Введение к работе
Актуальность проблемы. Холодная листовая штамповка является одним из прогрессивных методов обработки металлов. Она отличается от других методов обработки весьма высокой производительностью основного технологического оборудования, коэффициент использования которого при ручном обслуживании не превышает 10%. Основное время при изготовлении полуфабрикатов или готовых деталей расходуется^ на вспомогательные операции: загрузку-выгрузку, транспортировку между переходами, укладку, смену штампов, инструментов и т.п., автоматизация которых, обеспечивающая сохранение стабильности качества и свойств изготавливаемых изделий - основной источник роста производительности труда в листоштамповочном производстве. Одним из сдерживающих факторов, ограничивающим широкое и эффективное использование автоматизации в листовой штамповке, является недостаточно высокая, по сравнению с основным технологическим оборудованием, производительность различных устройств, автоматизирующих вспомогательные операции. Это относится и к промышленным роботам (ПР), которые в настоящее время все шире используются в листовой штамповке для автоматизации вспомогательных операций. Эти ПР имеют пневматический привод Производительность
этих ПР и вспомогательных устройств определяется быстродействием их приводов. Решение задачи повышения быстродействия пневмоприводов средств автоматизации листоштамповочного производства, в том числе ПР, позволит обеспечить повышение производительности этих средств и всей роботизированной системы в целом.
Целью работы является повышение производительности листовой штамповки за счет увеличения быстродействия исполнительных механизмов (пневмоприводов) средств автоматизации, преимущественно промышленных роботов, теоретическое и экспериментальное исследование увеличения быстродействия пневмоприводов ПР и других автоматизирующих устройств с использованием линейного ускорителя, создание на основе этих исследований различных средств автоматизации и внедрение их в практическое использование.
Для решения этой задачи необходимо:
1) разработать математическую модель динамики пневматического привода с наложением линейного ускорителя и используемой в качестве груза листовой заготовки;
ГРУ-
исс-
-
провести моделирование различных режимов математической модели на ЭВМ и теоретические исследования динамических характеристик пневматического привода промышленного робота с использованием модельных грузов и листовых заготовок;
-
разработать и создать экспериментальную установку, на которой провести исследование динамики пневматического привода фез и с наложением линейного ускорителя и использованием модельных зов и листовых заготовок;
-
сравнить результаты теоретических и экспериментальных ледований метода повышения быстродействия пневмоприводов с использованием линейного ускорителя;
-
сравнить результаты теоретических и экспериментальных исследований методов повышения быстродействия пневмоприводов с использованием линейного ускорителя и с использованием вращательного ускорителя как одного из наиболее эффективных;
-
на основе этих исследований предложить новые конструкции линейных ускорителей в пневмоприводах промышленных роботов для листовой штамповки и других средств автоматизации и рекомендовать их для использования в промышленности.
Методы исследования. В работе применялись расчетно-аналити-ческие и экспериментальные методы исследования, основанные на рии пневматических приводов машин-автоматов и автоматических ний. Задача расчета является комплексной и сводится к совмес решению уравнений механики и термодинамики, характеризующих дйижу щие силы и силы сопротивления при использовании сжатого воздуха как рабочего тола механизма. Для .решения полученной системы уравнений используются приближенные методы численного интегрирования.
Для экспериментальных исследований был создан испытательно-измерительный комплекс, который состоит из промышленного рс'бота МП-9С, компрессора, ресиверов, манометров, датчиков, измерительной и регистрирующей аппаратуры. Для обработки результатов использовались методы дисперсионного анализа и статистической обработки данных.
Научная новизна. 1) Предложен способ повышения быстродействия
исполнительных механизмов пневматических приводов промышленных ро
ботов и других автоматизирующих устройств для листовой штамповки с
использованием линейного пружинного ускорителя. | .
ало-
2) Разработана математическая модель для расчета пневматі чес кого привода двустороннего действия линейного перемещения
с і
- 5 -жением линейного пружинного ускорителя для рабочего и обратного ходов поршня, позволяющая исследовать быстродействие и динамические характеристики пневматического привода при изменении магистрального давления, длины хода руки робота, жесткости пружины, массы перемещаемых грузов и размеров листовых заготовок в пределах прямого и обратного хода с учетом цикловых диаграмм при загрузке листовой заготовки, например, в штамп пресса, учитывающая силовое воздействие пружин ускорителя и лобовое сопротивление листовой заготовки.
3) С помощью специально разработанной экспериментальной установки подтверждено увеличение быстродействия пневматических приводов двустороннего действия линейного перемещения применительно к средствам автоматизации для листовой штамповки за счет использования линейных пружинных ускорителей. В зависимости от режима работы пневмопривода, жесткости пружины, параметров листовой заготовки оно составляет 10-17%, что хорошо согласуется с результатами теоретических оценок.
Практическая ценность. Разработано программное обеспечение, реализующее математическую модель динамики пневмопривода горизонтального перемещения с наложением линейного пружинного ускорителя, позволяющее исследовать быстродействие и динамические характеристики пневматического привода при изменении режимов его работы, характеристик листовых заготовок и используемых пружин. Программное обеспечение реализовано на языке программирования высокого уровня TURBO PASCAL версии 6.О для персональных компьютеров типа IBM.
Предложена и разработана конструкция пневмопривода, снабженного линейным пружинным ускорителем перемещения руки робота, на базе которого создан автоматизированный комплекс для многопереходной штамповки на однопозиционных прессах в выдвижных штампах, производительность которого на 8-10% выше промышленных аналогов.
Апробация работы. Основные разделы диссертации доложены и обсуждены:
на научно-технической конференции "Механика и новые технологии", г.Севастополь, 1995г.;
на 4-ой Дальневосточной научно-технической конференции "Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промышленных предприятий", г. Комсомольск-на Амуре, 1995 г.;
на Всероссийской юбилейной научно-технической конференции
МГТ5
- 6 -"100-летие со ;ня рождения профессора А.И.Зимина", г. Москва им. Н.Э.Бауман-. 1995 г. :
-тиь
на научно-технической конференции, посвященной 165-МГТУ им. Н.Э.Баумана, г.Москва, 1995 г.;
на научно-технической конференции "Моделирование и исс|іедо вание сложных систем". г.Кашира. 1996 г.
о-
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 5 п^чат ных работах. По теме диссертации приняты к печати 3 статьи. В ста дии оформления находятся 4 патента на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения. 5-ти глав щих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена н; 205 страницах и содержит 174 страницы машинописного текста. 50 ри сунков. 24 таблицы, список литературы из 107 наименований.