Автоматизация процесса укладки мешков с картофелем на поддоны

Введение. В мировом сельском хозяйстве картофель занимает одно из первых мест наряду с рисом, пшеницей и кукурузой. Время хранения и спелости продукта до реализации на рынке зависит от производительности предприятия [9]. Реализация автоматизированной укладки мешков с картофелем на поддоны в предприятиях позволит увеличить производительность предприятий, а так же снизить затраты на фонд оплаты труда.

Материалы и методы исследования. При разработке и проектировании автоматизированного робота укладчика на первом этапе рассмотрены характеристики и параметры его работы [1]. Для привода автоматизированного рассчитываем его основные кинематические параметры.

Определяем требуемую мощность на выходном валу, Рвых , кВт: Р вых = Р дв ^ Л общ ,

Л , = Л ■ Л к ■ Л 2 • Л • Л 2, общ рем зуб пк м пк где Рдв - мощность двигателя; л; — КПД каждой кинематической пары, Для привода конвейера выбран двигатель на 0,12 кВт. Требуемая составляет 0,103 кВт

основные конвейера

мощность

Описание работы и устройства робота укладчика. Автоматический робот укладчик предназначен для укладки мешков картофеля на поддон (коробов). На рисунке 1 представлена схема технологического процесса фасовки картофеля.

1 – стойка вертикального хода; 2 – направляющие ролики; 3 – рельс; 4 – платформа для поддона; 5 – подающий конвейер; 6 – захват тары;

7 – балка вертикального хода; А – начальное положение робота;

Б – положение захвата мешка; В – положение укладки мешка на поддон Рисунок 1 – Схема технологического процесса фасовки картофеля

Робот имеет 4 степени свободы: продольное перемещение по оси Х, поперечное перемещение по оси Y, вертикальное перемещение по оси Z, вращательное движение захвата. За счет мощной конструкции из балок, робот может перемещать тяжелую тару до 200 кг.

Процесс укладки происходит следующим образом: робот имеет программу с произведением циклов работы. Каждый цикл движения соответствует положению тары на поддоне [2,8]. Подающий конвейер перемещает тару к роботу. Робот, считав с помощью датчика наличие тары, начинает работу цикла укладки:

• 1    - робот подходит к таре с начальной точки с раздвинутыми захватами;

• 2    – пневматический механизм приподнимает тару и захваты сжимаются;

• 3    – робот перемещает тару на поддон в нужное положение;

• 4    – захваты разжимаются;

• 5    – робот приходит в начальное положение.

Если цикл отрабатывает без ошибки, и робот вернулся в начальное положение, то начинается повторение цикла, но с изменением положения тары на поддоне.

Рабочее давление пневмосистемы захвата, скорости вращения электродвигателей робота в процессе работы фиксированы. Изменение данных параметров возможно лишь при остановке цикла укладки, и после установки должна провестись проверка работоспособности.

Расчеты. Проведя анализ существующих конструкций и предварительных расчетов, разработана твердотельная модель балочного робота укладчика [3,4] (рисунок 2)

1 – подающий конвейер; 2 – направляющие каретки; 3 – рельсы; 4 – платформа для поддона; 5 – захват; 6 – редуктор захвата; 7 – направляющие ролики; 8 – подвижная балка; 9 – вертикальные стойки.

Рисунок 2 – Балочный робот укладчик

Каркас робота изготовлен из металлопроката «Двутавр», 4 вертикальные стойки и одна поперечная подвижная балка. Основная нагрузка в процессе работы приходится на поперечную балку робота.

На балке закреплен подвижный захват. За перемещение захвата по оси Y отвечают ролики, закрепленные на редукторе захвата. Основная нагрузка в процессе работы приходится на поперечную балку робота. Для обоснования прочности робота произведен расчет балки на изгиб [5,6,7], по исходным данным: двутавр сортамент 18Б2, длина балки L = 1248 мм, прилагаемая нагрузка на балку P = 722,26 Н. Полученные данные занесены в таблицу 2.

Таблица 2 – Характеристики поперечной балки сортамента 18Б2

Показатель	Значение
	Допустимые	Расчетные
Нормальные напряжения ст, МПа	197	16,20
Касательные напряжения т, МПа	114,3	2,98
Коэффициент устойчивости стенки	2,5	0,96
Коэффициент устойчивости полки	16,17	5,36
Запас прочности по ст, %	1116
Запас прочности по т, %	3734,2

Данные таблицы характеризуют о прочности и безопасности конструкции робота, при работе с тарой, масса которой не превышает 30 кг.

Стойки перемещаются линейно по оси Х благодаря рельсам и кареткам.

Поперечная балка перемещается по оси Z вдоль вертикальных стоек благодаря системе из 4х рельс и 8 роликов.

Движение робота вдоль осей X, Z, Y осуществляется с помощью зубчато-ременного привода: подвижный механизм закреплен между концами ремня, ремень натягивается между натяжителем и шкивом ЭД. При вращении вала ЭД ремень начнет перемещать механизм. Схема привода для перемещения поперечной балки аналогична приводам для перемещения захвата по оси Y и стоек по оси X. Схема представлена на рисунке 3.

механизма на ремне; 4 – балка; 5 – ведомый шкив; 6 – натяжитель; 7 - стойки Рисунок 3 – Схема привода робота

Принцип работы захвата. Захват выполнен из нержавеющей стали AISI 304, устанавливается на поперечную балку робота с помощью поворотного редуктора. Захват имеет зажим для захвата мешка, которые приводятся в движение с помощью двух пневмоцилиндров (рисунок 4). Давление в пневмоцилиндре: 0.01…1 МПа.

1 – платформа крепления захвата к редуктору; 2 – стойка крепления рамы к платформе; 3 – рама робота; 4 – зажим робота; 5 – пневмоцилиндры; 6 – каретка с рельсом.

Рисунок 4 – Модернизированный захват

Конструкция предполагает перемещение тары массой до 30 кг. Сама тара удерживается при перемещении на специальных пластинах, расположенных на зажимах захвата.

Для уменьшения износа пневмоцилиндров, в системе устанавливается блок подготовки воздуха (БПВ). Схема подключения пневматического оборудования представлена на рисунке 5.

• 1    – блок подготовки воздуха; 2 – пнеморегулятор; 3 – распределитель воздуха;

4 – пневматический цилиндр; 5 – фитинг разветвитель; 6 – распределитель давления;

7 – пневмотрубка

Рисунок 5 – Схема подключения пневматики захвата

Поток сжатого воздуха поступает в пневмоцилиндры через распределитель воздуха. При заклинивании штока одного из пневмоцилиндров, при заданном общем давлении, распределитель давления, состоящий из втулки с отверстиями и пальца, частично перекрывает свободнодвижущемуся пневмоцилиндру поток сжатого воздуха из-за разности давлений, что позволяет перенаправить давление на заклинивший цилиндр и протолкнуть его шток.

Выводы: В результате исследования установлено, что предлагаемая конструкция позволяет увеличить производительность труда на производстве на 40%. Рассматриваемый технологический процесс является перспективным для внедрения на современных предприятиях по производству картофеля. Следующим этапом планируется разработка программного обеспечения робота и проведение лабораторных испытаний.

⁸⁰                  Агротехника и энергообеспечение. – 2023. – № 3 (40)

Тверь, ул. Маршала Василевского (Сахарово), 7