Вибрационные загрузочные устройства

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Томский политехнический университет»

Вибрационные загрузочные устройства

материалы для самостоятельной работы

по дисциплине «Мехатроника» для студентов специальности

В.Н. Шкляр

Томск 2009

Содержание Введение

1 Классификация вибрационных загрузочных устройств

2 Конструкции ВЗУ

2.1 Бункерные ВЗУ

2.2 Вибрационные бункерно — магазинные загрузочные устройства

3 Элементы теории виброперемещений изделий

4 Расчет основных параметров

4.1 Расчет режима работы ВБЗУ

4.2 Расчет конструктивных размеров чаши

4.3 Выбор угла наклона лотка

4.4 Расчет параметров движения изделия и колебательной системы

4.5 Расчет параметров электромагнитного вибратора

5 ВЗУ модульного построения Заключение

Введение

вибрационный загрузочный устройство Устройства автоматической загрузки (УАЗ) предназначены для накопления и поштучной выдачи в ориентированном положении заготовок или сборочных компонентов. Устройства оказывают существенное влияние на структуру и конструкцию технологического оборудования, уровень его автоматизации, автоматизируя загрузочные операции. УАЗ улучшают условия труда, повышают производительность оборудования, создают предпосылки к многостаночному обслуживанию.

Основыные задачи, решаемые УАЗ: накопление заготовок или компонентов сборки в неориентированном положении, их ориентация по определенному закону; накопление в ориентированном положении; поштучное отделение; подача к месту обработки, сборки или контроля (без нарушения ориентации); установка в приспособление станка; съем готовой продукции. В зависимости от конкретных условий применения УАЗ могут быть рассчитаны на выполнение лишь части указанных задач.

Различают УАЗ специального и универсального назначения. В первую группу входят УАЗ, предназначенные для подачи:

непрерывной заготовки (проволока, лента, полоса, пруток);

штучных заготовок (дисковые, крючковые, секторные, трубчатые);

электрорадиоэлементов;

интегральных схем;

шин питания и др.

Ко второй группе относятся вибрационные бункерно — магазинные и лотковые УАЗ, т. е. универсальные средства автоматизации.

1 Классификация вибрационных загрузочных устройств В основном в промышленности применяют ВЗУ, в которых ПО перемещаются по лотку и, проходя мимо различного рода путевых операторов (вырезы, выступы и т. д.), получают определенную ориентацию. Установки такого типа применяют для подачи ПО на рабочие позиции металлорежущих станков, прессов, сборочных агрегатов, для подачи ПО к рабочему месту при ручной сборке, наполнения кассет, сортировки и упаковки готовых изделий.

ВЗУ с электромагнитным приводом можно разделить на две группы: бункерные ВЗУ со спиральным лотком и бункерные ВЗУ с прямолинейным лотком. Обе группы имеют различное конструктивное исполнение привода и бункера. Бункерные ВЗУ со спиральным лотком по конструктивному исполнению электромагнитного привода можно разделить на синхронные и раздельные.

По конструктивному исполнению бункера ВЗУ со спиральным лотком различают: с цилиндрическим; коническим (прямой или обратный конус); с комбинированным бункером (цилиндрическим и коническим).

Как цилиндрические, так и конические бункера могут быть: однозаходные, многозаходные, многоручьевые, одноручьевые.

Скорость движения ПО по дорожке ВЗУ регулируют изменением:

величины напряжения, питающего катушки электромагнитов с помощью автотрансформаторов;

силы тока в катушке электромагнита благодаря последовательно включенному реостату;

тягового усилия электромагнита за счет регулирования воздушного зазора между якорем и статором;

магнитного потока;

фазового угла.

Резонансная настройка ВЗУ осуществляется изменением:

момента инерции поперечного сечения рессор (при синхронном и раздельном электромагнитном приводе);

рабочей длины (при синхронном и раздельном электромагнитном приводе);

массы или момента инерции системы (при синхронном и раздельном электромагнитном приводе);

числа рабочих витков пружины (при раздельном электромагнитном приводе).

По типу рессор ВЗУ различают: с однои многослойными плоскими рессорами (при синхронном и раздельном электромагнитном приводе); с круглыми пружинными цилиндрическими рессорами (при синхронном и раздельном электромагнитном приводе); с цилиндрическими многовитковыми рессорами (при раздельном электромагнитном приводе).

2 Конструкции ВЗУ

2.1 Бункерные ВЗУ В различных отраслях промышленности наибольшее распространение получили бункерные ВЗУ со спиральным лотком, колебания захватно-ориентирующим дорожкам (лоткам) в которых передаются от рессор 3, наклоненных под некоторым углом к горизонту и приводимых в движение с помощью электромагнитов 8 (рис. 1). ВЗУ включают в себя основные конструктивные элементы: основание рис. 11; электромагнитные приводы 2, 4, 5, 8−10; бункера 6, 7 и упругие элементы 3.

рис. 1

Принцип работы ВЗУ заключается в том, что сложное колебательное движение дорожки (лотка) передается расположенным на ней ПО в вертикальном и горизонтальном направлениях, в результате чего ПО перемещается по дороожке с некоторой скоростью. Кроме того, в процессе движения по дорожке ПО ориентируются в заданное положение.

рис. 2

На рис. 2 представлена конструкция ВЗУ с раздельным приводом колебаний бункера 1 и основания 6 с торсионной упругой подвеской 5 — горизонтального электромагнитного привода 4 и с упругими элементами в виде пластин прямоугольного сечения 2 — вертикального электромагнитного привода колебаний 3.

Рис. 3 Рис. 4

На рис. 3 показана конструкция ВЗУ с мембранно-гиперболоидной 6, 8, а на рис. 4 с мембранно-торсионной 3, 5 упругими системами.

Рис. 5

Отличительной особенностью конструкции ВЗУ с раздельным электромагнитным приводом (рис. 5) является применение в качестве упругих элементов вертикального привода четырех стержней 1 круглого или прямоугольного сечения. Длину упругих элементов можно менять перестановкой опор 2; в горизонтальном приводе применены витые упругие элементы 3 с переменным числом витков. Бункер ВЗУ имеет неподвижное дно 4, замкнутое на основание 5. Для возбуждения колебаний в вертикальном направлении применена однотактная схема электромагнитного привода ЭМ1 и ЭМ2.

2.2 Вибрационные бункерно — магазинные загрузочные устройства Рассмотрим вибрационные бункерно — магазинные загрузочные устройства. Вибрационные бункерно — магазинные загрузочные устройства представляют собой универсальный вид загрузочных устройств, предназначенных для автоматической подачи в зону сборки или в зону обработки компонентов (ИС, ЭРЭ) заготовок из накопителя (чаши), в котором они находятся в неориентированном (беспорядочном) состоянии. Принцип вибрационного перемещения используется как в бункерно-магазинных, так и лотковых устройствах и делает их универссальными, так как позволяет перемещать самые роазнообразные по конфигурации изделия. При этом сравнительно просто решаются задачи ориентирования деталей по заданному закону, используя механические средства ориентации (рис. 6) (упоры, вырезы, прорези и др.) — электромагнитные и магнитоэлектрические. Первые осуществляют пассивную и активную ориентацию. Пассивной будем считать такую ориентацию, при которой неправильно ориентированная деталь сбасывается на дно накопителя для повторного захвата, при котором она может оказаться ориентированной правильно. Активные средства ориентации неправильно ориентированное тело поворачивают в требуемое положение.

Рис. 6

3 Элементы теории виброперемещений изделий

??—???—(…—7),—???—??—???—???—(???—???—???—???—a—?—???),—???:—???—???—G;—???—???—N—???;—???—???—F—?—???—???—F?—=—ma—=—mAw2coswt,—???—m——-???—???,—?——-???,—w——-???—???—???,—?——-???—???—…

…—7

???—???—???—???—?—???—???—???—??—???,—???—?—???—???—???—???—???—…—???—???—???—???—???—…—???—???—???,—???—??—???,—??—???—x—?—y—?—???—???—???—???—???

mx?—=——-mg—sin—b——-mAw2coswt—cos—(a——-b)—+—F—sign—x?,—(1)

my?—=——-mg—cos—b——-mAw2coswt—sin—(a——-b)—+—N,—(2)

???—a——-???—???—???—???;—b——-???—???—???—(???—???);—?——-???—???—???—???—???;—?——-???—???—???—…

???—???—???—?—=—_.

F—sign—x?—=—+—fN—???—x?—<—_,

F—sign—x?—=——-fN—???—x?—>—_,

???—f——-???—???—???—…

???—???—???—???—??—???—???—???—(2).—?—???—???—(t—=—_,—?—=—_)

— mg—cos—b——-mAw2—sin—(a——-b)—+—N—=—_

???—???

F—=——-fN—=——-fm—(g—cos—b—+—Aw2—sin—(a——-b)).

???—???—???—???—???—???—???—???—?—???—???,—???—?—???—???—???—???,—???—???—???—???—???,—???—???—???—?—???;—?—???—???—???—???—?—???—???,—???—???—???—N.—???—???—???—???—???—???—?—???—???—???—???—?—???—…—??—???—???—???—???—(???—t—=—t_;—y—=—_;—N—=—_;—F—=—_)

Aw2coswt_—sin—(a——-b)—=—g—cos—b,

???—(coswt_),—???—???—???—???—R_,—???—???—???—???—???—…

???—(cos—wt_)—<—1—???—???—???—??—???—?—???—???—???—???,—???—w—=—2pn?——-???—???—???—???—???;—n?——-???—???—???,—??.—???—R_—<—1—???—???—??—???—???—???—?—???;—???—R_—=—3,3—???—???—???—???—(???—???—???—??—???—???—???—???—???—??—??).—???—1<—R_—<—1,16——-???—???—???—???—???;—???—R_—=—1,16—…—1,7——-???—?—…—???—???—???—?—???—???—???—???—…—???—???—???—???—??—???—?—???—???

V??—=—V—cos—(a——-b)—k—=—2pn?A—cos—(a——-b)—kv,

???—V——-???—???—???—???—???—???,—kv——-???,—???—???—???—???—???—???—???—???—???—???—…—???—???—???—??—???—???—???—?—???—…

???—R_—<—1—kv—=—(_, 18—…—_, 2)—R_(1—-tg—b—/—f),

???—1<—R_—<—1,16—kv—=—(_, 18—…—_, 2)—R_(1—-tg—b—/—f)—(1—+—(1——-1/R_)),

???—1,16<—R_—<—1,7—kv—=—??—(1——-1/R₂)(1——-R₂—tg—b—/—f),

???—??—=—1—-k?/2;—k?——-???—???;—???—???—???—f—???—…—???—R_—<—1—???—f—???—???—???—???—??;—???—R_—>—1,—???,—???—???—??—???—???—???—??—???—f—=—_, 22.

??—???—???—V??—???—???—???—(a——-b)

(a——-b)—=—arctg—.

???—???—???—???—???—?—???—b—=—(_, 5—…—3_).—???—???—???—???—???—a.

???—???—???—?—???—???—???—(a——-b)—???—???—??—???—(…8,?)—?—???—??—???—???—V??—???—???—??—???—?—???—n?—???—???—(5_—???—1__—??).—???—???—???—???—tg—y—=—R—tg—a—/—r,—???—R——-???—???—???—???—??—???;—r——-???—???—???—???—…—(???—???—?—???—???—r—=—(_, 75—…—_, 9)—R).

…—8

???—?—???—???—???—(???—?—???—???),—???—???—???—???—???—???—???—???—???—(1),—???—???—???—???—???—V??—(???—R_—<—1,—V??—=—2_—…5_—??/?,—???—R_—>—1,—V??—=—25_—…—3__—??/?).

???—???—???—???—???—???—???—???—???—???—(??—1___—…—15__—??/?)—?—???—?—???—???—(…—8.1_—?)—???—???—???—???—???—???,—???—??—???—???—???—?—???—???,—??—?—???—???—e:

??—=—??(1——-cos—(wt—+e)),

??—=—??(1——-cos—wt),

???—??—??——-???—???—?—???—???—???—?—?—?—(???—???—???—???—???—??—???—)—(???—??—=—??—=—?—?—e—=—p/2)—???—??—???—???—(???—e—=—_),—???—?—???—???—???—a—=—45_).

???—???—???—???—???—???—??—???—?—???—???—b—???—???:

mx?—=——-mg—sin—b——-mAx—w2cos (wt—+e—)—+—F—sign—x?,—(3)

my?—=——-mg—cos—b——-mAyw2coswt—+—N.—(4)

Отрыв детали происходит при t = t0; N = 0; F = 0; y = 0. Из (4) выразим фазовый угол wt0 начала отрыва и R0э — коэффициент режима работы ВБЗУ:

???—???—???—???—??—???—?—???—???—?

V??—=—2pn?A?—k,

???

—(5)

???—??—?—??——-???—???—?—???—???—???,—???—???—???—…—???—???,—???—???—???—???—???—???—???—???,—???—???—???—??—???,—?—???—???—???,—???—???—???—???—???—???—…—???—???—???—???—(???—???—???—???)—???—???—???—??—???—??—???—?—??—???—…—???—???—???—???—???—???—???—???—…—???—???—???—???—?—???—???—???—?—???—???—??—???—???—…—???—???—???—???—…

??—???—???—???—???—???—?—???-???—???—…—???—???—???—?—??—???—???,—???—???—???—???—???—???—???,—???—???—?—???—?—???-???,—??—???—?—???—…

???—???-???—???—???—???—???—???—???,—???—?—???,—???—???—???—???,—???—???—???—???—???,—???—???—???—…—???—???—???—???—???—?—???—???,—???—?—?—???—(…—6,?,—?).—?—???—???—???—???—?—???—???—???—???—…—???—???—???—???—???—??—???,—??—???—???—??—???—???—???—???—??—…—?—???—???—???—???—??—???,—???—???—???—???—???—?—???—…—???—???—(…—6,?)???—?—???—???—5—(???—???),—??—???—???—???—4,—???—???—???—???—???—3—?—???—???—?—???—…—???—???—???—?—???—(???)—?—???—???—…—??—???—???—???—???—???—???—???—???—???—?—???—…—?—???—???—???—???—???,—???—??—???—(???)—1—?—???—2.—???—???—???—???—??—???—???—???—???—??—???—???—6.

???—???—???—???—?—???—???—?—???—???—(??—1__—??—45_—??).—???—???—???—???—??—???—???—???—???—???—???—???—???—…

?—???—???—???—?—???—???—???—???—???—???—???—???:—???—??—???—(???—???—???—???—???—???—n?—=—1__—??)—?—?—???—(???—???—???—n?—=—5_—??).—???—???—???—???—???—???—???—???—???—?—???—???—??—2__—…—25_—??,—?—???—(n?—=—5_—??)—???—???—???—???—2__—??.

???—???—??—???—???,—?—???—???—???—???—???—???—???—?—???—…—???—???—(…—6,?)—???—???—???—?—???—???—???—4—?—???—6—???,—???—???—???—???—?—???—???—…—???—???—???—???—???—???—???—…

4 Расчет основных параметров ВЗУ

4.1 Расчет режима работы ВБЗУ Методика проектирования ВБЗУ включает расчеты режима работы, конструктивных размеров чаши, основных параметров движения изделий, амплитуды колебаний лотка, колебательной системы, движущей силы вибратора, параметров электромагнитного вибратора.

Расчет режима работы ВБЗУ подразумевает определение средней производительности Qср, средней скорости движения изделия по лотку Vср, коэффициента заполнения лотка кз.

Средняя производительность ВБЗУ

Qср = Qст / (1 — кн), (6)

где Qст — цикловая производительность оборудования, в ритме которого должно работать ВБЗУ; кн — коэффициент, учитывающий нестабильность подачи изделий загрузочным устройством (из-за изменения степени заполнения бункера, изменения напряжения сети, непостоянства коэффициента трения, загрязнения лотков (кн = 0,2 … 0,3). Средняя скорость движения изделия по лотку мм/с, (7)

где lи — длина изделия (размер в направлении движения), мм; кз — коэффициент запоненя лотка изделиями в требуемом ориентированном положении, он зависит от типа ориентирующих устройств (устройства пассивной ориентации разряжают поток, активные — не разряжают, т. е. не снижают производительности) кз = P (l0)Cп, где P (l0) — коэффициент вероятности правильно ориентированных изделий; Cп — коэффициент плотности потока изделий; Cп = lи / (lи+S), где S — среднее значение зазора между изделиями на лотке (при S = 0, Cп = 1). При пассивном ориентировании симметричных валиков и втулок по цилиндрической поверхности (при lи > d)

(8)

для несимметричных деталей

. (9)

Для тонких симметричных пластин (b < lи >>?) и длинных цилиндрических деталей lи > 10d P (l0) = 1. Для изделий сложной формы значения P (l0) удобнее определять экспериментально. Таким образом,

Vcp = Qст/ (1 — kи) P (l0)Cп (10)

или через амплитуду колебаний

Vср = 2pnвA cos (a——-b)—kv, (11)

где nв — частота вынужденных колебаний (50 или 100 Гц); А — амплитуда колебания лотка; (a——-b)—- угол бросания изделия; kv — коэффициент, учитывающий уменьшение Vср относительно амплитудного значения скорости лотка. Значение Vср зависит от конструктивных параметров ВБЗУ и режима его работы R0. При R0 <1 безотрывное движение изделий по лотку; при 1< R0 <1,16 — плавное движение без существенного отрыва от лотка; при 1,16< R0 <1,7 — движение с подбрасыванием.

Для R0 <1 kv = (0,18 … 0,2) R0 (1 — tg b/f).

Для 1< R0 <1,16 kv = (0,18 … 0,2) R0 (1 — tg b/f) (1 + (1 — 1/ R0)2).

Для 1,16< R0 <1,7 kv = R© (1 — 1/ R02)(1 — R02 tg b/f),

где b——-угол наклона лотка к горизонту (обычно его принимают минимальным, b—= 1,50); к © = 1 — кв / 2. Значение кв находят из графика, значения коэффициента трения f (для R0 >1) даны в таблице 1.

Таблица 1

4.2 Расчет конструктивных размеров чаши Конструктивно чаша состоит из обечайки, одной или нескольких, спиральной вибродорожки и конического дна. Обечайка и дно образуют бункер. На дне чаши устанавливаются устройства подготовки к захвату. Вибродорожка служит основным носителем устройств и механизмов захвата ориентирования и выдачи.

Конструктивно чаши разделяют по нескольким признакам.

По исходной форме обечайки бункера — конические, цилиндрические, плоские круговые и комбинированные (рис. 9). Конические имеют (рис. 9, а) исполнение с ломаной, прямолинейной, криволинейной и ступенчатой образующими. Цилиндрические (рис. 9, б) используют как наиболее технологичные в изготовлении для автозагрузки любых ПО. Плоские круговые (рис. 9,в) применяют для накопления ПО, для ориентирования простейших деталей, например дисков, переориентирования, разделения или суммирования потоков деталей. комбинированные (рис. 9, г) выполняют, как правило, многоцелевые действия. В них можно производить многономенклатурную загрузку; использовать одну полость чаши как бункер, другую — как место установки ориентирующего устройства, третью — как накопитель или суматор и т. д.

рис. 9

По взаимосвязи обечайки, вибродорожки, дна — чаши с жесткой связью элементов, с неподвижной обечайкой, с неподвижным дном, неподвижным дном и обечайкой, с неподвижной дорожкой, с неподвижной дорожкой и обечайкой.

По количеству движущихся потоков ПО — однопоточные и многопоточные.

По расположению спирали вибродорожки относительно обечайки: внутри, снаружи, в дне и их всевозможные сочетания, причем с правой и левой резьбой.

По характеру поля вибрации — с симметрией поля вдоль вибродорожки; с равномерно изменяемой асимметрией поля в горизонтальной плоскости; с равномерно изменяемой асимметрией поля в вертикальной плоскости; с равномерно изменяемой асимметрией поля в горизонтальной и вертикальной плоскости; с неравномерной асимметрией в горизонтальной плоскости; с неравномерной асимметрией в вертикальной плоскости.