Совершенствование вибрационных автоматических загрузочных устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат технических наук Нгуен Хоа Бин

• Нгуен Хоа Бин
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Хоа Бин

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ, ПРАКТИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВИБРАЦИОННЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ.

1.1. ВИБРАЦИОННЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА -ОСНОВНОЙ ТИП ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ.

1.2. УПРУГИЕ СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ВИБРАЦИОННЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ.

1.3. КОНСТРУКЦИИ ВИБРАЦИОННЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ.

1.3.1. Вибрационные автоматические загрузочные устройства с раздельным электромагнитным приводом.

1.3.2. Вибрационные автоматические загрузочные устройства с синхронным электромагнитным приводом.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование вибрационных автоматических загрузочных устройств»

Один из главных направлений развития современной науки и техники является широкое внедрение в различные отрасли промышленности средств механизации и автоматизации технологических процессов. Механизация и автоматизация технологических процессов являются одним из основных условий увеличения выпуска промышленной продукции и роста производительности труда. Эти мероприятия обеспечивают значительное снижение себестоимости изготовления продукции, а также улучшают её качество. Механизация и автоматизация производственных процессов в значительной степени повышают безопасность работы и улучшают условия труда рабочих.

Автоматизация загрузки штучными предметами обработки (ПО) -одна из задач при создании производственных машин-автоматов и автоматических линий различного технологического назначения, штампов и прессов, установок физико-химической обработки, металлорежущих станков, сборочных, контрольно-сортировочных, упаковочных машин и т.д.

Автоматизация загрузки особо важное значение приобретает при создании автоматических линий, т.к. надежная и экономичная конструкция загрузочного устройства, гарантирующая бесперебойную подачу правильно ориентированных в пространстве ПО, во многом определяет качественные и количественные показатели всей линии.

Устройства, обеспечивающие автоматическую загрузку машин-автоматов и автоматических линий штучными ПО, являются одними из наиболее совершенных современных устройств, объединяющих потоки материала, энергии и информации и обеспечивающих получение качественной продукции в течение определенного промежутка времени без участия человека - называются автоматические загрузочные устройства (АЗУ).

Становление и эволюция научной школы «Теория и практика автоматической загрузки технологических машин» определялись быстродействием технологических операций и серийностью производства ПО.

В 50-е годы в России интенсивно внедряются автоматические роторные линии (APJI) и затем в 60-е годы роторно-конвейерные линии (APKJI) конструкции JI.H. Кошкина с производительностью соответственно до 200 и 1200 шт/мин. Объединение в одной APJI до шести технологических операции позволило значительно снизить число типоразмеров АЗУ и увеличить производительность линий в 2-3 раза по сравнению с операционным прессовым оборудованием. АЗУ первого поколения по производительности удовлетворяли техническим характеристикам APJI, однако требования к надежности АЗУ возросли на порядок, так как от неё в значительной степени зависел коэффициент использования APJI. На этом этапе развития АЗУ неоценимым вкладом оказалась теория и практические рекомендации по проектированию АЗУ, которые были разработаны В.Ф. Прейсом.

В конце пятидесятых фирма Syntron (США) предлагает конструкцию АЗУ вибрационного действия - Вибрационные автоматические загрузочные устройства (ВАЗУ), которые стали широко внедряться в отечественные отрасли промышленности благодаря своим очевидным достоинствам в сравнении с АЗУ механического действия. В настоящее время на фирмах Fiat (Италия), Sortimat (Германия) и др. фирмах доминируют вибрационные АЗУ, доля которых в общем числе АЗУ составляет до 70%. Это второе поколение загрузочных устройств, преимуществом которых является их универсальность по отношению к загружаемому ПО в отличие от АЗУ механического действия со специализацией на конкретный ПО.

Заслугой отечественных учёных стило появление в конце 60-х годов АЗУ третьего поколения, как по их универсальности, так и высокой производительности. Это было достигнуто путём разделения и независимого возбуждения колебаний в вибрационных АЗУ в вертикальном и горизонтальном направлениях, за счет чего удалась повысить скорость ПО на дорожке устройства в безотрывном режиме на порядок.

Появление в конце 60-х годов нового поколения автоматических линий роторного типа АРКЛ, вынудили к созданию АЗУ четвертого поколение - роторных АЗУ механического чипа, с производительностью до 1200 шт/мин, которым органически присущи достоинства принципа независимости основных (рабочих) и транспортных функций, положенного в основу АРЛ и АРКЛ.

В настоящее время представляет интерес АЗУ пятого поколения -вибророторные, как по универсальности загружаемых ПО, так и по уровню производительности до 3000 шт/мин и более, которые соединили в себе достоинства АЗУ всех поколений. Вращающийся бункер имеет форму обратного конуса, на поверхности которого спрофилированы каналы для захвата, ориентирования и выдачи ПО.

ВАЗУ - второе поколение АЗУ нашли широкое применение в машиностроительной, приборостроительной, радиотехнической, горнорудной, химической, пищевой, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности.

Одной из характерных особенностей функционирования ВАЗУ является обеспечение фазовых и амплитудных параметров, благодаря которым можно создать траекторию материальной точки бункера по фигуре - Ли-сажу - эллипсу или по прямой линии [7]. Ученые указали что, создание траектории в виде по фигуре эллипса - это один из путей повышения скорости виброперемещения, т.е. повышения производительности ВАЗУ.

Диссертация на тему «Совершенствование вибрационных автоматических загрузочных устройств» имеет следующие особенности:

Актуальностью работы

В настоящее время ВАЗУ, как правило, имеют электромагнитный вибропривод с синхронным или раздельным возбуждением колебаний. ВАЗУ с синхронным приводом обеспечивают скорость виброперемещения

ПО в безотрывном режиме до 50 мм/с, с раздельным приводом до 300 мм/с.

Значительное увеличение скорости виброперемещения происходит благодаря усложнению конструкции ВАЗУ с целью получения оптимального фазового смещения колебаний в вертикальном и горизонтальном направлениях, которое зависит от возможности регулирования жесткости упругих элементов привода для бункеров ВАЗУ различной массы. Преодоление барьера уровня скорости виброперемещения ПО 50 мм/с в ВАЗУ с синхронным приводом стало возможным путем перехода от двухмассной динамической системы к трехмассной и четырехмассной с получением эффекта фазовых смещений.

Поэтому поиск оригинальных конструктивных решений упругих систем ВАЗУ с раздельным возбуждением колебаний и многомассных динамических систем для ВАЗУ с синхронным приводом, направленных на совершенствование устройств с обеспечением высокой производительности, простоты настройки и их надежности является актуальной задачей.

Целью работы

Расширение возможностей вибрационных автоматических загрузочных устройств на основе применения оригинальных упругих систем и их теоретического обоснования.

Научная новизна работы

Впервые предложены и формализованы упругие системы ВАЗУ с электромагнитным приводом: с плавной регулировкой жесткости в широких пределах стержневых упругих элементов путём постепенного перехода от шарнирной к жесткой заделке их концов с одновременным учетом поперечной жесткости упругих элементов в виде цилиндрических витых пружин в системах вертикального и горизонтального привода раздельного возбуждения колебаний; трех- и четырехмассных динамических систем в приводе с синхронным возбуждением колебаний с целью получения эффекта фазовых смещений колебаний во взаимно-перпендикулярных направлениях и снижения влияния массы загружаемых ПО в бункер на параметры колебаний.

Основные научные результаты диссертации, выносимые на защиту, включают:

1. Теоретическое исследование упругой системы с плавной регулировкой жесткости в широких пределах упругих элементов в виде стержней с учетом поперечной жесткости витых цилиндрических элементов в ВАЗУ с раздельным возбуждением колебаний.

2. Теоретическое исследование трех- и четырехмассных динамических систем ВАЗУ с синхронным приводом.

3. Параметрический и структурный синтез трех- и четырехмассных динамических систем ВАЗУ с синхронным приводом.

4. Постановка эксперимента с применением современной экспериментальной техники.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка использованной литературы.

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Нгуен Хоа Бин

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ состояния теория, практики проектирования и эксплуатации ВАЗУ с раздельным и синхронным приводом, показаны их достоинства и недостатки.

2. На основе математического обоснования предложена конструкция ВАЗУ с раздельным приводом с регулированием жесткости упругих систем в широких пределах с целью применения одного типоразмера привода ВАЗУ для различных масс бункера (в пределах 400 %) и ПО, загружаемых в него.

3. Предложены конструкции ВАЗУ с синхронным приводом при наличии упругой связи: между тарелью и бортом бункера для создания фазового угла между колебаниями бункера в горизонтальной плоскости и колебаниями в вертикальной плоскости; между дном бункера и основанием ВАЗУ. Дано описание динамических моделей ВАЗУ с синхронным приводом для случаев трех- и четырехмассных систем.

4. Разработаны математические модели ВАЗУ с синхронным приводом при введении упругой связи между тарелью и бортом бункера для создания фазового угля е^О, а также между дном бункера и основанием ВАЗУ для сокращения времени процесса захвата ПО и увеличения массы ПО в бункере при реализации работы трех- и четырехмассных динамических колебательных систем.

5. Проведенный параметрический синтез для трех- и четырехмассных динамических систем ВАЗУ с синхронным приводом позволил реализовать структурные варианты устройств (многобункерные устройства, устройство с дном бункера, замкнутым на основание ВАЗУ жесткой или упругой связью, устройство с предбункером, связанным с основанием жестко или упругим элементом и т.д.).

6. Данные разработки позволили повысить скорость вибротранспортирования ПО в 5 раз и увеличить массу загружаемых ПО в бункере в 4 раза с обеспечением постоянства скорости вибротранспортирования ПО по вибродорожке.

7. Проведены экспериментальные исследования с применением современной аппаратуры и подтверждена достоверность результатов математических расчетов и конкретных функциональных параметров предложенных оригинальных конструкций ВАЗУ с расхождением не более 10 %.

8. Результаты диссертационной работы внедрены в ТПЗ - «Рондоль» и в учебный процесс кафедры «Технологическая механика» ТулГУ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Хоа Бин, 2007 год

1. Аграновская Э.А., Блехман И.И. Выбор оптимальных параметров вибрационных транспортирующих машин с помощью электронной моделирующей установки. В кн.: Обогащение руд, 1962, № 5. С. 40-44.

2. Артоболевский И.И., Кулешов Е.М. Основы теории подачи деталей при действии на них несколько движущих сил. В кн.: Теория машин автоматического действия. М.: Наука, 1970. С. 119-125.

3. Аугсткалн К.А. Исследование некоторых вибрационных транспортно-загрузочных устройств. Дис. канд. техн. наук. - Рига, 1961. - 171с.

4. Аугсткалн К.А. Колебания системы со свободно наложенной массой. -Известия АН ЛатвССР, Рига, 1961, № 8. С. 27-35.

5. Ахмечет Л.С., Блох О.И. Вибрационный бункер с электромагнитным возбуждением вибрации (инструкция по проектированию). Одесса: НТО Машпром, 1959. - 43с.

6. Блехман И.И., Джаниледзе Г. Ю. Вибрационные перемещение. М: наука, 1964.-410с.

7. Бляхеров И.С., Варьяш Г.М., Прейс В.В., Усенко H.A. и др. Автоматическая загрузка технологических машин. Справочник. М.: Машиностроение, 1990. - 400с.

8. Болотина В.В. Вибрации в технике. В 6 т. Т. 1. Колебания линейных систем: справочник / под редакцией чл.- корр. АН СССР В.В. Болотина. М.: «Машиностроение», 1978. - 352с

9. Бляхеров И.С. Вибрационные технологические устройства: теория и основы проектирования. Дис. докт. техн. наук. - Тула, 1997. - 506с.

10. Брумберг P.M. Метод определения скорости безотрывного движения частицы по лотку инерционного транспортера с продольными колебаниями. В сб.: Вибрационная техника. М.: НИИН стройдоркоммун-маш, 1966. С. 272-277.

11. Быховкий И.И. Основы теории вибрационной техники. М.: Машиностроение, 1969. - 363с.

12. Вибрационной технике широкую дорогу. - Правда, 1959 - 30 мая.

13. Гончаревич И.Ф. Основные зависимости скорости вибротранспортирования от параметров режима вибротранспотртирования. Известия АН СССР. Механика и машиностроение, 1962, № 3. С. 85-91.

14. Дунаевецкий A.B. Классификация способов вибротранспортирования.- В кн.: Автоматизация технологических процессов в машиностроении и приборостроении. Киев: Техника, 1968. С. 102-103.

15. Дунаевецкий A.B. Оптимизация вибротранспортирования с пульсирующим взаимодействием. В кн.: Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении. Вып.9. Львов, 1970. С. 80-86.

16. Дунаевецкий A.B. Оптимизация вибротранспортирования по фрикци-онно-анизотропной несущей поверхности. В кн.: Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении. Вып.8. Львов, 1970. С. 83-87.

17. Дунаевецкий A.B. Основы новых способов вибротранспортирования.- В кн.: Материалы научно-технической конференции по технологии машиностроения. Калининград, 1969. С. 31-32.

18. Исхаков Т.Г. О влиянии массы заготовок на законы движения вибробункеров: Сб. науч. тр. / Казанский авиац. ин-т. Прикладная механика. Вып. 72,1962. С. 3-15.

19. Исайкин A.B. Максимум скорости безотрывного горизонтального вибрационного движения. В кн.: Вибрационная техника, НИИНстройкоммунмаш, 1966. С. 43-50.

20. Камыный Н.И. Автоматизация загрузки станков. М.: Машгиз, 1977. -284с.

21. Камыный Н.И. Основы проектирования механизмов питания станков. Дис. док. тек. наук. - М., 1959. - 21 Ос.

22. Клепиков С.И. Исследование и разработка вибрационных загрузочных устройств с бигармоническими колебаниями. Дис. канд. техн. наук. -М., 1977.-167с.

23. Копылов Н.Г., Нестеренко П.Н., Никулин В.О. Оптимизация рабочих процессов вибрационного конвейера с горизонтальным лотком и гармоническим законом движения. Детали машин. М.: Наука, 1974, С. 68-73.

24. Корбинский А.Е., Шляхтин A.B., Ямщикова М.М. К теории машин виброударного действия: Сб.науч.тр. / Институт машиноведения АН СССР. Т. 20. Вып.79,1960, С. 21-33.

25. Лавендел Э.Э. О выборе параметров закона вибротранспортирования деталей // Из. вузов. Машиностроение, 1964, №4, С. 89-99.

26. Лавендел Э.Э. Оптимальный закон движения лотка при безотрывной прямой вибротранспортировке деталей // Из. вузов. Машиностроение, 1963, № 12, С. 71-79.

27. Лавендел Э.Э. Синтез оптимальных вибромашин. Рига: Винатне, 1970.-250с.

28. Левин JI.П. Вопросы теории и расчета электровибрационных машин. -В кн.: Механика и расчет машин вибрационного типа. М.: Изд-во АН СССР, 1957, С. 19-36.

29. Лянсберг Л.М. Вибрационное перемещение частицы без подбрасывания по плоскости, совершающей поступательные эллиптические колебание: Сб. нач. тр. / Заочн. политехи, ин-т. М.: 1966, С. 113-121.

30. Лянсберг Л.М. К вопросу влияния массы транспортируемого груза на амплитуду колебаний виброконвейера с эллиптической траекторией движения рабочего органа. В кн.: Вопросы качества горных машин. -М. 1969. С. 128-133.

31. Малкин Д.Д. Закономерности и оптимальные параметры быстроходных режимов движения деталей в вибрационных загрузочных устройствах (материалы конференции «Штамповка в приборостроении»), -М.: МДНТП, 1968, С. 73-79.

32. Малкин Д.Д. Основные задачи теории вибрационных станков и загрузочных устройства. Дис. докт. техн. наук. - М., 1970. - 365с.

33. Малкин Д.Д. Теория и проектирование вибропитателей и вибротранспортеров. М.: ЦБТИ, 1959. - 66с.

34. Маткин Ю.Л., Камышный Н.И., Клусов И.А. Вибрационные устройства загрузки штучных загатовок в технологическое оборудование. М.: -НИИмаш, 1983.-320с.

35. Медвидь М.В. Автоматические ориентирующие загрузочные устройства и механизмы. М.: Машгиз, 1955. - 298с.

36. Москвитин А.И. Электрические машины возвратно-поступательного движения. М.: Изд-во АН СССР, 1950. - 144с.

37. Мозникер P.A. Исследование вибрационных испытательных установок с электромагнитными возбудителями. Киев: Изд-во АН УССР, 1960,- 16с.

38. Мягков А.Т. Вибропитатель с регулировкой фазового угла межу колебаниями, вынуждаемыми независимыми виброприводами // Из. вузов. Машиностроение, 1968, № 10. С. 170-173.

39. Нгуен Хоа Бин, Павлов Р.И. Вибрационное автоматическое загрузочное устройство с регулированием жесткости упругих элементов // Из-ветия ТулГУ. Сер. Машиноведение, системы приводов и детали машин. Специальный выпуск-2006. С. 77-83.

40. Нгуен Хоа Бин, Совершенствование вибрационных автоматических загрузочных устройств с синхронным приводом. Материалы Международной научно-технической конференции АПИР-11. Автоматизация: проблемы, идеи, решения (АПИР-11). Тула, 2006. С. 27-29.

41. Н. А. Усенко, Нгуен Хоа Бин, Вибрационные автоматические загрузочные устройства на основе синхронного электромагнитного привода // Известия ТулГУ. Сер. Машиноведение, системы приводов и деталей машин. Вып. 3. Тула, 2006. С. 114-120.

42. Пиковский С.А. Некоторые вопросы динамического расчета и конструирования питателей. Дис. канн. техн. наук. - Горький, 1966. -187с.

43. Повидайло В.А., Лопушенко В.В., Щигель В.А. Динамика бигармони-ческого лотка с учетом влияния движущихся заготовок. В кн.: Автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении. Вып. 9. Львов, 1970, С. 91-95.

44. Повидайло В.А. Расчёт и конструирование вибрационных питателей. Киев: ГНТИ машиностроительной литературы, 1962. 150с.

45. Рабинович А.Н. Автоматическое ориентирование и загрузка штучных деталей. Киев: Техника, 1968. 287с.

46. Рабинович А.Н. Механизация и автоматизация сборочных процессов в машиностроении и приборостроении. М.: Машиностроение, 1964. -283с.

47. Рабинович А.Н., Яхимович В.А., Боечко Б.Ю. Автоматические загрузочные устройства вибрационного типа. Киев: Техника, 1965. - 380с.

48. Савельев В.В. Прикладная теория колебаний. Тула 2005. 159с.

49. Середа В.Г., Черкасов A.C., Чайка Э.Г. Меоделтрование движения сыпучего тела по платформе с бигармоническим вибратором. Динамика машин, 1969. С. 350-356.

50. Спиваковский А.О., Гончаревич И.Ф. О повышении скорости транспортирования на вибрирующем конвейере // Из. вузов. Горный журнал, 1961, №6, С. 107-112. \

51. Тихомиров Ю.С. Влияние массы транспортируемых деталей на работу вибробункера // Из. вузов. Машиностроение, 1967, № 6, С. 96-102.

52. Тихомиров Ю.С. Определение расчетной массы вибропитателей с учетом массы загрузки. Машиноведение, 1967, № 1, С. 48-55.

53. Троицкий В.А. Об оптимизации процесса вибротранспортирования. -Прикладная математика и механика. Т. XXVII. Вып.6, 1963, С. 11171123.

54. Усенко H.A. Исследование вибрационных автоматических бункерных захватно-ориентирующих устройств с электромагнитным приводом. -Дис. канн. техн. наук. Тула, 1967. - 206с.

55. Усенко H.A. Основы теории проектирования высокопроизводительных автоматических загрузочных устройств штучных заготовок: Дис. докт. тех. наук. Тула, 1984. - 473с.

56. Усенко Н.А, Нгуен Хоа Бин, Четырехмассная динамическая модель автоматического загрузочного устройства // Изв. ТулГУ. Сер. Технологическая системотехника, 2006. С. 63-70.

57. Хвингия М.В., Багдоева A.M. и др. Колебание и устройчивость упругих систем машин и приборов. Изд-во «Мецниереба». Тбилиси, 1974. 284с.

58. Ходжаев К.Ш. Колебания, возбуждаемые электромагнитами в линейных механических системах. МТТ, 1968, № 5, С. 11-26.

59. Ходжаев К.Ш. Синтез электромагнитов, предназначенных для возбуждения вибраций. Электричество, 1975, № 6, С. 63-68.

60. Чесноков А.Е. Колебания электромагнитного вибратора при наличии в его цепи последовательно подключенного конденсатора. В кн.: Научные записки Одесского политического института, 1959. T. XVI, С. 134-155.

61. Якубович В.И. Вибрационное перемещение при колебаниях несущей плоскости по произвольной эллиптической траектории. Механизация и автоматизация производства, 1986. №8. С. 6-8.

62. A new vibration speeds up bowl feeders. Metall working Production, vol.110, N21, 1966, p.66-74.

63. Linder J. Farderrinnen. Die Fordertechnik, 1912, Hefl2.