Содержание к диссертации
Введение
1. Краткий анализ существуюйщ конструкций и инженерных методов расчета систем машинной укладки пачек 10
1.1. Краткий обзор, классификация и анализ современного оборудования для машинной укладки пачек 10
1.2. Пооперационный анализ технологических схем укладочных машин и классификация операций машинной укладки пачек 27
1.3. Обзор и анализ научных работ по исследованию перемещений пачек с пищевыми продуктами в процессе машинной укладки 48
1.4. Выводы и постановка задач исследований 56
2. Аналитическое определение параметров технологических операций машинной укладки пачек 59
2.1. Общие сведения. Принятые допущения и предложения 59
2.2. Перемещение пачек с наклонной плоскости на движущуюся ленту конвейера 60
2.3. Перегрузка пачек с горизонтальной неподвижной плоскости на расположенную ниже движущуюся ленту конвейера 73
2.4. Устойчивость единичной пачки на подвижной плоскости грузонесущего органа конвейера 90
2.5. Перемещение пачек с ленты конвейера на неподвижную плоскость 101
2.6. Выделение ряда пачек из сплошного потока толкателем Ш
2.7. Формирование штабеля пачек механизмом в неприводными отклоняющимися створками 121
3. Исслеоование операций переориентирования групп пачек механизмами с поворотными загрузочными кассетам 138
3.1. Анализ конструкций поворотных кассет и циклограмм взаимодействия их рабочих органов 138
3.2. Определение оптимальных параметров вращательного движения поворотных кассет 144
3.3. Пневмомеханический привод механизма поворотной кассеты 158
4. Экспершентальное исследование параметроb машинной укладки пачек в транспортную тару 165
4.1. Цели и задачи экспериментального исследования 165
4.2. Описание экспериментальных установок 167
4.2.1. Установка для определения прочностных и жесткостных характеристик пачек 167
4.2.2. Установка для определения параметров операции перемещения пачек с наклонной плоскости на ленту конвейера 169
4.2.3. Установка для определения параметров операции перегрузки пачек с горизонтальной плоскости на ниже расположенную ленту конвейера,.171
4.2.4. Установка для определения параметров операции перемещения пачек с ленты конвейера на неподвижную плоскость 174
4.2.5. Установка для определения параметров вращательного движения поворотной кассеты 176
4.3. Методика планирования, проведения и обработки результатов экспериментальных исследований 179
4.4. Результаты экспериментальных исследований 181
5. Реализация результатов исследований при создании машин для укладки пачек в транспортную тару 202
5.1. Общие положения методики разработки машин для укладки пачек в транспортную тару 202
5.2. Применение результатов исследований при разработке машин для укладки в транспортную тару пачек с макаронными изделиями 209
5.3. Экономическая эффективность от внедрения результатов исследований 215
Выводы 217
Литература 222
Приложения 233
- Пооперационный анализ технологических схем укладочных машин и классификация операций машинной укладки пачек
- Перемещение пачек с наклонной плоскости на движущуюся ленту конвейера
- Определение оптимальных параметров вращательного движения поворотных кассет
- Установка для определения прочностных и жесткостных характеристик пачек
Пооперационный анализ технологических схем укладочных машин и классификация операций машинной укладки пачек
Пооперационный анализ технологических схем укладочных машин представляет собой один из этапов исследования систем машинной укладки пачек. Целью его проведения является: - определение возможного количества операций, используемых при разработке технологических схем укладочных машин ; - определение среднего количества технологических операций, реализуемых в одной машине ; - выделение технологических операций, которые находят преимущественное применение в существующих машинах ; - определение наиболее характерных воздействий рабочих органов на перемещаемые пачки в процессе их группирования и укладки ; - разработка классификации технологических операций машинной укладки пачек ; - определение перспективных направлений разработки технологических схем укладочных машин.
Для осуществления пооперационного анализа необходимо провести дифференциацию технологических схем существующих машин на ряд отдельных технологических операций и выполнить сравнительный анализ операций с учетом их назначения, способа перемещения пачек, типа рабочих органов, вида воздействия на перемещаемые пачки и других факторов, характеризующих рассматриваемые операции. В таблице 1.2 представлены технологические операции, которые находят применение в системах машинной укладки пачек и выполняются активными или пассивными рабочими органами.
По назначению в технологических схемах укладочных машин всю совокупность операций можно подразделить на четыре функциональные группы: первая - операции перегрузки единичных пачек ; вторая-операции транспортирования пачек ; третья - операции группирования пачек и формирования структурных элементов пакета - ряда, стопы, слоя, штабеля ; четвертая - операции ориентирования групп пачек и укладка пачек в транспортную тару. Внутри каждой классификационной группы можно провести дифференциацию операций по ряду их общих классификационных признаков и в результате получить классификацию технологических операций машинной укладки пачек, которая представлена в табл.1.3.
Из анализа классификационной схемы вытекает, что в настоящее время существует около пятидесяти технологических операций, которые используются или могут быть использованы при разработке машин для укладки пачек в транспортную тару.
Количество технологических операций, реализуемых одной машиной, зависит от ряда факторов; первоначальной ориентации пачек, необходимого расположения пачек в укладываемом пакете, вида пачек, типоразмера транспортной тары и др. Для рассмотренных машин это количество колеблется в пределах от 3 до 8. В среднем же одной машиной выполняется пять-шесть технологических операций.
Кроме операций с инерционно-фрикционным перемещением пачек в системах машинной укладки находят применение операции перегрузки единичных пачек толкателями, когда перегрузка осуществляется путем сталкивания пачек с неподвижной плоскости на движущуюся ленту конвейера. Можно выделить два вида названных операций: первый - сталкивание пачек с плоскости, расположенной выше ленты конвейера; второй - сталкивание пачек, когда неподвижная плоскость и лента конвейера расположены в одной горизонтальной плоскости. Чаще применяются операции первого вида, с помощью которых можно кроме перегрузки производить также переориентирование пачек на другую опорную грань. Методика расчета таких операций должна предусматривать как определение условий при которых пачки перегружаются без переориентирования, так и условий, при которых пачки в процессе перегрузки разворачиваются на заданный угол (обычно на 90) и переориентируются на другую опорную грань. Расчет операций второго вида не требует сложной методики и сводится к определению оптимального закона движения толкателя обеспечивающего заданную производительность операции перегрузки.
Перемещение пачек с наклонной плоскости на движущуюся ленту конвейера
Технологическая операция перемещения пачек с неподвижной наклонной плоскости на горизонтальную движущуюся ленту конвейеpa относится к группе операций по перегрузке и ориентированию единичных пачек. В качестве примера применения такой операции можно цривести переход пачек на ленту конвейера с гравитационного сцуска и с кантователя, оснащенного наклонной несущей плоскостью. В процессе перемещения с наклонной плоскости на ленту, пачка, находящаяся на наклонной плоскости, входит в контакт с движущейся лентой конвейера и возникающие в месте контакта силы трения перемещают ее с наклонной плоскости на конвейер (рис.2.1). Для расчета цроизводительности такой технологической операции необходимо с достаточной точностью оценить время перемещения пачки и влияние отдельных конструктивных параметров рассматриваемых устройств на цроцесс перемещения пачки с наклонной плоскости на ленту конвейера. Если предположить, что зазор между конечной точкой наклонной плоскости и лентой конвейера равен нулю, то процесс перемещения пачки можно цредставить состоящим из трех этапов (рис. 2.2): первый - вход движущейся пачки нижним боковым ребром в контакт с подвижной лентой конвейера (косой удар пачки о ленту) ; второй - перемещение пачки с наклонной плоскости на ленту конвейера под действием сил трения между пачкой и лентой; третий - вход пачки нижней опорной гранью в контакт с лентой конвейера (удар пачки нижней гранью о ленту).
Для определения основных параметров рассматриваемого процесса проведены аналитические исследования отдельных этапов с использованием методов математического моделирования.
В процессе удара, возникающие ударные воздействия вызывают деформацию пачки и сжатие содержащегося в ней продукта вблизи зоны контакта. Величина допускаемых внешних ударных воздействий на пачку ограничена прочностными свойствами самой пачки или физико-механическими свойствами упакованного в нее продукта и характеризуется величиной допускаемого ударного импульса [Sj , определяемого экспериментально. Очевидно, что для обеспечения сохранности пачки в процессе ее перемещения необходимо, чтобы величина возникающего ударного импульса была несколько меньше некоторого допускаемого значения.
После завершения удара должен произойти отскок пачки от ленты конвейера. Однако, ввиду малости коэффициента восстановления К » что установлено экспериментально, отскок пачки от ленты будет незначительным и в дальнейших исследованиях его можно не учитывать.
Приведенные в настоящем параграфе аналитические исследования являются теоретической основой для создания инженерной методики расчета операции перемещения пачек с наклонной плоскости на ленту конвейера. Схема алгоритма решения задачи по определению парамет Рис.2.5. Схема ударного взаимодействия пачки с лентой на третьем этапе перемещения с наклонной плоскости на конвейер. ров перегружающего устройства рассмотренного типа приведена в приложении I.
Названная технологическая операция относится к группе операций по перегрузке и ориентированию единичных пачек. Из приведенной в параграфе 1.2 классификации технологических операций машинной укладки пачек можно отметить, что существует два вида рассматриваемой операции - первый (рис.2.6,а) - пачка сталкивается толкателем на ленту конвейера без переориентирования на другую опорную грань, и второй (рис.2.6,б) - перегрузка с переориентированием (кантованием) пачки.
Первый этап- перемещение пачки толкателем по горизонтальной неподвижной плоскости (сталкивание пачки с плоскости) (рис.2.7,а) - характеризуется поступательным движением пачки вдоль оси Ох под действием толкателя. Дифференциальное уравнение, описывающее это движение, имеет вид: где п\ - масса пачки; X - координата центра масс пачки по оси Ох ; [slg - сила, действующая на пачку со стороны толкателя ; & трения пачки о несущую плоскость ; N, - реакция несущей плоскости на пачку. Дяя обеспечения поступательного перемещения пачки на первом этапе перегрузки необходимо, чтобы сумма внешних сил, действующих на пачку вдоль оси 0у , равнялась нулю, и сумма моментов внешних сил относительно центра масс пачки также равнялась нулю, т.е. выполнялись равенства: где К - высота пачки ; I - длина пачки ; К - -аззр между толкателем и несущей плоскостью ; U коэффициент ттения между пачкой и поверхностью толкателя; (J. - ускорение свободного падения тел, J =9,81 м«с"2. Решая совместно уравнения (2.32), (2.33) и (2.34) можно определить величину ускорения пачки на первом этапе перегрузки.
Определение оптимальных параметров вращательного движения поворотных кассет
Как отмечено в предыдущем параграфе, время поворота кассеты существенно влияет на производительность процесса выделения и переориентирования группы пачек. Очевидно, что сокращение времени поворота кассеты неизбежно сопровождается увеличением ее угловой скорости и углового ускорения. При этом возникает опасность нарушения целостности группы пачек в результате воздействия на отдельные пачки недопустимо больших сил инерции. Особую опасность в этом смысле представляет возможный удар кассеты об ограничивающий упор в конце разворота.
Стремление добиться максимальной производительности рассматриваемых устройств при одновременном ограничении динамических воздействий на перемещаемые пачки приводит к поиску оптимального по быстродействию закона движения кассеты при ее развороте. Граничные условия при этом должны цредусматривать равенство нулю угловой скорости в начальной и конечной позициях кассеты. Кроме того, в течение всего времени движения кассеты должны быть выдержаны определенные ограничения величин угловой скорости и углового ускорения кассеты. Величины этих ограничений определяются допустимыми значениями инерционных нагрузок, действующих на пачки в процессе их перемещения.
Оптимальный по быстродействию закон движения кассеты при ее развороте на 90 представляется состоящим из двух этапов: этапа разгона кассеты с наибольшими доцустимыми значениями угловой скорости и углового ускорения и этапа интенсивного торможения с ограниченными значениями этих же параметров. Снижение угловой скорости кассеты до нулевого значения в конечной позиции должно обеспечить безударную остановку кассеты.
Если рассмотреть поворот кассеты в режиме разгона, то наиболее неблагоприятные условия возникают для пачки I (рис.3.3), центр масс которой наиболее удален от оси вращения кассеты, а сила инерции Fj-j направлена так, что стремится выбросить пачку из кассеты. При этом наиболее опасным будет случай, когда силы инерции отрывают 1-ю пачку от 2-й и от днища кассеты, но прижимают ее к боковой стенке. В этом случае пачка удерживается в кассете только силой тяжести mд. и силой трения F , возникающей между пачкой и стенкой кассеты.
Формулы (3.26) и (3.27) целесообразно применять при проектных разработках, а формулой (3.25) пользоваться для проверки работоспособности поворотной кассеты при задании ей определенного закона вращательного движения.
Для обеспечения безударной остановки кассеты в момент окончания разворота необходимо в определенный момент времени начать торможение кассеты. В период торможения наиболее неблагоприятное соотношение сил сложится для К -й пачки (рис.3.4), так как внешние силы, действующие на пачку, имеют максимальную величину и стремятся переместить пачку из кассеты. Уравнение (3.39) представляет собой условие начала скольжения К -й пачки, т.е. позволяет определить максимальные критические значения (р , ф и (р , при которых начинается скольжение К -Й пачки и, следовательно, нарушение целостности группы пачек в кассете.
Формула (3.41) позволяет определить максимальное значение угловой скорости ф = 03т% " функцию угла поворота (р кассеты при условии обеспечения сохранности пакета упаковок в режиме торможения. При этом должны быть заданы значения постоянных параметров Гк , )Зки f4 .
Для задания оптимального закона поворота кассеты необходимо по формулам (3.28) и (3.41) рассчитать максимальные значения угловых скоростей для периода разгона кассеты и периода ее торможения.
Значение угла срп , при котором величина максимальной угловой скорости разгона CJpa равна величине угловой скорости торможения С0"ах является точкой перехода кассеты с режима разгона на режим торможения (рис.3.5), изменение угла поворота кассеты ср от ср до срп является фазой разгона кассеты, а изменение ср от ф до Ср - фазой торможения. tr class="lib_z1" td
Установка для определения прочностных и жесткостных характеристик пачек
Установка состоит из рамы (рис.4.1), на которой жестко закреплены измерительный стол 2 и направляющие 3, причем последние параллельны плоскости стола. По направляющим перемещается каретка 4, приводимая в движение силовым пневмоцилиндром 5. На измерительном столе, строго перпендикулярно направлению движения каретки, установлена неподвижная опорная плоскость 6, которая совпадает с началом отсчета измерительной линейки 7, установленной на боковой грани стола. Вместе с подвижной кареткой 4 поступательное перемещение совершает закрепленная на ней рамка 8, которая оснащается сменными рабочими элементами 9, воспроизводящими различные рабочие органы укладочных машин, например: толкатели широкий 9 (рис.4.1,а) и узкий 12 (рис.4.1,6) ; рабочие поверхности отклоняющихся створок 13 (рис.4.1,в). Величина давления в рабочей плоскости силового пневмоцилиндра устанавливается с помощью редуктора давления 10 и манометра II. Усилие, с которым сжатый воздух действует на поршень пневмоцилиндра, через шток, каретку, рамку и рабочий элемент передается на исследуемую пачку I, устанавливаемую на столе 2 между опорной плоскостью 6 и рабочим элементом 9.
При проведении эксперимента исследуемая пачка I устанавливается в необходимой ориентации на измерительный стол 2 и придвигается к опорной плоскости б. После этого включается подача сжатого воздуха, и редуктором 10 увеличивается давление в рабочей плоскости силового пневмоцилиндра. Под воздействием внешней сжимающей нагрузки пачка деформируется. Величина деформации пачки контролируется на измерительной линейке 7 по перемещению рабочего элемента 9. Таким образом, в результате проведения эксперимента можно получить зависимость изменения величины деформации пачки от внешней сжимающей нагрузки. С дальнейшим увеличением нагрузки наступит момент, когда пачка начнет разрушаться. Величина усилия в момент начала разрушения является исходной величиной для расчета допускаемых нагрузок, которые можно прикладывать к пачкам.
Эксперимент проводится следующим образом. Запускается конвейер, пачка устанавливается в исходное положение, где удерживается механическими захватами. Затем включается кинокамера, механические захваты освобождают пачку, и под действием сил трения между передним ребром опорной грани пачки и лентой конвейера пачка перемещается с наклонной плоскости. После полного перехода пачки на ленту конвейера кинокамера выключается, следующая пачка устанавливается в исходное положение и эксперимент повторяется. После завершения эксперимента проявленная кинопленка подвергается расшифровке, в результате которой определяются кинематические и временные параметры операции перемещения пачек с наклонной плоскости на ленту конвейера.
Для экспериментального определения параметров операции перегрузки пачек с горизонтальной неподвижной плоскости на расположенную ниже движущуюся ленту конвейера был использован узел перегрузки пачек опытно-промышленного образца укладочной машины, разработанного кафедрой "Детали машин" и изготовленного на опытном заводе КТИПП. Названный узел перегрузки включает шахту-накопитель I (рис.4.3), внутри которой движутся пачки 2 под действием толкателя 3, приводимого в движение силовым пневмоцилинд-ром 4. С противоположной стороны шахты, перпендикулярно направлению движения пачек и несколько ниже опорной поверхности шахты установлен ленточный конвейер 5, на горизонтальную ленту которого перегружаются пачки. Процесс перегрузки пачек записывается методом фотограмметрии на кинопленку кинокамерой б типа Киев-16 аналогично предыдущему эксперименту, рассмотренному выше. Для упрощения расшифровки кинопленки за шахтой устанавливается координатная плоскость 7.
Перед проведением эксперимента редуктором давления 8 устанавливается такой закон движения толкателя 3, который позволяет осуществлять один из видов перегрузки пачек - с переориентированием пачек на другую опорную грань, или без переориентирования пачек. Затем в шахту устанавливаются пачки, включается кинокаме-ра, в рабочую плоскость пневмоцилиндра подается сжатый воздух и толкатель производит сталкивание одной пачки с шахты на ленту конвейера. Кинокамера выключается, в шахту ставится следующая пачка и эксперимент повторяется. Возвращение толкателя 3 в исходное положение осуществляется вручную. После завершения экспериментов по перегрузке одного вида, например без переориентирования пачек, толкателю задается другой закон движения, обеспечивающий перегрузку с переориентированием и экспериментальные исследования повторяются. Расшифровка кинопленки после ее обработки позволяет получить реальные параметры операций перегрузки пачек, а подстановка полученных параметров в аналитические уравнения -провести проверку соответствия полученных результатов математическим моделям.
Для экспериментального определения кинематических и временных параметров операции перемещения пачек с ленты конвейера на неподвижную плоскость был использован один из узлов опытно-промышленного образца укладочной машины. Узел, в котором осуществляется выполнение названной операции, состоит из горизонтального ленточного конвейера с приводом I (рис.4.4) и горизонтальной неподвижной плоскости 2, представляющей собой несущую поверхность толкателя механизма формирования штабеля (на схеме не показан). Пачки 3, находящиеся на движущейся ленте 4 под действием инерционно-фрикционных сил перемещаются с ленты конвейера на неподвижную плоскость. Процесс перемещения пачек записывается на кинопленку методом фотограмметрии с помощью кинокамеры 5 типа Киев-16. Кинокамера устанавливается таким образом чтобы на кинопленке фиксировались положения- боковых граней пачек. Для обеспечения расшифровки кинопленки над лентой конвейера по уровню боковых граней движущихся пачек установлена координатная ось б с "разметкой причем начало разметки совпадает с линией перехода несущей плоскости конвейера в неподвижную плоскость.
Похожие диссертации на Обоснование параметров машинной укладки пачек с пищевыми продуктами в транспортную тару
