Теоретическое исследование влияния способа ориентирования асимметричных заготовок на производительность бункерных загрузочных устройств с тангенциальными карманами

Вопросам повышения производительности механических дисковых бункерных загрузочных устройств (БЗУ) при автоматизации процессов загрузки штучных заготовок в технологическое оборудование различного назначения посвящены многие работы отечественных и зарубежных ученых, теоретические и экспериментальные исследования БЗУ которых основаны на выявлении тех способов захвата и ориентирования, которые наиболее производительны при условиях стабильной и надежной работы конструкции. Для этих целей также рассматривались возможные способы подготовки заготовок к захвату и интенсификации процессов ворошения заготовок в бункере [1, 2].

В механических дисковых БЗУ среди всех возможных реализуемых в них способов захвата асимметричных стержневых заготовок, у которых длина в 1,5 и более раз превышает их максимальный диаметр, именно захват тангенциально расположенными карманами является наиболее благоприятным. Это объясняется тем, что такие заготовки при вращении диска стремятся расположиться по его периферии на стыке между диском с карманами и обечайкой бункера своей боковой цилиндрической поверхностью [3]. Такая особенность асимметричных стержневых заготовок широко используется и в вибрационных БЗУ, в которых ориентирование осуществляется под действием вибрации в процессе движения по дорожке, расположенной на обечайке бункера [4]. Как показали проведенные ранее экспериментальные исследования советских ученых, в БЗУ с захватом заготовок в тангенциальном направлении, максимальное значение коэффициента выдачи (вероятности захвата) п для БЗУ с активным ориентированием заготовок может достигать 0,8…0,9, а с пассивным – до 0,4 [2, 5]. В зарубежной работе экспериментально получена эффективность E (вероятность захвата) механических дисковых БЗУ с захватом заготовок в тангенциальном направлении и дальнейшим их пассивном ориентировании – 0,5…0,65 [6].

БУНКЕРНЫЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА С ЗАХВАТОМ АСИММЕТРИЧНЫХ ЗАГОТОВОК ТАНГЕНЦИАЛЬНЫМИ КАРМАНАМИ

На рис. 1 представлены две традиционные конструкции БЗУ с тангенциальными карманами: с пассивным ориентированием заготовок (рис. 1, а) и активным ориентированием заготовок (рис. 1, б) [2, 7].

а

Рис. 1. Традиционные БЗУ с захватом заготовок тангенциально расположенными карманами при пассивном (а) и активном (б) ориентировании заготовок:

1 – карманы; 2 – вращающийся диск; 3 – бункер

б

осуществляется не с поверхности диска, а со дна бункера, расположенного под углом а - 30 , путем закатывания и скольжения.

Карманчиковые БЗУ с переориентированием на призмах (ножах) предназначено для изделий, у которых с явным смещением центра масс изделия относительно его середины (см. рис. 1, б). Органы захвата расположены тангенциально и имеют форму прямоугольника. Ориентирование изделий реализовано в верхней части диска с помощью специальных выступов с его обратной стороны – ножей. Чтобы повысить вероятность захвата путем ворошения заготовок иногда устанавливают на поверхности вращающегося диска специальные бобышки или лопасти. Данное БЗУ может быть использовано для изделий с конкретными параметрами и значениями диаметров меньшего торца, что обусловлено зоной перехода изделий из кармана в зону ориентирования и ее размерами.

На рис. 2, а представлено усовершенствованное универсальное БЗУ с наклонным диском и тангенциальными карманами, прототипом которой является представленное на рис. 1, б БЗУ. недостатками прототипа являются высокий шанс повредить заготовки отличающихся диаметром меньшего торца на 38% из-за отсутствия регулировок зазора между буртиком нижнего диска и вращающимся диском и высоты карманов, нестабильная работа при загрузке стержневых ступенчатых заготовок отличающихся диаметром большего торца на 10% и более; нестабильное переориентирование и западание во внутренние карманы заготовок из-за уравновешенного движения благодаря плавному изменению высоты буртика до уровня нижнего диска. Усовершенствованное универсальное БЗУ исключает повреждение заготовок, позволяет загружать цилиндрические и сложные ступенчатые заготовки различного диаметра, обеспечивает более стабильное переориентирование на ножевых опорах за счет однородного регулируемого зазора между буртиком нижнего диска ступенчатой формы и вращающимся диском с ножевыми опорами [8, 9].

а                                                   б

Рис. 2. Усовершенствованные БЗУ с захватом тангенциально расположенными карманами: при активном (б) и пассивном (а) ориентировании заготовок:

1 – карманы; 2 – вращающийся диск; 3 – бункер; 4 – заготовки

Для заготовок с неявной асимметрией по торцам, когда исключается возможность их сброса в традиционном БЗУ с тангенциальными карманами (см. рис. 1, а), было предложено его усовершенствование – БЗУ с гребенками, которое обеспечивает ориентирование асимметричных по торцам заготовок, длина одного из которых и асимметрия формы не достаточны для того, чтобы неправильно запавшая в карман заготовка смогла в верхней части бункера под действием центра масс покинуть карман [10].

Проанализируем, как влияет способ ориентирования различных заготовок на вероятность их захвата в БЗУ с тангенциальными карманами для двух типов рассматриваемых усовершенствованных БЗУ (см. рис. 2), так как БЗУ традиционные с пассивным и активным способами ориентирования (см. рис. 1) построены на тех же принципах захвата, что и усовершенствованные, а их отличия заключается в универсальном исполнении буртика с возможной регулировкой в зоне приема заготовок из внутренних карманов диска и, соответственно, расположенной в верхней части бункера БЗУ гребенкой для надежного и стабильного ориентирования заготовок с неявной асимметрией торцов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВЕРОЯТНОСТИ ЗАХВАТА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУНКЕРНЫХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ С ЗАХВАТОМ АСИММЕТРИЧНЫХ ЗАГОТОВОК

В ПОЛОЖЕНИИ ТАНГЕНЦИАЛЬНОМ ПОЛОЖЕНИИ

Разработаем функции вероятности захвата и производительности БЗУ в виде математических моделей на базе концепции, теоретические основы которой проработаны для многих типов БЗУ во взаимосвязи с параметрами БЗУ и загружаемых ими заготовок [5, 11]. Это позволит определить степень влияния способа ориентирования заготовок при их тангенциальном захвате на производительность рассматриваемых типов БЗУ для определения потребности в их последующем усовершенствовании.

Для рассматриваемых видов усовершенствованных БЗУ с тангенциальным захватом загружаемых заготовок, были разработаны математические модели производительности при тех способах ориентирования, которые были реализованы в данных конструкциях [12, 13]. Разработаем для данных конструкций БЗУ математические модели вероятности захвата и производительности для противоположного способа ориентирования, а именно - для универсального БЗУ, представленного на рис. 2, а, модели при пассивном ориентировании заготовок, а для БЗУ, представленного на рис. 2, б - модели при активном ориентировании.

Построим математические модели вероятности захвата ступенчатых цилиндрических заготовок при их пассивном ориентировании при описании производительности П ( п ) БЗУ, представленного на рис. 2, а в виде выражения (1), а для заготовок с торцом в форме усеченного конуса при их активном ориентировании при описании производительности БЗУ, представленного на рис. 2, б, в виде выражения (2):

(

A3

1 -

1 - Р*

2 п

П = 60 ^U t

л - arccos , c - arccos , c =

7 x_c ² + 0,25 d _i⁴         7( l - x_c )² + 0,25 d 2

l - x

- arccos , c = +

7 (l1 - xc )2 + 0,25 dl l-x                 μ

+arccos , c    = - 2 arcsin -—,

7 ( l ₁ - x c )² + 0,25 d 2           ^а Д

1 - p - (arcsin 2 n

n R Ф 3 180 1

×

' P c ' P u ,

d l + Д

- arccos

)

P 6 =

0,5 xc     ₊      0,5( l - xc )       i +         l i - xc                 l i - xc

’ xc + 0,25di   ^(l - xc) + 0,25d2      -^(li - xc) + 0,25di   ^(li - xc) + 0,25d2

i - [i - p ^ ( n - arccos π

П = 60 ^U t

i

+ arccos

i +

i

c

2(i - b )

= - 2 arcsin — )]³ x 2          а

[i - p H. (arcsin   1’ ^

π

n R Ф 3

• P c • p и ,

- arctan a- )]^{i80 0} f

где вероятностный коэффициент p щ, характеризующий преимущественное положение после подбрасывания и падения на поверхность диска заготовок длиной l , а также вероятности помех от сцепляемости заготовок p c и окружной скорости органов захвата p _и определены в работах [5, 14]; наибольший d j и наименьший d 2 диаметры торцов заготовок; R - радиус диска БЗУ; а - угол наклона вращающегося диска БЗУ; р - коэффициент трения между заготовками и диском БЗУ; Ф 3 - зона захвата заготовок в БЗУ при тангенциальном способе; t - шаг карманов по периферии диска; a = d j /1 , b = x_c / 1 , c = d 2 / 1 , f = l j /l .

Сравнительный анализ и оценку производительности усовершенствованных БЗУ с тангенциальными карманами, зависимости которых описаны выражениями (1) для ступенчатых цилиндрических заготовок при пассивном ориентировании и (2) для заготовок с торцом в форме усеченного конуса, а также входящих в эти выражения коэффициентов вероятности захвата был проведен компьютерный эксперимент.

Результаты моделирования приведены соответственно на рис. 3 и рис. 4 в виде зависимостей от окружной скорости и (м/с) при значениях коэффициента трения 0,35 и 0,45, соотношениях a = l / d i = 3; 4; 5 для цилиндрических ступенчатых заготовок и a = d ^ /1 = 1/ 2;1/ 2,5;1/ 3 заготовок с торцом в форме усеченного конуса.

Как показали графические зависимости, вероятности захвата и производительности усовершенствованных БЗУ с тангенциальными карманами при загрузке заготовок двух типов при активном ориентировании выше, чем при пассивном. При этом данные показатели во многом определяются соотношениями геометрических размеров заготовок и окружной скоростью; коэффициент трения не оказывает существенного влияния, так как заготовки закатываются в карман.

б

в                                                           г

Рис. 3. Сравн е ние вероят н ости захвата и производительно с ти БЗУ с тангенциальными кар м анами пр и загрузке цилиндриче с ких ступен ч атых заго т овок пр и пассивном (а, в) и акт и вном (б, г) ориентиро в ании при Ц = 0,35 (а, б) и Ц = 0, 4 5 (в, г)

а

V

в

г

Рис. 4. Сравн е ние вероят н ости захвата и производительно с ти БЗУ с та н генциальными карма н ами при з а грузке заго т овок с тор ц ом в форм е усеченног о конуса пр и пассивном (а, в) и акт и вном (б, г) ориентиро в ании при Ц = 0,35 (а, б) и Ц = 0, 4 5 (в, г)

Максимальная вероятность захвата при пассивном и активном ориентировании отличатся в 1,2…1,3 раза в зависимости от типа конструкции и загружаемых заготовок. Максимальная производительность БЗУ при активном и пассивном ориентированиях для заготовок с торцом в форме усеченного конуса отличается в 1,5…1,7 раза, а для цилиндрических ступенчатых заготовок – в 1,35…1,4 раза. Это обуславливает необходимость реализации в БЗУ с тангенциальными карманами активных способов ориентирования, что позволит повысить производительность БЗУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теоретические исследование влияния способа ориентирования асимметричных заготовок на производительность БЗУ с тангенциальными карманами показало, что в зависимости от типа заготовки и соотношения ее длины заготовки и диаметра наибольшего торца, наблюдается значительное повышение производительности БЗУ с тангенциальным захватом заготовок при реализации в нем активного способа их ориентирования. При западении заготовок в тангенциальные карманы качением с помощью разработанных математических моделей выявлено, что значения вероятности захвата и производительности в усовершенствованном универсальном БЗУ от коэффициента трения практически не зависят. В БЗУ с тангенциальными карманами и гребенкой, в котором западание заготовки в карманы осуществляется с поверхности неподвижного бункера, влияние коэффициента трения прослеживается при сравнении значений вероятности захвата и производительности БЗУ для двух способов ориентирования заготовок. Выводы, полученные в результате проведенных теоретических исследований необходимо использовать при разработке конструкций БЗУ с тангенциальным захватом заготовок различных форм и типоращмеров.