.

Автоматизація процесів завантаження об’єктів типу тіла обертання на основі струменевих захоплюючих пристроїв: Автореф. дис… канд. техн. наук / В.Б.

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 1861
Скачать документ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
Севастопольський державний технічний університет

Савків Володимир Богданович

УДК 621.865.8 (088.8)

АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ЗАВАНТАЖЕННЯ ОБ’ЄКТІВ
ТИПУ ТІЛА ОБЕРТАННЯ НА ОСНОВІ СТРУМЕНЕВИХ ЗАХОПЛЮЮЧИХ ПРИСТРОЇВ

Спеціальність: 05.13.07.,
“Автоматизація технологічних процесів”

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Севастополь – 1999 р.
Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Проць Ярослав Іванович, завідувач кафедри автоматизації технологічних процесів і виробництв Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Копп Вадим Якович, директор департаменту приладобудування Севастопольського державного технічного університету;
кандидат технічних наук Плюснін Валерій Олексійович, генеральний директор Сімферопольського ВАТ “Оргтехавтоматизація”.
Провідна установа: Державний університет “Львівська політехніка” Міністерства освіти України.

Захист відбудеться “23” вересня 1999 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д50.052.02 при Севастопольському державному технічному університеті за адресою: 335053, м. Севастополь, Стрілецька балка, Студмістечко, корпус СевДТУ.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці СевДТУ за адресою: м. Севастополь, Стрілецька балка, Студмістечко, бібліотека СевДТУ.

Автореферат розісланий “20” серпня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., доцент О.М. Шерешевський
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Одним із найбільш ефективних шляхів вирішення транспортно-завантажувальних завдань автоматизованого виробництва є створення автоматичних механізмів, здатних виконувати на виробництві ряд допоміжних операцій. До них відносяться автоматичні маніпулятори і промислові роботи, експлуатаційна надійність яких в основному залежить від конструкції захоплюючого пристрою. Завдання створення конструктивно простих, економічних і надійних в експлуатації захоплюючих пристроїв, розробки теорії і методів їх розрахунку набуває особливого значення, якщо врахувати, що приблизно 40…45% відмовлень існуючих засобів завантаження припадає на невиконання ними операцій захоплення і відпускання об’єктів. Перспективним є застосування нових високопродуктивних і надійних сруменевих захоплюючих пристроїв (СЗП) об’єктів різної форми, ваги, фізичних та механічних властивостей, тому питання їх розробки і дослідження є актуальним завданням.
Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково-дослідної роботи кафедри автоматизації технологічних процесів і виробництв Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя при виконанні держбюджетної НДР ДІ 70-97.
Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягає в розробці та дослідженні високопродуктивних і надійних струменевих захоплюючих пристроїв для автоматизації процесів завантаження об’єктів типу тіла обертання різної ваги, фізичних та механічних властивостей.
Дана мета реалізується вирішенням наступних завдань:
– виявлення фізичних основ силової взаємодії різних за формою і напрямком струменів повітря із торцевою і циліндричною поверхнями об’єктів маніпулювання;
– проведення теоретичних і експериментальних досліджень силових, динамічних і витратних характеристик струменевих захоплювачів;
– розробки конструктивних схем струменевих захоплюючих пристроїв для захоплення об’єктів типу тіла обертання;
– оптимізації конструктивних параметрів струменевих захоплювачів;
– призначення технічних вимог до струменевих захоплювачів та визначення їх технічних характеристик;
– розробки методики розрахунку і проектування струменевих захоплювачів.
Наукова новизна одержаних результатів:
 вперше теоретично обгрунтовано аеродинамічний ефект взаємодії різних за формою і напрямком газових потоків з циліндричною поверхнею об’єктів маніпулювання;
 вперше систематизовано основні методи створення розрідження на торцевій та циліндричній поверхнях об’єктів, які дозволили створити методику побудови принципово нових схем струменевих захоплювачів;
 на основі теоретичних і експериментальних досліджень встановлено основні закономірності впливу геометричних параметрів соплових елементів та параметрів робочого середовища на силові, динамічні і витратні характеристики струменевих захоплювачів;
 розроблено конструктивні схеми струменевих захоплювачів для атоматичного завантаження об’єктів типу тіла обертання;
 запропоновано інженерну методику проектування і розрахунку струменевих захоплювачів.
Практичне значення отриманих результатів. Розроблені конструкції струменевих захоплюючих пристроїв, методика їх проектування і розрахунку мають практичне застосування при автоматизації процесів завантаження в умовах приладобудівної і машинобудівної промисловості.
Результати роботи впроваджені на Тернопільському державному заводі “Сатурн” для завантаження листових заготовок в прес і розвантаження готових виробів при автоматизації технологічного процесу виготовлення тарілок параболічних антен. Річний економічний ефект складає 34 тис. грн. в цінах 1998 року. Копії документів про впровадження наведені в додатках.
Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно, на основі власних ідей і розробок, а окремі досягнуті у співавторстві з працівниками за місцем роботи. Особистий внесок здобувача у роботах виконаних у співавторстві полягає в тому, що він приймав активну участь у постановці проблеми та методів її розв’язання [1], досягненні результатів теоретичних і експериментальних досліджень [24], розробці конструктивних схем СЗП [2…6], визначенні оптимальних конструктивних параметрів СЗП [35].
Апробація результатів дисертації. Дисертаційна робота обговорювалась на розширеному засіданні кафедри автоматизації технологічних процесів і виробництв та науково-технічному семінарі №4 Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя.
Основні результати роботи доповідались і обговорювались: двічі на І міжнародній науково-технічній конференції “Наука і освіта 98” (м. Дніпропетровськ, 1998р.); V науково-технічній конференції “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” (м. Хмельницький, 1998р.); двічі на ІІІ науково-технічній конференції “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні” (м. Тернопіль, 1998 р.).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 13 праць, у тому числі один патент на винахід.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 120 машинописних сторінках, складається із вступу, чотирьох розділів, списку літературних джерел із 134 назв, містить 79 рисунків, дві таблиці, а також додатки на 50 сторінках. Загальний обсяг роботи – 215 сторінок.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність теми роботи, визначена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів досліджень.
У першому розділі “Аналіз методів автоматичного завантаження об’єктів виробництва” викладено літературний огляд, у якому проаналізовано вимоги до автоматичних засобів завантаження та до їх захоплюючих пристроїв (ЗП), вказано на їх переваги та недоліки.
Дослідженнями встановлено, що ефективність застосування автоматичних пристроїв завантаження і надійність виконання ними тих чи інших технологічних операцій залежить від конструкції ЗП. Останні повинні забезпечувати надійне захоплення і утримання об’єктів маніпулювання (ОМ), стабільність базування, недопустимість пошкодження або руйнування ОМ, можливість захоплення і базування об’єктів у широкому діапазоні маси, розмірів і форми, легку їх заміну, можливість автоматичного регулювання зусилля утримування. Міцність ЗП повинна бути високою при малих габаритних розмірах і масі.
Вище перелічені вимоги визначають різноманітність конструктивних виконань ЗП, які залежать також від способу утримування ними ОМ і привідних пристроїв, в якості яких можуть виступати електро-, пневмо- або гідропривід.
Найбільш широко в конструкціях сучасних промислових роботів використовують затискні механічні ЗП. Вони дозволяють захоплення об’єктів у порівняно широкому діапазоні розмірів, форми і маси, проте не завжди забезпечують необхідне положення ОМ при завантаженні і транспортуванні, не виключають пошкодження поверхні об’єкта в місцях контакту, не повністю задовільняють вимоги до надійності захоплення ОМ, розміри і форма яких змінюється після обробки. Більш широкими технологічними можливостями володіють камерні ЗП, які як правило використовуються для захоплення крихких і нежорстких об’єктів складної форми, із значним відхиленями розмірів. Вони забезпечують необхідну жорсткість, пристосованість до форми об’єкта і рівномірний розподіл зусиль затиску по поверхні ОМ. Недоліком камерних ЗП є низька довговічність, неможливість захоплення забруднених та нагрітих ОМ, а також низькі силові характеристики.
Набувають поширення магнітні і вакуумні ЗП, область застосування яких обмежена з ряду причин. Так, наприклад, магнітні (електромагнітні) ЗП придатні для ОМ тільки із намагнічуваних матеріалів. Іншими недоліками магнітних ЗП є залишковий магнетизм і захоплення сторонніх частинок (стружка та інше), здатних пошкодити поверхню ОМ. Загальним недоліком вакуумних ЗП є низька надійність фіксації ОМ, що може привести до інерційного зміщення об’єкта відносно присосу. Крім цього, виконання присосів з еластичного матеріалу не дозволяє здійснити точне позиціювання через їх пружню деформацію під дією ваги захопленого ОМ.
Протягом останіх років набувають поширення струменеві захоплюючі пристрої (СЗП), які діляться на чотири типи: “сопло з плоским торцем”, ежекційні, вихрові та опірні. Перевагою перших трьох типів СЗП є те, що вони здійснюють безконтактне утримування плоских ОМ. Опірні СЗП можуть здійснювати накопичення ОМ, але в зв’язку з низькими силовими та високими витратними характеристиками застосовуються рідко.
Аналіз робіт в області створення СЗП “сопло з плоским торцем” та ежекційного типу вказує на відсутність узагальненої методики інженерного розрахунку, так як приведені в цих працях теоретичні викладки дійсні у вузькому діапазоні зміни конструктивних параметрів та тисків живлення. Не досліджувався характер силової взаємодії струменя повітря з циліндричною поверхнею ОМ, не виявлено впливу параметрів шорсткості захоплюваних ОМ на величину аеродинамічного ефекту, відсутні рекомендації по вибору оптимальних конструктивних параметрів СЗП. Тому дослідження з метою розробки нових конструкцій СЗП з високими статичними та динамічними характеристиками, довговічністю, надійністю, низькою собівартістю і економічністю представляють практичний інтерес. Розроблені СЗП при своїй конструктивній простоті дозволяють: захоплення крихких, гнучких, нежорстких, нагрітих, забруднених, з покриттями та інших ОМ типу тіла обертання; високу точність базування і центрування ОМ; поєднання в одному пристрої функції захоплення, орієнтації і контролю ОМ; здійснювання технологічних операцій миття, сушіння, підігріву і охолодження ОМ; автоматичне регулювання в залежності від ваги ОМ, силових і витратних характеристик.
У другому розділі “Теоретичні дослідження статичних, динамічних і витратних характеристик струменевих захоплювачів автоматичних пристроїв завантаження” теоретично обгрунтовано аеродинамічний ефект взамодії різних за формою і напрямком газових потоків з твердим тілом, виявлено фізичні основи силової взаємодії сформованого сопловими елементами струменя із циліндричною поверхнею, проведено системний аналіз основних методів створення розрідження на торцевій і циліндричній поверхнях ОМ, на основі цих методів розроблено методику побудови СЗП різних модифікацій та досліджено їх статичні, динамічні та витратні характеристики.
В основу розроблених конструкцій СЗП покладено ефект виникнення аеродинамічної сили. Він полягає у взаємодії витікаючого із екранованого сопла струменя повітря з поверхнею ОМ. Величина результуючої силової дії струменя повітря на поверхню об’єкта, суттєво залежить від відстані h між торцями сопла і ОМ (рис. 1). Витікаючий із сопла струмінь, направлений у сторону ОМ, віддаленого від торця сопла на величину h>15 мм, діє на нього реактивною відштовхуючою силою (зона 1). При зменшенні відстані між торцями СЗП та ОМ переважаючою у порівнянні з реактивною стає присмоктуюча дія струменя (зона 2), яка досягає максимуму при відстані між ними hопт=0,16…0,3 мм (зона 3).
Захоплення ОМ вагою Gом з максимальної відстані hmax відбувається при умові F(hmax)Gом (при Gом0 hтах6…7 мм). Коли дана умова виконується, ОМ під дією зростаючої аеродинамічної сили рухається в напрямку торця захоплювача. При h1 мм значення статичного тиску Рс на поверхні об’єкта навпроти сопла стале і приблизно рівне Рк, тому сила від дії цього тиску визначається формулою:

Реактивну силу струменя повітря визначають за формулою:

. (6)

В роботі розроблено ряд центруючих СЗП ежекційного типу. Схема СЗП, призначеного для захоплення об’єктів типу “стакани”, наведена на рис. 3. Сила F притягування стакана струменевим захоплювачем пропорційна величині розрідження Рв=Ра–Рт на торці конічної тарілки (силою в’язкого тертя потоку повітря до поверхні ОМ можна знехтувати):

,

де Рт – абсолютний тиск в порожнині стакана; dом – діаметр об’єкта маніпулювання.
Абсолютний тиск Рк в камері захоплювача, який забезпечує необхідну величину тиску Рт, визначається за формулою:
,

де – площа поперечного перерізу кільцевого зазору, утвореного внутрішньою поверхнею об’єкта маніпулювання і бічною поверхнею захоплювача; dз – діаметр захоплювача; щ – коефіцієнт швидкості, який характеризує втрати питомої енергії потоку в кільцевій конічній щілині висотою hщ; – площа поперечного перерізу кільцевої конічної щілини; rз – радіус СЗП; lз – довжина активного зазору захоплювач-об’єкт; з, ом – середні значення коефіцієнтів в’язкого тертя повітря до поверхонь СЗП та ОМ відповідно.
При роботі з об’єктами різної ваги виникає потреба регулювання силових і, як наслідок, витратних характеристик СЗП. У роботі запропоновано ряд методів регулювання, які базуються на використанні вмонтованих змінних дроселів та клапанів, наведено конструкцію СЗП з можливістю автоматичного регулювання масових витрат повітря в залежності від ваги ОМ, виведено формули для розрахунку тиску в камері СЗП в залежності від магістрального тиску та параметрів соплових і дроселюючих елементів.
Дослідження динамічних характеристик полягає в аналізі перехідних процесів у підвідних трубопроводах та камері СЗП, аналізі параметрів руху об’єкта до торця СЗП, які визначаються диференціальним рівнянням

,

де mом – маса ОМ; – прискорення ОМ; F – сила притягування, яка є функцією текучої відстані х між торцями СЗП та ОМ; Fло – сила лобового опору, пропорційна квадрату швидкості ; Gом – вага ОМ.
У результаті розв’язку диференціальних рівнянь перехідних процесів та руху об’єкта визначено максимальний час tтах спрацювання СЗП, який є сумою: часу t1 спрацювання розподільчого пристрою; часу t2 поширення хвилі тиску від розподільчого пристрою до камери СЗП; часу t3 перехідного процесу, тобто наповнення підвідного трубопроводу та камери СЗП; часу t4 руху ОМ до торця СЗП.
У третьому розділі “Експериментальні дослідження струменевих захоплювачів автоматичних пристроїв завантаження” викладена методика проведення експериментальних досліджень, описані конструкції експериментальних установок, апаратура для вимірювання і реєстрації результатів досліджень, викладена методика статистичної обробки експериментальних даних, а також результати досліджень.
Для проведення досліджень були виготовлені декілька типорозмірів СЗП різних груп та розроблені дослідні установки. Експериментальним дослідженням підлягали такі фактори: характер розподілу тиску в радіальному, концентричному і ексцентричному зазорі, утвореному взаємодіючими поверхнями СЗП та ОМ; характер силової взаємодії струменів повітря, направлених паралельно, перпендикулярно чи під кутом до осі ОМ, з торцевою і циліндричною поверхнями ОМ; витратні характеристики СЗП; динамічні показники СЗП.
Регульованими в процесі експериментальних досліджень були прийняті наступні фактори: тиск живлення СЗП; геометричні параметри соплових елементів (діаметр сопла, товщина щілини виміряна в нормальному до її стінок напрямі, довжина та ширина щілини, кут нахилу щілини відносно осі СЗП); геометричні параметри зазору (радіального, концентричного, есцентричного); конструктивні параметри ОМ (зовнішній та внутрішній діаметри, довжина); параметри шорсткості поверхонь ОМ, з якими взаємодіє потік повітря; умови підводу стиснутого повітря в камеру СЗП.
У результаті досліджень параметрів газового потоку отримано формулу для визначення радіуса стрибка тиску в зоні торця корпуса ежекційних СЗП.
При дослідженні силових характеристик СЗП соплового типу встановлено: діапазон ефективних значень радіуса сопла 0,3 ммrс

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019