Вибрационные загрузочные устройства

 

 

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Томский политехнический университет»

______________________________________________________________

 

 

 

 

В.Н. Шкляр

 

 

 

 

Вибрационные загрузочные устройства

 

материалы для самостоятельной работы по дисциплине «Проектирование МС» для студентов специальности

220401-Мехатроника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2009

 

Вибрационные загрузочные устройства

(материалы к дисциплине  «Проектирование МС»)

 

 

Содержание

 

 

Введение           3

1 Классификация вибрационных загрузочных  устройств    3

2 Конструкции ВЗУ         4

2.1 Бункерные ВЗУ         4

2.2 Вибрационные бункерно - магазинные  загрузочные устройства  6

3 Элементы теории виброперемещений  изделий     7

4 Расчет основных параметров        11

4.1 Расчет режима работы ВБЗУ       11

4.2 Расчет конструктивных размеров  чаши      12

4.3 Выбор угла наклона лотка       14

4.4 Расчет параметров движения  изделия и колебательной системы  14

4.5 Расчет параметров электромагнитного вибратора    15

5 ВЗУ модульного построения        18

Заключение           21

Список литературы          22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

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:

1. непрерывной заготовки (проволока, лента, полоса, пруток);
2. штучных заготовок (дисковые ,крючковые, секторные, трубчатые);
3. электрорадиоэлементов;
4. интегральных схем;
5. 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:

1. величины напряжения, питающего катушки электромагнитов с помощью автотрансформаторов;
2. силы тока в катушке электромагнита благодаря последовательно включенному реостату;
3. тягового усилия электромагнита за счет регулирования воздушного зазора между якорем и статором;
4. магнитного потока;
5. фазового угла.

Резонансная настройка ВЗУ осуществляется изменением:

1. момента инерции поперечного сечения рессор (при синхронном и раздельном электромагнитном приводе);
2. рабочей длины (при синхронном и раздельном электромагнитном приводе);
3. массы или момента инерции системы (при синхронном и раздельном электромагнитном приводе);
4. числа рабочих витков пружины (при раздельном электромагнитном приводе).

По типу рессор ВЗУ различают: с одно- и 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.

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.

Рис. 5

 

 

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

 

 

На изделие  (рис. 7), находящееся на наклонном вибролотке (колебания направлены под углом a к горизонту), действуют: сила тяжести G; сила реакции N лотка; сила трения F и сила инерции Fи = ma = mAw2coswt, где m - масса изделия, а - ускорение, w - частота вынужденных колебаний, А - амплитуда колебаний лотка.

рис. 7

Действие силы инерции совпадает с направлением движения изделий по лотку, лишь в момент трогания она напрвлена противоположно движению. Сила трения направлена противоположно движению изделия. Спроектируем все силы, действующие на изделие, на оси x и y и запишем уравнение гармонического колебания лотка

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

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

где a - угол наклона плоскости колебаний; b - угол подъема лотка (направления движения); х - текущая координата центра масс изделия; у - текущая координата поверхности изделия.

Сила трения для у = 0.

F sign x’ = + fN при x’ < 0,

F sign x’ = - fN при x’ > 0,

где f - коэффициент трения скольжения изделия.

Для анализа движения изделия по вибролотку используют уравнение (2). В начальный момент (t = 0, у = 0)

-mg cos b - mAw2 sin (a - b) + N = 0

сила трения

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

Увеличению силы трения способствует суммарное действие силы тяжести и силы инерции, поэтому в начальный момент колебательного движения, когда скорость лотка еще мала, изделие перемещается вместе с лотком; с возрастанием скорости движения растет и сила инерции, что уменьшает значение N. При равенстве нормальных составляющих силы тяжести и силы инерции изделие оказывается в состоянии невесомости. Из второго уравнения можно определить (при t = t0; y = 0; N = 0; F = 0)

Aw2coswt0 sin (a - b) = g cos b,

Значение (coswt0), или его обратная величина R0, характеризует режим работы вибрационнного загрузочного устройства.

При (cos wt0) < 1 изделие начнет отрываться от лотка и будет совершать релаксационное движение, где w = 2pnв - круговая частота вынужденных колебаний лотка; nв - частота вынужденных колебаний, Гц. При R0 < 1 изделие движется по лотку без отрыва с проскальзыванием; при R0 = 3,3 наступает режим непрерывного подбрасывания (такой режим практически не пригоден для ориентированной подачи изделий из ЗУ). При 1< R0 < 1,16 - плавное движение без заметного отрыва; при R0 = 1,16 ... 1,7 - движение с  подбрасыванием. Эти режимы используют в вибрационных питателях или загрузочных устройствах.

Средняя скорость движения изделия по лотку в этом случае

Vср = V cos (a - b) k = 2pnвA cos (a - b) kv,

где V - максимальное значение скорости колебательного движения лотка, kv - коэффициент, учитывающий снижение средней скорости движения изделия относительно максимального значения скорости лотка. Его значение зависит от параметров вибрационного питателя и режима работы.

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)),

для 1,16< R0 < 1,7 kv = кс (1 - 1/R02)(1 - R02 tg b / f),

где кс = 1- kв/2; kв - коэффициент восстановления; значения коэффициентов трения f определяют экспериментально. Для R0 < 1 коэффициент f равен коэффициенту трения скольжения кс; при R0 > 1, например, при движении по алюминиевому лотку изделия из стали f = 0,22.

Из уравнения для Vср определяют угол бросания (a - b)

(a - b) = arctg .

Угол подъема спирального лотка выбирают в пределах b = (0,5 ... 30). Далее определяют угол направления колебания a.

Для режимов перемещения с подбрасыванием изделия угол (a - b) можно определить по номограмме (рис.8,в) в зависимости от требуемой скорости Vср движения изделия по лотку и частоты nв вынужденных колебаний (50 или 100  Гц). Угол наклона пружинных подвесок tg y =  R tg a / r, где R - средний радиус движения изделия по лотку; r - радиус верхней заделки пружинных подвесок. (Для ВБЗУ с цилиндрическим бункером r = (0,75 ... 0,9) R).

рис. 8

Лотки с гармоническим законом колебания (ВБЗУ с общим приводом), для которых была выше рассмотрена математическая модель движения изделия (1), позволяют реализовать сравнительно невысокую скорость Vср (при R0 < 1, Vср = 20 ...50 мм/с, при R0 > 1, Vср = 250 ... 300 мм/с).

Значительно большую скорость можно обеспечить при эллиптической траектории движения лотка (до 1000 ... 1500 мм/с) в ВБЗУ с раздельным приводом (рис. 8.10 б) путем сложения двух простых гармонических колебаний, совершаемых во взаимно перпендикулярных направлениях с одинаковой частотой, но с фазовым сдвигом e:

ах = Ах(1 - cos (wt +e)),

ау = Ау(1 - cos wt),

где Ах Ау - амплитуды колебаний в направлении кординатных  осей х и у (частным случаем является колебание лотка по окружности ) (при Ах = Ау = А и e = p/2) или по прямой линии (при e = 0), наклоненной к горизонту под углом a = 450).

Уравнение относительного движения центра массы изделия по лотку с углом подъема b имеет вид:

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: