Исследование механизма расправки листовых материалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.01, 675.01

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА РАСПРАВКИ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Г.А. Бахадиров

Институт механики и сейсмостойкости сооружений им. М.Т. УразбаеваАНРУз, г. Ташкент, Узбекистан

Представлена членом редколлегии профессором Ю.В. Воробьевым

Ключевые слова и фразы: кривошипно-коромысловый механизм; листовой материал; механизм расправки; расправка складок; степень свободы; струнный транспортер.

Аннотация: Исследуется устройство для транспортировки и расправки листовых материалов в зону обработки на основе пятизвенного кривошипно-коромыслового механизма с двумя степенями свободы. В общем случае определены координаты подвижной опоры, которая является основным рабочим органом устройства. Построены графические зависимости в математической среде МаШСЛБ.

Обозначения

1Х, 12 , 13 , 14, 15 - длины звеньев механизма, м;

1 - вектор, модуль которого переменный и соответствует расстоянию О О , соединяющее концы кривошипа 12 и коромысла

15 , м;

13 и 14 - векторы, модули которых равны длинам шатунов 13 и 14 , м;

М - точка, находящаяся на подвижной опоре 7 механизма;

Ох и Оу - неподвижные, О' х и О'у -подвижные координатные оси;

Оху и О'х у - неподвижная и подвижная

системз декартовых координат;

х, у и х’, у’ - координаты произвольной точ-

ки механизма относительно Оху и О'х'у', соответственно;

х2 , у2 и х4 , у4 - координаты точек О' и О , соответственно, в Оху ; х3 и у3 - координаты точкиМв О'х'у ; а - угол поворота координатных осей системы О'х'у относительно координатных осей системы Оху , рад; у - угол между рабочей поверхностью подвижной опоры и плоскостью, образуемой струнами, рад;

ф1 - постоянный угол между Ох и 1!, рад; ф2 - угол вращения кривошипа 12, рад; ф5 - угол поворота коромысла 15, рад; р - половина периметра треугольника

О'О" М , м.

Основными направлениями совершенствования оборудования легкой, в частности, кожевенной промышленности является создание проходного оборудования для автоматизированных поточных линий. Повышение эффективности использования оборудования, улучшение условий труда, повышение его производительности и качества во многом зависит от механизации загрузки и разгрузки проходных машин. Проходные машины обрабатывают листовой материал за один проход и хорошо вписываются в автоматические линии с большой производительностью [1 - 3].

Загрузка проходного оборудования в основном осуществляется специальными транспортирующими конвейерами для подачи листового материала в зону обработки технологической машины. В этих машинах расправка продольных и поперечных складок и загибов обрабатываемого листового материала осуществляется на транспортирующем конвейере в основном вручную [3, 4].

Транспортирующие и подающие устройства вновь создаваемых машин должны обладать всеми преимуществами существующих машин, устранить имеющиеся недостатки, прежде всего, обеспечивать транспортировку и подачу любого листового материала без складок и загибов в зону обработки технологической машины [4, 5].

Для осуществления расправки складок листового материала нами предлагается устройство для транспортировки и расправки листового материала в зону обработки, которая позволяет расправить складки листового материала по всем направлениям плоскости обработки (рис. 1) [6]. Устройство содержит ведущий 1 и ведомый 4 валы, огибаемые замкнутыми струнами 2, транспортер, соединенный с приводом и размещенный между замкнутыми струнами 2, подвижную опору 7, установленую на станине 5 посредством кривошипа 9, шатуна 8, и коромысла 6 с возможностью колебательных движений. Рабочая поверхность подвижной опоры 7 снабжена упругими наклонными колками 3 и установлена относительно плоскости, образуемой струнами 2 под углом у, при этом вершина угла, образованного в пересечение продолжении плоскости струн 2 с рабочей плоскостью подвижной опоры 7, расположена на выходном участке струнного транспортера. При этом подвижная опора 7 может быть образована из двух наклонных подпружиненных плоскостей (частей), линия пересечения которых расположена на продольной оси струнного транспортера, проходящей по середине ведущего 1 и ведомого 4 валов.

Колки 3 имеют наклон в сторону входа обрабатываемого листового материала от линии пересечения наклонных частей подвижной опоры 7, к ее краям. Угол наклона колков 3 и их направление симметричны относительно линии пересечения наклонных частей подвижной опоры 7 продольной оси струнного транспортера. При этом углы наклона колков 3 увеличиваются по направлению движения струнного транспортера и перпендикулярные к ней - от краев к линии пересечения наклонных частей подвижной опоры 7. Причем свободные концы колков 3 установлены на одном уровне ниже плоскости, образуемой струнами транспортера, при этом высота колков 3 по направлению движения струнного транспортера, т.е к выходу, уменьшается (см. рис. 1), а в поперечном сечении струнного транспортера симметрично увеличивается от линии пересечения наклонных частей подвижной опоры 7 к ее краям.

При транспортировании листового материала в зону обработки технологической машины он укладывается на струнный транспортер. Подвижная опора 7, совершая колебательное движение, несет на своей рабочей поверхности упругие наклонные колки 3. При этом упругие наклонные колки 3 периодически выступают над уровнем, образуемым замкнутыми струнами 2, и утопают. В момент,

когда свободные концы наклонных колков 3 выступают над уровнем замкнутых струн 2, они соприкасаются с поверхностью листового материала. При этом в элементарной площадке соприкосновения колков 3 с листовым материалом возникают силы, способствующие расправке складок листового материала, направленные в сторону наклона колков 3. При этом наличие наклона колков 3 от линии пересечения наклонных частей подвижной опоры 7 к ее краям обеспечивает расправку складок обрабатываемого листового материала в поперечном относительно струн направлении. При подъеме подвижной опоры 7 силы расправки увеличиваются за счет упругости колков 3.

Симметричное расположение упругих наклонных колков 3 относительно продольной оси струнного транспортера позволяет расправлять складки листового материала по всем направлениям относительно линии пересечения наклонных частей подвижной опоры 7.

При работе устройства, когда у = 0 , складки обрабатываемого листового материала по направлениям струн 2 перемещаются на равные расстояния посредством упругих колков 3. При у > 0 перемещения складок листового материала увеличиваются от выходного участка струнного транспортера к входному. Значения Y подбирается в зависимости от физико-механических свойств и коэффициента расправляемости листового материала. Это позволяет интенсифицировать процесс и улучшить качество расправки.

Кроме циклических движений подвижной опоры 7, высота и угол наклона колков 3 определяют эффективность расправки складок листового материала. Упругость колков 3 зависит от физико-механических свойств листового материала, а их геометрические размеры определяются с учетом коэффициента расправляемо-сти K. Коэффициент расправляемости представляет собой увеличение площади листового материала, т.е. разность между его площадью в расправленном положении Н1 и в нерасправленном (со складками) Н2, отнесенную к площади листового материала в нерасправленном положении Н2 [7], т.е.

H - H 2

K =—-------

H 2

где K определяется экспериментально. К примеру, для кожполуфабриката, с учетом его влажности W, коэффициент расправляемости K определяется из эмпирической зависимости

^ 0,32W -14,57

K =--------------.

W - 34,82

Для овчины хромового дубления при W = 70 K = 0,22 [7].

В устройстве (см. рис. 1) для создания колебательных движений применен пятизвенный кривошипно-коромысловый механизм с двумя степенями свободы [8].

Для выбора режимов и параметров устройства рассмотрим движение механизма в неподвижной системе декартовых координат Oxy (рис. 2). Для определения движения точки М механизма проведем подвижную систему координат О'х'у' с началом в точке О' и ось абсцисс направим по О'O".

В общем случае координаты точек в неподвижной системе координат Oxy через подвижные системы координат О'х'у' пишутся [9] (см. рис. 2):

I x = x ' cos a - y' sin а +12 cos ф2 ,

] , • , ' • (D

[ y = x sin a- y cos a +12 sin Ф2.

Выделим контур О'О" М и представим его стороны в виде векторов. С учетом условия замкнутости векторов имеем

1з +14 = 1, (2)

где величина 1 определяется из соотношения

Из рис. 2 получаем

l = -\/(x4 -x2 )2 +(У4 -У2 )2

x2 = I2 cosФ2 ,

У2 = 12 sin Ф2 ,

x4 = I1 cos Ф1 +15 cos Ф5 ,

y4 = 11 sin ф1 +15 sin Ф5 .

Также из рис. 2 имеем

Отсюда получаем

l cos a = x4 - x2 , l sin a = У4 - У2 .

cos a = -

sin a =

l

У4 - У2 l

(3)

(4)

(5)

Теперь определим координаты точки М основного исполнительного органа -подвижной опоры 7 на подвижной системе координат О'х'у' из рис. 2 [10]:

x3 =V12 - y32

, 2^р(р-1)(р-13)(р-14)

у3 =-----------------------•

3 l

(6)

xа - x

где ^р ( р-1)( р-13)( р-14) - площадь контура O’O”M .

l + 1q +14

р=<7>

Подставляя (3) и (4) в (7), получим

^(11 cosф +15 cosФ5 -12 cosФ2 )2 +(11 sinФ1 +15 sinФ5 -12 sinФ2 )2 +13 +14

р=--------------2--------------, (8)

подставляя также (3), (4) и (8) во второе уравнение системы (6), получим

2 К

У3 =

^( +15 cosФ5 -b с Ф2 >2 +Q, S.n( + ,5 anф5 - b s.nф2 )2 +13 +14 •^(11 cosФ1 +15 cosФ5 -12 cosФ2 )2 +(11 sinФ1 +15 sinФ5 -12 sinФ2 )2

(^С,^ф, + ^Ф5 -^Ф2)2 t^smф, +^srnФ5 -МшФ2)2 +13 +Ц -L

(11 cos ф, +15 cos Ф5 - 12 cos Ф2 )2 + (1, sin ф, +15 sin Ф5 -12 sin Ф2 )2 )x

2 ^ (1, cos ф, +15 cos Ф5 - 12 cos Ф2 )2 + (1, sin ф, +15 sin Ф5 -12 sin Ф2 )2 +14

(9)

Получили функциональные зависимости вида

fx3 = x3 (ф2 ,Ф5 ).

Ы = y3 (2, Ф5).

Таким образом, в общем случае координаты любой точки звеньев 13 и 14 определяются углами ф2 и ф5, т.е.

Ix ' = x3 (ф2,Ф5 ),

I , ,(2 5\ (,0)

[у = У3 (Ф2 , Ф5 ).

Далее, подставляя (4) в (3), получим

l = ^(1, cos ф, +15 cos Ф5 -12 cos Ф2 )2 + (1, sin ф, +15 sin Ф5 -12 sin Ф2 )2 .

(11)

Подставляя (4) и (11) в (5), получим

cos а =

•^(l1 cosф1 + 15 cosф5 - 12 cosф2)2 +(l1 sinф1 + 15 sinфЗ - 12 sinф2 )2

sin а =

11 sin ф1 + 15 sin фЗ - 12 sin ф2

^(l1 cos ф1 + 15 cos фЗ - 12 cos ф2 )2 + (l1 sin ф1 + 15 sin фЗ - 12 sin ф2 )2

Обозначая cos а = f1 (t), sin а = f2 (t) и подставляя (12) и (1Q) в (1), получим функцию положения точки М механизма в неподвижной системе координат относительно углов фг и фЗ :

|x = x ' (фг , Ф5 )) (фг ,Ф5 )-У (фг ,Ф5 )f2 (Фг ,Ф5 ) + 12 cosФг , [У = x ' (фг, Фз ) f2 (Фг, Фз )- У (Фг, Фз )f1 (Фг , Фз ) + 12 sin Фг .

(13)

По полученным формулам в математической среде Mathcad [11] построены графические зависимости, которые приведены на рис. 3 - 5.

4.5

13.5

18

Рис. 3 График изменения х(ф2, ф5):

при 11 = 1,1; 12 = Q,1; 13 = Q,8; 14 = Q,1; 15 = Q,6; ф1 = п/18; ф2 = Q^2^; ф5 = п/2 ± п/18

Рис. 4 График изменения у(ф2, ф5):

при 11 = 1,1; 12 = Q,1; 13 = Q,8; 14 = Q,1; 15=Q,6; ф1 = п/18; ф2 = Q.^^ ф5 = п/2 ± п/18

Рис. 5 График изменения х(ф2, ф5 ) от у(ф2, ф5 )

x

9

У

у

x

На рис. 3 - 5 показаны графики соответствующие одному полному периоду движения точки М при определенных параметрах механизма расправки. Здесь траектории точки М определены по заданным законам движения входных звеньев, т.е. кривошипа 12 и коромысла 15. Варьируя геометрическими и кинематическими параметрами в математической среде MathCAD можно получить различные законы движения точки М, или же решая обратную задачу [8], т.е., задаваясь координатами точки М можно получить кинематические параметры входных звеньев.

Таким образом, из инженерных расчетов подбираются геометрические размеры подвижной опоры 7, кривошипа 9, шатуна 8 и коромысла 6. Законы движения кривошипа 9 и коромысла 6 можно определить экспериментально или по заранее заданному закону движения подвижной опоры 7. Также законы движения кривошипа 9 и коромысла 6 можно взаимосвязать с помощью передаточного механизма с заранее заданными зависимостями; при этом закон их движения выразится через угол вращения или поворота одного из них [8].

Список литературы

1. Афанасьев В.В., Виницкий Д.Б. Повышение эффективности использования оборудования кожевенных заводов. - М.: Легпромбытиздат, 1988. - 144 с.

2. Джалилов А.Х., Досхожаев Д.Т., Мынбаев М.Т. Автоматизированное оборудование и средства робототехники в легкой промышленности. Алма-Ата: “Рау-ан”, “Демеу”, 1994. - 26 с.

3. Бахадиров Г. А. Механизмы транспортирования и расправления кожполу-фабриката. Техника машиностроения. - 2002. - № 2. - С. 10 - 14.

4. Справочник кожевника (Оборудование) / Большаков П.А., Виницкий Д.Б., Копейкин В.С. - М.: Легпромбытиздат, 1985. - 312 с.

5. Фомин Ю.Г., Кузнецов Г.К., Киселев И.А. Конструкция и расчет механизмов валковых машин для обработки тканей. - Иваново: Ив. Гос. текстильная академия, 1994. - 196 с.

6. А.с. №1756360 (СССР). Устройство для транспортировки и расправки листового материала в зону обработки / Г.А.Бахадиров. - 1992. - Б.И. № 31.

7. Бахадиров Г.А. Экспериментальное определение коэффициента расправ-ляемости кожполуфабриката. Узбекский журнал. Проблемы механики. - 2000. -№1. - С. 91 - 94.

8. Rizaev A.A., Bahadirov G.A., Ma1ikov R.H. Kinematica1 Investigations of the Five-Link Lever Mechanism. Contemporary Research in Theorectica1 and App1ied Mechanics Proceedings. 14th Nationa1 Congress of Theorectica1 and App1ied Mechanics. ISBN 0-9721257-0-1. App1ied Dynamic 3 session (W2M). (June 23-28, 2002), USA, B1acksburg, Virginia Po1ytechnic Institute and State University, pp. 507 -508.

9. Ефимов Н.В. Краткий курс аналитической геометрии. - М.: Наука, 1975. -

72 с.

10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. - М. Наука, 1964. - 608 с.

11. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. MathCAD 7.0 в математике, физике и в Internet. - М., 1998. - 327 с.

Research of Mechanism of Sheet Materials Straightening G.A. Bakhadirov

Institute of Mechanics and Seismo-Resistance of Structures afterM.T. UrazbaevASRUz, Tashkent

Key words and phrases: crank-rocker mechanism; sheet material; straightening mechanism; hipped plate straightening; degree of freedom; string conveyor.

Abstract: The device for transporting and straightening sheet materials to the processing zone on the basis of five-unit crank-rocker mechanism with two degrees of freedom is examined. Coordinates of moving base, which is the key working part of the device are determined in general. Graphic dependencies in mathematical medium MatchCAD are made.

Untersuchung des Mechanismus der Glattung von Blechstoffen

Zusammenfassung: Es wird die Einrichtung fur die Transportierung und die G1attung von B1echstoffen in die Bearbeitungszone aufgrund des funfg1ieder1ichen Bo-genschubkurbe1triebes mit den zwei Beweg1ichkeitsgraden untersucht. Die Koordinaten des G1eit1agers, das a1s Hauptbetriebsorgane dieser Einrichtung gi1t, sind bestimmt. Es sind die graphischen Abhangigkeiten im mathematischen Medium MathCAD aufge-baut.

Etude du mecanisme du deroulage des toles

Resume: Est etudie le dispositif pour le trasport et le deroulage des toles dans la zone du traitement a la base du mecanisme a manivelle et a levier oscillant a cinq elements avec deux degres de liberte. Dans le cas general sont definies les coordonnes de l’appui mobile qui est l’organe essentiel de travail du dispositif. Sont construites les dependences graphiques dans le milieu mathematique MathCAD.