Технологический процесс балансировки

1. Анализ технологического процесса и разработка технического задания

1.1 Анализ технологического процесса балансировки, выявление недостатков

1.2 Обзор оборудования применяемого для балансировки

1.3 Постановка задачи дипломного проекта

2. Разработка участка

2.1 Разработка технологического процесса

2.2 Разработка устройства набора грузиков

2.3 Выбор оборудования

2.4 Планировка участка

3. Разработка системы управления установкой

3.1 Построение структурной схемы системы управления

3.2 Разработка функциональной схемы системы управления

3.3 Разработка циклограммы работы установки

3.4 Выбор датчиков, исполнительных устройств

3.5 Определение требований и выбор контроллера

3.6 Проектирование электрической схемы подключений СУ

3.7 Проектирование электрической силовой схемы системы управления

4. Расчетная часть

4.1 Расчет исполнительных устройств

4.2 Расчет элементов схемы электрической принципиальной силовой

5. Математическое описание системы управления и разработка алгоритма управления

5.1 Определение входных и выходных переменных

5.2 Разработка математической модели

5.3 Разработка алгоритма управления

5.4 Разработка программы работы установки

6. Расчет экономической эффективности

6.1 Расчет себестоимости операции

6.2 Расчет инвестиций

6.3 Расчет показателей экономической эффективности

6.4 Вывод

7. Разработка мероприятий по БЖД

7.1 Микроклимат на рабочем месте

7.2 Расчет вентиляции

7.3 Организация техники безопасности на рабочем месте

7.4 Пожаро-электробезопасность

7.5 Правовые вопросы БЖД

7.6 Вывод

Заключение

Список использованных источников

балансировка оборудование технологический датчик

Одной из особенностей современного технического прогресса является систематический рост рабочих скоростей вращения роторов машин, приборов и механизмов. Например, частота вращения роторов центрифуг доходит до 500 тыс. об/мин, а некоторых деталей текстильных машин — до 1 млн. об/мин. Вполне естественно, что с увеличением скоростей вращения возникают и повышенные вибрации.

Вибрации, возникающие при работе машин и механизмов, создают дополнительные нагрузки на детали, увеличивают их износ, снижают срок службы изделий, оказывают неблагоприятное физиологическое воздействие на организм человека. Разрушение опор и фундаментов машин, повышенный износ автомобильных шин, некачественное воспроизведение магнитофонной записи — все это и многое другое в большинстве случаев связано с высоким уровнем вибрации. Поэтому борьба с вредными вибрациями — актуальная проблема современного машиностроения и приборостроения. В то же время, вибрации, используемые при работе формовочных и литейных машин, при погружении свай и труб в грунт, при уплотнении бетона и во многих других производственных процессах, являются полезными.

В процессе проектирования машин и механизмов стремятся уменьшить вредные вибрации, выбирая наиболее правильные решения в отношении конструкции и технологии изготовления, добиваются весовой симметрии всех движущихся частей путем уравновешивания. Однако, в процессе изготовления и эксплуатации деталей и узлов возникают условия, нарушающие симметрию и приводящие к неуравновешенности. Для уменьшения неуравновешенности при изготовлении, ремонте, эксплуатации производят балансировку тел вращения путем изменения их массы или геометрии.

Надлежащая балансировка деталей автомобиля удлиняет срок службы на 25 … 100%, повышает полезную мощность двигателя на 10%. Балансировка увеличивает в 3 раза стойкость алмазных кругов, снижает в 4 раза волнистость обрабатываемой поверхности. Подобные примеры можно привести для изделий и других отраслей машиностроения. Первоначально уравновешивание вращающихся масс проводилось лишь расчетным путем при конструировании. Необходимость и динамической балансировке как операции технологического процесса изготовления возникла в связи с внедрением высокооборотных паровых турбин. Первые балансировочные станки появились в России, Швейцарии и Германии в конце XIX начале XX вв.

Бурное развитие машиностроения и приборостроения в середине нашего века потребовало решения многих вопросов балансировочной техники. Была начата разработка вопросов теории балансировки роторов, уравновешивания механизмов; созданы станки для балансировки деталей массой от нескольких граммов до сотен тонн, высокопроизводительные балансировочные автоматы и автоматические линии. Балансировка космических летательных аппаратов производится с минимальной скоростью вращения до 30 об/мин, а центрифуг — при скорости вращения 12 ООО об/мин. [1]

В развитии машиностроения за последние годы происходят принципиальные изменения. Современные условия производства требуют создания новой техники, машин и механизмов, не уступающих мировым образцам. Для достижения высокого уровня производства и высокой производительности труда необходимо непрерывно обеспечивать повышение темпов технологических процессов на основе применения прогрессивного режущего инструмента, расширение применения оборудования с ЧПУ, создание роботизированных станочных комплексов и гибких производственных систем, с управлением от ЭВМ.

Применение гибких производственных систем и роботизированных технологических комплексов обеспечивает:

— увеличение уровня технической вооруженности производства за счет автоматизации практически всех основных и вспомогательных и вспомогательных операций;

— повышение производительности труда;

— решение проблемы сокращения дефицита рабочих, выполняющих как основные, так и вспомогательные операции;

— изменение условий и характера труда за счет увеличения доли умственного и сведения к минимуму физического труда.

Проект представляет собой расчетно-графическую работу, в которой обобщаются все технологические познания и навыки, приобретенные за время обучения. Максимальное приближение проекта к реальным условиям производства повышает заинтересованность в более глубокой разработке проекта.

1. Анализ технологического процесса и разработка технического задания

1.1 Анализ технологического процесса балансировки, выявление недостатков

Технологический процесс устранения дисбаланса приваркой дуговой сваркой балансировочных грузиков.

а) Передать балансируемый узел на рабочее место сварки. Узел поступает на сварку в автоматическом цикле.

б) Установить узел в удобное для сварки положение нажатием кнопки на пульте управления.

в) Установить на узел кожух защитный для защиты обработанной поверхности обода тормозных барабанов и ступиц от сварочных брызг.

г) Взять балансировочные грузики поз.2, 3,4 из отсеков бункера в различных сочетаниях по сигналам светового табло балансировочного станка. Допустимый дисбаланс 1 кг· см, дисбаланс устранить приваркой необходимого количества грузиков массой 60, 90, 180 грамм.

д) Уложить балансировочные грузики по диаметру барабана грузик на грузик.

е) Взять в руки горелку, опрыскать силиконовой смазкой сопло, наконечник сварочной горелки. (Опрыскивание производить периодически по мере необходимости).

ж) Приварить грузики к ступице с тормозным барабаном механизированной электродуговой сваркой в среде СО2 электрозаклепочным швом по Ш 15 мм по ГОСТ 14 776–79-УП-Н5 (допускается вогнутость шва до 2мм — см. эскиз) и по необходимости другими типами швов по ГОСТ 14 771–76 —УП в различных сочетаниях:

1) грузика по 180 грамм плюс 3 грузика по 90 грамм;

2) грузика по 180 грамм плюс 2 грузика по 90 грамм;

3) 1 грузик по 180 грамм плюс 2 грузика по 90 грамм;

4) 1 грузик по 180 грамм плюс 1 грузика по 90 грамм плюс 1 грузик по 60 грамм;

5) грузика по 90 грамм плюс 3 грузика по 60 грамм;

6) грузиков по 90 грамм ;

7) 4 грузика по 90 грамм;

8) грузика по 90 грамм плюс 2 грузика по 60 грамм плюс 2 грузика по 30 грамм и т. д. в различных сочетаниях.

з) Снять с тормозного барабана защитный кожух, отложить на стол приемный.

и) Зачистить от сварочных брызг поверхность балансировочных грузиков и поверхность на буртике барабана по мере необходимости.

к) Регулировать подачу сварочной проволоки в горелке перед сваркой и в процессе сварки, лишний вылет проволоки откусить плоскогубцами.

Выполнение данного техпроцесса производится рабочим-сварщиком. Рабочий смотрит на показания индикатора дисбаланса, набирает из тар с маленькими и большими грузиками необходимый для устранения дисбаланса набор грузиков. Затем раскладывает грузики по радиусу тормозного барабана и приваривает грузики дуговой сваркой с помощью сварочного полуавтомата в среде углекислого газа. В данном технологическом процессе есть несколько отрицательных сторон. Во-первых, процесс приварки балансировочных грузиков сопровождается выделением большого количества тепла, ультрафиолетового излучения и вредных для здоровья человека газов. Во-вторых большую роль в выполнении техпроцесса имеет человеческий фактор.

1.2 Обзор оборудования применяемого для балансировки

Оборудование для для балансировки ступиц с тормозным барабаном в сборе входит в состав линии MORANDO и включает в себя:

Установка для балансировки ступиц с тормозным барабаном в сборе. Технические характеристики установки для балансировки тормозных барабанов в сборе со ступицей приведены в таблице 1.

Технические характеристики приведены в таблице 2.

Работу по приварке балансировочных грузиков выполняет сварщик.

Таблица 1 Технические характеристики установки

Таблица 2 Технические характеристики полуавтомата сварочного

1.3 Постановка задачи дипломного проекта

Целью дипломного проекта является повышение качества и скорости процесса балансировки тормозного барабана в сборе со ступицей за счет разработки и внедрения автоматизированной установки для балансировки.

Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи:

— Анализ техпроцесса балансировки,

— Выявление недостатков техпроцесса, постановка задачи.

— Обзор оборудования применяемого для балансировки

— Разработка технологического процесса

— Разработка устройства набора грузиков

— Планировка участка.

— Разработка структуры системы управления.

— Разработка функциональной схемы системы управления

— Разработка циклограммы работы установки

— Выбор аппаратной части Системы управления (контроллера, датчиков, исполнительных устройств).

— Разработка математической модели

— Разработка алгоритма управления

— Разработка программы работы установки

— Расчёт экономической эффективности.

— Разработка мероприятий по технике безопасности и пожарной безопасности.

2. Разработка участка

2.1 Разработка технологического процесса

В новом техпроцессе работу, выполнявшуюся раннее сварщиком выполняет Устройство набора и установки грузиков, а так же сварочный робот.

а) Передать балансируемый узел на рабочее место сварки. Узел поступает на сварку в автоматическом цикле.

б) Установить узел в удобное для сварки положение. Узел становится в вертикальное положение в автоматическом цикле.

в) Отсчитать балансировочные грузики поз.2, 3,4 из отсеков бункера в различных сочетаниях по сигналам светового табло балансировочного станка. Допустимый дисбаланс 1 кг· см, дисбаланс устранить приваркой необходимого количества грузиков массой 60, 90, 180 грамм. Грузики отсчитываются в автоматическом цикле.

г) Уложить балансировочные грузики по диаметру барабана грузик на грузик. Грузики устанавливаются на барабан в автоматическом цикле.

д) Приварить грузики к ступице с тормозным барабаном электродуговой сваркой в среде СО2 электрозаклепочным швом по Ш 15 мм по ГОСТ 14 776–79-УП-Н5 (допускается вогнутость шва до 2мм) и по необходимости другими типами швов по ГОСТ 14 771–76 —УП в различных сочетаниях:

1) 3 грузика по 180 грамм плюс 3 грузика по 90 грамм;

2) 2 грузика по 180 грамм плюс 2 грузика по 90 грамм;

3) 1 грузик по 180 грамм плюс 2 грузика по 90 грамм;

4) 1 грузик по 180 грамм плюс 1 грузика по 90 грамм плюс 1 грузик по 60 грамм;

5) 3 грузика по 90 грамм плюс 3 грузика по 60 грамм;

6) грузиков по 90 грамм и т. д. в различных сочетаниях.

е) Грузики привариваются промышленным роботом в автоматическом цикле.

ж) Опустить узел для транспортировки. Опускание производится в автоматическом режиме.

з) Отправить узел на следующую операцию. Отправка узла происходит в автоматическом режиме.

2.2 Разработка устройства набора грузиков

В кабине сварщика находятся тары с маленькими и большими грузиками. При устранении дисбаланса сварщик по показаниям табло набирает необходимый набор грузиков из тар с грузиками. Берет их в руки и раскладывает по ободу тормозного барабана. Затем берет в руки сварочную горелку и приваривает. Нам в дипломном проекте необходимо автоматизировать работу сварщика. Для автоматизации набора и установки грузиков необходимо разработать устройство для набора и установки грузиков. Общий вид механизма набора грузиков показан на чертеже ДП 1.22 030 165.17.11.29.01.00 ВО.

Маленькие и большие грузики находятся в таре с маленькими и большими грузиками соответственно. Внизу тары не имеется днища, а устанавливается толкатель грузиков. Толкатель грузиков выдвигается вперед на роликах, двигаясь по направляющим роликов, выталкивая грузик из тары. Доходя до конечной точки направляющих роликов грузик выходит за пределы тары и следующий по порядку грузик падает с тары на его место, тем самым не давая грузику вернуться в тару при движении толкателя в обратном направлении и грузик падает в каретку. Толкатели грузиков приводятся в действие пневмоцилиндрами.

Грузики на обод устанавливаются в трех местах, поэтому каретка имеет три секции, в которые поочередно накладываются грузики, каретка движется на роликах, которые двигаются по направляющим. Каретка приводится в движение двумя пневмоцилиндрами. Когда оба пневмоцилиндра втянуты каретка находится в крайнем левом положении и грузики падают в правую секцию. Когда первый пневмоцилиндр втянут, а второй вытянут каретка перемещается в среднее положение. Грузики падают в среднюю секцию каретки. Если оба пневмоцилиндры каретки вытянуты, каретка находится в крайнем правом положении и грузики падают в левую секцию каретки.

Когда необходимый набор грузиков помещен в каретку, контейнер, а вместе с ним и каретка с направляющими и пневмоцилиндры каретки, выдвигается вперед. Контейнер движется на роликах по направляющим. Контейнер приводится в действие пневмоцилиндром.

Когда контейнер с необходимым набором грузиков выдвинут вперед, грузики необходимо взять из контейнера, для этой цели используется манипулятор, состоящий из пневмоцилиндра с захватным устройством. Захватное устройство представляет электромагнит и переходную пластину. Манипулятор захватывает набор грузиков, контейнер задвигается в исходное положение. Затем манипулятор опускает грузики на обод тормозного барабана. Грузики на тормозном барабане должны быть зафиксированы, для этой цели применяем электромагнит, который при помощи пневмоцилиндра заводится во внутреннюю полость тормозного барабана и, включаясь, притягивает грузики к барабану до окончания процесса сварки во избежании перемещения грузиков. Когда грузики зафиксированы на барабане, электромагнит манипулятора отключается и манипулятор поднимается в исходное положение.

2.3 Выбор оборудования

Обоснование выбора и описание технических средств автоматизации. При выборе производителя технических средств автоматизации необходимо руководствоваться следующими основными принципами, предъявляемые к средствам автоматизации:

— надёжность средств автоматизации;

— простота обслуживания;

— опыт работы на российском рынке фирмы — производителя;

— поддержка различных протоколов передачи данных;

Для выполнения приварки грузиков нам необходим промышленный робот. Технические характеристики промышленного робота Irb 140 приведены в таблице 3. Промышленный робот при сварке перемещает при сварке горелку сварочного полуавтомата Super synergic 600 pulse R.A. Технические характеристики сварочного полуавтомата Super synergic 600 pulse R. A приведены в таблице 4.

IRB 140 — компактный и эффективный промышленный робот с шестью степенями свободы, способный работать с загрузкой до 5 кг при большом рабочем пространстве (810 мм). Возможны разные способы установки: напольное, настенное, потолочное. Выпускается в разных исполнениях: стандартном, для литейных производств, «чистая комната» и с возможностью мойки. Весь манипулятор соответствует степени защиты IP67, что облегчает применение IRB 140 в самых различных областях. Робот имеет уникально расширенный радиус рабочей зоны благодаря загибающемуся назад механизму плеча и возможности поворотов по 1-ой оси на углы до 360° даже при потолочном креплении.

Компактный прочный дизайн со скрытой кабельной разводкой дополняет внешнюю гибкость. А опция защиты от столкновений с полным отведением делает робот надежным и безопасным.

Если в процессе преимущественно используются 1-я и 2-я оси, то использование IRB 140T существенно сокращает время цикла. Если применяются перемещения только по двум данным осям, до удается увеличивать производительность на 15−20%. Более скоростная версия хорошо подходит для процессов укладки при управлении системой PickMaster.

Версии IRB Foundry Plus и Wash применимы в экстремальной среде литьевых процессов и прочих приложениях с агрессивной окружающей средой, где требуется повышенная коррозийная стойкость и герметичность. Замечательный поверхностный доступ вместе со степенью защиты IP67 делает возможным мойку робота паром высокого давления. Роботы белого цвета в исполнении «чистая комната» принадлежат к классу 10 соответствующего регламентирующего соглашения, что делает их особенно применимыми в обстановке строжайших стандартов чистоты.

Основные преимущества:

— Надежный — Длительный период безотказной работы. С 1999 года, когда IRB 140 был успешно внедрен на рынок, и по сей день он известен как робот с длительным периодом безотказной работы.

— Быстрый — Короткое время цикла. Самый быстрый робот в своем классе, время цикла IRB 140 значительно уменьшено благодаря сочетанию высоких скоростей и ускорений с уникальной системой контроля движения компании АББ — QuickMove.

— Точный — Постоянное качество работы. Потрясающая характеристика позиционной повторяемости (± 0.03 мм) и отличная точность следования по заданному пути.

— Мощный — Максимальное использование. Комбинация грузоподъемности в 5 кг и радиусу действия 810 мм делает этот робот лучшим в своем классе.

— Выносливый — Работает в тяжелых условиях. Доступен в Страндартной, Foundry Plus, Clean Room (Класс 10) и Wash версиях, все механические части манипулятора имеют класс защиты IP 67.

Таблица 3 Технические характеристики промышленного робота

Сварочный полуавтомат Super synergic 600 pulse R.A.

Трехфазные передвижные сварочные полуавтоматы с водяным охлаждением для непрерывной сварки самозащитной порошковой проволокой (без газа), непрерывной и импульсной сварки типа PULSED MIG-MAG, а также TIG и MMA сварки.

— комплектуются блоком подачи проволоки с 4-роликовым подающим механизмом

— рекомендованы к промышленному применению

— возможно использование с широким диапазоном материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь и алюминий

— поставляется с принадлежностями для сварки типа MIG-MAG

— микропроцессорное управление

— 38 заданных программ сварки

— память на 27 индивидуальных программ сварки

— регулировка времени подачи газа после выключения тока, спада сварочного тока, начальной скорости подачи проволоки, продолжительности плавления проволоки.

Таблица 4 Технические характеристики полуавтомата сварочного

— выбор между 2-, 4-тактным режимами работы или режимом сварки точками в зависимости от свариваемого материала

— термозащита, защита от перегрузок тока, повышенного и пониженного напряжения, отсутствия фазы автоматический

— тест-контроль всех функций при запуске

2.4 Планировка участка

Установка балансировки тормозных барабанов со ступицей в сборе входит в состав автоматической линии MORANDO. Сразу за установкой находится кабина сварщика, где происходит устранение дисбаланса. В данном дипломном проекте мы оставляем ту же кабину сварщика, заменяя сварщика на промышленного робота и устанавливаем туда же устройство набора грузиков. Общий вид установки показан на чертеже ДП 1.22 030 165.17.11.29.00.00 ВО.

3. Разработка системы управления установкой

3.1 Построение структурной схемы системы управления

Взаимодействие сварочного робота, устройства набора грузиков, транспортов, балансировочной установки обеспечивает контроллер OMRON CJ1M. Структурная схема системы управления показана на чертеже ДП 1.22 030 165.17.11.29.00.00 Э1.

Система управления состоит из контроллера, входного модуля и выходного модуля. Сигналы с датчиков поступают на входной модуль, обрабатываются в процессорном модули и в соответствии с программной через выходной модуль передаются сигналы исполнительные механизмы. Сигналы от датчиков поступают в модули дискретного ввода CJ1W-ID211. Сигналы от датчиков контролируемых параметров сначала проходят через MUB, где происходит преобразование сигнала тока 20 мА в сигнал напряжения 1−5 В. Затем он поступает на мультиплексорный модуль ввода ААМ 12T.

В модулях ввода сигналы масштабируются и по шине RIO передаются в процессоры станции управления участком. Процессоры обрабатывает сигналы по алгоритму, заданному в соответствии с технологической схемой управления. Для регулируемых параметров в процессоре рассчитывается величина управляющего воздействия, которая после проверки на пределы передается в модуль вывода CJ1W-OD211, затем на исполнительные механизмы.

3.2 Разработка функциональной схемы системы управления

Функциональная схема является основным проектным документом, определяющим структуру и уровень автоматизации технологического процесса, проектируемого объекта и оснащение его приборами и средствами автоматизации.

Функциональная схема представляет собой чертеж, на котором при помощи условных изображений показывают технологическое оборудование, органы управления, приборы и средства автоматизации, и другие агрегатные комплексы с указанием связи между приборами и средствами автоматизации.

Функциональная схема автоматизации разрабатывается на основе действующих инструкций и технологического регламента, заказной спецификации на приборы и средства автоматизации, контроллера и сигналов ввода/вывода, соблюдая нормы и требования, предъявляемых к проектированию функциональных схем. Проанализировав технологический процесс, устанавливаются параметры контроля, регулирования, сигнализации и блокировки.

Функциональная схема объединяет одинаковые функции системы в модули. Глобально система состоит из трёх модулей: ввод, обработка, вывод.

Для реализации системы детализирую их.

Перечень модулей:

— Входной модуль контроллера. На вход его поступают сигналы с датчиков с различными электрическими уровнями. Здесь они преобразуются в унифицированные значения тока и напряжения необходимые для подачи на вход следующего модуля. Этот модуль реализуется аппаратно;

— модуль гальванической развязки сигналов. Является аппаратным модулем. Применяются оптроны. Выполняет две функции: защищает от помех микропроцессорную систему и формирует на выходе сигнал ТТЛ уровня;

— модуль связи с контроллером робота. Реализован аппаратно. Предназначается для коммутации контроллера с контроллером робота;

— модуль ввода данных — программный модуль выполняет чтение данных из модулей, запись в память;

Функциональная схема системы управления показана на чертеже ДП 1.22 030 165.17.11.29.00.00 Д2. Модули разделяются на программные и аппаратные. Существуют функции, которые выполняются или только программно, или только аппаратно. Проблемы разделения не существует. Существуют функции, которые могут быть выполнены альтернативным путем. Они могут быть выполнены программно, аппаратно либо программно-аппаратно. При выборе реализации функций используют следующие критерии:

— качество исполнения данной функции (точность, надежность и т. д.);

— стоимость реализации функции.

Вопросы качества либо рассчитываются, либо определяются методом эксперимента. Наиболее дешевый способ реализации функции — это программный. Поэтому всё, что можно сделать программным путём, необходимо реализовать в программе.

3.3 Разработка циклограммы работы установки

Для обеспечения синхронности работы системы управления необходимо разработать циклограмму её работы. Циклограмма позволяет детализировать работу агрегатов при срабатывании определённых датчиков в различные моменты времени.

Тормозной барабан поступает на секцию конвейера-загрузки — срабатывает датчик наличия (Х1), привод конвейера включается, конвейер перемещает тормозной барабан в зону подъема тормозного барабана — срабатывает датчик наличия (Х2), поступает сигнал на высший уровень — конвейер останавливается

Считываются сигналы S1-S7 с измерительного устройства балансировочной установки.

— Если имеется сигнал S7 «Тормозной барабан в допуске» подъемное устройство не срабатывает, срабатывает датчик наличия (Х22), привод конвейера включается, конвейер перемещает тормозной барабан в зону разгрузки — срабатывает датчик наличия (Х23), поступает сигнал на высший уровень — конвейер останавливается.

включается привод конвейера разгрузки, конвейер перемещает тормозной барабан в зону разгрузки.

— Если сигнал S7 отсутствует, в соответствии с сигналами S1-S6 выбирается нужное количество грузов:

Сигнал S1 — 1 маленький грузик

S2 — 2 маленьких грузика

S3 — 1 большой грузик

S4 — 2 больших грузика

S5 — 4 больших грузика

S6 — 8 больших грузиков

Сигналы S1, S2 складываются и в соответствии с результатом отсчитываются маленькие грузики.

Сигналы S3- S6 складываются и в соответствии с результатом отсчитываются большие грузики.

Далее осуществляется подъем передней (Х19) затем задней Х (21) колонн механизма подъема барабана.

Контейнер занимает среднее (Х9, Х24), крайнее левое (Х10, Х24) или крайнее правое (Х9, Х23) положение в зависимости от расстановки грузиков в зависимости от величины дисбаланса.

Проверяется наличие грузов в таре «М» (Х3) и в таре «Б» (Х4)

Пневмоцилиндр толкателя маленьких грузов вытягивается (Х6), выталкивая маленький грузик из тары, и втягивается (Х5), захватывая следующий грузик. цикл повторяется 1 или 2 раза в соответствии с необходимым количеством грузиков.

Пневмоцилиндр толкателя больших грузов вытягивается (Х8), выталкивая грузик из тары, и втягивается (Х7), захватывая следующий грузик. цикл повторяется 1, 2, 4 или 8 раз в соответствии с необходимым количеством грузиков.

Контейнер занимает среднее (Х10) положение для захвата грузов захватным устройством манипулятора.

Пневмоцилиндр каретки выдвигается вперед (Х13) в позицию захвата грузиков манипулятором, включается электромагнит захватного устройства, Пневмоцилиндр каретки выдвигается назад в исходное положение (Х12) Манипулятор опускается вниз до тормозного барабана (Х15) Пневмоцилиндр фиксирующего устройства выдвигается вперед (Х17), включается электромагнит фиксирующего устройства, электромагнит захватного устройства отключается, манипулятор поднимается в исходное положение (Х14).

Сварочный робот подводит сварочную горелку в зону приварки и приваривает балансировочные грузы. По окончании процесса сварки робот выдает сигнал приварка грузов окончена (S8)

Выключается электромагнит фиксирующего устройства, Пневмоцилиндр фиксирующего устройства выдвигается назад (Х16)

Далее осуществляется опускание задней Х (20), а затем передней (Х18) колонн механизма подъема барабана.

Срабатывает датчик наличия (Х22), привод конвейера включается, конвейер перемещает тормозной барабан в зону разгрузки — срабатывает датчик наличия (Х23), поступает сигнал на высший уровень — конвейер останавливается.

3.4 Выбор датчиков, исполнительных устройств

Для управления ходом технологического процесса необходимо на соответствующем оборудовании расставить датчики. Количество и тип датчиков определяется исходя из следующих условий:

— количество датчиков должно быть достаточным, но не избыточным. При увеличении количества датчиков увеличивается стоимость системы вследствие необходимости установки дополнительных средств сопряжения (стабилизаторы, ограничители, оптроны, мультиплексоры и т. д.);

— тип датчика зависит от того, на какие действия он должен срабатывать (перемещение, вращение, угол поворота, наличие объекта в рабочей зоне, изменение различных физических параметров окружающей среды, таких как температура, освещённость, давление и проч.).

На конвейер-загрузки устанавливается два датчика — на наличие заготовки в начале конвейера и в конце (в позиции подъема тормозного барабана), соответственно датчики Х1, Х2.

На конвейер-разгрузки устанавливаются такие же датчики Х22, Х23.

На устройстве набора грузов устанавливаются следующие датчики:

Х3 — датчик, сигнализирующий о наличии маленьких балансировочных грузов в таре.

Х4 — датчик, сигнализирующий о наличии больших балансировочных грузов в таре.

Х5 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра толкателя маленьких грузов в крайнем левом положении;

Х6 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра толкателя маленьких грузов в крайнем правом положении;

Х7 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра толкателя больших грузов в крайнем правом положении;

Х8 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра толкателя больших грузов в крайнем левом положении;

Х9 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра контейнера в крайнем левом положении;

Х10 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра контейнера в среднем положении;

Х11- датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра контейнера в крайнем правом положении;

Х12 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра каретки во втянутом положении;

Х13 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра каретки в вытянутом положении;

На манипулятор устанавливаются следующие датчики:

Х14 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра манипулятора во втянутом положении;

Х15 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра манипулятора в вытянутом положении;

На устройство, фиксирующее балансировочные грузы во время сварки устанавливаются следующие датчики:

Х16 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра с электромагнитом фиксирующим грузы на барабане во втянутом положении;

Х17 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня пневмоцилиндра с электромагнитом фиксирующим грузы на барабане в вытянутом положении;

На устройство, устанавливающее тормозной барабан в положение, удобное для сварки устанавливаются следующие датчики:

Х18 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня переднего пневмоцилиндра подъемника во втянутом положении;

Х19 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня переднего пневмоцилиндра подъемника в вытянутом положении;

Х20 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня заднего пневмоцилиндра подъемника во втянутом положении;

Х21 — датчик, сигнализирующий о нахождении поршня переднего пневмоцилиндра подъемника в вытянутом положении;

В данной установке используются два вида бесконтактных датчиков:

— индуктивные

— магнитные

Индуктивные сенсоры

Индуктивный датчик предоставляет необходимые сигналы о конечных положениях объектов, а так же может служить в качестве импульсного датчика для задания численных значений или регистрации частоты вращения. В настоящее время индуктивные датчики (индуктивные сенсоры) незаменимы в промышленности. Преимущества в сравнении с механическими концевыми выключателями очевидны: бесконтактное срабатывание, абсолютная износоустойчивость, высокая частота, точность переключений. Кроме того, индуктивные датчики положения нечувствительны к вибрации, пыли и влажности. Индуктивные датчики приближения используют физический эффект изменения добротности резонансного контура, вызванного потерями на вихревые токи в проводящих материалах. Индуктивно-емкостный колебательный контур генерирует высокочастотное электромагнитное поле. Это поле распространяется с активной поверхности датчика. Если в это поле попадает электропроводящий материал (металл), то в соответствии с законом электромагнитной индукции возникают вихревые токи, поглощающие энергию колебательного контура. Вследствие этого амплитуда колебаний уменьшается. Это изменение преобразуется в коммутационный сигнал. Данный принцип действия позволяет обнаруживать все металлы, независимо от того, находятся они в подвижном состоянии или нет.

Для устройства набора грузиков нам необходимы бесконтактные индуктивные сенсоры не больших габаритов. Выбираем бесконтактный датчик balluff BES 516−325-SA45.

Таблица 5 Технические характеристики бесконтактного датчика

Сенсоры магнитного поля.

Серия сенсоров магнитного поля BMF широко используется для определения положения поршня цилиндров. Эти сенсоры могут использоваться в гидравлических и пневматических цилиндрах, стенки которых выполнены из алюминия, пластика или композитных материалов. Сенсоры BMF работают бесконтактно, не изнашиваются, также они не имеют несколько точек переключения, что является основной проблемой при использовании герконовых выключателей. В зависимости от типа сенсора, корпуса сенсоров BMF выполнены из полиамида, РВТР укрепленного стекловолокном или алюминия. Анодируемый алюминий используется для исполнений, применяемых в условиях сварки. Исполнения стойкие к сварке работают в полях силой до 200 кА/м. При этом не возникают ошибки или какие-либо электрические повреждения. Большинство сенсоров может быть установлено на различные типы цилиндров. Желтый светодиод показывает состояние выхода. BMF оснащены пермаллойным сенсором для определения поля внешнего магнита. В случае с цилиндрами на поршень надевается магнитное кольцо. Магнитное поле вызывает срабатывание сенсора. Срабатывание происходит только от основного магнитного поля, что позволяет решить проблему нескольких точек срабатывания. В исполнениях стойких к сварке переменные магнитные поля сварочных электродов не влияют на состояние выходного сигнала сенсора. Постоянные магниты встроены в поршень. BMF срабатывает на магниты через неметаллическую стенку цилиндра. Когда поршень подходит к сенсору, выход последнего переключается. При силе магнитного поля от 2 кА/м до 30 кА/м сенсор BMF не будет иметь несколько точек переключения. Активная зона остается практически постоянной во всем диапазоне силы поля.

Для пневмоцилиндров с магнитными кольцами на поршнях устройства набора грузиков нам необходимы бесконтактные магнитные сенсоры. Выбираем магнитные датчики Balluff BMF 303 для пневмоцилиндров Таблица 6 Технические характеристики магнитного датчика Balluff

Описание Магнитные датчики Balluff BMF 303 и BMF 305 для пневмоцилиндров.

Датчики для пневмоцилиндров Balluff серии bmf 303иbmf 305предназначены для определения положения поршней в пневматических цилиндрах. Большая часть автоматизации процессов в промышленности реализована с помощью пневмоцилиндров Festo, Bosch, Camozzi и других. Цилиндры изготавливаются из ненамагничивающихся металлов (алюминий, медь и ее сплавы и др.), а на поршень устанавливается кольцевой магнит. Именно на эту метку реагируют магнитные датчики Balluff, определяя положение поршня, при этом, датчики для пневмоцилиндров Balluffbmf 303иbmf 305обладают высокой скоростью срабатывания и чувствительностью.

Магнитные датчики Balluff монтируются непосредственно на пневматический цилиндр. Balluff производит датчики магнитного поля для различных типов пневмоцилиндров. Сенсоры BMF работают бесконтактно, не изнашиваются, также они не имеют несколько точек переключения, что является основной проблемой при использовании герконовых выключателей. В зависимости от типа сенсора, корпуса сенсоров BMF выполнены из полиамида, РВТР укрепленного стекловолокном или алюминия. Анодируемый алюминий используется для исполнений, применяемых в условиях сварки. Исполнения стойкие к сварке работают в полях силой до 200 кА/м. При этом не возникают ошибки или какие-либо электрические повреждения. Большинство сенсоров может быть установлено на различные типы цилиндров. Желтый светодиод показывает состояние выхода. BMF оснащены пермаллойным сенсором для определения поля внешнего магнита. В случае с цилиндрами на поршень надевается магнитное кольцо. Магнитное поле вызывает срабатывание сенсора. Срабатывание происходит только от основного магнитного поля, что позволяет решить проблему нескольких точек срабатывания. В исполнениях стойких к сварке переменные магнитные поля сварочных электродов не влияют на состояние выходного сигнала сенсора. Постоянные магниты встроены в поршень. BMF срабатывает на магниты через неметаллическую стенку цилиндра. Когда поршень подходит к сенсору, выход последнего переключается. При силе магнитного поля от 2 кА/м до 30 кА/м сенсор BMF не будет иметь несколько точек переключения. Активная зона остается практически постоянной во всем диапазоне силы поля.

Расчет и выбор исполнительных устройств.

От выбора исполнительных устройств напрямую зависит качество работы и надежность оборудования. Для устройства набора грузиков необходимы пневмоцилиндры небольших габаритных размеров. Широкую линейку моделей пневмоцилиндров предлагает фирма Camozzi [7], зарекомендовавшая себя как изготовителя качественного гидро-пневмо оборудования. Технические характеристики пневмоцилиндров Camozzi приведены в таблице 7

Миницилиндры серии 24 соответствуют европейским стандартам CETOP RP52-P и DIN/ISO 6432.

Современные материалы и глубокая конструкторская проработка позволили создать широкую гамму универсальных и надёжных цилиндров.

Прецизионное закрепление трубы на крышках обеспечивает исключительно точное взаимное расположение подвижных деталей.

Поскольку в миницилиндрах достигаются высокие скорости перемещения, они оснащаются пластиковыми шайбами на поршне, обеспечивающими бесшумную и мягкую остановку.

Цилиндры серии 24 имеют магнит на поршне и могут работать с магнитными датчиками.

Они имеют высокое качество и большой выбор типоразмеров.

— Одностороннего действия

— двустороннего действия

— Стандарт CETOP RP52-P DIN/ISO 6432

— Гильза и шток из нержавеющей стали

— Анодированные алюминиевые

Таблица 7 Технические характеристики пневмоцилиндров Camozzi

3.5 Определение требований и выбор контроллера

Для управления работой системы нам необходимо выбрать контроллер, отвечающий следующим требованиям:

— высокая производительность

— надежность

— компактность

— модульный принцип

Всем требованиям удовлетворяет контроллер OMRON CJ1M, находящийся в установке для балансировки, нам нужно добавить в конфигурацию контроллера один модуль дискретных входов и один выходной модуль. Загруженность процессора имеющегося контроллера во время балансировки очень низкая, поэтому мы можем использовать этот контроллер для одновременного управления устройством набора грузов. Технические характеристики контроллера omron CJ1M приведены в таблице 8.

Контроллеры этой серии обладают небольшими размерами и не имеют панели расширения, устанавливаются на обычную дин-рейку, но архитектура и производительность такая же, как и контроллеров серии CS1. Контроллеры CJ1M предназначены для высокоскоростных задач, требующих высокой точности, надежности и многофункциональности. Широкий набор стандартных модулей ввода/вывода (8,16,32,64 точки) и незаурядный набор специальных модулей (аналоговые, температурные, сетевые, модули позиционирования и многое др.) позволит наиболее оптимально решить задачи автоматизации, как локальных объектов, так и распределенных систем. Контроллер поддерживает наиболее распространенные сети и позволяет обрабатывать данные с панелей оператора, температурных котроллеров, частотных регуляторов и других устройств. При использовании Ethernet или Controller Link можно передавать большие потоки информации на верхний уровень и в другие сети. Использование протокола MACRO позволит обеспечить связь с 32 устройствами на каждый порт. Наличие флеш-карты обеспечивает хранение информации больших объёмов любого типа и возможность удобной обработки записанных данных. Поддержка FINS протокола обеспечит прозрачную связь с узлами разного уровня, находящимися в многоуровневой сети. Встроенный календарь. E-mail функция через Ethernet — интерфейс.

Таблица 8 Технические характеристики контроллера omron CJ1M

3.6 Проектирование электрической схемы подключений СУ

Сигналы от датчиков поступают в модуль входа CJ1W-ID211. Сигналы из модуля выхода CJ1W-OD211 поступают на исполнительные механизмы. Схема подключений показана на чертеже ДП 1.22 030 165.17.11.29.00.00 Э5.

Микропроцессорная система состоит из входного, выходного блоков и блока вычисления.

Блок вычислений представляет собой модуль CPU-23 контроллера OMRON SJ1M.

Входной блок состоит из следующих элементов:

— входной цифровой модуль CJ1W-ID211 для приема сигнала от датчика реле о наличии потока углекислого газа в шланге.

Входные и выходные модули уже имеют в своем составе реализованные гальванические развязки, предназначенные для защиты внутренних элементов модулей от скачков напряжения.

Выходной блок состоит из следующих элементов:

— выходной модуль CJ1W-OD211 обеспечивает как гальваническую развязку, усиление и коммутацию.

Входной модуль CJ1W-ID211 имеет 16 каналов, 2 группы по 8 в каждом 24V. Технические характеристики входного модуля CJ1W-ID211 приведены в таблице 9.

Выходной модуль CJ1W-OD211 имеет 16 каналов с выходными сигналами 24V. Технические характеристики выходного модуля CJ1W-OD211приведены в таблице 10.

Таблица 9 Технические характеристики входного модуля

Таблица 10 Технические характеристики выходного модуля

3.7 Проектирование электрической силовой схемы системы управления

Электрооборудование установки предназначено для :

управления загрузочным устройством детали;

управления балансировочным устройством;

управления сварочным роботом

управления устройством набора грузиков

управления устройством выгрузки детали.

Питание установки осуществляется от 3-х проводной сети переменного тока напряжением ~380 В и частотой 50 Гц. Ввод питания осуществляется на боковую стенку электрошкафа на вводной клеммник. Защита от токов короткого замыкания — предохранителями и расцепителями максимального тока автоматических выключателей

В цепях управления используется напряжение = 24 В для питания плат контроллера, катушек реле, магнитов и пускателей.

Напряжение 24 В берется с выхода импульсного блока питания 24 В 40А, 3-фазы QUINT-PS/ 3AC/24DC/40 Phoenix Contact

Всё электрооборудование размещено внутри одного электрошкафа.

Управление приводом шпинделя осуществляется электродвигателем, в качестве которого использован асинхронный двигатель фирмы Сервотехника. Для его управления используется преобразователь фирмы КЕВ 13. F5.M1D-39A Привод управляется аналоговым сигналом от измеритяля дисбаланса .

Электрические связи между электрошкафом и электрооборудованием станка осуществляются гибкими жгутами и кабелями. Подсоединение производится через клеммники.

4. Расчетная часть

4.1 Расчет исполнительных устройств

Для приведения в действие команд контроллера необходимы исполнительные устройства. Исполнительные устройства должны выполнять функции системы, иметь малую инерционность, обладать устойчивостью и управляемостью, достаточным быстродействием.

Работа устройств набора грузиков, подъема барабана осуществляется при помощи пневмоцилиндров. Воздух в полость цилиндра попадает при помощи электромагнитного клапана, который в свою очередь управляется контроллером через реле.

Управление катушками электромагнитных клапанов осуществляется с помощью реле, включенных последовательно с катушкой. Питание катушек электромагнитных клапанов осуществляется напряжением 220 В переменного тока. Ток в катушке 250 мА.

Захватное устройство манипулятора представляет собой электромагнит, управляемый контроллером через реле.

В устройстве набора грузиков всю работу выполняют пневмоцилиндры и два электромагнита.

Расчет пневматических цилиндров.

Пневматические цилиндры предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в механическое линейное перемещение. Пневмоцилиндры бывают одностороннего и двухстороннего действия, с односторонним или двухсторонним (проходным) штоком. В пневмоцилиндрах одностороннего действия поршень может перемещаться под действием воздуха только в одну сторону (воздух подается только с одной стороны от поршня), а возврат осуществляется пружиной или внешними силами, при этом воздух, поданный в цилиндр, должен быть сброшен. Следует учитывать, что возвратная пружина снижает усилие, развиваемое цилиндром под действием сжатого воздуха, а усилие при возврате в исходное положение определяется жесткостью и степенью сжатия пружины. Односторонние пневмоцилиндры бывают двух модификаций: с пружиной в штоковой полости цилиндра (шток пневмоцилиндра нормально втянут, при подаче воздуха выдвигается); и с пружиной в бесштоковой полости (шток нормально выдвинут). В пневмоцилиндрах двухстороннего действия перемещение поршня под действием сжатого воздуха происходит в прямом и обратном направлениях.