А.Н. Трусов Автоматизация производственнных процессов в машиностроении

20

лению движения, угол γ . Если угол γ становится меньше или равен углу трения ρ , то произойдет заклинивание. Тогда условие заклинивания:

tg γ = tg ρ = f .			( 7 )
Отсюда условие незаклинивания:
lmax + C min B	d 2	+ l 2
	1 +	,	(8)
		f 2

где f – коэффициент трения между стенкой и заготовкой, f = 0,1... 0,4 или по табл. П5; lmax – максимальная длина детали; Cmin – минимальный зазор, равный 0,5.... 1 мм.

При изменении формы детали может меняться смысл составляющих в формуле. Например, для детали (рис. 1, д) dф=( d1 + d2)/ 2.

Длинные детали могут заклиниваться на поворотах лотка, поэтому на поворотах следует увеличивать ширину лотка. Расчетная схема представлена на рис. 1, ж. Ширину лотка рассчитывают по формуле

B = R − R 2 −	l 2	+ d + C .	( 9 )
	4		R ≥ 3 l.
Радиус закругления принимают

5.4.6.Расчет вибробункерного загрузочного устройства (ВБЗУ)

Методика проектирования ВБЗУ [6, с. 229-241; 8, с. 221-225; 12, с. 426-430] включает расчеты режима работы, конструктивных размеров чаши, основных параметров движения изделий, амплитуды колебаний лотка, колебательной системы, движущей силы вибратора.

Расчет режима работы ВБЗУ подразумевает определение средней производительности QСР, средней скорости движения изделия по лотку VСР, коэффициента заполнения лотка kЗ.

Средняя производительность ВБЗУ

QCP = QCТ /(1−kН ),

( 10)

где QСТ – цикловая производительность оборудования, в ритме которого должно работать ВБЗУ, в данном случае QСТ = QМЗУ; kН – коэффициент, учитывающий нестабильность подачи изделий ВБЗУ (из-за изменения степени заполнения бункера, изменения напряжения сети, непостоянства коэффициента трения, загрязнения лотков), kН =0,2…0,3.

Средняя скорость движения изделия по лотку (мм/с):

		21
υCP =	QCРlИ ,	( 11 )
	60kЗ

где lИ – длина изделия (размер в направлении движения), мм; kЗ – коэффициент заполнения лотка изделиями в требуемом ориентированном положении, он зависит от типа ориентирующих устройств (устройства пассивной ориентации разряжают поток, активные – не разряжают, т.е. не снижают производительности).

Коэффициент заполнения лотка изделиями определяется по формуле

kЗ = Р(l0 ) CП ,

( 12 )

где Р(l0 ) - коэффициент вероятности правильно ориентированных из-

делий; СП - коэффициент плотности потока изделий. Коэффициент плотности потока изделий рассчитывают как

CП = lИ /(lИ + S) ,

( 13 )

где S – среднее значение зазора между изделиями на лотке (при S = 0,

СП = 1).

При пассивном ориентировании симметричных валиков и втулок по цилиндрической поверхности (при lИ > d):

Р(l0 ) ≈1/ 1+(d / lИ )2 ,			( 14 )

для несимметричных деталей:

Р(l0 ) = 0,5 / 1+(d / lИ )2 .			( 15 )

Для тонких симметричных пластин (b< lИ >>δ) и длинных цилиндрических деталей lИ >10d, коэффициент Р(l0) ≈1.

При использовании в приводе ВБЗУ электромагнитного вибратора любую скорость, меньшую предельной, можно легко получить за счет изменения амплитуды колебания лотка.

Расчет конструктивных размеров чаши включает определение диаметра D, высоты Н, шага лотка t, объема VД загружаемой партии. Различают чаши цилиндрические и конические (рис. 2).

Для цилиндрической чаши наружный диаметр определяют по формуле

D = DВ + 2∆,

( 16 )

где DB – внутренний диаметр чаши, мм, DB › (5…8) · lИ; ∆ – толщина стенки бункера, мм.

22

Толщину ∆ обечайки чаши выбирают в зависимости от технологии изготовления: для точеных чаш ∆ = (2 ÷ 3) мм; для сварных чаш

∆ = (1 ÷ 1,5) мм.

Внутренний диаметр чаши определяют из выражения

DВ = 3	VДQCPТnz		,	( 17 )
	πН
		Р

где VД – наружный объем загружаемого изделия, мм3; Т – период времени между заполнениями чаши, с; n – число заходов вибродорожек; z – число каналов на каждой вибродорожке; НР – высота заполнения чаши изделиями, мм.

Для конической чашинаружный диаметр определяют по формуле

		H			24 VДQЦТnz
D = D		H					−0,75 −1,5		+1 + 2∆,	( 18 )
					πD2 H
B			P			P
					B

где DВ – внутренний диаметр конической чаши, мм, DВ = (5…8) · lИ; Н – полная высота чаши, мм.

Полученное значение диаметра чаши D округляют до ближайшего большего стандартного значения из ряда 63, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630 … 1000 мм.

Остальные параметры конической чаши рассчитывают так же, как и для цилиндрической чаши.

Рис. 2. Цилиндрические и конические чаши ВБЗУ

Высота заполнения чаши изделиями находится из выражения
HP ≈ 2,5 (t +δ ),	( 19 )

( 20 )

23

где t - шаг подъема спирального лотка, мм; δ– толщина лотка, мм. Полная высота чаши определяется как

H = HP +(1,0 ÷1,5) t .

Шаг t спирали вибродорожки определяют из условия
t = k d +δ ,	( 21 )

где t - шаг подъема спирального лотка, мм; d – диаметр изделия, лежащего на лотке (для тел вращения); для призматических d = h, где h – высота изделия; для плоских d = b, где b - ширина изделия, мм; δ – толщина лотка, определяется технологией изготовления в пределах

δ = (1 ÷ 3) мм.

При lИ /d = 1…1,5 коэффициент k рассчитывают по формуле

k =	l2	/ d 2 +1		.
	И	f 2	+1

При lИ /d > 1,5 коэффициент принимают равным k = 1,5. Если чаша многозаходная, то шаг спирали при n заходах t = (kd +δ )n .

( 22 )

( 23 )

При нарезке спирали на станке шаг нарезки округляют до бли-

жайшего большего числа из ряда: 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 32, 36, 38 мм.

Угол подъема спирали лотка
β = arctg(t (π DB )) .	( 24 )

Диапазон изменения угла β = 0,2 ÷5°, но при увеличении угла

подъема лотка до 2˚ скорость перемещения заготовок снижается примерно на 10-15 %. Угол наклона а вибродорожки к обечайке чаши выбирают, исходя из способа ориентирования изделия и конфигурации его. Для того чтобы заготовки перемещались в один слой, лоток выполнен с углом α = 94º.

В случае многозаходной чаши внутренний диаметр ее должен удовлетворять выражению

	DB ≥	tn	,	( 25 )
		π tgβ

где tn – шаг многозаходной спирали, мм; ß – угол подъема спирали лотка.

Ширина вибродорожки

B = b + a −0,5 D2	−l2	+ DB	2	,	( 26 )
B	И

24
где а — зазор между изделием и направляющим			буртиком,
a = (0,5 ÷2,0) мм, при отсутствии буртика а = 0; b – ширина детали, мм.
Ширина лотка с буртиком
BO = B + 3 .			( 27 )
В зависимости от типоразмера чаши толщина дна
H Д ≈ 0.5 DB .			( 28 )
Угол конуса чаши выбирают в диапазоне γO =150 ÷170 °.
Диаметр конуса
DK = DB − 2 BO .			( 29 )
Максимальное число каналов вибродорожки
zmax =	0.25 DB	,	( 30 )
	b + c

где с — ширина перемычки между каналами, c = 0,5 ÷1,5 мм. Максимальное число вибродорожек (заходов) в чаше определяет-

ся по формуле с дальнейшим округлением до целого числа в меньшую сторону

	nmax =	πDBtgβ	,	( 31 )
		lИtgβ + h

где h – высота изделия, мм.

Расчет параметров движения изделия и колебательной систе-

мы включает определение частоты вынужденных колебаний лотка; амплитуды; приведенной массы; жесткости пружинных стержней; размеров пружинных стержней (длины l, диаметра d или сечения bхh).

Определяем требуемый угол наклона подвесок α, исходя из обеспечения необходимой скорости перемещения заготовок по формуле

	tgα =		206		,	( 32 )
		f	Л	V
				ТР

где VТР - требуемая скорость перемещения заготовок, м/мин; fЛ – частота колебаний лотка, 1/с.

Угол наклона подвесок α должен находиться в пределах 5 - 45˚. Определяем амплитуду колебания лотка ХН (в см), при которой

обеспечивается скорость VТР, по формуле

	X Н =	3,32g	,	( 33 )
		ω2tgα

25

где g - ускорение свободного падения, g = 9,81·102 см/с2; ω – круговая частота колебаний лотка, 1/с.

ω = 2πfЛ

( 34 )

Конструктивно подвески можно выполнять круглыми или плоскими (набранными из пластин). При использовании плоских пружин необходимо определить их длину, ширину и толщину; при круглых – длину и диаметр.

Параметры пружин определяем из условия, что подвеска представляет собой балку, закрепленную жестко с двух сторон. Расчетная схема пружин показана на рис. 3.

При плоских пружинах длину l и ширину b задают конструктивно, а толщину (в см) можно определить по формуле

	а =	l	3	Gϕ2	,	( 35 )
		372		nib

где а – толщина пружин подвески, см; n

– число подвесок; i – число пружин в подвеске; G – вес колеблющихся частей и загруженных в бункер заготовок; φ – собственная частота колебаний системы, 1/с.

ϕ =1,1 f Л

(36 )

При круглых подвесках длину l задают конструктивно, а диаметр (см) можно определить по формуле

d = 0,0135 4	Gl3ϕ2	.	( 37 )
	n

Напряжение изгиба (кгс/см2) при максимальном прогибе для плоских пружин определяем по формуле

σИЗ	=	1,5Еаδ	,	( 38 )
		l2

где Е – модуль упругости, Е=2,1·106 кгс/см2 ; δ – размах колебаний лотка, см.

Для круглых подвесок

			26
σИЗ	=	1,5Еdδ .	( 39 )
		l2

Размах колебаний лотка (в см) определяют графически при амплитуде колебания ХН по формуле

δ = 2 X H ( 40 ) cosα

Если в приводе вибрационного загрузочного устройства со спиральным лотком у каждой подвески установлен один электромагнит перпендикулярно ее плоскости, то его усилие (в кгс) можно определить по следующим формулам:

при плоских подвесках

	P =	δЕba3i	,		( 41 )
		2l3µ		1
	где µ- динамический коэффициент, µ =				;
				1 − ( fЛ /ϕ)2
	при круглых подвесках
	P =	0,3δЕd 4			( 42 )
		µl3	.

Если в приводе вибрационного загрузочного устройства со спиральным лотком имеется один электромагнит, установленный в центре, его усилие PO (в кгс) при плоских подвесках определяем по формуле

	P =	δЕba3in		,	( 43 )
	0	2l3µ sinα
	при круглых подвесках
	P =	0,3δЕd 4n	.		( 44 )
		µl3 sinα
	0

Для прямолинейных вибрационных лотков общее требуемое усилие электромагнита (в кгс) при условии, что он установлен перпендикулярно плоскости пружин, определяется по формуле

P	= δЕbd 3in .			( 45 )
общ		2l3	µ

Зная необходимое тяговое усилие электромагнита, можно определить его параметры и выбрать имеющийся электромагнит (расчет электромагнита не входит в задание).

27

5.4.7. Схемное проектирование подающих лотков, вторичных ориентирующих устройств

В некоторых случаях заготовки полностью не удается ориентировать в ВБЗУ, требуются дополнительные вторичные ориентирующие устройства, также использующие активное и пассивное ориентирование. Схемы некоторых таких устройств приведены в литературе [1,

с. 30-32; 2; 6, с.349-351].

Кроме МЗУ и ВБЗУ, как основы загрузочных устройств, могут использоваться дополнительные элементы: лотки, отделители, пита-

тели, датчики наличия заготовок и пр. [1, с. 32-33; 2; 3; 6, с. 58-81,

с. 87-100, с. 19-114].

6.СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

6.1.Основная литература

1.Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Конспект лекций /А. Н.Трусов. – Кемерово: КузГТУ, 1997.

2.Гаврилов А.Н. Автоматизация производственных процессов в приборо- и агрегатостроении: Учеб. для вузов. /А.Н.Гаврилов, М.М.Кузнецов. - М.: Высш. шк., 1968.

3.Кузнецов М.М. Автоматизация производственных процессов: Учеб. для втузов /М.М.Кузнецов, Л.И.Волчкевич, Ю.П.Замчалов. - М.:

Высш. шк., 1978.

6.2.Дополнительная литература

4.Автоматизация дискретного производства /Под общ. ред. Е.И.Семенова, Л.И.Волчкевича. - М.: Машиностроение, 1987.

5.Автоматизация процессов машиностроения: Учеб. пособие для машиностроительных специальностей вузов /Под ред. А.И.Дащенко. -

М.: Высш. шк., 1991.

6.Автоматическая загрузка технологических машин: Справ. /Под общ. ред. И.А.Клусова. - М.: Машиностроение, 1990.

7.Волчкевич Л.И. Комплексная автоматизация производства /Л.И.Волчкевич, М.П.Ковалев, М.М.Кузнецов. - М.: Машинострое-

ние, 1983.

8.Волчкевич Л.И. Автоматы и автоматические линии: Учеб. пособие для вузов. Ч. 2 /Л.И.Волчкевич, М.М.Кузнецов, Б.А.Усов; Под ред. Г.А.Шаумяна. - М.: Высш. шк., 1976 .

28

9.ГОСТ 14.309-74. Правила применения средств механизации и автоматизации ПП.

10.ГОСТ 23004-78. Автоматизация и механизация в машино- и приборостроении. Термины и определения.

11.Егоров В.А. Транспортно-накопительные системы для ГПС - Л.: Машиностроение, 1984.

12.Иванов Ю.В. Гибкая автоматизация производства РЭА с применением микропроцессоров и роботов: Учеб. пособие для вузов /Ю.В.Иванов, Н.А.Лакота. - М.: Радио и связь, 1987.

13.Козырев Ю. Г. Промышленные роботы: Справ. – М.: Машиностроение, 1983.

14.Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учеб. пособие для технических вузов / Под общ. ред. Ю.М.Соломенцева. – М.: Машиностроение, 1986.

15.РТК и ГПС в машиностроении: Альбом схем и чертежей /Под ред. Ю.М.Соломенцева - М.: Машиностроение, 1989.

16.Справочник технолога-машиностроителя: В 2 т. Т.I /Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985.

6.3.Перечень методических указаний по проведению практических занятий

17.Расчет показателей производительности РТК 16К20Ф3Р132: Метод. указания к лабораторной работе /Сост.: В.А.Полетаев, А.Н.Трусов, А.В.Матисов. – Кемерово: КузПИ, 1992.

18.Определение показателей надежности элементов и систем: Метод. указания к лабораторной работе /Сост.: А.Н.Трусов. – Кемерово: КузПИ, 1989.

19.Оценка степени подготовленности изделия к автоматизированному производству: Метод. указания к практической работе /Сост.: А.Н. Трусов, А.В.Протодьяконов, Г.А.Алексеева. – Кемерово: Куз-

ГТУ, 1995.

20.Ориентирование деталей в механических бункерных загрузочных устройствах: Метод. указания к лабораторной работе /Сост.: А.Н.Трусов. – Кемерово: КузГТУ, 1996.

21.Трусов А.Н. Основы оптимального проектирования автоматических систем машин (на примере АЛ и ГПС): Учеб. пособие / А.Н.Трусов, Г.А.Алексеева. – Кемерово: 1998.

29

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рис. П1. Эскиз детали–представителя

							Таблица П1
	Варианты типоразмеров детали - представителя
Вариант		d, мм	D,мм	l, мм	H, мм	c, мм	Ra, мм
1		30h8	60	73	20	1,5	0,8
2		35h8	63	75	20	1,5	1,6
3		40h10	65	73	25	1,5	3,2
4		45h10	67	73	25	1,5	6,3
5		50h12	70	70	25	1,5	12,5
6		55h12	73	70	25	2,0	12,5
7		60h14	75	67	30	2,0	12,5
8		65h8	78	67	30	2,0	0,8
9		70h8	80	65	30	2,0	1,6
10		74h10	83	65	30	2,0	3,2
11		78h10	85	63	35	2,5	6,3
12		82h12	87	63	35	2,5	12,5
13		85h14	90	60	35	2,5	12,5