Введение к работе
Актуальность проблемы. Создание высокопроизводительных, простых в изготовлении п надежных в работе цикловых технологических машин-автоматов и манипуляторов, предназначенных для автоматизации технологических процессов по обработке штучных изделий различного назначения, является одной из основных задач современного машиностроения. Решение этой задачи дозволит существенно сократить долю ручного труда во многих отраслях промышленности, например, на операциях расфасовки и упаковки готовой.продукции, загрузки-разгрузки металлообрабатывающего оборудования, на сборочных а на других операциях, а также даст возможность повысить производительность технологического оборудования и качество выпускаемой продукции.
Наиболее перспективными исполнительными механизмами цикловых кашик-азтоьатоа я манипуляторов являются рычажные механизмы, т.к. они имев? высокую нагрузочную способность, хорошие массогабаритные характеристн-ка, могут работать при больших скоростях, просты в изготовления а эксплуатации, надежды в работе а но требуют для согласования своих движений слоеных систем управления.
В цикловых технологических машинах-автоматах и манипуляторах в большинство случаев рабочие органы пря выполнения своего функционального назначения соверпаат циклические двиаенпя он одного крайнего положения до другого с остановками конечной продолжительности в одной или в обоих крайних пологениях. Диапазон соотношений длительностей интервалов дви^ндя а выстоя рабочих.органов технологических каппя-автс— матов весьма иирок.
3 настоящее время отсутствует эффективные и достаточно заверззнныз
метода синтеза рычажных механизмов с выстояаш выходного звена в край
них полоаеяиях по наперед заданным циклограммам с возможностью назна
чать практически любые требуемые по технологическому процессу длитзль-
ности интервалов двияенля а выстоя рабочего органа. Протпворечке мйщцу
больном разнообразием циклограмм в технологических мзшпнах-автсматах и
манипуляторах н огранич.ннкмп судествуюдами методами синтеза возмож
ностями рычажных механизмов, как устройств для реализации заранее за
данных циклограмм, приводит « тому, что рычагные механизмы, несмэтря
на их преимущества, используется сравнительно редко, уступая место ку
лачковым и кулачково-рычазашм механизмам, для которых характерен ряд
существенных недостатков, таких, как.сравнительно .низкая технологич
ность и износостойкость, трудности получения больших перемещений, пум
при работе и др. 3
Существуют два основных способа получения приближенных остановок выходных звеньев рычажных механизмов. В первом способе используют шатунные кривые, приближенно воспроизводящие на некотором участке дуги окружностей или отрезки прямых. Второй способ получения приближенных выстоев основан на использовании предельных положений звеньев рычажных механизмов. Приближенный выстой выходного звена рачааного механизма получается в этом случае за счет того, что в окрестностях предельных положений звеньев большим перемещениям предшествующих групп звеньев соответствуют существенно меньшие перемещения последующих. Двух-, трехкратное использование этого эффекта обеспечивает выстой выходного звена рычажного механизма с требуемой точностью.
В данной работе для обеспечения выстоев рабочего органа в крайних ' положениях используется предельные положения звеньев рычажных механизмов, т.к. такой способ получения выстоев наиболее приспособлен для реализации с помощью рычажных механизмов заданных циклограмм п позволяет 'создавать более рациональные конструкции машин-автоматов.
В настоящее время решены отдельные задачи кинематического синтеза рычажных механизмов с выстоями выходного звена за счет использования предельных положений звеньев. Обобщенной теории синтеза рычажных механизмов по заданной циклограмме движения рабочего органа с возможностью назначать любые требуемые по технологическому процессу длительности интервалов перемещений и выстоев не разработано. Известнее методы синтеза рычажных механизмов названного типа не обладают свойствами модульности, что также затрудняет широкое применение рычажных механизмов в конструкторской практике. В связи с изложенным проблема создания модуль ного метода кинематического синтеза рычажных механизмов с выстоями выходного звена в крайних положениях по заданной циклограмме за счет использования предельных положений звеньев весьма актуальна.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом каучно-ис-следователъшх работ Омского политехнического шститута. Данная проблема включена в программу фундаментальных исследований РАН по комплексной проблеме 'Чісапішостроение и технология" на 1Э8Э-2000 гг. (направление - теория машин и сястем машин; раздел І.І.І - разработка методов автоматизированного синтеза и анализа механизмов).
Даль работы заключается в создании метода структурного синтеза, модульных методов кинематического синтеза рычаннцх механизмов, обеспечивающих выстой выходного звена в крайних положениях за счет использования предельных положений звеньев в соответствии с заранее заданной циклограммой движения рабочего органа, в разработке на основе указан-
іих методов системы автоматизированного оптимизационного синтеза ры-южных механизмов названного типа и в разработке справочных материа-108 и рекомендаций по их проектированию. Научная новизна. Научную новизну имеют
методы структурного синтеза и анализа и структурной классификации рычажных механизмов с выстоями выходного звена за счет предель-інх положении звеньев;
новые рычажные механизмы Ш, ІУ и более высоких классов, пркгод-аде для получения выстоев выходного звена в крайних положениях за счет іредельвнх положений звеньев;
модульный метод кинематического синтеза рассматриваемых в работе типов рычажных механизмов с выстоями выходного звена в крайних по-го&ениях по заданной циклограмме;
методы анализа возможностей рычажных механизмов, как устройств вдя реализации циклограмм движения рабочих органов технологических иашин-автоматов, и математическое описание дополнительных условий син-геза, обеспечивающих работоспособность рычажных механизмов на этапе кинематического проектирования; -
методы модульного исследования свойств рычажных механизмов по обеспечиваемой ими кинематической точности выстоя и методы анализа и приближенного расчета кинематической погрешности выстоя;
обобщенный алгоритм кинематического проектирования, алгоритм и система автоматизированного оптимизационного синтеза рычажных механизмов с выстоями выходного звена в крайних положениях.
Практическая ценность работы заключается
в создании новых структурно-кинематических схем рычажных механизмов, в том числе высоких классов, обладающих потенциально большей кинематической точность» выстоя выходного звена;
в разработке рекомендаций и справочн^тс материалов по выбору типов механизмов-модулей, их модификаций и значений свободных параметров синтеза из условия обеспечения требуемой точности выстоя;
в создании атласа модификаций механизмов-модулей' П класса и в разработке методически: указаний по модульному синтезу рычажных механизмов исследуемого типа;
в создании алгоритма, пакета прикладных программ и системы автоматизированного оптимизационного синтеза в кинематического анализа рычажных механизмов П класса по заданной циклограмме;
в разработке ряда оригинальных кинематических схем и конструкций исполнительных рычажных механизмов цикловых технологических ыашин-
:-'' 5
автоматов и манипуляторов различного назначения.
Реализация работы. Основные результаты диссертационной работы реализованы при создании ряда цикловых технологических машин-автоматов и манипуляторов, а такие в учебном процессе.
Созданы и внедрены исполнительные рычажные механизмы самонакладов 304, ЄС-І, ДС6 печатных ыапдн и механизм привода графеек фальцаппарата печатной машины ПСТ-6Э с годовым экономическим эффектом 147,34 тыс.руС в ценах 1ЭЭ1 г. (ііНІІі'Лолиграфмаш, Москва).
Внедрена методика проектирования и создана машина-автомат для резки яблок на дольки и вырезки сердцевины в Центральном проектко-кокст-рукторском бюро Госагропрома КазССР (АЛматы). Годовой экономический эффект от внедрения методики и машины-автомата для резки яблок составил 5G.5 тыс. руб. в ценах 1ЬЫ г. Новизна машины-автомага подтверлде-на полокителыша решением № 4732862/13 от 11.07.90.
Передана для изготовления техническая и рабочая документация на расфасовочно-упаховочный автомат жидких продуктов (Республиканская база материально-технического снабжения "Омская", Омск) и на автоматизирований: комплекс по обкатке шестерни трансмиссии трактора ДГ-7ЙІ (СибзаЕод им. Борцов революции, Омск), в которых в качестве приводов рабочих органов использованы рычашше механизмы с быстоямн.
Разработаны кинематические схеми рычажного манипулятора для подачи штучных заготовок к прессу и универсального логического рычазного механизма, защищенные а.с. СССР 1355330 и 1573270.
Разработанные методы синтеза рычааных механизмов по заданной циклограмме, система автоматизированного оптимизационного синтеза, пакет прикладных программ и необходимое методическое обеспечение внедреш в учебный процесс в Омском политехническом и в Павлодарском индустриаль ном институтах.
Апробация работы. Основные полонены и результаты диссертацио-шой работы докладывались и обсуадалиеь на заседаниях филиалов Семинара АН СССР по Ш (Новосибирск, IS82, 1984, 1989; Одесса, 1989; Алмати, І93&; Бишкек, 1991), Семинара лаборатории робототехнических систем Института машиноведения АН СССР (Москва, 1990), на всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робототехнических комплексов на предприятиях шшиностро ения" (Одесса, 1969), на республиканской конференции по проблемам машиностроения Казахстана на этапе перестройки (Павлодар, 1989), па П всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы развития и совершенствования подъемно-траиспортной, складской техники и технологии
(Москва, 1990), на республиканской научно-технической конференции "Автоматизация и диагностика технологических процессов" (Луцк, 1990), на всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания и эксплуатации ГНС а ПР на предприятиях машиностроения" (Севастополь, 1990), на ІУ научно-методическом совещании заведующих кафедрами и ведущих лекторов по ИМ вузов республик Сродной Азии и Казахстана (Ахкати , 1991), на всесоюзной научно-практической конференции "Ученые ;: спецшлисты в решении ссциалыю-экоклтческих пробле.*.! страны" (Ташкеіїт, 1991), на всесоюзном совещании по методам расчета полиграфических машин-автоматов (Львов, 1991), на всесоюзной конференціш "Механизмы переменной структуры в технике" (Бишкек, 1991), на семинаре "Автоматизация и механизация сборки, регулировки и испытания машиностроительных изделий" в Центральном Российском доме знаний (Москва, IS9I).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 научные работы, в том числе две монографии, два авторских свидетельства и одно поло:хи-тельиое решение на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав» заключения, списка литературы, включающего '<Л8 наименований, и приложений. Основной текст изложен на 238 машинописных страницах, поясняется 83 рисунками и II таблицами. Общий объем диссертации с приложениями составляет 39U страниц.