Совершенствование вибрационных автоматических загрузочных устройств

Один из главных направлений развития современной науки и техники является широкое внедрение в различные отрасли промышленности средств механизации и автоматизации технологических процессов. Механизация и автоматизация технологических процессов являются одним из основных условий увеличения выпуска промышленной продукции и роста производительности труда. Эти мероприятия обеспечивают значительное снижение себестоимости изготовления продукции, а также улучшают её качество. Механизация и автоматизация производственных процессов в значительной степени повышают безопасность работы и улучшают условия труда рабочих.

Автоматизация загрузки штучными предметами обработки (ПО) -одна из задач при создании производственных машин-автоматов и автоматических линий различного технологического назначения, штампов и прессов, установок физико-химической обработки, металлорежущих станков, сборочных, контрольно-сортировочных, упаковочных машин и т. д.

Автоматизация загрузки особо важное значение приобретает при создании автоматических линий, т.к. надежная и экономичная конструкция загрузочного устройства, гарантирующая бесперебойную подачу правильно ориентированных в пространстве ПО, во многом определяет качественные и количественные показатели всей линии.

Устройства, обеспечивающие автоматическую загрузку машин-автоматов и автоматических линий штучными ПО, являются одними из наиболее совершенных современных устройств, объединяющих потоки материала, энергии и информации и обеспечивающих получение качественной продукции в течение определенного промежутка времени без участия человека — называются автоматические загрузочные устройства (АЗУ).

Становление и эволюция научной школы «Теория и практика автоматической загрузки технологических машин» определялись быстродействием технологических операций и серийностью производства ПО.

В 50-е годы в России интенсивно внедряются автоматические роторные линии (APJI) и затем в 60-е годы роторно-конвейерные линии (APKJI) конструкции JI.H. Кошкина с производительностью соответственно до 200 и 1200 шт/мин. Объединение в одной APJI до шести технологических операции позволило значительно снизить число типоразмеров АЗУ и увеличить производительность линий в 2−3 раза по сравнению с операционным прессовым оборудованием. АЗУ первого поколения по производительности удовлетворяли техническим характеристикам APJI, однако требования к надежности АЗУ возросли на порядок, так как от неё в значительной степени зависел коэффициент использования APJI. На этом этапе развития АЗУ неоценимым вкладом оказалась теория и практические рекомендации по проектированию АЗУ, которые были разработаны В. Ф. Прейсом.

В конце пятидесятых фирма Syntron (США) предлагает конструкцию АЗУ вибрационного действия — Вибрационные автоматические загрузочные устройства (ВАЗУ), которые стали широко внедряться в отечественные отрасли промышленности благодаря своим очевидным достоинствам в сравнении с АЗУ механического действия. В настоящее время на фирмах Fiat (Италия), Sortimat (Германия) и др. фирмах доминируют вибрационные АЗУ, доля которых в общем числе АЗУ составляет до 70%. Это второе поколение загрузочных устройств, преимуществом которых является их универсальность по отношению к загружаемому ПО в отличие от АЗУ механического действия со специализацией на конкретный ПО.

Заслугой отечественных учёных стило появление в конце 60-х годов АЗУ третьего поколения, как по их универсальности, так и высокой производительности. Это было достигнуто путём разделения и независимого возбуждения колебаний в вибрационных АЗУ в вертикальном и горизонтальном направлениях, за счет чего удалась повысить скорость ПО на дорожке устройства в безотрывном режиме на порядок.

Появление в конце 60-х годов нового поколения автоматических линий роторного типа АРКЛ, вынудили к созданию АЗУ четвертого поколение — роторных АЗУ механического чипа, с производительностью до 1200 шт/мин, которым органически присущи достоинства принципа независимости основных (рабочих) и транспортных функций, положенного в основу АРЛ и АРКЛ.

В настоящее время представляет интерес АЗУ пятого поколениявибророторные, как по универсальности загружаемых ПО, так и по уровню производительности до 3000 шт/мин и более, которые соединили в себе достоинства АЗУ всех поколений. Вращающийся бункер имеет форму обратного конуса, на поверхности которого спрофилированы каналы для захвата, ориентирования и выдачи ПО.

ВАЗУ — второе поколение АЗУ нашли широкое применение в машиностроительной, приборостроительной, радиотехнической, горнорудной, химической, пищевой, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности.

Одной из характерных особенностей функционирования ВАЗУ является обеспечение фазовых и амплитудных параметров, благодаря которым можно создать траекторию материальной точки бункера по фигуре — Ли-сажу — эллипсу или по прямой линии [7]. Ученые указали что, создание траектории в виде по фигуре эллипса — это один из путей повышения скорости виброперемещения, т. е. повышения производительности ВАЗУ.

Диссертация на тему «Совершенствование вибрационных автоматических загрузочных устройств» имеет следующие особенности:

Актуальностью работы.

В настоящее время ВАЗУ, как правило, имеют электромагнитный вибропривод с синхронным или раздельным возбуждением колебаний. ВАЗУ с синхронным приводом обеспечивают скорость виброперемещения.

ПО в безотрывном режиме до 50 мм/с, с раздельным приводом до 300 мм/с.

Значительное увеличение скорости виброперемещения происходит благодаря усложнению конструкции ВАЗУ с целью получения оптимального фазового смещения колебаний в вертикальном и горизонтальном направлениях, которое зависит от возможности регулирования жесткости упругих элементов привода для бункеров ВАЗУ различной массы. Преодоление барьера уровня скорости виброперемещения ПО 50 мм/с в ВАЗУ с синхронным приводом стало возможным путем перехода от двухмассной динамической системы к трехмассной и четырехмассной с получением эффекта фазовых смещений.

Поэтому поиск оригинальных конструктивных решений упругих систем ВАЗУ с раздельным возбуждением колебаний и многомассных динамических систем для ВАЗУ с синхронным приводом, направленных на совершенствование устройств с обеспечением высокой производительности, простоты настройки и их надежности является актуальной задачей.

Целью работы.

Расширение возможностей вибрационных автоматических загрузочных устройств на основе применения оригинальных упругих систем и их теоретического обоснования.

Научная новизна работы.

Впервые предложены и формализованы упругие системы ВАЗУ с электромагнитным приводом: с плавной регулировкой жесткости в широких пределах стержневых упругих элементов путём постепенного перехода от шарнирной к жесткой заделке их концов с одновременным учетом поперечной жесткости упругих элементов в виде цилиндрических витых пружин в системах вертикального и горизонтального привода раздельного возбуждения колебанийтрехи четырехмассных динамических систем в приводе с синхронным возбуждением колебаний с целью получения эффекта фазовых смещений колебаний во взаимно-перпендикулярных направлениях и снижения влияния массы загружаемых ПО в бункер на параметры колебаний.

Основные научные результаты диссертации, выносимые на защиту, включают:

1. Теоретическое исследование упругой системы с плавной регулировкой жесткости в широких пределах упругих элементов в виде стержней с учетом поперечной жесткости витых цилиндрических элементов в ВАЗУ с раздельным возбуждением колебаний.

2. Теоретическое исследование трехи четырехмассных динамических систем ВАЗУ с синхронным приводом.

3. Параметрический и структурный синтез трехи четырехмассных динамических систем ВАЗУ с синхронным приводом.

4. Постановка эксперимента с применением современной экспериментальной техники.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка использованной литературы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Проведен анализ состояния теория, практики проектирования и эксплуатации ВАЗУ с раздельным и синхронным приводом, показаны их достоинства и недостатки.

2. На основе математического обоснования предложена конструкция ВАЗУ с раздельным приводом с регулированием жесткости упругих систем в широких пределах с целью применения одного типоразмера привода ВАЗУ для различных масс бункера (в пределах 400%) и ПО, загружаемых в него.

3. Предложены конструкции ВАЗУ с синхронным приводом при наличии упругой связи: между тарелью и бортом бункера для создания фазового угла между колебаниями бункера в горизонтальной плоскости и колебаниями в вертикальной плоскостимежду дном бункера и основанием ВАЗУ. Дано описание динамических моделей ВАЗУ с синхронным приводом для случаев трехи четырехмассных систем.

4. Разработаны математические модели ВАЗУ с синхронным приводом при введении упругой связи между тарелью и бортом бункера для создания фазового угля е^О, а также между дном бункера и основанием ВАЗУ для сокращения времени процесса захвата ПО и увеличения массы ПО в бункере при реализации работы трехи четырехмассных динамических колебательных систем.

5. Проведенный параметрический синтез для трехи четырехмассных динамических систем ВАЗУ с синхронным приводом позволил реализовать структурные варианты устройств (многобункерные устройства, устройство с дном бункера, замкнутым на основание ВАЗУ жесткой или упругой связью, устройство с предбункером, связанным с основанием жестко или упругим элементом и т. д.).

6. Данные разработки позволили повысить скорость вибротранспортирования ПО в 5 раз и увеличить массу загружаемых ПО в бункере в 4 раза с обеспечением постоянства скорости вибротранспортирования ПО по вибродорожке.

7. Проведены экспериментальные исследования с применением современной аппаратуры и подтверждена достоверность результатов математических расчетов и конкретных функциональных параметров предложенных оригинальных конструкций ВАЗУ с расхождением не более 10%.

8. Результаты диссертационной работы внедрены в ТПЗ — «Рондоль» и в учебный процесс кафедры «Технологическая механика» ТулГУ.