CC BY
16
УДК 658.562:621.9
ПРОГРАММНЫЙ МОДУЛЬ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА БУНКЕРНОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ВОРОНКОЙ НА ЗАДАННУЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
М.К. Галонска, В.В. Прейс
Рассматривается программный модуль параметрического синтеза бункерного загрузочного устройства с вращающейся воронкой на заданную производительность. Построение программного модуля базируется на оригинальной математической модели производительности, разработанной соавторами.
Ключевые слова: бункерное загрузочное устройство, вращающаяся воронка, производительность, параметрический синтез, программный модуль.
Автоматическая загрузка технологических роторных машин (РМ) штучными предметами обработки с производительностью до 300...400 шт./мин может осуществляться стационарными системами автоматической загрузки (САЗ), а с более высокой производительностью - роторными САЗ, представляющими собой многопозиционные непрерывно вращающиеся системы, построенные по принципу технологических РМ [1 - 3].
Надежность любой технологической РМ, а особенно сборочной РМ, во многом определяется надежностью роторной САЗ, которая на стадии проектирования обеспечивается рациональным выбором её расчетных технических параметров с учетом функциональных и параметрических отказов САЗ и эффективной стратегии обслуживания. Перспективным направлением повышения надежности роторных САЗ является создание резервированных систем методами замещения с ненагруженным или нагруженным резервом [4 - 8].
В структуре роторных САЗ широко применяют бункерные загрузочные устройства (БЗУ) с захватывающими органами в виде вращающихся воронок, теоретические основы проектирования и расчета которых были представлены в работах [9 - 12]. Авторами обосновано, что наиболее эффективным способом, позволяющим интенсифицировать процесс захвата предметов обработки, является подбор рациональной конфигурации приемной части вращающейся воронки, в общем случае, криволинейного профиля, поскольку это не требует введения никаких дополнительных элементов в захватный механизм БЗУ [13]. Математическая задача поиска рациональной конфигурации приемной части воронки формулировалась следующим образом: подобрать вид аналитической непрерывной функции, описывающей образующую приемной части воронки, и найти такие её параметры, которые удовлетворяют принятым конструктивным ограничениям и обеспечивают экстремальное значение критерия выбора [14].
Захватные механизмы БЗУ с вращающимися воронками криволинейного профиля более производительны, надежны и экономичны. Они обеспечивают расширение технологических возможностей роторных БЗУ по захвату различных типоразмеров осесимметричных предметов обработки формы тел вращения и наилучшие условия для унификации конструкций захватных механизмов БЗУ. Применение БЗУ с вращающимися воронками позволяет создавать эффективные роторные САЗ, обеспечивающие требуемую фактическую производительность в рациональных габаритах системы [15 - 17].
При проектировании БЗУ с вращающейся воронкой решаются следующие задачи параметрического синтеза БЗУ: исходя из физико-технических параметров загружаемых предметов обработки, обеспечить выбор рациональной конфигурации приемной части воронки и её геометрических параметров, а затем определить частоту вращения воронки, обеспечивающую требуемую фактическую производительность БЗУ.
С целью автоматизированного выбора рациональной конфигурации приемной части воронки, имеющей криволинейный профиль или составленной из двух сопряженных конусов, предназначенной для захвата рав-норазмерных или близких к ним предметов обработки, был разработан программный модуль параметрического синтеза [18]. Программный модуль разработан с использованием стандартного пакета Visual Basic 6.0 по аналогии с известными программными продуктами и содержит большой набор сервисных функций, необходимых для повышения производительности расчетов и упрощения организации работы конструктора.
Программный модуль предусматривает работу в режимах расчета методом оптимизированного дискретного перебора и верификации. Расчет методом оптимизированного дискретного перебора позволяет определить параметры функций, формирующие оптимальные конфигурации, соответствующие им геометрические размеры воронки и значения критериев выбора. Исходными данными для расчета служат параметры предмета обработки: длина l, диаметр d, масса m, коэффициент трения скольжения ^тр, продольное положение центра масс.
В режиме верификации проводится детальный анализ результатов, полученных методом оптимизированного перебора: корректировка параметров функций, анализ влияния параметров на геометрические размеры воронки, графическое построение конфигурации воронки и схем для определения частных критериев выбора, распечатка результатов. Имеется возможность сохранения рассчитанной базы в отдельном текстовом файле для возврата к данному расчету без необходимости повторного ввода исходных данных и повторного проведения расчета.
После выбора эффективной конфигурации приемной части вращающейся воронки переходят к определению частоты вращения воронки, обеспечивающей требуемую производительность БЗУ.
Фактическая производительность [шт./мин] однопозиционного БЗУ с захватывающими органами в виде вращающихся воронок
Пф = стах ю • П:
(1)
где стах - максимальное число предметов обработки, которое может быть захвачено одной воронкой за один кинематический цикл; ю - частота вращения воронки, об./мин; п - коэффициент выдачи БЗУ.
Коэффициент выдачи БЗУ определим как произведение «условных вероятностей перехода» (по определению проф. М.В. Медвидя)
5
Л = П Рг. (2)
г =1
Вероятность р1 перевода предмета обработки из устойчивого положения поперек выходного отверстия воронки в положение вдоль образующей приемной части воронки, благоприятное для захвата представим в виде выражения
- 4,6е ~61КР
Р1
(3)
0!
где К р = —— критерий, характеризующий возможность перевода предме-02
та обработки из устойчивого положения поперек входного отверстия воронки в положение вдоль образующей приемной части воронки, благоприятное для захвата, следующего отношения; 01 = (р/ 2 - а уд) - угол, характеризующий положения предметов обработки в зоне захвата, при которых возможно удаление поперек лежащего предмета обработки; а уд - минимальное значение угла наклона образующей приемной части воронки, при котором возможно удаление поперек лежащего предмета обработки под действием предмета, находящегося на поверхности приемной части; 02 = (р/2 -абунк)- угол, характеризующий все возможные положения
предметов обработки в зоне захвата; абунк - угол наклона образующей
конического дна бункера БЗУ.
Величину угла ауд определяют, решая уравнение
4 «уд + 2 в 3 «уд + 2 2 С 2
1 - 2 А
. Су
tg
2 а уд 2
я а
С
уд
где
А
= (1 +
1 тр )
1 -
2
Цс1
+ tgф
1 тр
tgф; в = (1 + т тр)
1 -
2
т
+1 = 0
(4)
+
1 тр
tgф
с=т
тр
2 +
1 -|4р )tgф-(l + |4р )у2
tgф
; ф = 50 ...60 .
<
>
Вероятность р2 западания в выходное отверстие воронки предмета обработки, находящегося в благоприятном положении, определяют как
-6,1Км с
КМср -
Р2 - е
2
- 4,6е
(Ввх + Ввых
X
[ср
N
I (М х),
т-1_
N
(5)
(6)
где Ввх - входной диаметр приемной части воронки; Ввых - выходной диаметр приемной части воронки на расстоянии Ь = (1,1...2 ) I от входа в воронку (Ь - длина приемной части воронки); N - число расчетных положений предмета обработки на всем протяжении её возможного перемещения по образующей приемной части воронки из начального положения в конечное; (Мх), - сумма моментов сил относительно ,-й точки касания
предмета обработки о поверхность приемной части воронки.
Сумму моментов (Мх), сил относительно ,-й точки касания для
симметричного предмета обработки определяют по выражению
(М х)
mg
х, +
В
вых
•Бта
2 2
— Ц тр
2ц трБ1паг- +1
1
-сова,- +
2 -
X
т тр
)с
ова,-
X
х, +
;увых 2
(вта,- — т трСова,-)— й
(7)
)
С л, Л
где а,- - агС^
-Л
йу йх
Вероятность рз того, что захвату предметов обработки не помешает их взаимная сцепляемость, характеризуемая их геометрической формой и величиной коэффициента трения между сопрягающимися поверхностями предметов для цилиндрических предметов обработки определяют по известной зависимости
агС^ т тр 0,9 +1,41 рз -1--^ X-^. (8)
р 1 + 21
й
Вероятность р4 вероятность того, что процесс захвата предметов обработки произойдет в течение одного кинематического цикла работы (одного оборота) захватывающей воронки определяют по выражению
160
р4 =-1 l -, (9)
а1стахт/ dK w
2^(sin абунк -mтр cos aбунк) где « - эмпирический коэффициент, учитывающий приближенный харак-
2 2 7
p w d _
тер выражения; K w = ^^ • —--безразмерный динамический параметр.
Выражение для определения вероятности р5 того, что скорость потока предметов обработки на выходе БЗУ при негативном действии центробежных сил инерции, возникающих от вращения захватывающей воронки, будет близка к её максимальному значению, имеет вид
f D Л
р5 = J1 -a2Kw[~d~lj mтр , (10)
где «2 - эмпирический коэффициент, учитывающий приближенный характер данного выражения.
Математическая модель производительности БЗУ с вращающимися воронками криволинейного профиля (1) - (10) реализована с применением пакета прикладных математических программ MathCadPro (см. в [16]).
Для решения этой задачи параметрического синтеза БЗУ был разработан программный модуль, позволяющий моделировать фактическую производительность БЗУ в зависимости от параметров загружаемого предмета обработки, параметров выбранной конфигурации приемной части воронки и частоты её вращения. Программный модуль параметрического синтеза БЗУ на требуемую производительность также разработан с использованием стандартного пакета Visual Basic 6.0 (рисунок).
Входными параметрами моделирования производительности БЗУ являются:
- геометрические параметры предмета обработки, вращающейся воронки и бункера БЗУ;
- минимальное значение угла наклона образующей приемной части воронки в зоне захвата, при котором возможно удаление поперек лежащего
предмета ауд;
- критерий удаления поперек лежащего предмета Кр и критерий
вращательного момента Кмср;
- максимальное число предметов обработки, которое может быть захвачено воронкой за один кинематический цикл стах;
- эмпирические коэффициенты a1, a2;
- диапазон варьирования частоты вращения воронки ю.
161
Интерфейс программного модуля параметрического синтеза бункерного загрузочного устройства на заданную производительность
Для повышения сервиса проектирования в программном модуле предусмотрена возможность вывода одновременно нескольких графиков производительности БЗУ (левое окно интерфейса) и коэффициента выдачи (правое окно интерфейса), например, для различных значений коэффициента трения (см. рисунок).
Разработанный программный модуль позволяет:
- анализировать значения вероятностей перехода предмета обработки, входящих в математическую модель производительности БЗУ;
- определить максимальное значение фактической производительности БЗУ и соответствующую ей частоту вращения воронки;
- выбрать частоту вращения воронки для достижения требуемой фактической производительности БЗУ;
- проанализировать и скорректировать выбор конфигурации приемной части воронки, исходя из требуемой производительности БЗУ и частоты вращения воронки, используя результаты параметрического синтеза рациональной конфигурации приемной части воронки.
Разработанные программные модули при введении соответствующих редакторов связей, могут быть использованы для автоматического формирования программно-технологического алгоритма автоматизированного изготовления вращающихся воронок БЗУ на станочных комплексах с ЧПУ.
Дальнейшее развитие работ в этом направлении связано с созданием универсальных и интегрированных программных комплексов параметрического синтеза оптимальных конфигураций вращающихся воронок как для равноразмерных, так и для стержневых длинномерных предметов обработки с последующим параметрическим синтезом БЗУ как стационарных, так и роторных САЗ на заданную производительность. Создание таких программных комплексов будет базироваться на разработанных авторами оригинальных математических моделях и результатах теоретических и экспериментальных исследований роторных БЗУ с вращающимися воронками [19 - 23].
Конечной целью проводимых научно-исследовательских работ является создание математического, методического и программного обеспечения интегрированной САПР стационарных и роторных САЗ, имеющих в своей структуре БЗУ с вращающимися воронками, для загрузки осесим-метричных предметов обработки формы тел вращения.
Список литературы
1. Прейс В.В. Автоматизация загрузки дискретных деталей в роторные и роторно-конвейерные линии // Кузнечно-штамповочное производст-во.1987. № 1. С. 12-15.
2. Прейс В.В. Роторные системы автоматической загрузки штучных предметов обработки // Автоматизация и современные технологии. 2002. № 9. С. 3-8.
3. Прейс В.В. Системы автоматической загрузки штучных предметов обработки в роторные и роторно-конвейерные линии // Вестник машиностроения. 2002. № 12. С. 16-19.
4. Прейс В.В. Модели и оценка надежности роторных систем автоматической загрузки с функциональными отказами // Автоматизация и современные технологии. 2002. № 10. С. 3-8.
5. Прейс В.В. Модели и оценка надежности роторных систем автоматической загрузки с параметрическими отказами // Автоматизация и современные технологии. 2003. № 1. С. 9-15.
6. Прейс В.В. Надежность автоматических роторно-конвейерных линий для сборки многоэлементных изделий // Сборка в машиностроении, приборостроении. № 10. 2003. С. 17-22.
163
7. Прейс В.В. Резервирование систем автоматической загрузки роторных и роторно-конвейерных линий // Кузнечно-штамповочное производство. 1990. № 6. С. 18-21.
8. Прейс В.В., Беляев С.В., Севрюкова С.В. Пути повышения надежности роторных и роторно-конвейрных линий для сборки многоэлементных изделий // Комплексная автоматизация производства на базе роторных и роторно-конвейерных линий: сборник научных.трудов / под на-учн. ред. В .В. Прейса. Тула: ИПП «Гриф и Ко», 2002. С. 88-96.
9. Прейс В.В. Надежность роторных систем автоматической загрузки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 110 с.
10. Прейс В.В. Основы теории производительности бункерных загрузочных устройств для автоматических роторных линий // Кузнечно-штамповочное производство. 1989. № 5. С 23-25.
11. Прейс В.В. Математическая модель функционирования роторных бункерных загрузочных устройств поштучно-непрерывного захвата // Кузнечно-штамповочное производство. 1989. № 12. С 25-27.
12. Прейс В.В., Галонска М.К. Теория и практика создания систем автоматической загрузки роторных и роторно-конвейерных линий // Комплексная автоматизация производства на базе роторных и роторно-конвейерных линий: сб. науч..труд. / под науч. ред. В.В.Прейса. Тула: ИПП «Гриф и Ко», 2002. С. 56-62.
13. Патент РФ № 42465 на полезную модель. Бункерное загрузочное устройство / М.К. Галонска, В.В. Прейс. Опубл. 10.12.2004. Бюл. № 34.
14. Галонска М.К., Прейс В.В. Математическая постановка задачи синтеза оптимальных конфигураций захватывающих воронок // Комплексная автоматизация производства на базе роторных и роторно-конвейерных линий: Сб. науч..труд. / под научн. ред. В.В. Прейса. Тула: ИПП «Гриф и Ко», 2002. С. 72-78.
15. Галонска М.К., Прейс В.В. Повышение эффективности роторных бункерных загрузочных устройств с вращающимися воронками // Автоматизация и современные технологии. 2003. № 11. С. 18-22.
16. Прейс В.В., Галонска М.К. Бункерные загрузочные устройства с вращающимися воронками криволинейного профиля / под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 128 с.
17. Бочарова И.В., Галонска М.К., Прейс В.В. Прогнозирование производительности роторного бункерного загрузочного устройства с вращающимися воронками криволинейного профиля // Автоматизация и современные технологии. 2008. № 1. С. 3-7.
18. Галонска М.К., Прейс В.В. Программный модуль синтеза оптимальных конфигураций захватывающих воронок бункерного загрузочного устройства // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 1. С. 123-133.
19. Ионов А.О., Прейс В.В. Аналитическая модель производительности роторного бункерного загрузочного устройства для стержневых предметов обработки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. Вып. 2. Ч. 1. С. 79-85.
20. Ионов А.О., Прейс В.В. Регрессионные модели производительности роторного бункерного загрузочного устройства для стержневых предметов обработки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. Вып. 2. Ч. 1. С. 98-106.
21. Ионов А.О., Прейс В.В. Совершенствование аналитической модели производительности роторного бункерного загрузочного устройства с вращающейся воронкой // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 5. Ч. 3. С. 2740.
22. Галонска М.К., Прейс В.В. Модели, варианты и принципы синтеза структур роторных систем автоматической загрузки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 2. С. 30-40.
23. Галонска М.К., Ионов А.О., Прейс В.В. Теоретические основы проектирования роторных бункерных загрузочных устройств с вращающимися воронками // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 7. Ч. 1. С. 21-29.
Галонска Михаил Константинович, канд. техн. наук, начальник отдела, ga-lonskaatula.net, Россия, Тула, филиал ОАО «Конструкторское бюро приборостроения» - «Центральное конструкторское исследовательское бюро спортивно-охотничьего оружия»,
Прейс Владимир Викторович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, rabota-preysayandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
A SOFTWARE MODULE PARAMETRIC SYNTHESIS HOPPER FEEDING DEVICE WITH ROTATING FUNNEL GIVEN PRODUCTIVITY
M.K. Galonska, V. V. Preis
The software module parametric synthesis hopper feeding device with a rotating funnel at a given productivity is considered. Building a software module based on the original mathematical model, whether performance, co-developed.
Key words: hopper feeding device, rotating funnel, productivity, parametric synthesis, software modules.
Galonska Michael Konstantinovich, candidate of technical science, the chief of department, galonskaa tula. net, Russia, Tula, branch of the Open Society «Design bureau of instrument making» - «Central deeignee exploratory bureau of the sports-hunting weapon»,
Preis Vladimir Viktorovich, doctore of technical sciences, professor, head of chair, rabota-pre ysa, yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
