Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 11
1.1. Анализ штучных изделий многономенклатурных отраслей промышленности как объекта автоматической загрузки 11
1.2. Конструкции автоматических загрузочно-ориентирующих устройств и области их применения 25
1.3. Обзор предшествующих исследований и разработок 59
1.4. Цель и задачи исследования 63
ГЛАВА 2. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ РАСПОЗНАВАНИЯ ШТУЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОНКОЙ ГАЗОВОЙ НЕСУЩЕЙ ПРОСЛОЙКИ 64
2.1. Принципиальная новизна предлагаемого метода распознавания, сортировки и ориентирования штучных изделий 64
2.2. Классификация загрузочно-ориентирующих устройств, использующих в работе эффекты тонкой газовой несуще-распознающей прослойки 68
2.3. Систематика геометрических параметров рабочих поверхностей автоматических загрузочно-ориентирующих устройств 103
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЗАГРУЗОЧНО-ОРИЕНТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОНКОЙ ГАЗОВОЙ НЕСУЩЕ-РАСПОЗНАЮЩЕЙ ПРОСЛОЙКИ 107
3.1. Влияние системы "рабочая поверхность — газовая прослойка - изделие" на коэффициент трения при - распознавании, сортировки и ориентировании штучных
изделий 107
3.2. Распознавание изделий при их транспортировании по вращающейся рабочей поверхности АЗОУ, выполненной в виде вогнутого диска 131
3.3. Опознавание изделий при перемещении внутри вращающегося полого цилиндра и на лотке 155
3.4. Распознавание изделий при движении по перемещающемуся усечённому секционному конусу 179
3.5. Опознавание изделий при транспортировании на движущемся ленточном полотне 195
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ И НАДЁЖНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМЫХ АЗОУ 202
4.1. Теоретическая номинальная производительность АЗОУ с тонкой газовой несущей распознающей прослойкой 205
4.2. Влияние конструктивных и режимных параметров системы "рабочая поверхность - газовая прослойка - изделие" на время и процесс распознавания при транспортировании, сортировке и ориентировании штучных изделий 214
4.3. Пути повышения теоретической номинальной производительности разработанных АЗОУ 249
4.4. Управление процессом переналадки в предлагаемых АЗОУ при переходе на другие изделия 251
ГЛАВА 5. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ АЗОУ 280
5.1. Чувствительность процесса распознавания для АЗОУ с тонкой газовой прослойкой 280
5.2. Влияние конструктивных и режимных параметров системы "рабочая поверхность - газовая прослойка - изделие" на чувствительность предлагаемых устройств 282
5.3. Область рационального использования разработанных АЗОУ 298
ГЛАВА 6. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ПРЕДЛАГАЕМЫХ АЗОУ 306
6.1. Расчёт дисковых A3ОУ .306
6.2. Расчёт барабанных (цилиндрических) АЗОУ 311
6.3. Расчёт конусных АЗОУ 319
6.4. Расчёт ленточных АЗОУ І323
6.5. Расчёт лотковых АЗОУ 327
6.6. Примеры расчёта АЗОУ с тонкой газовой несущее распознающей прослойкой 329
ГЛАВА 7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 342
7.1. Промышленное использование АЗОУ с тонкой газовой несущее распознающей прослойкой 342
7.2. Способы загрузки описанных АЗОУ 355
7.3. Расширение функциональных возможностей АЗОУ с
тонкой газовой несущее распознающей прослойкой 358
ВЫВОДЫ 363
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 365
ЛИТЕРАТУРА .- 373
ПРИЛОЖЕНИЯ (Отдельный том)
Введение к работе
Одной из важнейших задач автоматизации произ: водственных процессов является организация автоматической загрузки и ориентации штучных изделий. Это особенно важно с позиций сокращения малопривлекательного ручного труда и повышения производительности технологического оборудования.
Несмотря на многочисленные научные и конструкторские разработки, эта проблема до настоящего времени не может считаться решённой для класса мелких штучных изделий типа пластин с неявно выраженными конструкторскими признаками (ключами ориентации) и обладающими заниженными физико-механическими свойствами (хрупкость, малая жёсткость и прочность, ломкость и т. п.), так как к данным изделиям невозможно применить традиционные средства автоматизации операции загрузки и ориентирования с механическими захватами.
Одной из идей возможного решения поставленной задачи является использование, эффектов,возникающих в тонкой газовой несущей прослойке (ТГНП), создаваемой между рабочей поверхностью автоматического загрузочно-ориентирующего устройства (АЗОУ) и опорной поверхностью транспортируемого изделия.
Научная школа автоматизации производственных процессов с использованием ТГНП сложилась в Воронежской государственной технологической академии (ВГТА), где ранее были решены задачи линейного транспортирования штучных мелких изделий. В настоящей работе впервые решалась задача применения ТГНП для тонкого распознавания, сортировки и ориентирования специфических изделий плоскостного типа с маловыраженными признаками отличия при транспортировании к технологическому оборудованию.
Идея метода состоит в следующем: на движущуюся рабочую поверхность АЗОУ поступает поток изделий, для которых необходимо выполнить первичное пассивное ориентирование с рассортировкой на несколько потоков. Для этого движущаяся рабочая поверхность АЗОУ полностью перфорирована соплами, создающими над ней ТГНП с направлением движения газа, независимым от перемещения рабочей поверхности. В результате этого при различном характере расположения изделий на рабочей поверхности АЗОУ, одни перемещаются совместно с ней, а другие всплывают на ТГНП и уносятся в ином направлении, независимо от движения рабочей поверхности. Поэтому основным управляемым параметром представленного процесса являются характеристики ТГНП.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре информационных и управляющих систем ВГТА в рамках договоров с ОАО "ВЗПП" (г. Воронеж), ОАО "НИИПМ" (г. Воронеж), по грантам Российского фонда фундаментальных исследований "Развитие фундаментальных основ и разработка устройств манипулирования объектами с использованием эффектов несущей газовой прослойки" (№ 01-01-00349-а), а также по программе Министерства образования Российской Федерации по теме "Теоретические основы синтеза автоматизированного оборудования с эффектами аэродинамических несущих прослоек" (№ г. р. 01970001686).
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка научных основ автоматизации процессов ориентации штучных специфических изделий с использованием динамической распознающей тонкой газовой несущей прослойки и создание автоматических устройств, использующих в работе эффекты ТГНП.
Поставленная цель определила следующие задачи, решённые в диссертации:
1. Разработать концепцию и варианты схем создаваемых автоматических распознающих устройств.
1. Провести математическое моделирование процесса взаимодействия конструктивных и режимных параметров разрабатываемых устройств, тонкой газовой прослойки и распознаваемого изделия. 3. Проанализировать влияние системы "рабочая поверхность - тонкая газовая несущая прослойка" на чувствительность создаваемых устройств к изме-нению характеристик опознаваемого изделия.
4. Исследовать влияние конструктивных и режимных параметров предлагаемых устройств на быстродействие процессов, происходящих в них, а также на производительность устройств.
5. Разработать структурные схемы систем управления процессом переналадки на основе анализа взаимосвязи различных параметров устройств, предложить методику их расчёта и выбора основных характеристик.
6. Провести стендовую и производственную апробацию, показать эффективность, оценить область рационального использования и расширенного применения разработанных устройств с ТГНП.
Методы исследования. Основные задачи диссертационного исследования решались на основе системного подхода, моделированием и анализом моделей с помощью математического аппарата теории газовой смазки, триботехники, машин и механизмов, теоретической механики и теории автоматического управления. Расчёт производительности АЗОУ осуществлялся в соответствии с общей теорией производительности автоматов и автоматических линий. Основные теоретические задачи решались с использованием традиционного математического аппарата, применяемого при решении дифференциальных уравнений в частных производных. Численное решение математических моделей, теоретические зависимости, статистические данные рассчитывались на ПЭВМ по разработанным программам на алгоритмическом языке высокого уровня СИ ++. С целью оценки значимости неучтенных факторов теоретических зависимостей и проверки расчётных соотношений были проведены экспериментальные исследования на сконструированных установках и действующих макетах.
Научная новизна заключается в разработке методологических принципов, научных основ распознавания и ориентирования штучных специфических изделий на тонкой газовой прослойке: 1. Введено понятие «специфические штучные изделия» выделенные из
многих отраслей промышленности, дана их характеристика, типологизация, что показало необходимость разработки устройств для манипулирования ими.
2. Разработан новый метод распознавания по обобщённому критерию (удельная нагрузка) на основании чего получены два новых ключа ориентации (площадь опорной поверхности изделия и его масса), что позволило создать целый класс универсальных устройств, выполняющих разнообразные операции со специфическими изделиями.
3. Доказано, что газовая прослойка обладает высокой чувствительностью к изменению характерных параметров изделий, т. е. способна их распознавать, что обусловило необходимость введения в научную терминологию нового понятия - «несуще-распознающая тонкая газовая прослойка». В диссертации дана его сущностная характеристика.
4. Впервые разработаны математические модели процесса распознавания штучных изделий по предложенным ключам ориентации и полученным зависимостям, характеризующим причинно-следственные связи режимных и конструктивных параметров системы «рабочая поверхность- !! НП-изделие», что позволило целенаправленно выбирать основные параметры и режимы работы вновь создаваемых устройств.
5. Впервые разработаны методики синтеза конструкций устройств с ТГНП, выделена область их рационального использования.
6. Созданы структурные схемы систем автоматического и программного управления процессом переналадки при переходе с одного типоразмера изделия на другие, что позволяет автоматизировать данный процесс и повысить фактическую производительность разработанного оборудования.
Новизна предложенных теоретических решений подтверждена 16 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.
На защиту выносятся: научно - теоретические основы опознавания штучных изделий по обобщённому критерию - удельная нагрузка; конструк 9тивные схемы устройств, использующих в работе эффекты тонкой газовой несуще-распознающей прослойки и их классификация; математические модели опознавания штучных изделий при их транспортировании на перемещающейся рабочей поверхности устройств; предложения по повышению теоретической номинальной производительности разработанного оборудования и рациональная область его использования; методика синтеза устройств с тонкой газовой несуще-распознающей прослойкой.
Практическая значимость и реализация результатов диссертационного исследования. Теоретические и экспериментальные результаты легли в основу конструирования гаммы автоматических устройств, обладающих высокой универсальностью и надёжностью, способных к автоматической переналадке и распознаванию специфических изделий с неявно выраженными ключами ориентации. Разработанные устройства являются многофункциональными, позволяющими в процессе транспортирования изделий осуществлять сортировку их на несколько потоков, ориентирование, выбраковку, оценку качества поверхности, реализовывать разнообразные термические процессы.
Разработанные методы, принципы, модели, программы и алгоритмы могут быть реализованы при проектировании разнообразного оборудования, использующего эффекты тонких газовых прослоек.
Полученные при диссертационном исследовании научно-технические результаты использовались для конструирования устройств прошедших как стендовую, так и промышленную апробацию на следующих предприятиях: сборочный модуль - п/я Р-6644; устройство для ориентированной загрузки транзисторов в пластмассовом корпусе - п/я А-7693; АЗОУ для подачи корпусов (баллонов) на участок герметизации - ОАО "НИИПМ" (Воронеж); барабанное АЗОУ для сушки баллонов корпусных полупроводниковых приборов - ОАО ВЗПП (Воронеж); устройство для сортировки и выбраковки лекарственных трав, спрессованных в виде таблеток — ЗАО "ВЕРОФАРМ" (Москва); устройство для сортировки и выбраковки леденцовой карамели, оформленной в виде таблеток - ОАО "Воронежская кондитерская фабрика"; АЗОУ для подачи пуговиц ООО Дом моделей "Таит" (Воронеж).
Экономический эффект от реализации разработок оценивается более 100000 руб.
Публикации и апробация работы. Подобная работа выполняется впервые, научно-практическая новизна подтверждена 80 публикациями, в том числе 16 авторскими свидетельствами и патентами, 1 монографией, 2 учебными пособиями и 33 статьями.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 24 научно-практических конференциях различного уровня. Полное содержание диссертационной работы было доложено и обсуждено на научно-методических семинарах кафедр "Информационных и управляющих систем" ВГТА и МТ-11 МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов, перечня условных обозначений, списка литературы и приложений (отдельный том). Материал диссертации изложен на 401 странице машинописного текста, содержит 161 рисунок, 5 таблиц, списка литературы из 324 наименований. Объём приложений (отдельный том) содержит 276 страниц, где приведены материалы и документы, свидетельствующие о практических и экспериментальных результатах исследования и разработок автора, дополнительные материалы, отражающие специфику решаемых задач, а также представлены новые алгоритмические программы для ПЭВМ.
