкий круг исследований, сущность которых изложена в следующей последовательности.

В первой главе проведен анализ существующих и проектируемых технологических процессов изготовления обуви клеевым методом крепления, являющимся наименее трудоемким и наиболее соответствующим требованиям автоматизации основного технологического оборудования. Даны краткие характеристики машин, используемых на всех основных операциях технологического процесса.

Проанализированы также транспортные потоки для каждого из технологических процессов и выбраны наиболее рациональные конструкции транспортных средств для их осуществления.

Кроме того подробно рассмотрены характеристики перемещаемых грузов на складах заготовок и готовой продукции. Предложен ряд оригинальных конструкций транспортных средств, защищенных авторскими свидетельствами на изобретения, и рекомендуемых к использованию на автоматизированных комплексах по производству обуви.

В конце главы, исходя из конкретных требований обувного производства, сформулированы основные направления исследований рекомендуемых транспортных средств.

Во второй главе исследуются динамические характеристики червячных передач, необходимость изучения которых обусловлена тем, что червячные передачи из-за малых скоростей движения тяговых органов находят широкое применение в приводах конвейерных устройств обувного производства.

При этом учитываются упругие свойства и зазор в червячном зацеплении, что приводит к необходимости исследования червячной передачи как кусочно-линейной механической системы, причем последняя рассматривается в качестве части более общей динамической модели конвейерного устройства.

На основе анализа собственных колебаний модели червячной передачи получены уравнения движения для четырех возможных режимов работы: тягового, инверсного тягового (оттормаживания), самоторможения и движения в зазоре.

Сформулированы условия, определяющие тип режима работы червячной передачи, и разработан алгоритм моделирования движения червячной передачи на ЭВМ с учетом возможности ее собственных колебаний в различных режимах работы.

Развитием теории математического моделирования динамики червячных передач в данной главе является учет упругих свойств червяка и возможность его заданного движения в продольном направлении, что позволяет в рамках единого программного обеспечения исследовать как обычные, так и дифференциальные червячные передачи.

При анализе собственных колебаний червячной передачи уравнения движения решались аналитически и численно, что дало возможность рекомендовать для практического исследования метод пошагового численного решения с помощью рядов Тэйлора.

В целом материалы второй главы являются одной из главных частей диссертации и создают научную и вычислительную базу для анализа сложных механических систем и, в частности конвейерных установок, в состав которых входят червячные передачи.

Третья глава диссертации посвящена разработке методики проектирования шаговых конвейеров, которые используются преимущественно в технологических машинах и агрегатах обувного производства: сушильные установки, линия ПЛК-З-О. Данная задача решается на примере шагового конвейера с дифференциальным червячным приводом, конструкция которого разработана с учетом требований обувного производства.

В настоящей главе приведена методика определения параметров привода конвейера с дифференциальной червячной передачей, при которых на заданном промежутке времени обеспечивается высотой тягового органа, а общее движение конвейера имеет периодический характер.

Большое внимание уделено анализу характеристик приводных электродвигателей, в результате чего предложена достаточно эффективная математическая модель динамической характеристики двигателя, пригодная для описания режимов работы двигателя в процессе его разгона, торможения и установившегося движения.

Для рассматриваемой конструкции шагового конвейера предложена нелинейная динамическая модель, содержащая замкнутый колебательный контур, наличие которого обусловлено необходимостью передачи червяку вращательного и возвратно-поступательного движения.

Математическое описание данной математической модели получено в виде нелинейной системы, состоящей из шести дифференциальных уравнений второго порядка и одного уравнения первого порядка, соответствующего характеристике двигателя.

Программное обеспечение для исследования динамических характеристик шагового конвейера включает в себя в качестве основной части алгоритм анализа режимов работы червячной передачи, что позволяет учесть влияние всех основных элементов привода на движение тягового органа.

В конце данной главы приведены и проанализированы результаты многовариантных расчетов шагового конвейера, на основе которых даны оценки точности позиционирования, определены нагрузки во всех элементах динамической модели и разработаны рекомендации по исследованию подобных шаговых конвейеров в обувном производстве.

В четвертой главе рассмотрены задачи, связанные с регулированием натяжения тяговых органов в ленточных и цепных конвейе-

pax. Для этих целей предлагается использование планетарных и ры-чажно-планетарных механизмов, с помощью которых можно изменять натяжение тягового органа в зависимости от величины полезной нагрузки, причем натяжение автоматически поддерживается на минимальном для данной нагрузки уровне, обеспечивающем работу конвейера без проскальзывания конвейерной ленты.

Предложен ряд динамических моделей конвейеров с планетарными регуляторами и получено их математическое описание в виде систем нелинейных дифференциальных уравнений.

Для каждого из рассмотренных случаев выполнено численное моделирование на ЭВМ условий работы конвейера и регулятора, на основе которого получены необходимые данные для выбора конструктивных параметров регуляторов и установлены пределы эффективной работы регуляторов.

Проведение сравнительных расчетов конвейеров с различными типами регуляторов натяжения при одинаковых исходных данных показало, что в практических условиях наиболее целесообразно использовать рычажно-планетарный регулятор натяжения, имеющий более широкий диапазон регулирования по отношению к полезным нагрузкам и не подверженный действию сил тяжести элементов конвейера.

В пятой главе используется предложенная в диссертации конструкция транспортно-складского модуля, построенного на базе че-тырехцепного конвейера и включающего в себя приводное устройство и рольганги, обеспечивающие загрузку и разгрузку транспортируемых грузов на двух фиксированных уровнях.

Для улучшения динамических характеристик данного модуля в процессе пуска и при набросе и сбросе нагрузки была разработана �