автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование машин для укладки в тару изделий рыбоконсервного производства

Денисова Елена Геннадьевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАШИН ДЛЯ УКЛАДКИ В ТАРУ ИЗДЕЛИЙ РЫБОКОНСЕРВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (пищевая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени ■ кандидата технических наук

Москва-2006

Работа выполнена на кафедре «Пищевые и холодильные машины» в Калининградском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Фатыхов Ю.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мячи хин С-А.

доктор технических наук, профессор Митин В.В.

Ведущая организация: ГУ Всероссийский научно-

исследовательский институт птицеперерабатывающей п ром ышлен носгн

Защита состоится «28» ноября 2006 г. в 14-) 5 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.149.02 при Московском государственном университете прикладной биотехнологии по адресу: 109316, Москва, Талалихина ул. 33, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПБ.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять в двух экземплярах, по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного Совета.

Автореферат разослан « // » _ 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность темы диссертации обусловлена ее направленностью на решение проблем механизации рыбоконсервного производства на основе совершенствования машин-манипуляторов для укладки банок в тару, осуществляющих одну из наиболее трудоемких операций технологического процесса.

Важнейший вклад в рассматриваемом направлении внесли известные ученые: Артоболевский И.И., Белецкий В Л., Бореншгейн ЮЛ., Бурляй Ю.В., Вульфсон И.И., Горбатов В.МЧ Горлатов A.C., Дикие МЛ., Соколов А.Я., Колчин Н.И., Маршалкин Г.А., Панфилов В.А., Попов H.H., Соколов ВД, Сурков В.Д., Сухой JI.A., Шувалов ВЛ., Харламов C.B. и др.

Одним из определяющих показателей эффективности операций на выходе рыбоконсервных линий является частота повторения рабочих циклов. Наиболее монотонной и однообразной операцией в линиях приведения рыбных консервов в товарный вид является укладка банок в транспортную тару. Однако существующая техника не обеспечивает необходимой высокой производительности и не исключает применения ручного труда при укладке в тару готовых изделий.

На рыбоконсервных предприятиях основные операции технологического процесса механизированы и автоматизированы, а операция укладки банок в тару выполняется в основном вручную. Различие в уровнях оснащения основных и завершающих операций техническими средствами их реализации оказывается тормозом повышения производительности труда на рыбоконсервных линиях.

Многочисленные попытки использования в рыбоконсервном производстве банкоукладочных машин, созданных для других пищевых отраслей, не дали положительных результатов. При выпуске рыбных консервов традиционно используется мелкая консервная тара (банки № 2, 3, б, 8, 21 и др.), поэтому производительность рыбоконсервных линий, выраженная в штучном измерении, оказывается в 2-4 раза больше той, которую имеют линии по производству, например, овощных или мясных консервов, при одинаковой с ними производительности по массе продукта. Оснащение линий приведения рыбных консервов в товарный вид дорогостоящим импортным укладочным оборудованием экономически нецелесообразно. В этих условиях совершенствование банкоукладочных машин рыбоконсервного производства на основе их синтеза, учитывающего достоинства и недостатки существующей укладочной техники, представляет собой проблему, решение которой предложено в данной работе.

Цель работы. Решение проблемы механизации укладки банок в транспортную тару на выходе рыбоконсервных и пресервных линий путем разработки новых банкоукладочных машин-манипуляторов со сложным движением выходных звеньев, осуществляющих «схват» изделий, удерживание изделий при переносе в позицию укладки, подачу изделий в ящики или на поддоны и освобождение изделий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) разработка классификации банкоукладочных машин с делением их на группы по характеру движения захватов;

2) исследование кинематических характеристик машин: с плоскопараллельным движением захватов по дугам постоянного радиуса, с постоянной частотой вращения ротора, несущего захваты; с кулачковыми механизмами вертикального и горизонтального перемещения захватов;

3) анализ геометрических характеристик накопителя и формирователя слоя банок и разработка конструктивного решения по совершенствованию их работы;

4) проведение экспериментального исследования работы безнасосных вакуум-захватов с использованием отсекателя вакуума, разработка методики расчета безнасосных вакуум-захватов;

5) проведение экспериментального исследования центральных кривоши пно-коромысловых механизмов на Геометрическую проворачиваемое» и силовую работоспособность в приводе захватов роторной укладочной машины;

6) аналитическое исследование кулачковых механизмы в составе привода захватов банкоукладочной машины и разработка экспресс-метод по определению геометрических параметров кулачков в зависимости от силовой работоспособности;

7) анализ производительности укладочной машины в функции взаимосвязанных аргументов: периода рабочего цикла и продолжительности формирования слоя изделий с разработкой рекомендаций по ее повышению;

8) разработка технических решений по совершенствованию конструкций банкоукладочных машин.

Научная новизна. Разработана классификация банкоукладочных машин, обоснована целесообразность создания укладочной техники, предпочтительной для рыбоконсервного производства.

Аналитическими и экспериментальными исследованиями определены условия геометрической проворачиваемое™ и силовой работоспособности центральных кривошипно-коромысловых механизмов, получены закономерности, которые послужат дальнейшему развитию теории четырехшарнирных механизмов И методов их силового синтеза.

Получены математические зависимости экспресс-метода во определению конфигурации и геометрических параметров кулачков, используемых в машинах с учетом их силовой работоспособности.

Установлены закономерности изменения производительности баккоукладочных машин в зависимости от продолжительности формирования слоя изделий на формирователе питателя н периода рабочего цикла.

Новизна технических решений подтверждена: тремя патентами на изобретения укладочных машин-манипуляторов с различной структурой кинематической цепи (патенты № 2130410 РФ (1999 г.), 2151087 РФ (2000 г.), 2192996 РФ (2002 г.), разработкой и исследованием конструкции питателя, разработкой и созданием конструкции отсекателя вакуума, разработкой инженерного метода расчета безнасосных вакуум-присосов, получением результатов для дальнейшего развития методов синтеза четырехшарнирных механизмов.

Практическая ценность. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования влияния геометрических размеров элементов вакуумной системы на величину вакуума в присосах.

Результаты исследований, содержащие методики расчета трех групп банкоукладочных машин-манипуляторов, а также исходные требования к техническому заданию на их проектирование, внедрены для практической реализации на предприятии ОАО НПО «Рыбтехцентр» (г. Калининград).

Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы КГТУ № 3132.100.2 «Совершенствование технологического оборудования н линий на пищевых предприятиях региона» (2000-2005 гг.)

Результаты исследования внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов по специальности 260601.65 «Машины и аппараты пищевых производств» и используются в учебном процессе и при проведении НИРС на кафедре пищевых и холодильных машин Калининградском государственном техническом университете.

Положения, выносимые на защиту:

1) научно обоснованную классификацию банкоукладочных машин;

2) результаты комплексных исследований безнасосной вакуумной системы банкоукладочных машины;

3) функциональные зависимости, характеризующие условия геометрической проворачиваемое™ и силовой работоспособности центральных кривошипио-коромы еловых механизмов;

4) рекомендации по повышению производительности укладочных машин в функции взаимосвязанных факторов: времени формирования слоя изделий на формирователе питателя и периода рабочего цикла машины.

5) математические зависимости экспресс-метода по определению конфигурации и геометрических параметров кулачков, используемых в машинах с учетом их силовой работоспособности;

6) технические решения по совершенствованию конструкций банкоукладочных машин-манипуляторов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научных конференциях в Калининградском государственном техническом университете (19982000,2003 - 2005 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе три патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Ее содержание изложено на 201 странице машинописного текста, включает 71 рисунок и 29 таблиц. Список источников состоит из 296 наименований. Приложения представлены 35 страницах,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы, цель работы н задачи по разработке, исследованию и применению укладочных машин в рыбоконсервном производстве.

В первой главе обосновано влияние работы укладочных техники на эффективность функционирования всех устройств рыбоконсервной линии.

Проведена классификация существующей банкоукладочной техники с делением машин на группы с учетом структуры их кинематической цепи и характера движения захватов. Эти показатели отражают эволюционное развитие укладочной техники. Выделены следующие группы укладочных машин:

1. Машины с возвратно-поступательным (возвратно-поворотным) движением захватов.

2. Машины с плоскопараллельным движением захватов по дугам постоянного радиуса.

3. Укладочные машины карусельного типа.

4. Машины с движением захватов по пространственным кривым.

5. Роторные укладочные машины с непрерывным круговым движением захватов.

6. Беззахватные укладочные машины.

Классификацию существующей банкоукладочной техники и сравнительный анализ последней правомерно рассматривать как путь возможного создания банкоукладочных машин-манипуляторв, способных

устранить диспропорцию между основными и завершающими операциями в технологических линиях рыбоконсервного производства.

Выделена важная особенность дальнейшего перспективного развития банкоукладочной техники — непрерывность ее рабочих ходов, что находит свое выражение в замене механизмов циклического действия механизмами, обеспечивающими в интервале кинематического цикла равномерное движение исполнительных органов.

Во второй главе освещены вопросы синтеза укладочной машины-манипулятора с шюскопараллелышм движением захватов по дугам постоянного радиуса, кинематическая схема которой представлена на рисунке 1.

Поскольку зубчатая рейка В имитирует движение выходного звена, а передаточное число между рейкой и каждой из шестерен 9 остается постоянным, при пяоекопараллельном движении захватов 11, не возникает жестких ударов. Это повышает надежность работы машины.

i - прийоЗ; 5 - формиревтмлъ слоя: 6 - кривошип; 7 - шатун; в -рейка-ле/нущ 5 - ш*стерня; 10 - коронисла-ранка; V - захват; 12 -транспартер подающий

Рисунок 1 - Укладочная машина с плоскопараллельным движением захватов по дугам постоянного радиуса

Работа машины в нормальном режиме характеризуется отсутствием холостых ходов, поскольку рабочие ходы захватов чередуются последовательно, при этом обеспечивается максимальное значение коэффициента непрерывности. Это повышает коэффициент полезного действия машины.

Связь передаточного и исполнительного механизмов машины позволяет обеспечить равномерную передачу сил в интервале кинематического цикла. Это способствует выравниванию движущего момента на валу кривошипа, уменьшению расхода мощности на реализацию процесса и в целом - повышению ее производительности.

Проведен анализ и получены выражения для расчета кинематических характеристик механизма, несущего захват, который представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема механизма к расчету законов движения захватов

Текущий угол наклона рамки:

Угловая скорость рамки (захвата):'

Угловое ускорение рамки (захвата):

&3 = а> • П'(<р) = •—- (соз <р + • сое 2<р). (3)

Я Л2

По выражениям (1) — (3) были построены графики функций для различных значений относительных длин шатуна Л^, представленные на рисунке 3.

По результатам исследования кинематических характеристик можно сделать выводы: функции углового положения рамки и передаточные функции соответствуют синусоидальному закону. Плавное изменение скорости захватов благоприятно сказывается на интенсификации процесса укладки, результатом которой станет повышение производительности.

.. 1 ... 1

¿1 4 5

Лг г> к. !

у 1 ' * /

г , < I

/ / /

/ . 2 _ ~ 1, Л

_б ц

1

60 120 100 340 300 МО

6)

1- Я2=1, 1-Х 2=2, 3-Я 2 = 3, 4 —Л 2=4, 5—Л 2 — 5,6— Л

Рисунок 3 - Графики изменения:

а) углового положения рамки,

б) первой передаточной функций /I1,

в) второй передаточной функппн /7"

Дня оценки силовой работоспособности анализируемого механизма получена зависимость, характеризующая изменение угла передачи р в интервале кинематического цикла:

ц = 90° - 0 - 90° - агс81п^. (4)

Ч

Предложенный механизм имеет одинаковую силовую работоспособность в интервалах прямого и обратного ходов, функция углов передачи, выражающая силовую работоспособность механизма, в данной схеме оказывается симметричной и равновеликой для обоих интервалов движения. Благоприятно, что на границах ходов, т.е. в моменты наибольшего нагружения одного из захватов, угол передачи достигает своей наибольшей величины.

Разработана методика расчета и обоснована возможность использования безнасосных вакуум-захватов для данной группы укладочных машин. Принцип работы безнасосной вакуумной системы основан на том, что в момент захвата банок из деформированных присосов вытесняется часть воздуха. Возникает разрежение, которое как показывают эксперименты, оказывается достаточным для удерживания банок. Захват,

опустившийся в ящик девахуумируется с помощью отсекателя вакуума. Конструкция вакуумной системы захвата представлена на рисунке 4,

Дня определения величины давления внутри присоса проведен вакуумный расчёт на основании закона Бойля-Мариотта.

В процессе работы вакуумной системы присос находится в одном из следующих состояний: состояние в период холостого хода захвата (недеформированное); состояние в момент захвата банок (наибольшее деформирование); состояние в период рабочего хода захвата (частичное деформирование).

Расчетами и экспериментально установлено значение остаточного давления внутри присоса, при котором банки будут надежно удерживаться вакуу м-присосами:

Ру~0.996-105 Па (747 ммртст). (5)

1- изделия; 2—вакуум*присосы; 3 - плита; 4 - трубопровод;

5 - отсекатель в»куума; 6 - вакуумметр Мак-Лмща, 7 - плунжер, 8,9 -сквозные отверстия, 10 - пружина

Рисунок 4 - Вакуумная система захвата

Величина вакуума, необходимого для захвата банок, должна соответствовать условию:

Р..факт г;, =0,017.10* Па (13,2 мм рт ст) . (6)

Проведен анализ влияния принятых геометрических размеров элементов вакуумной системы на величину вакуума в присосе. Определено, что изменения принятых дайн и диаметра трубопровода мало влияют на изменение величины вакуума в присосе (рисунок 5), в

незначительной степени влияют изменения ширины и длины плиты, однако, существенное влияние оказывает высота плиты и объем присоса.

Установлено, что при увеличении объема присоса в 2,5 раз величина вакуума увеличивается в 1,67 раз (таблица 1, рисунок 5).

2 3 4 5

Номор присоса

-в зависимости от шириям плиты Вл

- В зависимости от алины плита 1.П

- В гявисммости от высоты гит ты йп

- Б зависимости от дм метр* трубопровода

трубопровода 1_ш

• В ививиммш от МММ присос* VI

ЭдвП*рИМ*И1ЯЛ

Рисунок 5- Изменение величины вакуума и системе захвата в зависимости от ширины плиты В „, длины плиты Ь « высоты плиты Ь .. диаметра трубопровода (1 м, длины трубопровода Ь т, объема присоса V1 и экспериментальные данные

Сравнительный эксперимент показал, что наиболее предпочтительными являются присосы № 23 >4. Они обеспечивают падежный «схват» изделий (величина вакуума для присоса К® 2 -79,98 мм рт ст), удовлетворяющий условию (б), и достаточное время удержания изделий при их переносе от питателя к ящику.

Кроме того, диаметры нижнего основания присосов меньше диаметра ребер жесткости крышки банки, что так же благоприятно сказывается на процессе надежного схвата и переноса банки.

Таблица 1 - Сравнение расчетных и экспериментальных значений вакуума в беэнасосной системе захватов

№ прМС. Объемы присосав, м*Ч013 Вакуум, мм рт гт Ммсс. откл-е, мм рт ст Время удержания банеж, с ПФгрсш-ИПСТЬ.%

V' Vй опыт М1 опыт М2 опыт л; олыт М4 опыт .»5

1 0Т002 0,004 26 25 26 25 25 3 18,00 9,68

2 0,006 0,012 76 73 76 73 70 7 28,00 8,47

3 0,015 0,027 124 120 124 127 121 И 35,00 8,20

4 0/120 0,035 148 140 142 146 146 12 38,00 7,81

3 0,025 0,045 162 157 157 161 164 14 40,00 8,05

6 0,028 0,050 169 172 176 169 167 13 42,00 7.09

В третьй главе рассмотрены вопросы синтеза машины-манипулятора с постоянным вращением ротора, несущего захваты, кинематическая схема которой представлена на рисунке б.

В предложенной машине каждый захват 2 связан с ротором 1 посредством параллелограм много механизма. Такая связь захватов с валом ротора упрощает структуру кинематической цепи машины,

ГЬтоскопараллельное движение шатуна оказывается благоприятным для входа и выхода захвата из ящика, поскольку при выполнении прямого и обратного ходов, захват не контактирует с ящиком. Это исключает возможность деформации ящика, а, следовательно, и внецикловые потери рабочего времени, связанные с заменой деформированной тары.

Повышение КПД устройства достигается путем исключения из связи конструктивных элементов поступательных пар трения.

Роторные укладочные машины в отличие от линейных машин аналогичного назначения обладают большими потенциальными возможностями с точки зрения повышения их производительности. Поэтому целесообразным представляется поиск новых путей, направленных на реализацию потенциала производительности таких машин.

В общем случае производительность роторной банкоукладочной машины можно определить по формуле:

С = б0.я-г-1 = б0-^-^. (7)

2 'Я

Производительность роторной банкоу кладочной машины, выраженную через период рабочего цикла, представим следующим образом:

С = <50.—= 60-—. (8)

* тр

I • вал ротора, I - захват,

3 - питатель имели й,

4 - опор« для тары,

5 - вал дополнительный,

6 - диск тормозной,

7 - сектор зубчатый,

8 - шестерня, 9 - фиксатор, 10- паз, 11 - кривошип,

II - шатун, 13 • коромысло

Рисунок 6 - Укладочная нашана с постоянным вращеааем ротора

Производительность роторной БУМ, с учетом времени образования слоя изделий на формирователе питателя машины представим выражением

(7=60-2^, ?7 = —£ 1. (9)

тф тр

Значение параметра г} не может превышать 1. Очевидно, что об эффективности средств укладки можно судить по значению данного параметра. Графики функции С = /(т?,тф) при 1 = 12 представлены на

рисунке 7,

Из формулы (10) и [рафиков функции С — /(7, Тф) следуют три

пути возможного повышения производительности укладочной техники, такие как:

а) путем интенсификации непосредственно процесса укладки при ранее достигнутом темпе комплектования рядов изделий.

б) путем одновременной и равной интенсификации процессов формирования рядов изделий н укладки.

в) в результате более высокой интенсификации процесса укладки по сравнению с интенсификацией процесса комплектования рядов изделий.

iизделий

7 Тф, t

При значениях численно равных 1 -1.0; 2-0,9; 3-0,8; 4-0,7; 5-0,6; 6-03; 7-0,4

Выбор того или иного способа повышения производительности

определяется по результатам достигнутого значения параметра 17.

В роторных БУМ уменьшение времени рабочего цикла до уровня Тф

нередко бывает затруднено

несовершенством исполнительных

механизмов, которые призваны обеспечивать при непрерывном вращении ротора подачу и укладку изделий в ящик и выход захвата из ящика. Поэтому развитие роторных укладочной техники в аспекте уменьшения периода тр и повышения

производительности идет по пути совершенствования их исполнительных механизмов.

В предложенной укладочной машине роторного типа в качестве исполнительного механизма принят центральный кривошипно- коромысло вы Й механизм (ЦККМ), представленный на рисунке 8.

Рисунок 7 - Графики функции

<7 = /07 ,Тф)

при 1 ■ 12

Существенным достоинством ЦККМ является одинаковая силовая работоспособность их выходных звеньев в интервалах прямого и обратного ходов.

Известно, что в общем случае условия геометрической проворачиваемости кривошипно-коромысловых механизмов описываются тремя равенствами:

t-Xf = Х2

\-Хг=Хз-Лг, у (10)

1 + X,=X1+Ai.

В прямоугольной системе координат с осями Xj, и Я3 при Х\ - const условия (10) представляют собой три прямые пунктирные линии, ограничивающие площадь, которая является областью существования проворачивающихся ЦККМ (рисунок 9).Однако в такой области каждому значению Xj соответствует множество нецентральных механизмов с различными значениями и лишь один центральный механизм.

Рисунок $ - Кинематическая схема ЦК КМ

1 +

Нахождение искомой координаты (абсциссы или ординаты) точки, определяющей существование ЦК КМ в такой области, оказывается невозможным без применения расчетных формул. Кроме того, условия (10) в графическом выражении не дают полного представления о существовании ЦК КМ и их геометрической проворачнваемости.

В ходе аналитических исследований было получено выражение определяющее геометрическую проворачиваемость ЦККМ в относительных дайнах

00

В интервале изменения относительной длины

кривошипа получена полная область существования ЦККМ с учетом их геометрической проворачнваемости, представленная на рисунке 9, (жирные линии).

Выделены наиболее важные результаты

исследования, связанного с поиском зависимостей,

характеризующих геометрическую проворачиваемость ЦККМ:

Рисунок 9 - Предельная область существования 1ЖКМпризначения «изменяющихся«г0до!

1. В отличие от нецентральных кривошипно-коромысловых механизмов численные значения относительных длин м ЦККМ не могут быть больше единицы.

2. Условия существования ЦККМ при Л} = сопя/ выражаются

дугой окружности радиуса Л = ^Л^ +1.

3. Границами области существования семейства возможных ЦККМ являются две дуги (Лщш " 1» ЛШ1|1 - -¡2) и две прямые

(¿2=1 И =

4. Формула (11) и область кктп (рисунок 9) могут быть использованы для расчета геометрических параметров ЦККМ

В ЦККМ, полный угол размаха коромысла удовлетворяет условию Д < я1, экстремальные значения функции угла передачи не совпадают с крайними положениями механизма, а находятся внутри интервалов прямого и обратного хода коромысла. Совпадая по времени с передачей технологических нагрузок, малые по величине углы я приводят в конечном счете к необходимости неоправданного увеличения движущего момента на валу кривошипа. Поэтому силовую работоспособность ЦККМ следует оценивать по численному значению минимального угла передачи

, который обеспечивается при заданных длинах звеньев механизма.

Полученная зависимость

Лп1п — агссоз-. ....... . (12)

i i ......- -

¿2 ■ V^l +1"

во всех ее функциональных выражениях характеризует силовую работоспособность ЦККМ.

В процессе проектирования ЦККМ лимитирующим параметром во многих случаях является полный угол размаха коромысла Поэтому, выражение (12) представим в несколько ином виде:

sia-r-

rtmn = arceos 2 ■ (13)

н

Следовательно, аналитические и графические выражения данной зависимости могут быть применены при расчете и конструировании коромыеловых механизмов, несущих внешние силовые нагрузки.

Практическая сторона выражений (12) - (13) н графиков, представленных на рисунке 10, проявляется в том, что после определения минимального угла передачи, можно вычислить соответствующие относительные и абсолютные длины звеньев механизма.

О 0.2 0.4 O.B О-в Хг a) j,Л | /построенные

при X t » const: 1 - 0,1; 2 • 0,2; 3 - 0,4; 4 - 0,6

/^mln

0.2 0.4 О.в O.B

в) л*-ff А* А Л по при ff0 - tonst: 1 - КГ; 2 - 30; 3 - 50 ;4 - 70; S • 90

V 0.2 0.4 0.6 0.6 Хг д) XjAj Л поименные

при/'-i.-wnrt: 1-10 ;

5 - граница максимумов функция

0.4 0.5 О, В 0.7 0.8 0.9

в) —УГЛд Аэ А построенные при X] =consli 1 - 0,6; 2 - 0,7; 3 - 0,8; 4-0,9

0.8 0.в 0.4 0.2

5

1

О 20* 10' «f 60' /¿™„

г) XjX3 -/Г Лпостроенные при X | ■ const: 1-0,1; 2 - 0,3; 3 - 0,5 ;4 - 0,7; 5 - граница максимумов функции

Дит

i' 40" erf 60° ß.

20

д) Л*"J?ft,построенные при Xj™ contt: 1 -0,1; 2-03; 3-0,5 ;4-0,7; S-0,9

Рисунок 10 - Графики функций

Экспериментальные исследования коромысяовых механизмов проведены на стенде. Стенд позволял варьировать длины звеньев и определять фактические значения угла передачи. Полученные расчетным путем величины /*т1а» Ями совпадают с результатами экспериментальных исследований в пределах относительной ошибки не более 4% при четырехкратном повторении опыта, что является достаточным для точности инженерных расчетов.

В четвертой главе рассмотрены вопросы синтеза машины-манипулятора с кулачковыми механизмами подъемно-опускного и горизонтального перемещения захватов, представленной на рисунке 11.

В данной машине механизм с захватами снабжен копирным устройством, которое выполнено в виде вертикальной плиты с фигурным пазом, установленной стационарно. Это дает возможность исключить пространственный кулачок из кинематической цепи, обеспечивающий горизонтальное перемещение захватов.

В зависимости от профиля паза можно обеспечить тот или иной заданный закон движения выходного звена с захватами. Подъемно-опускное движение выходного звена, в зависимости от профиля ведущих кулачков также может выполняться по любому предпочтительному закону. Например, движение выходного звена с постоянной скоростью можно обеспечить при выполнении профиля ведущего кулачка в виде Архимедовой спирали.

Введение копирного устройства в схему механизма уменьшает число подвижных звеньев и кинематических пар и упрощает конструкцию укладочной машины. Это улучшает динамические характеристики машины и снижает энергозатраты на реализацию процесса укладки.

При конструктивной компоновке машин и устройств, в состав которых входят кулачковые механизмы, появляется необходимость предварительной оценки габаритных размеров кулачка с учетом заданных значений его силовой работоспособности. В известных литературных источниках по расчету кулачковых механизмов этот вопрос не получил достаточного освещения.

Следует отметить, что на этапе проектирования механизмов возможны два вида практических задач:

1) когда размеры кулачка являются аргументом (лимитирующей независимой переменной), а угол давления а, определяющий силовую работоспособность, функцией;

2) когда, исходя из заданного угла давления, требуется определить минимально возможные размеры кулачка.

1 - накопитель*

формирователь,

2 - опора для тары,

3 • питатель для

прокладок,

4 - захват для

нэд&лнй, 5- эахит дли прокладок,

6 - механизм вертикального и горизонтального перемещении захвата,

7 - привод

Рисунок II - Укладочная машина с кулачковыми механизмами подъемпо-опускного и горизонтального пе|ммещепня захватов

В условиях эскизной компоновки механизмов и устройств машины целесообразно пользоваться приемами ускоренного определения искомой функции. Постановка метода рассмотрена на пример» плоского дискового кулачка и плоского копира.

На рисунке 12 представлены расчетные схемы дискового кулачка. Угол давления в кулачковом механизме можно представить как функцию нескольких переменных

а = /(/, Л, р). (И)

Очевидно, что решение поставленной задачи сводится к поиску расчетного выражения функции (14).

На развертках профилей, рисунок 12 кривые 1\ и /j представляются прямыми, причем дайна каждой из них равна гипотенузе I прямоугольного треугольника, катетами которого являются ход h и угол Ф, выраженный в линейных единицах.

Поскольку при <р = const длины дуг ¡1 и ¡2 различны, их величины следует определять по формуле длины архимедовой спирали. При заданном значении h (ось ординат) и определенной величине гипотенузы / другой катет т.е. угол <р в линейном выражении (ось

абсцисс), находится посредством зависимости = у , где

/ и?

— у/^р—'масшта6 000 абсцисс, град /мм.

1,2—соотеетстоенио первый и второй кулачки Рисунок 12 - Расчетные аемы дисковые ку лачков

Получена функциональная зависимость

а = агсх1п{Ь^), (15)

Формулу (15) можно рекомендовать для предварительной оценки работоспособности ведущих кулачков, например, в условиях эскизной компоновки исполнительных механизмов технологических машин.

Поскольку угол давления оказывает выраженное влияние на силовую работоспособность машины, была оценена точность его определения в функции независимых переменных. Представим полный дифференциал функции и заменим знака дифференциала знаками первичных ошибок. Определив частные производные при первичных ошибках и, учитывая точность вычисления аргументов, в результате расчета получаем максимально-возможную погрешность в определении функции. Зная величину функции при номинальных значениях аргументов, с учетом вычисленной погрешности определим фактическое значение искомой функции

1Хф =а + Аа. (16)

Таким образом, можно заключить, что данные формулы позволяют оперативно определить размеры используемых в данной машине кулачков с учетом их силовой работоспособности.

Определено практически минимально допустимое расстояние между захватами с учетом функций углов давления

(17>

Крепление ролика на выходном звене со смещением его в направлении к захвату для изделий (см. рисунок 11), позволяет уменьшить плечо крепления захвата, нагружаемого изделиями, относительно центра ролика. Таким образом, исключаются упругие деформации выходного звена и повышается точность реализации процесса укладки изделий. Расстояние на выходном звене от точки крепления захвата для изделий до точки крепления ролика можно с достаточной для практики точностью определить по формуле

У(тп,+ту <18>

Данные зависимости могут быть применены для расчета кулачковых механизмов, используемых в различных технологических процессах.

Каждая из трех машин содержит питатель изделий (рисунок 13).

Во всех исполнениях питателя между транспортером подачи банок и формирователем слоя изделий устанавливается накопитель.

Наличие накопителя позволяет исключить перерывы в работе машины при неравномерной работе транспортера, подающего изделия.

Это означает, что при выстоях транспортера, формирователь способен обеспечивать свою максимальную производительность в течение времени, определяемого выражением

Если в течение определенного фонда времени, производительность транспортера будет переменной и убывающей до нулевого значения, время бесперебойной работы формирователя равно

Тр.ф ■(« + ««)• (20)

Рассмотренные выражения справедливы при максимальной полноте заполнения накопителя изделиями к моменту начала работы формирователя.

На рисунке 14 представлена циклограмма работы формирователя при переменной производительности транспортера подачи изделий на накопитель.

Анализ полученных формул и циклограммы показывает, что при работе формирователя в интервале периода автономной работы формирователя производительность транспортера подачи банок может изменяться по любому закону (уменьшение, увеличение, выстой). Следует учитывать, что на уменьшение времени бесперебойной работы

формирователя оказывает влияние не характер изменения производительности транспортера, а снижение ее абсолютного значения ниже уровня производительности формирователя.

1 - транспортер,

2 - накопитель,

3 • ворошитель,

4 - формирователь

Рисунок 13 - Сжема пшшсля Рисунок 14- Циклограмма формирователя укладочной машины питателя укладочной машины

ВЫВОДЫ

1. Разработана и научно обоснованна классификация банкоукладочных машин в их эволюционном развитии с делением машин на группы по характеру движения захватов.

< 2. Осуществлен синтез банкоукладочных машин-манипуляторов трех групп, с различной структурой кинематической цепи, предпочтительных для изделий рыбоконсервного производства; проведен графоаналитический анализ их передаточных и исполнительных механизмов, подтвердивший эффективность их использования соответственно для укладки консервных банок и изделий удлиненной формы (бутылок, цилиндров, стаканчиков и т.д.).

3. Разработана инженерная методика расчета безнасосных вакуум-захватов банкоукладочных машин. Проведенные экспериментальные исследования вакуумной системы с различными геометрическими размерами элементов позволили определить условия надежного удержания банок присосами.

4. Впервые в результате аналитических и экспериментальных исследований получены закономерности, которые послужат дальнейшему

развитию теории геометрического и силового синтеза четырехшарнирных механизмов.

5. Получены математические зависимости экспресс-метода по определению конфигурации и геометрических параметров кулачков, используемых в машинах с учетом их силовой работоспособности

6. Получены зависимости по определению производительности банкоукладочных машин в функций времени формирования слоя изделий на формирователе питателя и периода рабочего цикла машины и разработаны рекомендации по ее повышению.

7. Предложены технические решения по совершенствованию конструкций банкоукладочных машин-манипуляторов, подтвержденные тремя патентами на изобретения (патенты № 2130410 РФ, 2151087 РФ, 2192996 РФ). Разработаны и исследованы конструкции питателей изделий, разработана и создана конструкция отсекателя вакуума.

8. Инженерные методы расчетов трех банкоукладочных машин с различной структурой кинематической цепи, а также исходные требования к проектированию данных машин переданы для практического использования в ОАО НПО «Рыбтехцентр». Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс.

9. Промышленная реализация результатов работы позволит: устранить диспропорцию в техническом оснащении основных и завершающих операций на рыбоконсервных линиях; исключить ручной труд, улучшить условия труда при обслуживании линий приведения рыбных консервов в товарный вид, повысить производительность труда на рыбоконсервных линиях. Годовой экономический эффект от внедрения в производство Одной из разработанных машин составит около 500 тыс руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах;

1. Горлатов А.С., Фетисова ЕТ. Применение криво шипно-ползунных механизмов в роторных банкоукладочных машинах // Гидромеханика, гидромеханика орудий лова: Сб. науч. тр. КГТУ. -Калининград, 1996. - С. 165-179.

2. Горлатов А.С., Фетисова Е.Г. Совершенствование банкоукладочных машин на основе анализа характеристик механизмов привода // Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении: Тез. докл. междунар. науч.-техн. коиф. БАЛТТЕХМАШ-98,-Калининград, 1998. -С. 91-92.

3. Горлатов А.С., Фетисова ЕГ. Закон движения захватов в банкоукладочной машине с кривошипным приводом // Новое в технике к технологии произв. пищ. продуктов: Межвуз. сб. науч. тр. КГТУ, - Калининград, 1998. -С. 73-84,

4. Горлатов А.С., Фетисова Е.Г. Выбор базового варианта банкоукладочной машины для рыбоконсервного производства // Междунар. науч.-техн. конф., посвященная 40-летию пребывания КГТУ на Калининградской земле и 85-летию высшего рыбохозяйственяого образования в России: Тез. докл., часть 4. - Калининград, 1998.-С. 60-61.

5. Горлитов A.C., Фетисова Е.Г. Момент полезных сопротивлений в банкоукладочной машине. Точность определения момента// Применение холода в пищ. произв.: Тез. докл. всероссийского вауч.-техн. семинара с междунар. участием. — Калининград, УОП КГГУ, 1999. - С. 70-73.

6. Горлатов A.C., Фетисова EJT. К анализу характеристик накопителя в питателях банкоукладочных машин // Прогрессивные машины и механизмы для пищ. производств,—Межвуз. сб. науч. тр. КГТУ. - Калининград, 1999. - С. 48-53.

7. Горлатов A.C., Фетисова ET. Анализ и разработка машины для укладки изделий рыбоконсервного производства // Прогрессивные машины и механизмы для пищ. производств. - Межвуз. сб. науч. тр. КГТУ. - Калининград, 1999.-С. 10-16.

8. Патент № 2130410 РФ. Устройство для послойной укладки предметов в тару / A.C.Горлатов,Б.Г.Фетисова.- Опубл.вБИ, 1999.- №14.

9. Патент № 2151087 РФ. Устройство для послойной укладки штучных изделий/ A.C. Горлатов, ЕГ. Фетисова, H.A. Гончарова. - Опубл. в БИ, 2000. - № 17.

10. Горлатов A.C., Фетисова ЕГ. Разработка методики расчета безнасосных вакуум-захватов для банкоукладочных машин // Прогрессивные технологии, машины и механизмы в машиностроении: Сб. докл. междунар. науч.-техн. конф. БАЛТТЕХМАШ - 2000. - Т, 2. - Калининград, 2000. - С. 150.

11. Горлатов A.C., Фетисова Е.Г. Анализ работы безнасосных вакуум-приоосов в функции рабочих органов баикоукладочиых машин // Междунар. науч.-техи. конф., посвященная 70-летию КГТУ: Материалы, часть III. - Калининград, 2000. -С. 168-169.

12. Горлатов A.G, Фетисова Е.Г. Перспективы использования банкоукладочных машин в рыбоконсервном производстве // Междунар. науч.-техн, конф., посвященная 70-летию КГТУ: Материалы, часть IV. - Калининград, 2000. - С. 101-103.

13. Патент № 2192996 РФ. Машина для укладки штучных предметов в тару,/ A.C. Горлатов, ЕХ. Фетисова, И А. Зобов. • Опубл. в БИ, 2002. - № 32.

14. Горлатов A.C., Фетисова Е.Г. Повышение эффективности баикоукладочиых машин. Оптимальность укладки // Прогрессивные технол. процессы и оборуд. в производствах обраб. рыбы и морепродуктов: Межвуз. сб. науч. тр. КГТУ. -Калининград, 2002. - С. 43-51.

15. Горлатов A.C., Фетисова Е.Г. Новые решения при разработке машин для укладки изделий удлиненной формы // Инновации в науке и образовании — 2003: Материалы междунар. коаф. -Калининград, 2003. - С. 164-165.

16. Горлатов А.С, Фетисова Е.Г, Оценка динамического совершенства роторных банкоукладочных машли дня рыбоконсервных линий // Инновации а науке и образовании - 2003: Материалы междунар. конф. ~ Калининград, 2003. - С. 175-176.

17. Фетисова Е.Г. Кривошжшо-полэунные механизмы в приводах захватов банкоукладочных машин // Инновации в науке и образовании - 2003: Материалы междунар. конф. - Калининград, 2003. - С. 164.

18. Горлатов A.C., Фетисова Е.Г. Развития средств укладки штучных изделий. Тенденции и перспективы // Инновации в науке н образовании - 2004; Материалы междунар. Науч. Конф. КГТУ: Калининград, 2004.-С 129.

19. Горлатов А.СЧ Денисова Е.Г. Классификация и анализ банкоукладочных машин И Инновации в науке и образовании - 2005: Материалы междунар. науч. конф.— Калининград, 2005. - С.323-325.

20. Горлатов A.C., Фатыхов КХА., Денисова Е.Г. Безнасосяые вакуум-захваты в банкоукладочной технике // Мясная индустрия - 2006, № 8, - С.56-57.

Условные обозначения

<р - угол поворота ведущего звена (кулачка, кривошипа), град; - относительная длина кривошипа; Х^ - относительная длина шатуна; • относительная длина коромысла; Д4 • относительная длина эксцентриситета; П'{<р) - первая передаточная функция; П "($>)-вторая передаточная функция; г - длина кривошипа, м; R - радиус шестерни, ы; и> - угловая скорость ведущего звена, с/I - угол передачи, град; ра • атмосферное давление. Па; Vi - объ£м вакуумной системы в момент окончания деформирования присосов, м3; Р2 - остаточное давление в вакуум-присосе, Па; Vi-объЕм вакуумной системы при переносе банок (частичное деформирование), м3; ру -давлевие, которому соответствует усилие удержания банок, Па; i - число присосов на одном захвате; р' - объем присоса по окончании захвата банки, м1; V^- объём присоса при переносе банки при рабочем ходе захвата, м'; Уя - объём полости плиты, м5; Vm - объём трубопровода, м5; Уотс*ак ' обьйм отсекителя вакуума, м5; G -производительность роторной укладочной машины, банок/мин; Т продолжительность одного оборота ротора, с; Тр - период рабочего цикла, с; г -

число рабочих органов; Тф - время образования слоя изделий на формирователе, с; tj - параметр, характеризующий полноту использования времени формирования слоя в периоде рабочего цикла; / - длина дуги участка подъема кулачка, L — расстояние между центрами захватов, м; А - ход толкателя при его движении вверх или вниз, который определяется из соотношения Л i Ая, м; kM - высота ящика для укладки изделий, м; а • угол давления, град; Да - максимально возможная ошибка в оценке угла давления; /j - расстояние между точками крепления на выходном эвене ролика и захвата для изделий, т.е. отстояние ролика от захвата; rrtj • масса выходного звена на участке от точки крепления захвата для прокладок до точки крепления ролика; frJ^j -масса изделий переносимых захватом; ftl - масса выходного звена на участке между точками крепления захватов, та - время автономной работы формирователя, с; Tpjft - время непрерывной работы формирователя, с; Ен - число банок, соответствующее максимальной емкости накопителя, банок; ()ф теоретическая производительность формирователя, банок/мин.

Подписано к печати

Заказ .Тираж 100 экз. Объем 1,0 уч.-издл.

УОП

Отпечатано в типографии ООО "Франтера" ОГР№ 1067746281514 от 15.02.2006г. Москва, Талалихина, 33

Подписано к печати 09.10.2006г. Формат 60x84/16. Бумага "Офсетная №1" 80г/м2. Печать трафаретная. Усл.леч.л. 1,56. Тираж 100. Заказ 178.

WWW.FRANTERA.RU

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И УРОВНЯ МЕХАНИЗАЦИИ ЗАВЕРШАЮЩИХ ОПЕРАЦИЙ РЫБОКОНСЕРВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Характеристика технологического процесса линии приведения консервов в товарный вид

1.2. Анализ существующей укладочной техники. Классификация банкоукладочных машин

1.3. Основные результаты главы

2. СИНТЕЗ БАНКОУКЛАДОЧНОЙ МАШИНЫ С ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЗАХВАТОВ ПО ДУГАМ ПОСТОЯННОГО РАДИУСА

2.1. Описание устройства машины

2.2. Описание работы машины

2.3. Кинематический расчет машины

2.4. Исследование механизма перемещения захватов

2.4.1. Структурный анализ механизма перемещения захватов

2.4.2. Определение скорости и ускорения выходного звена аналитическим способом

2.4.3. Анализ силовой работоспособности механизма

2.5. Расчет циклограммы

2.6. Обоснование необходимости применения двух шестерен для перемещения захватов

2.7. Точность определения момента полезных сопротивлений

2.8. Исследование безнасосной вакуумной системы

2.8.1. Расчет усилия на удержание банки вакуум-присосом

2.8.2. Расчет остаточного рабочего давления в вакуум-присосах. Определение размеров присосов

2.8.3. Экспериментальное исследование безнасосной вакуумной системы захвата. Оценка погрешностей экспериментальных измерений

2.9. Основные результаты главы

3. СИНТЕЗ БАНКОУКЛАДОЧНОЙ МАШИНЫ С ПОСТОЯННЫМ ВРАЩЕНИЕ РОТОРА, НЕСУЩЕГО ЗАХВАТЫ

3.1. Описание устройства машины

3.2. Описание работы машины

3.3. Анализ производительности укладочной машины в функции взаимосвязанных аргументов: времени рабочего цикла и времени формирования слоя

3.4. Исследование центральных кривошипно-коромысловых механизмов в приводах банкоукладочных машин

3.4.1. Анализ характеристик и особенностей ЦККМ

3.4.2. Исследование ЦККМ на геометрическую проворачиваемость

3.4.3. Исследование ЦККМ на силовую работоспособность

3.4.4. Анализ интервалов движения ЦККМ по экстремальным значениям угла передачи

3.4.5. Экспериментальное подтверждение полученных результатов исследования центральных кривошипно-коромысловых механизмов

3.5. Основные результаты главы

4. СИНТЕЗ БАНКОУКЛАДОЧНОЙ МАШИНЫ С КУЛАЧКОВЫМИ МЕХАНИЗМАМИ ПОДЪЕМНО-ОПУСКНОГО И

ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЗАХВАТОВ

4.1. Описание устройства машины

4.2. Описание работы машины

4.3. Экспресс-метод определения силовой работоспособности кулачковых механизмов

4.4. Исследование спаренных кулачковых механизмов в составе привода захватов укладочной машины

4.5. Оценка точности определения угла давления

4.6. Анализ характеристик накопителя в питателях банкоукладочной машины

4.7. Основные результаты главы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

Актуальность темы. Актуальность темы диссертации обусловлена ее направленностью на решение проблем механизации рыбоконсервного производства на основе совершенствования машин для укладки банок в тару, осуществляющих одну из наиболее трудоемких операций технологического процесса [7, 24, 34, 36, 88, 121, 168, 185,227, 234, 239, 242, 252, 267, 277].

Важнейший вклад в рассматриваемом направлении внесли известные ученные: Артоболевский И.И., Белецкий В.Я., Благодарский В.А., Боренштейн Ю.Л., Бурляй Ю.В., Вульфсон И.И., Горбатов В.М., Горлатов А.С., Дикие М.Я., Соколов А.Я., Колчин Н.И., Маршалкин Г.А., Панфилов В.А., Попов Н.Н., Соколов В.И., Сурков В.Д., Сухой JI.A., Шувалов В.Н., Харламов С.В. и др [12, 13, 24, 25, 28, 31, 32, 36, 54, 61, 94, 131, 132, 186,201, 242, 247, 248, 263, 264, 288, 289].

В последние годы, в связи с ростом производства рыбных консервов и пресервов в мелкой расфасовке и нехваткой рабочей силы, задача механизированной укладки консервов в транспортную тару постоянно возникает в поле зрения производственников, требуя ее безотлагательного решения.

Одним из определяющих показателей эффективности операций на выходе рыбоконсервных (пресервных) линий является частота повторения рабочих циклов [15, 23, 28, 35, 48, 80, 108, 116, 126, 133, 145, 152, 158, 186, 190, 202, 221, 247, 248, 262, 281, 288]. Наиболее энергоемкой, утомительной и однообразной операцией в линиях приведения рыбных консервов в товарный вид является укладка банок в транспортную тару (в ящики и на поддоны). Однако существующая банкоукладочная техника не обеспечивает необходимой высокой производительности и не исключает применения ручного труда при укладке в тару изделий рыбоконсервного производства [3, 4, 26, 36, 279].

На рыбоконсервных предприятиях основные операции технологического процесса, включая стерилизацию консервов, как правило, механизированы и автоматизированы, а операция укладки банок в тару выполняется в основном вручную. Различие в уровнях оснащения основных и завершающих операций техническими средствами их реализации оказывается тормозом повышения производительности труда на рыбоконсервных линиях.

Многочисленные попытки использования в рыбоконсервном производстве банкоукладочных машин, созданных заводами продовольственного машиностроения для консервной промышленности, не дали положительных результатов. При выпуске рыбных консервов традиционно используется мелкая консервная тара (банки № 2, 3, 6, 8, 21 и др.), поэтому производительность рыбоконсервных линий, выраженная в штучном измерении (банок/мин), оказывается в 2-4 раза больше той, которую имеют линии, например, овощных или мясо- растительных консервов, при одинаковой с ними производительности по массе продукта [28, 39, 47, 61, 88, 135, 152, 158, 185, 190, 239, 241, 247, 253, 279]. В последнее десятилетие имели место попытки оснащения линий приведения рыбных консервов в товарный вид импортным укладочным оборудованием [2], но практика показала, что с экономической точки зрения это не оправдано. В таких условиях совершенствование банкоукладочных машин для рыбоконсервного производства на основе их синтеза, учитывающего достоинства и недостатки существующей укладочной техники, представляет собой проблему, решение которой предложено в данной работе. Очевидно, что задача может быть решена, если для реализации процесса укладки использовать машины, выходные (исполнительные) звенья которых способны совершать сложные движения, на отдельных операциях укладки состоящие из двух-трех простых движений. Этим условиям в полной мере удовлетворяют машины-манипуляторы.

Цель работы. Решение проблемы механизации укладки банок в транспортную тару на выходе рыбоконсервных и пресервных линий путем разработки новых банкоукладочных машин-манипуляторов со сложным движением выходных звеньев, осуществляющих «схват» изделий, удерживание изделий при переносе в позицию укладки, подачу изделий в ящики или на поддоны и освобождение изделий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) разработка классификации банкоукладочных машин с делением их на группы по характеру движения захватов;

2) исследование кинематических характеристик машин: с плоскопараллельным движением захватов по дугам постоянного радиуса, с постоянной частотой вращения ротора, несущего захваты; с кулачковыми механизмами вертикального и горизонтального перемещения захватов;

3) анализ геометрических характеристик накопителя и формирователя слоя банок и разработка конструктивного решения по совершенствованию их работы;

4) проведение экспериментального исследования работы безнасосных вакуум-захватов с использованием отсекателя вакуума, разработка методики расчета безнасосных вакуум-захватов;

5) проведение экспериментального исследования центральных кривошипно-коромысловых механизмов на геометрическую проворачиваемость и силовую работоспособность в приводе захватов роторной укладочной машины;

6) аналитическое исследование кулачковых механизмы в составе привода захватов банкоукладочной машины и разработка экспресс-метод по определению геометрических параметров кулачков в зависимости от силовой работоспособности;

7) анализ производительности укладочной машины в функции взаимосвязанных аргументов: периода рабочего цикла и продолжительности формирования слоя изделий с разработкой рекомендаций по ее повышению;

8) разработка технических решений по совершенствованию конструкций банкоукладочных машин.

Научная новизна. Разработана классификация банкоукладочных машин, обоснована целесообразность создания укладочной техники, предпочтительной для рыбоконсервного производства.

Аналитическими и экспериментальными исследованиями определены условия геометрической проворачиваемости и силовой работоспособности центральных кривошипно-коромысловых механизмов, получены закономерности, которые послужат дальнейшему развитию теории четырехшарнирных механизмов и методов их силового синтеза.

Получены математические зависимости для экспресс-определения конфигурации и геометрических параметров кулачков, используемых в машинах с учетом их силовой работоспособности.

Установлены закономерности изменения производительности банкоукладочных машин в зависимости от продолжительности формирования слоя изделий на формирователе питателя и периода рабочего цикла.

Новизна технических решений подтверждена: тремя патентами на изобретения укладочных машин-манипуляторов с различной структурой кинематической цепи (патенты № 2130410 РФ (1999 г.), 2151087 РФ (2000 г.), 2192996 РФ (2002 г.) [187, 188, 189], разработкой и исследованием конструкции питателя, разработкой и созданием конструкции отсекателя вакуума, разработкой инженерного метода расчета безнасосных вакуум-присосов, получением результатов для дальнейшего развития методов синтеза четырехшарнирных механизмов.

Практическая ценность. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования влияния геометрических размеров элементов вакуумной системы на величину вакуума в присосах.

Результаты исследований, содержащие методики расчета трех групп банкоукладочных машин-манипуляторов, а также исходные требования к техническому заданию на их проектирование, внедрены для практической реализации на предприятии ОАО НПО «Рыбтехцентр» (г. Калининград) (Приложение 1).

Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы КГТУ № 31.32.100.2 «Совершенствование технологического оборудования и линий на пищевых предприятиях региона» (2000-2005 гг.)

Результаты исследования внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов по специальности 260601.65 «Машины и аппараты пищевых производств» и используются в учебном процессе и при проведении НИРС на кафедре пищевых и холодильных машин Калининградском государственном техническом университете(Приложение 2).

Положения, выносимые на защиту:

1) научно обоснованную классификацию банкоукладочных машин;

2) результаты комплексных исследований безнасосной вакуумной системы банкоукладочных машины;

3) функциональные зависимости, характеризующие условия геометрической проворачиваемости и силовой работоспособности центральных кривошипно-коромысловых механизмов;

4) рекомендаций по повышению производительности укладочных машин в функции взаимосвязанных факторов: времени формирования слоя изделий на формирователе питателя и периода рабочего цикла машины.

5) математические зависимости экспресс-метода по определению конфигурации и геометрических параметров кулачков, используемых в машинах с учетом их силовой работоспособности;

6) технические решения по совершенствованию конструкций банкоукладочных машин-манипуляторов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научных конференциях в Калининградском государственном техническом университете (1998-2000, 2003 - 2005 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе три патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Ее содержание изложено на 201 странице машинописного текста, включает 71 рисунок и 29 таблиц. Список источников состоит из 296 наименований. Приложения представлены 3 5 страницах.

ВЫВОДЫ

1. Разработана и научно обоснованна классификация банкоукладочных машин в их эволюционном развитии с делением машин на группы по характеру движения захватов.

2. Осуществлен синтез банкоукладочных машин-манипуляторов трех групп, с различной структурой кинематической цепи, предпочтительных для изделий рыбоконсервного производства; проведен графоаналитический анализ их передаточных и исполнительных механизмов, подтвердивший эффективность их использования соответственно для укладки консервных банок и изделий удлиненной формы (бутылок, цилиндров, стаканчиков и т.д.).

3. Разработана инженерная методика расчета безнасосных вакуум-захватов банкоукладочных машин. Проведенные экспериментальные исследования вакуумной системы с различными геометрическими размерами элементов позволили определить условия надежного удержания банок присосами.

4. Впервые в результате аналитических и экспериментальных исследований получены закономерности, которые послужат дальнейшему развитию теории геометрического и силового синтеза четырехшарнирных механизмов.

5. Получены математические зависимости экспресс-метода по определению конфигурации и геометрических параметров кулачков, используемых в машинах с учетом их силовой работоспособности

6. Получены зависимости по определению производительности банкоукладочных машин в функции времени формирования слоя изделий на формирователе питателя и периода рабочего цикла машины и разработаны рекомендации по ее повышению.

7. Предложены технические решения по совершенствованию конструкций банкоукладочных машин-манипуляторов, подтвержденные тремя патентами на изобретения (патенты № 2130410 РФ, 2151087 РФ, 2192996 РФ). Разработаны и исследованы конструкции питателей изделий, разработана и создана конструкция отсекателя вакуума.

8. Инженерные методы расчетов трех банкоукладочных машин с различной структурой кинематической цепи, а также исходные требования к проектированию данных машин переданы для практического использования в ОАО НПО «Рыбтехцентр». Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс.

9. Промышленная реализация результатов работы позволит: устранить диспропорцию в техническом оснащении основных и завершающих операций на рыбоконсервных линиях; исключить ручной труд, улучшить условия труда при обслуживании линий приведения рыбных консервов в товарный вид, повысить производительность труда на рыбоконсервных линиях. Годовой экономический эффект от внедрения в производство одной из разработанных машин составит около 500 тыс руб.

1. Абезгауз Г.Г. и др. Справочник по вероятностным расчетам. -М.: Военное из-во МО, 1970. 536 с.

2. Автомат для укладки и извлечения бутылок из ящиков. Проспект фирмы Etablissements Remy Poissy, Франция. Машиностроение для пищевой промышленности. ЦНИИТЭИ легпищмаш, вып. 2, М., 1969. С. 11-12.

3. Авторское свидетельство СССР № 1006312, В 65 В 5/10, 1983.

4. Авторское свидетельство СССР № 996271, В 65 21/08, 1983.

5. Адамович Н.В. Управляемость машин. М.: Машиностроение, 1977. -280 с.

6. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. М.: Высшая школа, 1972.-503 с.

7. Алексеев E.JI., Пахомов В.Ф. Моделирование и оптимизация технологических процессов в пищевой промышленности. М.: ВО Агропромиздат, 1987 г., 272 с.

8. Амалитский В.В. Надежность деревообрабатывающих машин. М.: Лесная промышленность, 1974. - 134 с.

9. Андреев А.Ф. Грузозахватные устройства с автоматическим и дистанционным управлением. -М.: Стройиздат, 1979. 173 с.

10. Антовиль A.M. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1961.-254 с.

11. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. -М.: Машиностроение, 1978.

12. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. В 4-х т. -М.: Наука.

13. Артоболевский И.И., Лощин B.C. Динамика машинных агрегатов. -М.: Наука, 1977.-326 с.

14. Артоболевский С.И. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1968.- 366 с.

15. Артоболевский С.И. Технологические машины-автоматы. -М.: Машиностроение, 1964 г. 178 с.

16. Ассонов А.Д. Технология термической обработки деталей машин. -М.: Машиностроение, 1969. 262 с.

17. Ашавский A.M. и др. Силовые импульсные системы. -М.: Машиностроение, 1978. 198 с.

18. Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры. М.-Л.: Энергия, 1966. 312 с.

19. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1967,- 508 с.

20. Барсов Г.А. и др. Теория плоских механизмов и динамика машин. -М.: Высшая школа, 1961. 336 с.

21. Барташев Л.В. Конструктор и экономика. М.: Экономика, 1977. - 232 с.

22. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь, 1984.-248 с.

23. Бежанов В.Н., Бушунов В.Т. Производственные машины-автоматы. -JL: Машиностроение, 1973. 360 с.

24. Белецкий В.Я. и др. Машины-автоматы и автоматические линии пищевой промышленности. Киев: Техника, 1967. - 176 с.

25. Белецкий В.Я. Расчет механизмов машин-автоматов пищевых производств. Киев: Вища школа, 1974. - 228 с.

26. Беседина Т.В., Воробьев А.И. Тара и упаковка в рыбной пром-ти: Справочник. М.: Агропромиздат, 1987. - 255 с.

27. Бирюков М.П. Теория и расчет механизмов и их деталей. Минск: Вышэйшая школа, 1975. - 188 с.

28. Благодарский В.А. Исполнительные механизмы машин-автоматов для упаковки изделий. Справочник. М.: Машиностроение, 1980. - 302 с.

29. Боголюбов А.Н. Советская школа механики машин. М.: Наука, 1975. -174 с.

30. Боголюбов А.Н. Теория механизмов и машин в историческом развитии ее идей. М.: Наука, 1976. - 465 с.

31. Боренштейн Ю.П. Исполнительные механизмы со сложным движением рабочих органов. — Л.: Машиностроение, 1973. 120 с.

32. Боренштейн Ю.П. Механизмы для воспроизведения сложного профиля. JL: Машиностроение, 1978. - 232 с.

33. Боровков А.А. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1972. - 287 с.

34. Бранденбург Б., Кремер Г. Промышленная обработка рыбы. М.: Пищ. пром-сть, 1972. - 290 с.

35. Бройдо Б.Е., Бурляй Ю.В. и др. Основы расчета и конструирования заверточных и укладочных машин. М.: Машиностроение, 1969. - 286 с.

36. Бурляй Ю.В., Сухой J1.A. Оборудование для укладки и упаковки штучных изделий. М.: Машиностроение, 1975. - 280 с.

37. Буталов В.А. Технология металлов. М.: Машгиз, 1962. - 514 с.

38. Быданович А.Б. Художественное конструирование в машиностроении. -Киев.: Техника, 1976. 181 с.

39. Былинская Н.А. Механическое оборудование предприятий отечественного питания и торговли. М.: Экономика, 1980. - 272 с.

40. Вакуумная техника. Научно-техн. сб. Выпуск 1,2. Казань: Татарское книжное из-во, 1968, 1970.

41. Вакуумные системы и их элементы. Справочник-атлас. Под ред. В.Д. Лубенца. М.: Машиностроение, 1968. - 201 с.

42. Васильев В.З. и др. Справочные таблицы по деталям машин. М.: Машиностроение, 1966. - 394 с.

43. Веденятин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Голос, 1973. - 194 с.

44. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576 с.

45. Вентцель Е.С., Овчаров ДА. Теория вероятностей. М.: Наука, 1973.-363 с.

46. Вециков В.А. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1976.-479 с.47.