WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи








Ионов Антон Олегович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ роторного БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ВОРОНКОЙ

для тонких стержневых предметов обработки


Специальность 05.02.13 Машины, агрегаты

и процессы (машиностроение)

Автореферат

диссертация  на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Тула 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Прейс Владимир Викторович

(ФГБОУ ВПО «Тульский государственный

университет»)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Усенко Николай Антонович

(ФГБОУ ВПО «Тульский государственный

университет», профессор)

доктор технических наук, профессор

Волчкевич Леонид Иванович

(ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, профессор)»

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

Защита состоится « 30 » мая 2012 года в 1400 час. на заседании диссертационного совета Д 212.271.10 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина, 92 (уч. корп. 9, ауд. 101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Автореферат разослан « 20 » апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д-р техн. наук, профессор                                         В.А. Крюков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность работы. Для загрузки штучных предметов обработки с производительностью от 200 до 1200 шт./мин в роторные машины (РМ), автоматические роторные и роторно-конвейерные линии (АРЛ/АРКЛ), применяемые в машино- и приборостроении, используют многопозиционные роторные системы автоматической загрузки (САЗ), которые построены по принципу роторных технологических машин. В конструкциях роторных САЗ для загрузки осесимметричных стержневых предметов обработки формы тел вращения применяют бункерные загрузочные устройства (БЗУ) с вращающимися воронками, которые имеют высокую производительность, просты по конструкции и кинематике привода воронок.

Однако при загрузке тонких стержневых предметов обработки с отношением габаритных размеров l/d > 6 (l – длина, d – наружный диаметр предмета обработки) и наружным диаметром d < 10 мм производительность одной рабочей позиции роторного БЗУ с вращающейся воронкой значительно снижается. Кроме того, возрастает вероятность заклинивания тонких стержневых предметов обработки между внешней поверхностью вращающейся воронки и внутренней поверхностью обечайки бункера роторного БЗУ. Поэтому на стадии проектирования для обеспечения заданной производительности роторной САЗ требуется увеличение числа рабочих позиций, что приводит к недопустимому увеличению габаритных размеров системы в поперечном сечении.

В связи с вышеизложенным поиск путей совершенствования роторного БЗУ с вращающимися воронками для загрузки тонких стержневых предметов обработки, обеспечивающих создание эффективных конструкций роторных САЗ, является актуальной задачей.

Работа выполнялась в рамках единых госбюджетных НИР № 26-06 «Оценка надежности технологического оборудования и средств автоматизации» и № 34-10 «Совершенствование технологического оборудования с целью повышения его производительности и надежности».

Цель работы. Обоснование конструкции и рациональных параметров роторного БЗУ с вращающимися воронками для загрузки тонких стержневых предметов обработки, обеспечивающее создание эффективных роторных САЗ заданной производительности с допустимыми габаритными размерами.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследований:

1. Разработка новых технических решений и формирование конструктивных ограничений на геометрические параметры усовершенствованной конфигурации приемной части воронки и бункера роторного БЗУ в зоне захвата.

2. Разработка аналитической модели фактической производительности роторного БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации для тонких стержневых предметов обработки.

3. Проведение теоретических и экспериментальных исследований фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации для тонких стержневых предметов обработки.

4. Разработка инженерной методики проектирования роторной САЗ заданной производительности с допустимыми габаритными размерами, имеющей в своей структуре роторное БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации.

Объект исследования. Роторное БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации, рассматриваемое в процессе его функционирования как совокупность процессов захвата и выдачи тонких стержневых предметов обработки.

Предмет исследования. Взаимосвязанное влияние параметров загружаемых тонких стержневых предметов обработки (геометрических размеров и коэффициента трения скольжения), геометрии приемной части и угловой скорости воронки, конструктивных параметров и угловой скорости роторного БЗУ на его фактическую производительность.

Метод исследования, принятый в работе, заключается в сочетании теоретических и экспериментальных исследований процессов захвата и выдачи предметов обработки вращающейся воронкой с использованием математических и натурных моделей. При построении аналитической модели фактической производительности роторного БЗУ с вращающимися воронками использовались методы аналитической пространственной геометрии, теоретической механики и теории вероятностей. Экспериментальные исследования роторного БЗУ проводились с применением видеосъемки, для обработки экспериментальных данных использовались методы математической статистики.

Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы обеспечивается полнотой учета факторов, влияющих на фактическую производительность роторного БЗУ с вращающимися воронками, корректностью использования общепринятых математических методов и компьютерного моделирования, качественным и количественным сопоставлением результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а также с результатами исследований роторных БЗУ, полученными другими авторами.

Автор защищает:

1. Технические решения и совокупность конструктивных ограничений на рациональные геометрические параметры приемной части вращающейся воронки усовершенствованной конфигурации и бункера БЗУ в зоне захвата.

2. Аналитическую модель фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации, учитывающую вероятностный характер процесса захвата предметов обработки, взаимосвязанное влияние параметров предмета обработки, конструктивных параметров, угловых скоростей воронки и роторного БЗУ.

3. Результаты компьютерного моделирования и экспериментальных исследований фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации.

4. Инженерную методику проектирования роторной САЗ заданной производительности с допустимыми габаритными размерами, имеющей в своей структуре роторное БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации.

Научная новизна. Формализована взаимосвязь между параметрами, характеризующими предмет обработки (размерами и коэффициентом трения скольжения), и геометрическими параметрами приемной части воронки усовершенствованной конфигурации, а также выявлено влияние этих параметров и угловых скоростей воронки и роторного БЗУ на его производительность.

Практическая ценность. Обоснованы конструкции и рациональные геометрические параметры вращающейся воронки с приемной частью усовершенствованной конфигурации и бункера роторного БЗУ, обеспечивающие достаточно высокую фактическую производительность (не менее 70 шт./мин) одной рабочей позиции БЗУ при захвате тонких стержневых предметов обработки с отношением габаритных размеров l/d > 6, наружным диаметром d < 10 мм, массой до 0,1 кг и коэффициентом трения до 0,45. Это позволяет создавать эффективные роторные САЗ заданной производительности в допустимых габаритных размерах. Новизна разработанных технических решений подтверждена двумя патентами РФ на полезные модели.

Разработана инженерная методика проектирования роторной САЗ на заданную производительность, имеющей в своей структуре БЗУ с вращающимися воронками усовершенствованной конфигурации для загрузки тонких стержневых предметов обработки, реализованная в виде пакета прикладных программ.

Реализация результатов работы. Конструкции вращающейся воронки усовершенствованной конфигурации и бункера роторного БЗУ в зоне захвата, математические модели, результаты теоретических и экспериментальных исследований производительности роторного БЗУ, инженерная методика проектирования роторной САЗ переданы для практической реализации на ОАО «Тульский патронный завод» и филиал ОАО «КБП» – «ЦКИБ СОО» (г. Тула), а также используются в учебном процессе на кафедрах Политехнического института Тульского государственного университета.

Апробация работы. Основные научные положения диссертации, результаты разработок, теоретических и экспериментальных исследований докладывались на международных научно-технических конференциях (МНТК): ежегодной очно-заочной МНТК «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (г. Тула, ТулГУ, 2010-2011 гг.), IX электронной МНТК «Технологическая системотехника» (г. Тула, ТулГУ, 2010 г.), XV МНТК «Автоматизация: проблемы, идеи, решения (АПИР-16)» (г. Севастополь, СевНТУ, 2011 г.), XVIII МНТК «Машиностроение и техносфера XXI века» (г. Севастополь, ДонНТУ, 2011 г.).





Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 11 научных работ (из них 3 – без соавторов), в том числе 4 статьи – в ведущих рецензируемых научных изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ; получено два патента РФ на полезные модели. Общий объем публикаций 3,4 п. л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и общих выводов, списка литературы из 100 наименований и приложения. Общий объем работы составляет 140 страниц, в том числе, 123 страницы основного текста, включающего 40 рисунков и 11 таблиц. Объем приложения 17 страниц. В приложении приведены распечатки программ, результаты экспериментов, копии патентов и актов реализации результатов работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы. Приведены сведения о научной новизне, практической ценности и реализации результатов работы.

В первой главе рассмотрено состояние изучаемого вопроса.

Анализ известных конструкций захватных механизмов с вращающимися воронками показал, что наиболее рациональным способом интенсификации процесса захвата стержневых предметов обработки, эффективно реализующимся в конструкциях многопозиционных роторных БЗУ, является изменение конфигурации приемной части вращающейся воронки путем наклона её геометрической оси к оси вращения. Однако для загрузки тонких стержневых предметов обработки известные конструкции вращающихся воронок не обеспечивают достаточно высоких уровней фактической производительности, необходимых для создания эффективных роторных САЗ заданной производительности с допустимыми габаритными размерами.

Цикловая производительность роторной САЗ и БЗУ, как технологических машин роторного типа, определяется известными выражениями

[шт./мин], (1)

где – угловая скорость роторной САЗ (БЗУ), рад./с; – соответственно начальные радиус и диаметр САЗ (БЗУ), м; – шаг захватывающих органов на рабочих позициях САЗ (БЗУ); nр – число оборотов роторной САЗ (БЗУ) в минуту; – число рабочих позиций роторной САЗ (БЗУ).

Условие компоновки БЗУ в роторной САЗ

  (2)

где – производительность одной позиции роторного БЗУ (одной вращающейся воронки).

Тогда число вращающихся воронок роторного БЗУ, обеспечивающих заданную производительность и определяющих габариты роторной САЗ в поперечном сечении, в соответствии с (1) – (2) удовлетворяет неравенству

. (3)

Таким образом, чем выше производительность одной вращающейся воронки БЗУ при меньших значениях угловой скорости роторного БЗУ, тем меньше число рабочих позиций роторной САЗ, а, следовательно, и её габариты.

Общетеоретическую базу исследований составили научные труды В.П. Боброва, Л.И. Волчкевича, Н.И. Камышного, И.А. Клусова, Л.Н. Кошкина, А.Н. Малова, М.В. Медвидя, В.Ф. Прейса, В.В. Прейса, А.Н. Рабиновича, Н.А. Усенко, Б.И. Черпакова, Н.И. Шерешевского  в области автоматизации массовых машино- и приборостроительных производств, теории, методов расчета и проектирования САЗ и механических БЗУ.

Впервые аналитическая модель производительности роторного БЗУ с вращающимися воронками, базирующаяся на положениях теории вероятностей и методах, предложенных М.В. Медвидем, была разработана В.В. Прейсом. Однако, относительная погрешность расчетных значений фактической производительности роторного БЗУ, полученных на основе разработанной аналитической модели, по сравнению с экспериментальными значениями составляла ±50 %. Значительные расхождения между теоретическими и экспериментальными значениями были обусловлены тем, что функции, описывающие вероятности, входящие в аналитическую модель производительности роторного БЗУ, в зависимости от значений аргументов могли принимать значения больше единицы или меньше нуля, что противоречит физическому смыслу вероятности.

В работах М.К. Галонска и В.В. Прейса было показано, что в качестве функции, адекватно описывающей вероятности, входящие в аналитическую модель производительности БЗУ с вращающейся воронкой целесообразно использовать функцию Гомперца вида

,  (4)

поскольку при любых возможных изменениях аргумента t значения функции (4) не выходят за пределы (0; 1).

В конце главы сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе приведены аналитическая модель и результаты компьютерного моделирования фактической производительности роторного БЗУ с вращающимися воронками для захвата тонких стержневых предметов обработки.

На основе анализа известных конструкций роторных БЗУ были предложены усовершенствования конфигурации приемной части вращающейся воронки и конструкции бункера БЗУ в зоне захвата (рис. 1).

б)

Рис. 1. Фрагмент усовершенствованной конструкции роторного БЗУ

с вращающимися воронками:

а – поперечный разрез по оси вращения воронки; б – вид сверху 

Приемная часть воронки 10 (рис. 1, а) выполнена в виде двух установленных последовательно усеченных конусов 1 и 5 с уменьшающимися углами при вершинах О1 и О2, оси 6 и 7 которых расположены наклонно к оси вращения 8 воронки. Вершины О2 и О1 конусов и ось вращения воронки лежат в одной плоскости на прямой линии ВС. Воронки 10 имеют выходное цилиндрическое отверстие 11 и размещены по окружности бункера роторного БЗУ с коническим дном 2 и обечайкой 9, в котором находятся предметы обработки 4. Роторное БЗУ вращается вокруг вертикальной оси 3. Обечайка 9 бункера роторного БЗУ в местах расположения вращающихся воронок 10 (рис. 1, б) выполнена в виде сегмента окружности радиуса r и высотой h.

На основе теоретических положений известных работ М.В. Медвидя, В.В. Прейса, Н.И. Шерешевского, обоснованы рациональные геометрические параметры предложенной конфигурации приемной части воронки и зоны захвата роторного БЗУ в виде совокупности конструктивных ограничений

(5)

Полученные выражения (5) являются входными константами для аналитической модели производительности роторного БЗУ.

Фактическая производительность одной позиции роторного БЗУ с захватывающими органами в виде вращающихся воронок

, (6)

где – максимальное число предметов обработки, которое может быть захвачено за один оборот воронки (для тонких стержневых предметов обработки = 1); – число оборотов воронки в минуту; – коэффициент выдачи.

Для предметов обработки формы тел вращения коэффициент выдачи определяют как произведение пяти условных вероятностей

, (7)

где – вероятность того, что предмет обработки не ляжет поперек приемной части воронки (для стержневых предметов); – вероятность западания в выходное отверстие воронки предмета обработки, находящегося в благоприятном положении вдоль образующей приемной конической части воронки;
– вероятность того, что захвату предметов обработки не помешает их взаимная сцепляемость; – вероятность того, что процесс захвата предмета обработки произойдет в течение одного оборота захватывающей воронки;
– вероятность того, что процессу выдачи предмета обработки из вращающейся воронки не помешает совместное действие центробежных сил инерции, возникающих от вращения воронки и транспортного вращения роторного БЗУ.

Для получения адекватного математического описания вероятности используем функцию Гомперца (4). В качестве аргумента (меры вероятности) t используем отношение плеча опрокидывающего момента, создаваемого относительно края выходного цилиндрического отверстия воронки силой тяжести предмета обработки, лежащего вдоль образующей нижнего конуса приемной части воронки, к радиусу выходного цилиндрического отверстия воронки

,  где ,  .  (8)

Примем, что при отсутствии опрокидывающего момента (t1 = 0), вероятность западания предмета обработки, лежащего вдоль образующей нижнего конуса приемной части воронки, будет равна . При максимально возможном значении меры вероятности , вероятность западания предмета обработки, лежащего вдоль образующей нижнего конуса приемной части воронки, будет стремиться к единице, т.е. .

Дважды логарифмируя функцию (4) и решая полученную систему алгебраических уравнений относительно коэффициентов b и k для принятых значений и , получим выражение для вероятности западания

, (9)

где мера t определяется выражением (8).

Для условной вероятности отсутствия взаимного сцепления предметов обработки использовано известное выражение

,  (10)

где – угол трения скольжения предмета обработки о направляющие поверхности БЗУ и воронки.

Вероятность определим показательной функцией вида

, (12)

приняв в качестве «меры» вероятности отношение времени подхода предмета обработки к воронке в направлении от оси вращения роторного БЗУ к длительности одного оборота воронки . Тогда

(13)

где ; – безразмерные динамические параметры; 
– угловая скорость воронки БЗУ, рад/с.

При отсутствии вращения воронки ( = 0), когда , вероятность западания предмета обработки, лежащего вдоль образующей нижнего конуса приемной части воронки, в соответствии с формулой (12) будет стремиться к единице, т.е. , что вполне обосновано. Положим, что при равенстве времени подхода предмета обработки к воронке в направлении от оси вращения роторного БЗУ и длительности одного оборота воронки , когда вероятность западания предмета обработки, лежащего вдоль образующей нижнего конуса приемной части воронки, будет равна . Логарифмируя функцию (12) и решая полученное уравнение относительно коэффициента b для принятого значения , получим выражение для вероятности 

,  (14)

где мера t определяется выражением (13).

Вероятность определим функцией Гомперца (4), приняв в качестве «меры» вероятности квадрат отношения максимально возможной скорости потока предметов обработки на выходе БЗУ при одновременном негативном действии центробежных сил инерции от вращения воронки и транспортного вращения роторного БЗУ и максимальной скорости идеального потока предметов обработки на выходе БЗУ

(15)

Положим, что при невозможности выдачи предметов обработки из БЗУ вследствие действия на них значительных центробежных сил инерции, т.е. когда максимально возможная скорость потока предметов обработки на выходе БЗУ стремиться к нулю и, как следствие, вероятность выдачи также будет стремиться к нулю, т.е. При отсутствии вращения воронки и роторного БЗУ, вероятность выдачи будет стремиться к единице, т.е. .

Дважды логарифмируя функцию (4) и решая полученную систему алгебраических уравнений относительно коэффициентов b и k для принятых значений и , получим выражение для вероятности западания

, (16)

где мера t определяется выражением (15).

Совокупность математических выражений (6) – (11), (13) – (16) представляет собой аналитическую модель фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации для захвата тонких стержневых предметов обработки.

На рис. 5 представлена зависимость фактической производительности одной позиции роторного БЗУ с вращающейся воронкой от динамических параметров и для тонкого стержневого предмета обработки длиной м, отношением габаритных размеров предмета обработки при двух значениях коэффициента трения скольжения предмета обработки.

 

а) б)

Рис. 5. Зависимость фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся

воронкой от динамических параметров и для тонкого стержневого предмета обработки длиной м, отношением габаритных размеров при коэффициенте трения

скольжения предмета обработки о направляющие поверхности воронки:

а – = 0,15; б – = 0,45

На рис. 5 хорошо видно двойственное влияние центробежной силы инерции от транспортного вращения роторного БЗУ. Вначале при увеличении динамических параметров и (угловой скорости воронки) фактическая производительность роторного БЗУ по сравнению со стационарным БЗУ () увеличивается, достигая максимальных значений (на 20…25 % выше, чем для стационарного БЗУ) при некотором предельном значении , а затем начинает снижаться. При этом с увеличением динамического параметра такое увеличение производительности БЗУ идет интенсивнее.

По результатам компьютерного моделирования обоснована возможность достижения достаточно высоких уровней фактической производительности одной позиции роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации (не менее 70 шт./мин в зависимости от параметров загружаемых предметов обработки).

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований фактической производительности роторного БЗУ.

Для проведения экспериментальных исследований роторного БЗУ был разработан испытательный стенд (рис. 6). Экспериментальная конструкция 4 роторного БЗУ с вращающейся воронкой 7 устанавливалась на платформе 1 стенда. Платформа 1 смонтирована на вращающемся валу 3, на котором установлено также центральное зубчатое колесо 2, находящееся в зацеплении с зубчатой шестерней воронки 8 (передаточное отношение зацепления 6:1). Стенд оснащен регулируемым электроприводом 5, который позволяет с пульта управления 7 изменять угловую скорость вала 3 и платформы 1. Угловые скорости платформы и воронки измеряли с помощью электронного стробоскопа 6.

а) б)

Рис. 6. Общий вид (а) испытательного стенда и вид сверху (б) на БЗУ

Для экспериментов были выбраны два типа предметов обработки: латунные пустотелые стаканы отношением , длиной l = 0,06 м, массой
m = 3,010–3 кг, = 0,4 и стальные сплошные стержни с отношением , длиной l = 0,08 м, массой m = 31,010–3 кг, = 0,3.

По результатам экспериментов с помощью стандартного программного пакета CurvExpert 1.3 были построены аппроксимирующие функции зависимости фактической производительности одной позиции БЗУ от числа оборотов в минуту захватывающей воронки в виде полиномов второй степени для работы БЗУ в двух режимах: стационарном (рис. 7, а) и роторном (рис. 7, б).

а)  б)

Рис. 7. Аппроксимирующие функции (выходные графики пакета CurvExpert 1.3)

экспериментальной зависимости фактической производительности БЗУ ()

от числа оборотов в минуту захватывающей воронки  () для латунного пустотелого

стакана: а – в стационарном режиме ( = 0); б – в роторном режиме ( = nв/6, об./мин)

Сравнение полученных результатов с известными ранее (рис. 8) говорит о том, что предложенная аналитическая модель не только корректно описывает зависимость фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой для захвата тонких стержневых предметов обработки формы тел вращения от кинематических и динамических параметров БЗУ, но и обеспечивает относительную погрешность ( = 20…30 %) между теоретическими и экспериментальными значениями практически в 1,5…2 раза ниже, чем в случае использования ранее известной модели.

а)

б)

Рис. 8. Графики экспериментальной (1) и теоретической (2) зависимости

фактической производительности БЗУ в стационарном (а) и роторном (б) режимах

соответственно от динамического параметра z4 и z5 = z4R0/36d

при загрузке латунного пустотелого стакана

Результаты экспериментальных исследований производительности БЗУ с вращающейся воронкой для тонких стержневых предметов обработки в целом подтверждают выводы, полученные на основе компьютерного моделирования производительности роторного БЗУ по предложенной аналитической модели.

В четвертой главе представлена инженерная методика проектирования роторной САЗ, имеющей в своем составе БЗУ с вращающейся воронкой.

На основе общепризнанной концепции и практики проектирования роторных САЗ, имеющих в своем составе роторное БЗУ с вращающейся воронкой, разработана уточненная инженерная методика проектирования роторного БЗУ для захвата тонких стержневых предметов обработки, базирующаяся на результатах теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в рамках данной диссертационной работы, а также на результатах исследований других авторов и рекомендациях, приведенных в нормативно-технической документации. Основные этапы методики проектирования: параметрический синтез конфигурации вращающейся (захватывающей) воронки и роторного БЗУ, обеспечивающие создание роторной САЗ заданной производительности и требуемой эффективности, реализованы с использованием графического пакета КОМПАС-3D и программного пакета MathCad.

В диссертационной работе представлены возможные варианты компоновки захватывающей воронки с элементами её привода в едином автономном блоке захвата, а также аналитические выражения, описывающие условия компоновки блока захвата в роторном БЗУ усовершенствованной конструкции.

Новизна разработанных технических решений усовершенствованной конструкции вращающейся воронки и бункера роторного БЗУ в зоне захвата для тонких стержневых предметов обработки подтверждена двумя патентами РФ на полезные модели.

заключение и общие выводы

1. Обоснованы конструкция и рациональные геометрические параметры роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации, в котором приемная часть вращающейся воронки выполнена в виде двух усеченных конусов с уменьшающимися углами при вершинах, оси которых установлены наклонно к оси вращения воронки, а обечайка бункера роторного БЗУ в местах расположения вращающихся воронок выполнена в виде сегмента окружности, что обеспечивает захват тонких стержневых предметов обработки формы тел вращения с отношением габаритных размеров l/d > 6 и высоким коэффициентом трения скольжения о направляющие поверхности БЗУ.

2. Разработана усовершенствованная аналитическая модель фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой, в которой для получения адекватных и корректных математических описаний вероятностей, входящих в аналитическую модель, использована функция Гомперца с двумя асимптотами (y = 0; 1) и показательная функция с одной асимптотой (y = 0).

3. По результатам компьютерного моделирования обосновано, что при углах наклона образующей нижнего конуса захватывающей воронки усовершенствованной конфигурации не менее 70о и соотношении диаметра выходного отверстия воронки и наружного диаметра предмета обработки не менее 1,4 вероятность западания предмета обработки с отношением габаритных размеров 8…10 может быть обеспечена не менее 0,8.

4. Показано двойственное влияние центробежной силы инерции от вращения ротора БЗУ: с увеличением динамических параметров z4 и z5 фактическая производительность роторного БЗУ по сравнению со стационарным (z5=0) увеличивается, достигая максимальных значений на 20…25 % выше, чем для стационарного БЗУ, при некотором предельном значении [z5], а затем начинает снижаться, при этом с увеличением динамического параметра z4 такое увеличение производительности идет интенсивнее.

5. Выявлено существенное влияние на величины коэффициента выдачи и фактической производительности роторного БЗУ по всему диапазону изменения параметров z4 и z5 коэффициента трения предмета обработки: его увеличение с 0,15 до 0,45 приводит к снижению коэффициента выдачи и фактической производительности БЗУ в среднем на 40…50 %; также показано существенное влияние на фактическую производительность соотношения габаритных размеров и длины предмета обработки: для предмета обработки при z1=10 и l=0,08 м фактическая производительность роторного БЗУ более чем в 1,5 раза меньше, чем для предмета при z1=8 и l=0,64 м.

6. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность достижения высоких уровней фактической производительности одной позиции роторного БЗУ с вращающейся воронкой усовершенствованной конфигурации (не менее 70 шт./мин в зависимости от параметров загружаемых предметов обработки), что позволяет создавать роторные САЗ заданной производительности  с допустимыми габаритными размерами.

7. Сравнение полученных результатов с ранее известными показало, что предложенная аналитическая модель не только корректно описывает зависимость фактической производительности роторного БЗУ с вращающейся воронкой от её кинематических и динамических параметров, но и обеспечивает относительную погрешность ( = 20…30 %) между теоретическими и эксперимен-тальными значениями практически в 1,5…2 раза ниже, чем в случае использования ранее известной аналитической модели.

8. Разработана инженерная методика проектирования роторного БЗУ для захвата тонких стержневых предметов обработки, базирующаяся на результатах теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в рамках данной диссертационной работы, а также на результатах исследований других авторов и рекомендациях, приведенных в нормативно-технической документации. Основные этапы методики проектирования: параметрический синтез конфигурации вращающейся воронки и роторного БЗУ, обеспечивающие создание роторной САЗ требуемой производительности и эффективности, реализованы на основе графического пакета КОМПАС-3D и программного пакета MathCad.

Разработанные конструкции вращающейся воронки усовершенствованной конфигурации и бункера роторного БЗУ в зоне захвата, аналитическая модели и результаты исследований производительности роторного БЗУ, инженерная методика проектирования роторной САЗ переданы для практической реализации на ОАО «Тульский патронный завод» и филиал ОАО «Конструкторское бюро приборостроения» – «ЦКИБ СОО» (г. Тула), а также используются в учебном процессе на кафедрах Политехнического института Тульского государственного университета.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

  1. Ионов А.О. Роторные бункерные загрузочные устройства для захвата тонких стержневых предметов обработки формы тел вращения // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Материалы междунар. очно-заочной научно-техн. конф. «АПИР-15» в г. Туле 10-12 ноября 2010 г. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. С. 154-158.
  2. Ионов А.О. Обеспечение эффективности роторной системы автоматической загрузки для тонких стержневых предметов обработки // Молодежный вестник Политехнического института: сб. статей. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 117-119.
  3. Ионов А.О. Моделирование производительности роторного бункерного загрузочного устройства для тонких стержневых предметов обработки // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3. Труды IX Междунар. электрон. научно-техн. конф. «Технологическая системотехника». Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. С. 84-91.
  4. Ионов А.О., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности роторного бункерного загрузочного устройства для стержневых предметов обработки // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 2. Ч.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. С. 79-85.
  5. Ионов А.О., Прейс В.В. Регресcионные модели производительности роторного бункерного загрузочного устройства для стержневых предметов обработки // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 2. Ч.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. С. 98-106.
  6. Ионов А.О., Прейс В.В. Совершенствование аналитической модели производительности роторного бункерного загрузочного устройства с вращающейся воронкой // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 5. Ч. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 27-40.
  7. Ионов А.О., Прейс В.В. Автоматизация загрузки тонких стержневых заготовок в технологические роторные машины // Материалы ХV Междунар. научно-техн. конф. «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» в г. Севастополе 5-9 сентября 2011 г. Севастополь: СевНТУ, 2011. С. 51-53.
  8. Ионов А.О., Прейс В.В. Проектирование роторного бункерного загрузочного устройства с вращающимися воронками для тонких стержневых заготовок // Сб. трудов XVIII междунар. научно-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века» в г. Севастополе 12-17 сентября 2011 г. В 4-х томах. Донецк: ДонНТУ, 2011. Том. 2. С. 19-23.
  9. Ионов А.О., Прейс В.В., Токарев В.Ю. Экспериментальные исследования производительности роторного бункерного загрузочного устройства для тонких стержневых предметов обработки // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: Труды междунар. очно-заочной научно-техн. конф. «АПИР-16» в г. Туле 10-11 ноября 2011 г. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 14-20.
  10. Патент РФ 100941 на полезную модель. МПК8 B23 Q 7/02. Роторный автомат питания // А.О. Ионов, В.В. Прейс. Опубл. 19.01.2011. Бюл. № 1.
  11. Патент РФ 102556 на полезную модель. МПК8 B23 Q 7/02. Роторное бункерное загрузочное устройство для тонких стержневых заготовок // А.О. Ионов, В.В. Прейс. Опубл. 10.03.2011. Бюл. № 7.

Изд. Лиц. ЛР № 030300 от 12.02.97. Подписано в печать _______.

Формат бумаги 6084 1/16. Бумага офсетная.

Усл-печ. л. 0,93. Уч..изд..л. 0,8.

Тираж 80 экз. Заказ ___.

ФБГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

300012, г. Тула, пр-т Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ

300012, г. Тула, пр-т Ленина, 95.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.