Направления разработки высокопроизводительных и надежных бункерных загрузочно-ориентирующих устройств для асимметричных заготовок

В условиях современного производства возникают задачи повышения производительности технологического оборудования при обеспечении надежности его функционирования. В массовых производствах очень часто возникают задачи автоматической загрузки к оборудованию, в том числе роторного типа, штучных асимметричных заготовок в ориентированном упорядоченном положении, потому что заготовки находятся в разрозненном скученном виде после осуществления некоторых типов технологических операций (например, вырубка, штамповка, двухстороннее полугорячее выдавливание, вытяжка).

Устройством, которое осуществляет ориентирование различных по форме и размерам небольших заготовок (укупорочные элементы, заготовки патронного и других видов производств, готовые изделия), является бункерное загрузочно-ориентирующее устройство (БЗУ). При проектировании таких устройств решается целый комплекс задач, обусловленных вероятностным принципом их работы и особенностью конструирования органов захвата и ориентирования [1]. Повышение вероятности захвата заготовок способствует повышению производительности БЗУ, однако конструктивные изменения органов захвата и ориентирования, приводящие к увеличению вероятности захвата и производительности, могут существенно нарушить стабильность функционирования БЗУ, снизить надежность его работы, когда из БЗУ будут выдаваться неориентированные заготовки. Поэтому при проектировании БЗУ нельзя решать задачи только по повышению производительности БЗУ без учета соблюдения условий надежной и стабильной его работы, что обеспечивается конструкцией органов захвата и ориентирования [2]. В основе методики проектирования должны быть теоретические исследования, базирующееся, как на построении и анализе математических моделей вероятности захвата, так и разработке диапазонов допустимых параметров органов захвата и ориентирования асимметричных заготовок в БЗУ, и позволяющие во взаимосвязи сопоставить параметры загружа емых заготовок и БЗУ [3]. Это позволить опреде лить целесообразность, как модернизации БЗУ для

конкретных заготовок в целом (например, переход с пассивных способов ориентирования на активные), так и изменения в конструкции конкретных рабочих органов БЗУ.

НАПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНО-ОРИЕНТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВ, РЕАЛИЗУЕМЫЕ В РАМКАХ ТЕОРЕТИЧЕСКИЗХ ИССЛЕДОВАНИЙ

При разработке оптимальной по всем параметрам конструкции БЗУ необходимо последовательно осуществить следующую исследовательскую работу по пяти основным направлениям, что в совокупности позволит достигнуть поставленной в работе цели по повышению производительности БЗУ для полых по торцам асимметричных заготовок.

Основные направления траектории разработки оптимального БЗУ представлен ы на рис. 1.

• 1.    Выбор типа БЗУ для полых по торцам заготовок и обеспечение повышения его производительности

• —•— 1. J. Анализ известных БЗУ

• —•- J.2. Возможность загрузки полых по торгам заготовок

• 2.    Поиск наиболее эффективного способа захвата и ориентирования

। —»- 1.3. Выбор типа БЗУ

• — »- 2.1. Способы захвата и ориентирования полых по торгам заготовок

• — «— 2.2. Разработка математических моделей вероятностей p_i благоприятного захвата

• — "- 2.3. Визуализация вероятности p_t

• 3.    Усовершенствование БЗУ и условий его надежной работы

j —*- 2.4. Выбор наиболее эффективного способа захвата и ориентирования

• —•- 3.1. Модернизация БЗУ

• —^- 3.2. Применение в БЗУ принципа универсальности

• 4.    Разработка математической модели вероятности захвата и производительности БЗУ

• 5.    Теоретическое исследование производительности БЗУ и определение влияющих параметров

j —»- 3.3. Разработка рабочих диапазонов органов захвата и ориентирования

—— 4.1. Вероятность рс, учитывающая сцепляемость заготовок, в том числе при вхождении одного торца в другой

—^ 4.2. Вероятность рг, учитывающая влияние окружной скорости ,        органов захвата

• — — 5.1. Влияние коэффициента трения

• — •- 5.2. Влияние угла наклона

• — »— 5.3. Влияние зазора по шагу

• — » 5.4. Влияние параметров заготовок

—м- 5.5. Выбор наиболее оптимальных параметров из допустимых диапазонов

Рис. 1. Траектория разработки эффективной по критериям производительности и надежности конструкции БЗУ для асимметричных заготовок

На первом этапе основными направлениями исследования является следующее. Сначала выбирается тип БЗУ для требуемых для автоматической загрузки заготовок, при котором производительность устройства будет наиболее высокой. Так как одним БЗУ возможно загружать заготовки только одного типа, формы и определенного диапазона соотношений длины (высоты) и наибольшего диаметра, то необходимо проанализировать известные БЗУ и выявить, по какому принципу они работают, какие способы захвата и ориентирования в них реализованы для конкретной заготовки. При этом рассматриваются как традиционные БЗУ, используемые в прошлом веке, так и новые, усовершенствованные в последние десятилетия устройства [4 – 8].

После анализа всех существующих БЗУ нужно рассмотреть возможность автоматической загрузки ими рассматриваемых заготовок, проанализировать возможные проблемы и на основе анализа исключить сразу из рассматриваемых для возможной загрузки те БЗУ, которые не соответствуют требуемым критериям надежности и производительности [9].

Выбор типа БЗУ, например для полых по торцам заготовок, должен основываться на результатах проведенного анализа с учетом всех возможных проблем и путей их устранения, например, путем модернизации конструкции органов захвата и ориентирования с возможностью как перехода с пассивных способов ориентирования на активные, так и применение мер для применения БЗУ одновременно для нескольких типов, форм и размеров заготовок, то есть переход с уникальности БЗУ на универсальность [10]. Из всех типов БЗУ наиболее благоприятен для рассматриваемых заготовок БЗУ карманчикового типа, в котором органы захвата (карманы) расположены на вращающемся диске.

Вторым направлением исследования является поиск наиболее эффективного способа захвата и ориентирования полых по торцам заготовок в БЗУ. Традиционно считается, например, что для длинных заготовок наиболее благоприятно тангенциальное расположение карманов в БЗУ, а не зависимо от соотношения длины (высоты) и диаметра всегда целесообразен активный способ ориентирования. Некоторые исследования показали, что это не всегда так. Например, если перейти с активного способа ориентирования на пассивное, но при этом увеличить размеры кармана, то потери производительности будет минимальными, то есть пассивное ориентирование практически обеспечит те же значения производительности БЗУ, что и активное [11 – 13].

Сначала необходимо рассмотреть все возможные способы захвата и ориентирования, которые существуют и могут быть применены для рассматриваемого типа заготовок. Было выявлено, что захват радиальными карманами на вращающемся диске возможен в положении стоя и в положении лежа, а тангенциальными – только в положении лежа. Ориентирование и при одном, и при другом способах захвата может быть как активным, так и пассивным [4, 5]. Таким образом, было выявлено 5 возможных случаев. Для каждого из пяти случаев (разные способы захвата и ориентирования) для рассматриваемых заготовок необходимо разработать математические модели вероятности p i , описывающий благоприятный вариант захвата заготовок из всех возможных, учитывая способ ориентирования.

Наиболее эффективным инструментом анализа разработанных математических моделей является их графическая визуализация, позволяющая определить наиболее эффективный из пяти случаев вариант конструкторских решений по захвату и ориентированию в БЗУ.

Выбранный способ захвата и ориентирования должен быть реализован в БЗУ для рассматриваемых заготовок при его модернизации.

Третьим направлением является усовершенствование БЗУ и определение условий его надежной и стабильной работы.

При модернизации БЗУ необходимо реализовать выбранный в рамках предыдущего направления способ захвата и ориентирования и обеспечить возможность регулировки органов захвата и ориентирования под разные типоразмеры заготовок, сделав БЗУ универсальным.

Когда определен конструктив БЗУ, необходимо определить диапазоны тех параметров органов захвата и ориентирования, которые влияют на надежность работы БЗУ при загрузке полых по торцам заготовок. Это позволит обеспечить надежную работу БЗУ [14, 15].

Эти параметры должны быть учтены в дальнейшем при построении и теоретическом исследовании математических моделей вероятности захвата и производительности, то есть при визуализации должны быть исследованы лишь те диапазоны параметров БЗУ, которые укладываются в полученные на данном направлении исследования диапазоны.

Четвертым направлением исследования является разработка математических моделей вероятности захвата и производительности модернизированного БЗУ для различных типов полых по торцам асимметричных заготовок. При этом необходимо получить математическое описание вероятности p _c для учета сцепляемости заготовок, в том числе тех, у которых один из торцов может войти в другой, и вероятность p _υ , позволяющей описать влияние окружной скорости карманов на захват путем описания ее предельного значения через размеры кармана и параметры заготовок, полых по торцам. Для этих целей используется ранее предложенная методология [16, 17], которая постоянно усовершенствуется под новые типы заготовок.

Пятым направлением является теоретическое исследование производительности БЗУ во взаимосвязи с теми параметрами, которые можно при проектировании и при эксплуатации БЗУ скорректировать. Наиболее влияющими параметрами на процесс захвата заготовок, как правило, является коэффициент трения, угол наклона бункера, геометрия органов захвата (например, зазор по шагу) и заготовок. С помощью визуализации с применением компьютерных программ выявляются наиболее влияющие факторы (параметры) и тем самым обосновывается их выбор при проектировании и эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные в работе направления разработки БЗУ, обладающих высокой производительностью и требуемой надежностью, при автоматической загрузке штучных асимметричных заготовок формы тел вращения и описанные в рамках каждого из представленных направлений этапы теорети- ческих исследований, которые необходимо провести, позволят обеспечить максимально возможные значения производительности БЗУ при обеспечении требований надежного и стабильного функционирования. Основу представленной методики составляет подробный анализ на ранних этапах проектирования всех возможных к реализации в БЗУ способов захвата и ориентирования нуждающихся в автоматической загрузке асимметричных заготовок, построения математических моделей вероятности благоприятного захвата для каждого случая и выбор наиболее эффективного из них. Разработанные модели во взаимосвязи с параметрами заготовок и БЗУ будут способствовать выбору наиболее оптимальных параметров. Таким образом, описанные в работе этапы должны составить основу методики проектирования любой конструкции БЗУ, что позволит обеспечить максимально возможные показатели их эффективной работы при загрузке широкой номенклатуры асимметричных заготовок.