книги / Расчёт потребного количества технологического и транспортного обрудования в курсовом и дипломном проектах

стмасс одной из республик бывшего СССР (рис. 14.5). Между соседними рядами прессов с их тыльной стороны установлен напольный грузоведущий конвейер, состоящий из тяговой цепи 6, 7 и грузовой тележки 5, скрепленной с цепью самооткрывающимся замком. Тележка служит для приема готовых изделий 4, укладываемых навесным роботом-манипулятором 2 со схватом 3. По разработанной схеме действия прессовочная линия перерабатывает порошковый фенопласт, доставляемый к прес­ сам пневмотранспортом 1 и загружаемый в раскрытую форму с помощью дозатора-манипулятора 8. Конвейер холостого хода, доставляющий разгруженные тележки в начальную точку трас­ сы, на схеме не показан.

Рис. 14.5. Схема периферийной механизации цеха прессования штучных изделий

Такая организация производства позволила довести коэф­ фициент обслуживания прессов одним оператором до 32. Сле­ дует заметить, что данное решение не лишено и недостатков: за­ труднена нередкая в прессовании ручная подготовка формы;

пневмотранспортировка дисперсного порошка сопровождается появлением токсичной пыли в воздушном пространстве цеха; использование навесных манипуляторов затрудняет вентиляцию горячих зон прессования, служащую для удаления образующих­ ся летучих продуктов.

Так называемая малая механизация успешно используется в малотоннажных производствах. Пример такой механизации приведен на рис. 14.6. Рядом с литьевой машиной со стороны ее разгрузки устанавливают миниатюрный передвижной ленточ­ ный конвейер 1. Ширина ленты до 200 мм. К ней прикреплены пластины 5 для удержания мелких изделий от скатывания на крутонаклонном участке. Задача конвейера - поднять транспор­ тируемый груз на высоту, обеспечивающую размещение прием­ ного барабана-разделителя 2. Обечайка этого барабана выпол­ нена в виде продольных стержней, расстояние между которыми может регулироваться в зависимости от размера поступающих в барабан изделий. Устройство действует следующим образом: изделия вместе с оторванными литниками доставляются лен­ точным конвейером во вращающийся наклонный барабан. При вращении барабана литники проваливаются через зазоры между продольными стержнями в тару 3, а изделия смещаются в ко­ робку 4. Элементы системы легко передвигаются между литье­ выми машинами и устанавливаются по мере надобности.

............FtTf-Fj . j : j

Рис. 14.6. Периферийная механизация литья под давлением

Таким образом, из средств периферийной механизации наиболее часто и с наибольшей эффективностью используются:

-промышленные роботы; -ленточные конвейеры;

-подвесные конвейеры;

-роликовые конвейеры (рольганги);

-пневмотранспорт.

14.2.Промышленные роботы

Впоследние годы в мировой промышленности переработки пластмасс все шире применяются промышленные роботы (ПР). Причин тому несколько. Главная - существенное снижение бра­ ка при улучшении качества изделий, которое, как известно, оп­ ределяет их конкурентоспособность. На переработку пластмасс приходится от 10 до 15% всего парка мирового выпуска ПР. Основными производителями ПР являются фирмы Японии, Ки­ тая, Кореи, США, Германии и Франции. Если в 1985 г. робото­ технику использовали предприятия с числом занятых свыше 500 человек, то в настоящее время это количество уменьшилось приблизительно в 10 раз. Большинство крупных зарубежных производителей оборудования для переработки пластмасс ком­ плектуют или предусматривают комплектацию своих изделий промышленными роботами.

Внашей стране на ПР действует ГОСТ 25686, в частности определяющий, что «это стационарные или передвижные авто­ матические машины, состоящие из исполнительного устройства

ввиде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижно­ сти, и перепрограммируемого устройства программного управ­ ления для выполнения в производственных процессах двига­ тельных и управляющих функций». Последние слова придают определению некий гуманоидальный смысл, на наш взгляд, от­ сутствующий в ПР.

ПР выполняют локальные транспортные операции, кото­ рым могут сопутствовать дополнительные технологические действия (удаление литников и кромок, нанесение на изделия товарных знаков, простейшие операции сборки и т.п.).

Впереработке пластмасс ПР в основном применяются при производстве штучных изделий, т.е. преимущественно в литье

под давлением, а также прессовании, термоформовании и вы­ дувном формовании.

В литье под давлением ПР используются для извлечения изделий из литьевой формы; постановки изделий на средства периферийной техники, в отдельных случаях - для маркировки изделий и их простейшей сборки. Применение ПР позволяет: извлекать изделия из формы при более высоких температурах, что сокращает длительность производственного цикла на 8- 12%; повысить сохранность конфигурации изделия (например при производстве мебели); улучшить качество изделий за счет предотвращения необоснованной рационализации процесса; обеспечить тщательную реализацию параметров автоматизиро­ ванного технологического процесса; уменьшить количество персонала с низкой квалификацией при неоправданно высокой зарплате (грузчики, стропальщики, уборщики и т.д.).

В прессовании применение ПР позволяет: резко уменьшить количество трудящихся, работающих в неблагоприятных усло­ виях, исключить весьма ожогоопасную операцию ручного съема горячих изделий из горячих (до 200 °С) форм, повысить качест­ во изделий, уменьшить долю брака и отходов производства, ин­ тенсифицировать процесс формообразования отверждением за счет использования активных каталитических систем, ускорите­ лей, возможного повышения температуры прессования. Извест­ ны случаи применения ПР для механической обработки прессизделий.

В термоформовании ПР наиболее эффективно используют­ ся для раскроя заготовок, их загрузки в форму и для извлечения изделий из формы с последующей упорядоченной укладкой, а также для манипуляций со съемными нагревателями загото­ вок. Известны случаи применения ПР для механической обра­ ботки пресс-изделий.

В выдувном формовании ПР эффективны в операциях уда­ ления облоя, его складирования, а также в переносе изделий в процессе внутрицехового транспортирования.

Кинематические компоновки манипуляторов. С точки зрения классической механики манипуляторы ПР представляют собой разомкнутые кинематические цепи, состоящие из звеньев, соединенных кинематическими парами. Кинематическая пара

определяет характер относительного движения составляющих ее звеньев (элементов). В ПР используются пары с одной степенью свободы. Это означает, что одно звено относительно другого может выполнять лишь одно движение — вращательное или по­ ступательное. На рис. 14.7 приведены примеры кинематических пар с одной степенью свободы, причем пары а, б и в допускают вращательное движение, а пары г, д и е —поступательное дви­ жение звеньев 1 относительно звеньев 2.

Рис. 14.7. Условные обозначения кинематических пар, используемых в ПР

Использование различных конструкций этих пар позволяет реализовать движение звеньев относительно трех осей коорди­ нат, то есть составить пространственную кинематическую цепь (рис. 14.8, а). На рис. 14.7 и 14.8 показаны кинематические пары в их условном, кинематическом, обозначении. Пример возмож­ ностей более сложной комбинации кинематических пар приве­ ден на рис. 14.8, б. Здесь звено 1 образует вращательную пару с ползуном (звено 2), который может выполнить возвратно­ поступательное движение по звену 3.

Рис. 14.8. Кинематическая цепь манипулятора (а) и сложного узла сопряжения звеньев (б)

Подвижность манипулятора Н можно определить по клас­ сической формуле П.Л. Чебышева:

Н=6п = 5Р\,	(14.1)
где п - число подвижных узлов; Р\ -	число кинематических пар

с одной степенью свободы.

Таким образом, подвижность манипулятора, изображенно­ го на рис. 14.8, а, состоящего из четырех подвижных звеньев (звенья 1-4) и четырех пар с одной степенью свободы, Н = 6-4 -

-5-4 = 4.

Впринципе, из множества звеньев, соединенных множест­ вом кинематических пар с одной степенью свободы, можно по­ лучить манипулятор с подвижностью, равной этому множеству, что, на первый взгляд, противоречит известному факту, а имен­ но - любое одно свободное тело обладает всего шестью степе­ нями свободы.

Дело в том, что подвижность манипулятора означает не число степеней его свободы, а количество законов движения, которые необходимо задать его звеньям для получения опреде­ ленности движения всей кинематической цепи.

Вупрощенном понимании: подвижность манипулятора оз­ начает количество самостоятельных приводов, которыми долж­ ны быть оснащены его звенья.

Врассмотренном выше примере число звеньев и подвиж­ ность совпадают, следовательно, каждое звено этого манипуля­ тора, соединенное с другим звеном кинематической парой типа Ри должно иметь свой индивидуальный привод движения.

Вманипуляторах ПР количество звеньев равно числу их приводов.

Взависимости от вида относительного движения звеньев

иформы пространства, обслуживаемого манипулятором, они могут быть прямоугольными, цилиндрическими и угловыми (ангулярными) (рис. 14.9).

Прямоугольная система координат реализуется тремя по­ ступательными кинематическими парами (рис. 14.9, а, б), ци­

линдрическая система — двумя поступательными и одной вращательной (рис. 14.9, в), угловая система — тремя или более вращательными (рис. 14.9, г). Выбор той или иной системы оп­ ределяется совокупностью многих конструктивных и эксплуа­ тационных факторов. Это связано и с компоновкой двигателей различного типа.

Рис. 14.9. Кинематические схемы манипуляторов, обслуживающих рабочее пространство в прямоугольной (а и б), цилиндрической

(в) и ангулярной (г) системе координат

Раньше чаще употреблялись прямоугольная и цилиндриче­ ская системы. В последние годы все более широкое применение получают угловые системы манипуляторов.

ПР, работающие в прямоугольной и в цилиндрической сис­ темах координат, соответственно называемые в инженерной практике прямоугольными и цилиндрическими, получили наи-

большее распространение в переработке пластмасс. Использу­ ются ПР с подвижностью 3-5. Такие манипуляторы сравнитель­ но просты по кинематике и надежны в эксплуатации. Поступа­ тельные кинематические пары (рис. 14.10, а) обеспечивают минимальность нагрузки на кинематические элементы и, следо­ вательно, высокую износостойкость, кинематическую стабиль­ ность и долговечность. Цилиндрические ПР обладают практиче­ ски теми же особенностями, но применение вращательной пары позволяет ускорить выведение транспортируемого изделия из контура машины, обслуживаемой роботом (рис. 14.10, б).

а

б

Рис. 14.10. Компоновочные схемы манипуляторов в прямоугольной (а) и цилиндрической (б) системах координат

Среди кинематических схем манипуляторов в угловой сис­ теме координат в последние годы особенно широкое распро­ странение получили два типа схем: ПУМА и СКАРА (СКИЛАМ). В схеме типа ПУМА происходит движение всех звеньев «руки» в вертикальной плоскости относительно гори­ зонтальных осей и общий поворот всей «руки» вокруг верти­ кальной оси (рис. 14.11). В схеме же типа СКАРА все звенья ма­ нипулятора («руки») расположены в горизонтальной плоскости и вращаются вокруг вертикальных осей, а последнее звено со схватом (или инструментом) имеет вертикальное поступатель­ ное перемещение (рис. 14.12). При необходимости всю «руку» можно поднять или опустить относительно стойки основания манипулятора.

Рис. 14.11. Схема манипулятора	Рис.	14.12. Схема манипулятора
ПР ПУМА: а - компоновочная;	ПР СКАРА: а - компоновочная;
б — кинематическая		б - кинематическая
Наименование ПУМА в переводе расшифровывается как
программируемый универсальный		манипулятор для	сборки,
а СКАРА - селективная податливая рука сборочного			робота.

Присвоенная ей в одной из фирм фабричная марка СКИЛАМ означает «ловкая рука».

В производстве изделий из пластмасс ПР такого типа ис­ пользуются для транспортирования рулонов пленки массой 5- 25 кг, труб диаметром до 500 мм, листов слоистых пластиков размером до 2000x4000 мм, листов жесткого ПВХ, рулонов линолеумов и пр., т.е. как и при литье под давлением ПР участву­ ют в заключительных операциях. Известен пример применения ПР типа ПУМА для механической обработки пресс-изделий от­ ветственного назначения из волокнита («Электросила», СанктПетербург).

Поскольку каждое звено манипулятора ПР является кине­ матически самостоятельным, то существенное значение имеет

способ подвода к нему управляющих сигналов от главного пульта и энергии, обеспечивающей движение. Большое рас­ пространение получил вариант, представленный на рис. 14.13. Все коммуникации ПР сгруппированы в плоскую гибкую шину, расширяющую рабочую зону исполнительного устройства.

Рис. 14.13. Схема подвода коммуникаций: а - общая схема; б - устройство ползуна

Силовые модули манипуляторов промышленных роботов представлены различными типами приводов. В них используют­ ся практически все многочисленные разновидности эдектрических, гидравлических и пневматических двигателей. Ко всем типам двигателей в робототехнике предъявляются специфиче­ ские требования. Основные из них - минимальные вес И габари­ ты, повышенные энергетические, а также статические и дина­ мические характеристики, точность регулирования в большом диапазоне скоростей, реверсивность. И при этом требу,отся большой ресурс и плавность движения. Особенностью Является также взаимосвязанное групповое действие приводов всех сте‘ пеней подвижности робота.

Наиболее удобны в эксплуатации электродвигагПели>так как пневматические и гидравлические имеют скЛ°НН0СТЬ к утечкам рабочего тела и требуют специальных станций пита­ ния. Электродвигатели не требуют промежуточного энергоно­ сителя (жидкости или газа), легко регулируются по скорости и проще других в цеховой эксплуатации.

Пневмоприводы обеспечивают высокую скорость движения звеньев манипулятора, которые от упора до упора движутся