Введение к работе
з
Актуальность работы. Для загрузки штучных предметов обработки с производительностью от 200 до 1200 шт./мин в роторные машины (РМ), автоматические роторные и роторно-конвейерные линии (АРЛ/АРКЛ), применяемые в машино- и приборостроении, используют многопозиционные роторные системы автоматической загрузки (САЗ), которые построены по принципу роторных технологических машин. В конструкциях роторных САЗ для загрузки осесимметричных стержневых предметов обработки формы тел вращения применяют бункерные загрузочные устройства (БЗУ) с вращающимися воронками, которые имеют высокую производительность, просты по конструкции и кинематике привода воронок.
Однако при загрузке тонких стержневых предметов обработки с отношением габаритных размеров lid > 6 (/ - длина, d - наружный диаметр предмета обработки) и наружным диаметром d < 10 мм производительность одной рабочей позиции роторного БЗУ с вращающейся воронкой значительно снижается. Кроме того, возрастает вероятность заклинивания тонких стержневых предметов обработки между внешней поверхностью вращающейся воронки и внутренней поверхностью обечайки бункера роторного БЗУ. Поэтому на стадии проектирования для обеспечения заданной производительности роторной САЗ требуется увеличение числа рабочих позиций, что приводит к недопустимому увеличению габаритных размеров системы в поперечном сечении.
В связи с вышеизложенным поиск путей совершенствования роторного БЗУ с вращающимися воронками для загрузки тонких стержневых предметов обработки, обеспечивающих создание эффективных конструкций роторных САЗ, является актуальной задачей.
Работа выполнялась в рамках единых госбюджетных НИР № 26-06 «Оценка надежности технологического оборудования и средств автоматизации» и № 34-10 «Совершенствование технологического оборудования с целью повышения его производительности и надежности».
Цель работы. Обоснование конструкции и рациональных параметров роторного БЗУ с вращающимися воронками для загрузки тонких стержневых предметов обработки, обеспечивающее создание эффективных роторных САЗ заданной производительности с допустимыми габаритными размерами.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследований:
1. Разработка новых технических решений и формирование конструктив
ных ограничений на геометрические параметры усовершенствованной конфи
гурации приемной части воронки и бункера роторного БЗУ в зоне захвата.
Разработка аналитической модели фактической производительности роторного БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации для тонких стержневых предметов обработки.
Проведение теоретических и экспериментальных исследований фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации для тонких стержневых предметов обработки.
4. Разработка инженерной методики проектирования роторной САЗ заданной производительности с допустимыми габаритными размерами, имеющей в своей структуре роторное БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации.
Объект исследования. Роторное БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации, рассматриваемое в процессе его функционирования как совокупность процессов захвата и выдачи тонких стержневых предметов обработки.
Предмет исследования. Взаимосвязанное влияние параметров загружаемых тонких стержневых предметов обработки (геометрических размеров и коэффициента трения скольжения), геометрии приемной части и угловой скорости воронки, конструктивных параметров и угловой скорости роторного БЗУ на его фактическую производительность.
Метод исследования, принятый в работе, заключается в сочетании теоретических и экспериментальных исследований процессов захвата и выдачи предметов обработки вращающейся воронкой с использованием математических и натурных моделей. При построении аналитической модели фактической производительности роторного БЗУ с вращающимися воронками использовались методы аналитической пространственной геометрии, теоретической механики и теории вероятностей. Экспериментальные исследования роторного БЗУ проводились с применением видеосъемки, для обработки экспериментальных данных использовались методы математической статистики.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы обеспечивается полнотой учета факторов, влияющих на фактическую производительность роторного БЗУ с вращающимися воронками, корректностью использования общепринятых математических методов и компьютерного моделирования, качественным и количественным сопоставлением результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а также с результатами исследований роторных БЗУ, полученными другими авторами.
Автор защищает:
Технические решения и совокупность конструктивных ограничений на рациональные геометрические параметры приемной части вращающейся воронки усовершенствованной конфигурации и бункера БЗУ в зоне захвата.
Аналитическую модель фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации, учитывающую вероятностный характер процесса захвата предметов обработки, взаимосвязанное влияние параметров предмета обработки, конструктивных параметров, угловых скоростей воронки и роторного БЗУ.
Результаты компьютерного моделирования и экспериментальных исследований фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации.
Инженерную методику проектирования роторной САЗ заданной производительности с допустимыми габаритными размерами, имеющей в своей структуре роторное БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации.
Научная новизна. Формализована взаимосвязь между параметрами, характеризующими предмет обработки (размерами и коэффициентом трения скольжения), и геометрическими параметрами приемной части воронки усовершенствованной конфигурации, а также выявлено влияние этих параметров и угловых скоростей воронки и роторного БЗУ на его производительность.
Практическая ценность. Обоснованы конструкции и рациональные геометрические параметры вращающейся воронки с приемной частью усовершенствованной конфигурации и бункера роторного БЗУ, обеспечивающие достаточно высокую фактическую производительность (не менее 70 шт./мин) одной рабочей позиции БЗУ при захвате тонких стержневых предметов обработки с отношением габаритных размеров IId> 6, наружным диаметром d< 10 мм, массой до 0,1 кг и коэффициентом трения до 0,45. Это позволяет создавать эффективные роторные САЗ заданной производительности в допустимых габаритных размерах. Новизна разработанных технических решений подтверждена двумя патентами РФ на полезные модели.
Разработана инженерная методика проектирования роторной САЗ на заданную производительность, имеющей в своей структуре БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации для загрузки тонких стержневых предметов обработки, реализованная в виде пакета прикладных программ.
Реализация результатов работы. Конструкции вращающейся воронки усовершенствованной конфигурации и бункера роторного БЗУ в зоне захвата, математические модели, результаты теоретических и экспериментальных исследований производительности роторного БЗУ, инженерная методика проектирования роторной САЗ переданы для практической реализации на ОАО «Тульский патронный завод» и филиал ОАО «КБП» - «ЦКИБ СОО» (г. Тула), а также используются в учебном процессе на кафедрах Политехнического института Тульского государственного университета.
Апробация работы. Основные научные положения диссертации, результаты разработок, теоретических и экспериментальных исследований докладывались на международных научно-технических конференциях (МНТК): ежегодной очно-заочной МНТК «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (г. Тула, ТулГУ, 2010-2011 гг.), IX электронной МНТК «Технологическая системотехника» (г. Тула, ТулГУ, 2010 г.), XV МНТК «Автоматизация: проблемы, идеи, решения (АПИР-16)» (г. Севастополь, СевНТУ, 2011 г.), XVIII МНТК «Машиностроение и техносфера XXI века» (г. Севастополь, ДонНТУ, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 11 научных работ (из них 3 - без соавторов), в том числе 4 статьи - в ведущих рецензируемых научных изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ; получено два патента РФ на полезные модели. Общий объем публикаций 3,4 п. л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и общих выводов, списка литературы из 100 наименований и приложения. Общий объем работы составляет 140 страниц, в том числе, 123 страницы основного текста, включающего 40 рисунков и 11 таблиц. Объем приложения 17 страниц. В приложении приведены распечатки программ, результаты экспериментов, копии патентов и актов реализации результатов рабо-
ты.
