Отже, основними вихідними параметрами для синтезу структурної схеми машин роторного типу є: основний технологічний час складання деталей t_р; циклова або теоретична продуктивність П_т ротора, крок між гніздами ротора h_р.

Дані параметри визначимо, базуючи на табл.2.1.

Основний технологічний час складання

Основний технологічний час складання деталей t_р, призначуване з умов одержання якісного виробу при оптимальних режимах складання:

1 - ротор складання корпуса 4 і ущільнювальних кілець 17 : t_р1=0,3+0,3=0,6 хв;

2 - ротор складання поршня 1 і ущільнювального кільця 16: t_р2=0,3 хв;

3 - ротор складання штовхальника 10 і гумового кільця 18: t_р3=0,2 хв;

4 - ротор складання поршня і штовхальника : t_р4=0,2 хв;

5 - ротор складання корпуса з поршнем : t_р5=0,2 хв;

6 - ротор складання корпуса зі стопорним кільцем : t_р6=0,5 хв;

7 - ротор складання втулки 11 і ущільнювального кільця 15: t_р7=0,2 хв;

8-ротор складання золотника 6 із прокладкою 5 і кільцем 14: t_р8=0,2+0,3=0,5 хв;

9 - ротор складання корпуса з пружиною 8 : t_р9=0,1 хв;

10 - ротор складання корпуса з втулкою 11 : t_р10=0,2 хв;

11 - ротор складання корпуса з золотником : t_р11=0,2 хв;

12 - ротор складання корпуса з втулкою 7 : t_р12=0,1 хв;

13 - ротор складання корпуса з пружиною 12 : t_р13=0,1 хв;

14 - ротор загвинчування корпуса гайкою 9 : t_р14=0,4 хв.

Циклова продуктивність

Циклова або теоретична продуктивність П_т ротора, що визначається по заданій річній програмі (дійсної продуктивності П_д в одиницю часу) з урахуванням очікуваного коефіцієнта використання =0,8...0…0,9[32]

Приймаємо =0,8.

Тому що виходячи з річної програми випуску в 2 млн. шт/рік і двозмінний режим роботи лінії П_д=9 шт/хв (відповідно до капітальних витрат на автоматизацію, щоб час окупності засобів автоматизації не перевищувало встановленого терміну), тобто

П_т = шт/хв.

Крок роторів

Крок між гніздами ротора h_р, обираний конструктивно в залежності від розмірів деталі, інструмента, центрального вала, інструментальних блоків і зазорів між ними [4,7,10,32,33]:

h_р=(3,0...10…10),

де d_дет - діаметр деталі, d_дет=38 мм;

приймаємо h_р= мм.

Згідно [4] h_р=150,72 мм.

Кількість позицій у роторі

При загальному числі u_р інструментальних блоків тільки частина їх, рівна u_о, здійснює безпосереднє складання в будь-який довільно узятий момент часу, переміщаючи в робочій зоні машини.

Знаючи продуктивність і величину кроку ротора, швидкість транспортного переміщення інструментальних блоків можна визначити по формулі [33]:

v_тр=.

Шлях, що інструментальний блок або деталь повинна пройти за час t_р у секторі безпосередньо складання, дорівнює [4,33]:

L_о =,

відкіля

u_о =.

Тобто кількість позицій роторів, на яких провадиться складання деталей, становить:

u_о1=;

u_о2=;

u_о3=u_о4=u_о5=u_о7=u_о10=u_о11=;

u_о6=u_о8=;

u_о9=u_о12=u_о13=;

u_о14=.

Загальне число гнізд u_р роторів, що забезпечує виконання безпосередньо операції складання заданої тривалості і додаткових операцій (підведення і відвід інструмента, контроль і заміна інструментальних блоків), визначається зі співвідношення технологічного Т_т і кінематичного Т_к циклів [4,33]:

u_р =,

де u_т = - число гнізд ротора, що знаходяться в технологічній зоні;

u_р =.

Згідно технологограммі рівняння кінематичного циклу має вигляд:

Т_к=t₁+t₂+t_р+t₃+t₄+t₅+t₆+t₇+t₈.

На стадії попереднього проектування зона прийому і передачі деталей не повинна перевищувати 20?: 20?.

Тоді, приймаючи t₁=t₄, одержуємо

t₁=t₄.

Час, затрачуваний на закріплення деталі (t₂) і звільнення її після складання (t₃), розраховується в залежності від швидкості спрацьовування затискних пристосувань, а також центрують і знімних механізмів. При використанні кулачка маємо [4,33]:

t₂=t₃=,

де S_max, v_max, j_max - відповідно максимальні переміщення, швидкість і

прискорення робочого органа;

?,?,? - параметри обраного закону руху робочого органа.

У попередніх розрахунках думаємо, що

t₁=t₂=t₃=t₄=.

Час перебування інструментів у вихідному положенні визначається як сума часів спрацьовування додаткових механізмів, встановлюваних у секторі ( - технологічна зона) і призначених для контролю і заміни інструментальних блоків (t₅+t₆+t₇+t₈). Звичайно сумарний час для виконання зазначених додаткових операцій установлюється за умовою раціонального розміщення технологічних роторів і транспортних міжопераційних пристроїв в автоматичній лінії. Конструкції мають [4,33]:

, тобто .

Тобто повний кінематичний цикл:

Т_к =

Т_к =;

Т_к1= хв;

Т_к2= хв;

Т_к3=Т_к4=Т_к5=Т_к7=Т_к10=Т_к11= хв;

Т_к6=Т_к8= хв;

Т_к9=Т_к12=Т_к13= хв;

Т_к14= хв.

Повний технологічний цикл:

Т_т =,

де t_пд = t_отв - підведення (відвід) однієї деталі до (від) інший,

t_пд=t_отв=t₁+t₂=;

Т_т =;

Тт₁= хв;

Тт₂= хв;

Тт₃=Т_т4=Т_т5=Т_т7=Т_т10=Т_т11= хв;

Тт₆=Т_т8= хв;

Тт₉=Т_т12=Т_т13= хв;

Тт₁₄= хв.

Виходячи з часу кінематичного циклу визначимо час холостих ходів:

t_х1= хв;

t_х2= хв;

t_х3=t_х4=t_х5=t_х7=t_х10=t_х11= хв;

t_х6=t_х8= хв;

t_х9=t_х12=t_х13= хв;

t_х14= хв.

Таким чином, загальне число позицій ротора:

u_р1=;

u_р2=u_р3=u_р4=u_р5=u_р7=u_р10=u_р11=;

u_р6=u_р8=u_р14=;

u_р9=u_р12=u_р13=.

Розрахунок параметрів роторів

Згідно [4,33] радіус початкової окружності ротора (при u_р 4):

R_р = або D_р =,

D_р1= мм;

D_р2=D_р3=D_р4=D_р5=D_р7=D_р10=D_р11= мм;

D_р6=D_р8=D_р14= мм;

D_р9=D_р12=D_р13= мм.

На підставі залежності

П_т =,

де v_тр= , h_р=,

одержуємо

П_т= .

Звідси, число оборотів транспортного руху ротора:

n_р=,

n_р1= про/хв;

n_р2=n_р3=n_р4=n_р5=n_р7=n_р10=n_р11= про/хв;

n_р6=n_р8=n_р14= про/хв;

n_р9=n_р12=n_р13= про/хв.

Лінійна швидкість транспортного руху деталей складання в робочому роторі визначається формулою [29]:

v_тр=,

v_тр= =1810 мм/хв =1,8 м/хв.

Довжина початкової окружності, на якій розташовані інструментальні блоки машин роторного типу [33]:

L_р=,

L_р1= мм;

L_р2=L_р3=L_р4=L_р5=L_р7=L_р10=L_р11= мм;

L_р6=L_р8=L_р14= мм;

L_р9=L_р12=L_р13= мм.

Площа перетину роторної машини [4,29,33]:

F_р=,

F_р1= мм²;

F_р2=F_р3=F_р4=F_р5=F_р7=F_р10=F_р11= мм²;

F_р6=F_р8=F_р14= мм²;

F_р9=F_р12=F_р13= мм².

Площа, що приходиться на один інструментальний блок [4,29,33]:

F=,

F₁= мм²;

F₂=F₃=F₄=F₅=F₇=F₁₀=F₁₁= мм²;

F₆=F₈=F₁₄= мм²;

F₉=F₁₂=F₁₃= мм².

Основною умовою міжопераційної передачі деталей у роторних машинах і лініях є рівність лінійних швидкостей транспортного руху в момент передачі по величині і напрямкові [4,33]:

v_тр=v_тр1,

де v_тр - лінійна швидкість деталі в робочому роторі;

v_тр1 - лінійна швидкість деталі в транспортному роторі.

За законами механіки маємо:

де d - діаметр окружності, по якій рухається деталь у робочому роторі;

d₁ - діаметр окружності, по якій рухається деталь у транспортному роторі;

n і n₁ - відповідно числа оборотів робочого і транспортного роторів.

Дорівнюючи праві частини цих рівнянь і проводячи перетворення, маємо:

d₁=.

Очевидно, якщо будемо задаватися рівними числами оборотів, то необхідно буде мати

d₁=d.

Таке збільшення розмірів роторів, а, отже, і всієї лінії небажано. Будемо приймати

d₁<d.

З умови рівності теоретичної продуктивності транспортного і робочого роторів маємо:

П_р = П_тр,

де П_р - продуктивність робочого ротора;

П_тр - продуктивність транспортного ротора.

Звідси,

n₁=.

Підставляючи значення n₁ у рівняння визначення d₁, одержимо:

d₁=.

Таким чином, задаючи числом загарбних органів u₁ у транспортному роторі і знаючи діаметр d і число u для робочого ротора, одержимо діаметр d₁ транспортного ротора.

Відповідно до параметрів технологічних роторів приймаємо:

u_{1 5}=u_{5 6}=u_{8 10}=6;

u_{2 4}=u_{3 4}=u_{4 5}=u_{6 9}=u_{7 10}=u_{9 10}=u_{10 11}=u_{11 12}=u_{12 13}=u_{13 14}=4;

де u_{i j} - кількість загарбних органів у транспортному роторі, що передає деталі від i-го j-тому технологічному роторові.

Приймаємо крок транспортних роторів h_тр=150,72 мм, як і для технологічних. Тоді діаметри і числа оборотів транспортних роторів відповідно рівні:

чотирьохпозиційні

D= мм, n=3про/хв;

шостипозиційні

D= мм, n=2 про/хв.

Відповідно до проведених розрахунків представимо схему автоматичної роторної лінії складання гідрозамка на рис.4.4.



Рисунок 4.4 - Структурна схема автоматичної роторної лінії складання гідрозамка типу КГУ3.020ПР-1

4.3 Розробка компонувальної схеми лінії

Компонування автоматичних роторних ліній полягає в складанні ліній з окремих елементарних груп, кожна з яких містить у собі технологічний і транспортний ротори; пошуку оптимального розташування обслуговуючих і допоміжних механізмів і пристроїв; об'єднанні елементарних груп на одній станині в єдину систему загальним приводом обертання роторів; установленні достатніх зон спостереження за роботою, обслуговування і ремонту; забезпеченні безпеки експлуатації і рішенні інших задач, що відносяться до конкретного конструкції.

Обґрунтований вибір компонувальної схеми автоматичної роторної лінії має велике значення при обчисленні її вартості, витрат на монтаж, експлуатаційних витрат і оцінці зручності обслуговування.

Для забезпечення раціонального компонування роторної лінії необхідно вирішити наступні задачі [4,10,3]: вибір оптимального числа гнізд або інструментальних блоків у технологічних роторах і числа роторів у лінії; вибір способу передачі оброблюваних деталей між роторами і конструкції транспортних пристроїв; раціональне розміщення технологічних і транспортних роторів з урахуванням умов ремонту, обслуговування, технологічній сумісності і конструктивній доцільності; поділ технологічного процесу на групи, що відповідають ділянкам лінії, з урахуванням можливості забезпечення максимального коефіцієнта технічного використання кожної ділянки лінії; вибір місця розміщення, обсягу, умов збереження і транспортування міжучасткових заділів оброблюваних деталей.

У процесі компонування лінії необхідно забезпечити рівність циклових продуктивностей усіх роторів і інших технологічних і транспортних агрегатів з метою одержання заданого темпу роботи всієї лінії. Однією з оптимальних особливостей автоматичних роторних ліній є сталість їхньої структурної схеми.

Проектована роторна лінія характеризується вертикальним розташуванням осей технологічних і транспортних роторів, що чергуються в обумовленій технологічним процесом послідовності. Тому що операції складання короткочасні, будемо використовувати машини тільки роторної конструкції.

Компонування на одній станині технологічних роторів, призначених для виконання операцій різної тривалості, ускладнюється наступним:

число інструментальних блоків у сусідніх роторах різне;

діаметральні розміри сусідніх технологічних роторів відрізняються друг від друга;

кутові швидкості обертання сусідніх роторів різні.

Основні умови компонування може бути записане у вигляді наступних рівностей [4,33]:

або .

При застосуванні між сусідніми технологічними роторами транспортних роторів величина, що рекомендується, відношення [4,33]:

.

У нашому випадку v_iтр=v_i+1тр=const, отже

умова виконується.

З умови рівності продуктивності машин, що складають автоматичну роторну лінію, випливає, що

,

що і використовується при розробці необхідної лінії.

При міжопераційній передачі деталей повинен забезпечуватися збіг позицій одного ротора з позиціями іншого в секторі прийому і передачі деталей у ті самі проміжки часу, що відповідають темпові роботи машин. При рівній продуктивності роторів у загальному випадку

,

де u_р1 і u_р2 - числа позицій робочих роторів, між якими здійснюється міжопераційна передача деталей;

u_тр - число загарбних органів транспортних роторів;

n₁,n₂ - частоти обертання технологічних роторів;

n_тр - частота обертання транспортного ротора.

Задаючись числом позицій транспортних роторів, визначені їхні частоти обертання (див. п.4.2).

Транспортний ротор складається з вала, диска з загарбними органами, системи зубчастих передач, що зв'язують його з технологічним ротором і загальним приводом. Приймально-передавальні механізми можуть бути двох різновидів - кінематично взаємозалежними або невзаємопов'язаними з циклом роботи ротора. До першого типу відносяться різного роду кліщові захвати, перештовхувачи, штоки, до другого - підпружиненні охоплення, притиски (електромагніти, присоси).

Міжопераційна передача деталей здійснюється при спільному переміщенні загарбних органів транспортних роторів і прийомних пристроїв технологічних роторів. Чим більше час цього переміщення, тим сприятливіші умови передачі.

Співвідношення діаметрів сусідніх роторів визначає параметри z коліс зубчастої передачі транспортного руху роторів і є основою їхнього розрахунку [4,33]:

.

Для спрощення передачі деталей застосовуємо транспортні пристрої з однаковим кроком:

h_тр1=h_тр2=h_тр3=h_тр4=h_тр5=h_тр6=h_тр7=h_тр8=const=150,72 мм.

Раціональне компонування лінії повинне враховувати можливість зміни і зручності огляду інструментальних блоків на ділянці повороту ротора, змащення усіх вузлів машини, огляду і ремонту машин у лінії, а також дотримання умов обслуговування кожного подпотока технологічного потоку тими самими інструментальними блоками. Це значно полегшує пошук блоку, що відмовив, або некондиційної деталі і дозволяє здійснювати надійне спостереження за потоком деталей.

Проектована автоматична лінія складається з роторних машин, застосування конвеєра нераціонально внаслідок збільшеного відношення R_р1/R_р2.

Застосування транспортних роторів доцільно внаслідок необхідності огляду, контролю вузлів, що збираються, і видалення з потоку незібраних одиниць без зупинки автоматичної лінії, переорієнтації деталей, зміни рівня технологічного потоку, збільшення відстані між робочими роторами для зручності ремонту і заміни інструментальних блоків, підживлення потоку при наявності порожніх гнізд.

Міжопераційна передача деталей у роторній лінії здійснюється транспортними роторами, виконаними у вигляді роторів із кліщовими захватами, розташованими між робочими роторами і зв'язаними з ними кінематично за допомогою циліндричних зубчастих коліс таким чином, що в секторах прийому і видачі деталей несучі органи транспортних і робочих роторів мають однакові по величині і напрямкові транспортні швидкості, тобто відбувається спільний рух деталі і знаряддя.

Темп роторної лінії, тобто проміжок часу, через який з ротора виходить готовий виріб, визначається по формулі [4,10,33]:

Т_р= , Т_р= хв.

Проведемо оцінку безперервності виконання технологічних процесів.

Показник D_т безперервності технологічного процесу - відношення інтервалу t_р основної операції складання, виконуваного в періоді Т_т технологічного циклу, до тривалості цього ж періоду [4,10,33]:

D_т=,

D_т1=;

D_т2=;

D_т3=D_т4=D_т5=D_т7=D_т10=D_т11=;

D_т6=D_т8=D_т14=;

D_n9=D_т12=D_т13=.

Для оцінки ступеня безперервності використання технологічних машин використовується показник безперервності D_р, що становить собою відношення інтервалу t_р виконання основних операцій складання до періоду кінематичного циклу Т_к машини [4,10,33]:

D_р=,

D_р1=;

D_р2=;

D_р3=D_р4=D_р5=D_р7=D_р10=D_р11=;

D_р6=D_р8=D_р14=;

D_р9=D_р12=D_р13=.

У реальних умовах експлуатації технологічних машин і автоматичних ліній середнє арифметичне (або приведене) значення часу випускного циклу збільшується стосовно теоретичного через простої для зміни інструмента, ремонту й обслуговування ліній, а також через порушення щільності технологічного потоку. Це приводить до зниження теоретичної продуктивності П_т до рівня дійсної продуктивності Пд.

Величина зниження продуктивності залежить від відношення суми втрат часу при виготовленні однієї деталі до досягнутого значення робочого циклу роторної машини або лінії.

4.4 Розробка роторної машини для установки стопорного кільця в корпус гідрозамка

Складальний виріб, як правило, має складну структуру, що підкоряється визначеним законам. Ці закони являють собою ні що інше, як види сполучення складальних компонентів.

Раціональним видом складання можна вважати той вид складання, що дозволяє одержати складальний виріб за мінімально можливу кількість складальних операцій, при цьому витримавши задані вимоги на складальний виріб.

Як раніше відзначалося, раціональний варіант складання можна одержати, використовуючи теорію графів. У цьому випадку ми одержуємо раціональне складання усього виробу, що відповідно впливає на структуру автоматичної технологічної системи. Однак, це не дозволяє судити про можливості проектування складальних технологічних модулів, а так само як і автоматичній складальній системі в цілому.

В основу проектування технологічних складальних машин повинні бути покладені наступні принципи [42]:

принцип компактності ;

принцип концентрації операцій;

принцип безперервності функціонування автоматичних складальних машин;

принцип об'ємно-просторового компонування;

принцип сполучення транспортних і технологічних функцій.

Третій і п'ятий принципи є домінуючими, хоча останній не у всіх випадках може бути використаний, тому що він прямо залежить від виду поверхонь складальних компонентів, що сполучаються.

Проектування складальних машин повинне здійснюватися, виходячи з прийнятого технологічного процесу і розробленої на його основі структурі автоматичній складальній системі. Кожна операція технологічного процесу складання ототожнює собою визначений автоматичний технологічний складальний модуль.

При проектуванні автоматичних технологічних складальних систем виникає питання про компонування автоматичних технологічних складальних модулів у єдину автоматичну технологічну складальну систему. Компонування автоматичної складальної системи повинно бути раціонально з погляду наступних критеріїв:

мінімально займаний обсяг у просторі;

мінімально займана площа;

відсутність перетинань проміжних вихідних потоків.

Розглянемо етапи проектування на прикладі створення автоматичного технологічного складального модуля для складання елементів гідрозамка, використовуваного в секціях шахтних кріпей М87РОЗУМ, 1КД80 і КМТ. Операція технологічного процесу складання полягає в з'єднанні металевого розрізаного кільця і циліндричного корпуса.

Проектування автоматичних технологічних систем безперервної дії, як і інших машин, повинно починатися з аналізу складальних компонентів, що формують проміжний складальний компонент, або з аналізу проміжних складальних компонент, що формують проміжний складальний компонент або кінцевий складальний виріб.

Аналіз повинний містити в собі наступні основні етапи [42]:

аналіз і вибір раціональних схем базування для кожного складального і проміжного складального компонента;

перевірка умов збирання складальних і проміжних складальних компонентів;

аналіз і вибір раціональних схем завантажувальних пристроїв;

аналіз можливості сполучення транспортних і технологічних функцій;

аналіз можливості відмовлення від транспортних рухів в автоматичній технологічній складальній системі, тобто безперервна передача складальних компонентів між автоматичними складальними модулями без додаткового транспортування.

Наступним етапом проектування є розробка технологічного процесу складання в умовах його автоматичного виконання (див. п.2).

Остаточний вибір конструкції виробляється на підставі вище описаних принципів.

Зробимо аналіз і вибір схем базування даних складальних компонентів. Корпус має форму короткого порожнього вала і його базування найбільш раціональне здійснювати по нижньому торці і виходячи з точності розмірів і геометричних параметрів по внутрішній поверхні o20Н9 з використанням циліндричного підпружиненого пальця.

Перевірка умови збирання полягає у визначенні можливості з'єднання і фіксації складальних компонентів в одну з вимогами, пропонованими до даного складального з'єднання. Металеве розрізане кільце повинне після процесу складання розташуватися в канавці корпуса.

Для виконання складальної операції ротор повинний повідомляти осьовий рух деталям, що збираються. Подовжнє переміщення пристосуванню повідомляється, як правило, механічним кулачковим приводом через зубчасто-рейковий механізм. Характер і система привода залежить від технологічних, енергетичних витрат на операцію і величин робочих ходів інструмента.

При проектуванні системи приводів необхідно враховувати величину технологічних зусиль (механічний, гідравлічний або гідромеханічний привод).

Механічний кулачковий привод застосовують для забезпечення зусиль не більш 10...20 кН [4,7,32,33].

Гідравлічний привід робочого інструмента застосовують для забезпечення зусиль до 100...150 кН [4,7,32,33].

Гідромеханічний привод являє собою комбіновану конструкцію, кулачкова частина якого забезпечує підведення і відвід виконавчих органів, що не вимагає значних сил, а гідравлічна частина здійснює робочий хід. З застосуванням гідромеханічного привода скорочується витрата енергії і витрати часу при виконанні операції, а також стає можливим значне зниження необхідної витрати олії, подаваного насосом.

Застосування індивідуальних електродвигунів для кожного шпиндельного блоку виправдано при необхідності забезпечення великих зусиль різання. При цьому спрощується включення і вимикання шпинделів за рахунок включення електродвигунів тільки в робочому секторі ротора. Це дозволяє виключити застосування муфт включення і повзунів. Для харчування індивідуальних електродвигунів застосовують нерухомий колектор із секторними шинами.

Згідно п.3.3 зусилля, яких необхідно забезпечити для здійснення процесу складання корпуса і стопорного кільця, ~70 Н, отже, найбільше раціонально застосовувати механічний кулачковий привод.

У циліндричних роторах з механічним приводом, у яких прямолінійний робочий рух відбувається по утворюючого циліндра, повзуни переміщаються в напрямку, перпендикулярному до площини обертання, що найбільше зручно для повідомлення їм рухів від нерухомих копірів. Двосторонній циліндричний ротор з механічним приводом має центральний вал із закріпленими в його середній частині дисками (блокотримачі) з пазами для установки інструментальних блоків і два циліндричних барабани. У пазах барабанів співвісно з інструментальними блоками розташовані повзуни, що приводяться в рух роликами, що сковзають по нерухомих пазових або торцевих копірах, і з'єднані швидкозмінними байонетними замками в осьовому напрямку з рухливими інструментами. Щоб уникнути поломок механізмів при можливих перевантаженнях торцеві кулачки забезпечуються амортизаторами.

Спробою узагальнити досвід розрахунку кулачкових приводів з урахуванням особливостей машин роторного типу є розроблена методика [32,33]. Застосуємо її для розрахунку проектованого складального ротора.

Першою задачею проектування кулачкових механізмів привода робочого руху є вибір оптимального закону руху робочого органа в інтервалах часу підведення, відводу про технологічну операцію.

Згідно [32] для роторів з кулачковим приводом основного технологічного руху кращим є закон руху зі зміною прискорення по косинусоїді в інтервалах видалення і повернення. Цей закон у застосуванні до роторних машин-автоматів забезпечує мінімальну, у порівнянні з іншими законами, величину інтервалів переміщень.

t_у=t_в=, хв,

де t_у - інтервал видалення робочого органа;

t_в - інтервал повернення робочого органа;

S_max - величина повного переміщення, S_max=80 мм;

a_max - максимальне значення прискорення, a_max=2025 мм/хв²;

t_у=t_в= хв.

Відповідні кути:

,

де n - число оборотів робочого ротора, n=1 про/хв;

?.

Крім того, при зміні закону прискорень по косинусоїді порівняно зменшується тиск між кулачком і роликом (збільшується довговічність, термін служби), знижується максимальний момент, що крутить, для привода ротора в обертання і поліпшуються умови обробки профілю.

Для інтервалу технологічної обробки, що відповідає ділянці технологічного впливу на деталі, для операцій складання рекомендується закон зміни прискорень по синусоїді з двохперіодною тахограмою [33], що забезпечує до кінця інтервалу (операції) плавне зниження швидкості і прискорення робочого органа до нуля:

t_р=,

де v_max - максимальне значення швидкості, v_max=300 мм/хв [33];

t_р= хв.

Дані формули дозволяють конструкторові обґрунтовано розрахувати інтервали циклограми привода робочого руху за умови мінімальних витрат часу на рухи робочих органів.

Синтез механічних приводів робочого руху роторних машин не повинний обмежуватися вибором оптимального закону рухів по величинах мінімальних інтервалів кінематичного циклу. Поряд із задачею одержання високої продуктивності необхідно враховувати енергоємність привода транспортного руху.

Сила технологічного опору Р_д для операції складання відповідає [33]: Р_д= Р_max= const.

З огляду на необхідність розрахунку переходів кулачкової кривої (рис.4.5) по граничній величині прискорення, необхідно мати у виді, що кут підйому профілю кулачка в загальному випадку не повинний перевищувати деякого значення ?_max з умов самогальмування (заклинювання).

З цих умов можна установити залежність між геометричними розмірами кулачка і технологічних параметрів процесу:

L_т?l_р·tg?_max або L_т?.

Таким чином,

t_р або t_р.

Тому що для складання корпуса і стопорного кільця затрачається:

T_р=0,5 хв; Т_к=0,943 хв; Т_т=0,710 хв,

то одержуємо ?_max=70?.

Отже, при діаметрі ротора D_о=576 мм

L_т??=932 мм, приймаємо L_т=80 мм.

Переходячи до кутів повороту, маємо:

,

?=3,2радіан=185?, тобто ~185?.

Рисунок 4.5 - Розгорнення кулачка робочого привода роторної машини

Вибір профілю кулачка привода визначається коефіцієнтами швидкості ? і прискорення ? штовхальника:

і ;

, .

Згідно [33] число оборотів ротора:

n_р об/хв;

тому що згідно п.4.2 n_р=1 об/хв, та вимога виконується.

Діаметр ротора [33]:

D_о=,

D_о= мм.

Число позицій ротора [3]:

u_р=;

u_р=.

Отримані значення необхідно порівняти з даними, розрахованими з технологічних і конструктивних умов (див. п.4.2). Результати порівнянь показують вірність прийнятих раніше величин параметрів.

Також підтверджується перевірка діаметра ротора згідно [33], де мінімальна величина діаметра вибирається в залежності від ?=2 і довжини технологічного ходу S_max=80 мм і складає 340 мм.

Основним елементом технологічного ротора є інструментальний блок, призначений для розміщення робочих органів і виконання основних і допоміжних операцій. У його корпусі, крім інструмента, розміщаються пристосування (направляючої втулки, фіксатори, кріпильні пристрої), взаємодія яких забезпечує обробку заготівель, подаваних у приймач блоку. Таким чином, інструментальні блоки, що представляють собою автономні комплекси "заготівля - інструмент - пристосування", визначають якість виготовлення виробів і є найважливішим і оригінальним конструктивним елементом ротора і лінії в цілому. Тому інструментальний блок повинний забезпечувати задану точність взаємного розташування робітника інструмента, мати необхідну міцність і твердістю, бути компактному і зручним у звертанні, мати мінімально можливу масу, бути швидкозмінним, дозволяти набудовувати інструмент.

З огляду на всі перераховані рекомендації, спроектована роторна машина, що має наступну конструкцію.

Технологічний ротор являє собою 2 циліндричних барабани 4 і блокотримач 3, жорстко закріплені на центральному валові 1, що встановлений у підшипникових вузлах 22 і 23. Обертання від головного вала передається за допомогою шпонок 19,20,21. Для збільшення твердості конструкції використовуються втулки 29 і 30.

По окружності блокотримача 3 у пазах закріплені комплекти робочих органів, конструктивно скомпоновані в автономні блоки 2, називані інструментальними. У барабанах 4 розміщають виконавчі органи й елементи привода технологічних рухів, причому кожен інструментальний блок 2 зв'язаний зі своїм виконавчим органом. Виконавчі органи виконуються у виді циліндричних повзунів 6, що розміщаються по окружності барабанів 4 у подовжніх пазах. Для збільшення зносостійкості даних пазів використовують бронзові втулки 9. Повзуни 6 забезпечуються консольними роликами 8, що розміщені в пазу циліндричного кулачка 7. При обертанні ротора ролики повзунів обкатуються по пазу кулачка і виконавчі органи одержують необхідні технологічні рухи, що задаються профілем пазового кулачка. Циліндричний пазовий кулачок 7 встановлюється в нерухому склянку 5, закріплений на плиті станини роторної машини.

Основним елементом технологічного ротора є інструментальний блок. Він складається з корпуса 2, у якому розміщений комплект робочого інструмента, що складає з цангового штовхальника 13, конічної матриці 14 і настановного вузла 15. Цанговий пуансон 13 вставлений у направляючу втулку 10, а настановний палець 15 - у втулку 11, закріплену гайкою 12. Дані пуансони 13 і 15 з'єднані з повзунами 6 швидкозмінними байонетними замками. При виконанні технологічної операції корпус гідрозамка встановлюється на палець 16 і плиту 15. Регулює положення пальця пружина 17 і спеціальний гвинт 18. При установці корпуса на палець нижній повзун переміщається нагору до упора деталі, що збирається, у матрицю 14. У цей час подане в конічну матрицю стопорне кільце, стискуючись, опускається вниз і вставляється в корпус під дією осьового переміщення штовхальника 13.

Закріплюється роторна машина кришками 24 і 25.

Обертання ротора забезпечується твердим кінематичним ланцюгом, утвореної зубчастими колісьми. Зубчасте колесо в даному роторі закріплюється гайкою 28. Роторові повідомляється безперервне обертання з транспортною швидкістю v_тр, у процесі якого предмети обробки, подавані в інструментальні блоки, проходять технологічну операцію.

4.5 Висновки

Основним результатом проведених у дійсному розділі досліджень з'явилася розробка загальних принципів синтезу структури, компонування і проектування автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії на прикладі автоматичної роторної лінії складання, які можна узагальнити наступними висновками:

– вивчені особливості складальних роторних машин;

проаналізовано принципи синтезу і пошуку оптимального варіанта автоматичної роторної лінії;

розраховано й обґрунтовані основні вихідні параметри для синтезу структурної схеми роторної лінії, на основі яких спроектована структурна і компонувальна схеми лінії складання гідрозамка;

при розробці компонувальної схеми визначені і дотримані основні умови і співвідношення компонування, обґрунтована раціональність застосування роторних, а не роторно-конвеєрних, машин;

проведено оцінку безперервності виконання технологічних процесів;

проаналізовано принципи й основні етапи проектування роторних машин на прикладі створення автоматичного технологічного складального модуля для складання елементів гідрозамка;

розроблено конструкцію роторної машини для установки стопорного кільця в корпус гідрозамка;

розглянуто існуючі системи приводів руху робочих органів і обґрунтоване застосування механічного кулачкового привода; спроектований кулачковий механізм, для якого обраний закон руху, визначені величини інтервалів і кутів переміщення, визначені геометричні розміри кулачка в залежності від технологічних параметрів процесу й умов самогальмування (заклинювання);

відповідно до конструкції спроектованої роторної машини і , зокрема, інструментального блоку, описані послідовність і особливість технологічного процесу складання стопорного кільця і корпуса гідрозамка.

Висновок

У роботі вирішена задача розробки технологічного і структурного забезпечення проектування автоматичних технологічних складальних систем безперервної дії.

Перш, ніж приступити до рішення даної задачі, був проведений аналітичний огляд сучасного стану питання дослідження, проаналізовані сучасні складальні системи безперервної дії, їхньої особливості і недоліки. На основі цього визначена мета і задачі роботи.

На прикладі гідрозамка однобічного розроблений високопродуктивний технологічний процес складання в дослідженій послідовності, складена технологічна схема складання. Структура складання даного виробу описана графом. Відповідно до сформованого інформаційного графа складання гідрозамка розчленували на етапи, виведені компоненти описали у виді окремих вихідних графів, які характеризуються множинами елементів і зв'язків. Побудований об'єднаний граф відбиває узагальнену інформаційну модель, у якій легко простежуються всі зв'язки і вплив кожного компонента на загальну характеристику моделі. Для здійснення складання корпуса гідрозамка зі стопорним кільцем розроблений новий спосіб, відповідно до якого кільце під дією зусилля з боку цангового штовхальника переміщається по конічній матриці й одночасно стискується, у стиснутому стані воно проштовхується в корпус. Для здійснення розробленого процесу складання спроектована роторна машина, що входить в автоматичну роторну лінію складання усього виробу - гідрозамка. При розробці нового способу складання розрахована величина необхідного навантаження, досліджена особливість напруженого стану конічної матриці і стопорного кільця. Розрахунки показали, що виникаючі напруги набагато менше припустимих, отже, виключається можливість поломки, деформування, заклинювання кільця в матриці. Рішення даної задачі здійснили за допомогою чисельного аналізу твердоелементної моделі в програмі ANSYS. З метою підвищення продуктивності складання гідрозамків автоматизований технологічний процес складання виробу за допомогою застосування систем безперервної дії. Тобто. розроблено автоматичну роторну лінію складання гідрозамка однобічного. Перед проектуванням лінії визначені вихідні дані, що включають основний час складання елементів виробу, дійсний і теоретичну (циклову) продуктивності лінії, крок, число позицій роторів, величини технологічних і кінематичних циклів. На основі цих величин визначені параметри роторів: діаметр, число оборотів, довжина початкової окружності, площа перетину кожного ротора, лінійна швидкість транспортного руху деталей у робочому роторі. Аналогічно визначені і параметри транспортних роторів. Розроблена на основі цього структурна схема автоматичної роторної лінії відбиває реальне розташування роторів у лінії, що враховує технологічний процес, напрямок і схему руху деталей у лінії. З урахуванням умов міжопераційнної передачі заготівель, умов компонування розроблена компонувальна схема роторної лінії складання, що дає повне представлення про автоматичну роторну лінію, її конструктивних характеристиках, числі інструментальних блоків або гнізд у технологічних роторах, числі захоплень транспортних роторів, прийнятій системі адресації деталей між позиціями технологічних і транспортних роторів, структурі привода обертання роторів і привода робочого руху виконавчих органів роторів. У роботі обґрунтована раціональність застосування роторних, а не конвеєрних, машин і механічного кулачкового привода, зроблений розрахунок кулачка. Отже, розроблені кінематичні і силові параметри роторів для складання деталей гідроциліндрів дозволили розробити як принципову структуру і компонування автоматичної роторної лінії в цілому, так і принципову конструкцію робочого ротора складання корпусу зі стопорним кільцем зокрема.

Перелік посилань

1. Лебедовский М.С., Федотов А.И. Автоматизация сборочных работ. - Л.: Лениздат, 1970 - 448 с.

2. Захаров Н.В., Тимофеев Ю.В. Разработка технологических процессов сборки: Учеб. пособие для техн. вузов. - М-во образования Украины, Харьк. политехн. ин-т. - К.: НМК ВО, 1992 - 152 с.

3. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. 5-е изд. - М.: Машиностроение, 1980 - 592 с.

4. Клусов И.А. Проектирование роторных машин и линий: Учеб. пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 1990 - 320 с.

5. Кошкин Л.Н. Комплексная автоматизация производства на базе роторных линий. - М.: Машиностроение, 1972 - 352 с.

6. Клусов И.А. и др. Автоматизация сборочных процессов на роторных линиях. - Киев, 1967 - 38 с.

7. Клусов И.А. Технологические системы роторных машин. Основы расчёта и проектирования. - М.: Машиностроение, 1976 - 229 с.

8. Кошкин Л.Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. - М.: Машино-строение, 1986 - 318с.

9. Прейс В.В. Технологические роторные машины вчера, сегодня, завтра. - М.: Машиностроение, 1986 - 127 с.

10. Автоматические линии роторного типа: Конструкции, расчёт и проектирование / А.Н. Кошкин, И.А. Клусов, В.Ф. Прейс и др. Под ред. В.Ф. Прейса. - Тула: ЦБТИ, 1961 - 198 с.

11. Гановски В.С., Бояджиев И.К. Автоматизация и комплексная механизация сборочных процессов в машиностроении. - София: Техника, 1982 - 236 с.

12. Гибкие производственные системы сборки / П.И. Алексеев, А.Г. Гера-симов, Э.П. Давыденко и др.; Под общ. ред. А.И. Федотова. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989 - 349 с.

13. Замятин В.К. Сборка подвижных цилиндрических и конических соеди-нений. - М.: Машиностроение, 1980 - 145 с.

14. Косилов В.В. Технологические основы проектирования автоматического сборочного оборудования. - М.: Машиностроение, 1976 - 248 с.

15. Лебедовский М.С. Автоматические загрузочные устройства. - Л.: СЗПИ, 1980 - 74 с.

16. Лебедовский М.С., Федотов А.И. Автоматизация сборочных работ. - Л.: Лениздат, 1970 - 448 с.

17. Муценёк К.Я. Автоматизация сборки изделий. - Рига: Изд-во Акад. наук Латв. ССР, 1964 - 164 с.

18. Муценёк К.Я. Автоматизация сборочных процессов. - Л.: Машинострое-ние, 1969 - 107 с.

19. Научные основы автоматизации сборки машин/ Под ред. М.П. Новикова - М.: Машиностроение, 1976 - 472 с.

20. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов. 5-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 1980 - 591 с.

21. Рабинович А.Н. Автоматизация механосборочного производства - Киев: Вища школа, 1968 - 364 с.

22. Сборка изделий машиностроения: Справочник/ Под ред. В.С. Корсакова и В.К. Замятина - М.: Машиностроение, 1983 - 480 с.

23. Храбров А.С. Совершенствование процессов автоматизации сборочных работ - Л.: Машиностроение, 1979 - 230 с.

24. Яхимович В.А. Переналаживаемые сборочные автоматы - Киев: Техніка, 1979 - 342 с.

25. Яхимович В.А. Ориентирующие механизмы сборочных автоматов - М.: Машиностроение, 1975 - 165 с.

26. Лебедовский М.С. Автоматизация сборки изделий - Л.: СЗПИ, 1980 - 81с.

27. Научные основы автоматической сборки/ М.С. Лебедовский, В.Л. Вейц, А.И. Федотов - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1985 - 316 с.

28. Пархоменко А.И., Остапенко В.И. Справочник механика угольной шахты - М.: недра, 1985 - 448 с.

29. Автоматические роторные линии - средство комплексной автоматизации производства: Сб. статей/ Под ред. Л.Н. Кошкина - М.: Машгиз, 1960 - 222с.

30. Клусов И.А. и др. Автоматические роторные линии - М.: Машинострое-ние, 1987 - 287 с.

31. Клусов И.А. и др. Роторные системы технологических машин. В 2-х ч. Под общ. ред. [и с предисл.] проф. В.Ф. Прейса - Тула: Изд-во Тульск. политехн. ин-та, 1971 - 312 с.

32. Кошкин Л.Н. и др. Автоматические линии роторного типа. Конструкции, расчёт и проектирование - Тула, 1961 - 192 с.

33. Клусов И.А., Сафарянц А.Р. Роторные линии. Основы расчёта и проектирования - М.: Машиностроение, 1969 - 192 с.

34. Кошкин Л.Н. Автоматические роторные линии - М.: Знание, 1960 - 47с.

35. Кошкин Л.Н. Роторные автоматические линии - М., 1963 - 116 с.

36. Автоматическая загрузка технологических машин: Справочник/ И.С. Бляхеров, Г.М. Варьяш, А.А. Иванов и др. Под ред. И.А. Клусова - М., 1990 - 400 с.

37. Автоматические роторные линии/ И.А. Клусов, Н.В. Волков, В.И. Золо-тухин и др. - М.: Машиностроение, 1987 - 288 с.

38. Корсаков В.С. ред. Сборка и монтаж изделий машиностроения: Спра-вочник: В 2-х т. - М., 1983. Т.1. Сборка изделий машиностроения - 216 с.

39. Корсаков В.С., Новиков М.П. Справочник по механизации и автомати-зации сборочных работ - М.: Машгиз, 1961 - 374 с.

40. Замятин В.К. Технология и оснащение сборочного производства машино-строения: Справочник - М.: Машиностроение, 1995 - 608 с.

41. Матвеев В.В. и др. Размерный анализ технологических процессов - М.: Машиностроение, 1982 - 263 с.

42. Ищенко А.Л. Разработка технологического и структурного обеспечения проектирования высокопроизводительных процессов и систем сборки непрерывного действия: Дис. … канд. техн. наук - Донецк, 1999 - 190 с.

43. Михайлов А.Н. Основы синтеза поточно-пространственных технологи-ческих систем - Донецк: ДонНТУ, 2002 - 379 с.

44. Михайлов А.Н., Тернюк Н.Э. К расчёту параметров маршрутизации изделий в поточно-пространственных технологических системах// Извес-тия вузов. Машиностроение, 1990, №11.

45. Михайлов А.Н., Тернюк Н.Э. Элементы теории маршрутизации предме-тов обработки в поточно-пространственных технологических системах// Теория механизмов и машин, 1991, вып.51.

46. Метод конечных элементов: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. П.М. Вар-вака - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981 - 176 с.

47. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах/ Под общ. Ред. Д.Г. Красковско-го - М.: КомпьютерПресс, 2002 - 224 с.

48. Задачі для підготовки до олімпіад з опору матеріалів: Навч. посібник/ Ф.Л. Шевченко, С.А. Жеданов - К.: ІСДО, 1995 - 176 с.

49. Механика упругих деформируемых систем. Часть 2. Сложное напряжённое состояние: Научн. пособие/ Ф.Л. Шевченко - К.: ІСДО, 1993 - 240 с.