2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗАГРУЗКИ И РАЗГРУЗКИ

← К оглавлению

1 2 3 4 5 6

Автоматизация загрузки и разгрузки в общем комплексе задач

по автоматизации технологических процессов является одной из наи-

более сложных, что вызвано разнообразием процессов, а также форм и

размеров заготовок (деталей). Иногда конструкция заготовок (деталей)

такова, что автоматизировать загрузку вообще невозможно. Основное

назначение автоматизации загрузки (питания) металлорежущих стан-

ков – превращение станков в полуавтоматы и автоматы и повышение

коэффициента их использования, облегчение труда рабочих, создание

лучших возможностей применения многостаночного обслуживания и в

итоге – значительное повышение производительности труда и сниже-

ние себестоимости изготовляемых деталей.

Автоматизация загрузки позволяет сократить вспомогательное

время, затрачиваемое на установку и съем изделий. Анализ действую-

щих технологических процессов механической обработки резанием,

проделанный ЭНИМС, показывает, что от 20 до 70 % вспомогательно-

го времени для мелких и средних изделий и от 50 до 70 % для крупных

изделий занимают установка и снятие изделия со станка.

Автоматизация загрузки станков осуществляется путем уста-

новки на станках или около них механических, электромеханических,

пневматических, гидравлических и пневмогидравлических устройств.

Автоматическим загрузочно-разгрузочным устройством

(АЗРУ) называется комплекс механизмов, обеспечивающих автомати-

ческое перемещение заготовок в нужный момент времени с данного

места хранения в рабочую зону станка и после завершения операции

обработки удаление обработанной детали (полуфабриката) в заданное

место хранения или транспортирования.

2.1. Назначение и виды загрузочных устройств

В настоящее время в промышленности применяется большое

количество разнообразных по конструкции и по принципу действия

загрузочных устройств. В зависимости от конструктивного выполне-

ния загрузочно-разгрузочные устройства представляют собой:

– конструктивные узлы самой рабочей машины;

– самостоятельные независимые узлы;

– приспособления.

Загрузочно-разгрузочные устройства относятся к группе

вспомогательных механизмов, так как сами не участвуют в собственно

технологическом процессе обработки (сборки), т. е. в процессе изме-

нения состояния предмета труда.

В зависимости от типа используемых заготовок различают два

способа загрузки или питания: непрерывный и прерывистый или пор-

ционный.

При непрерывном способе питания заготовка подается на за-

данный шаг и от нее отделяется очередная порция материала или об-

рабатываемая деталь. При прерывистом или порционном способе пи-

тания осуществляется подача отдельных порций или штучных заготовок.

При первом способе материал, загружаемый в машину, обес-

печивает непрерывную работу в течение нескольких операций и пред-

ставляет единое целое. К этому способу относятся подача из бунтов

(мотков) проволоки, ленты, проката профильного сечения или подача

пруткового либо листового материала. Для питания оборудования,

служащего для изготовления заготовок из проволоки или ленты, могут

применяться бунты (мотки) материала. Проволока или лента, сверну-

тые в бунт (моток), который надевается на свободно вращающуюся

катушку, после обработки каждой (предшествующей) заготовки авто-

матически подается к месту обработки, сматываясь с катушки.

Ручная заправка конца проволоки или ленты здесь произво-

дится только при установке нового (взамен израсходованного) бунта.

Для изготовления деталей из прутка, через полый шпиндель

одношпиндельных и многошпиндельных токарных автоматов пропус-

кается пруток длиной 1...4 м. В автоматах введенный в пустотелый

шпиндель пруток автоматически подается до упора к месту обработки

заготовки. В этом случае приходится несколько чаще производить за-

грузку прутков в автоматическое загрузочное устройство автомата,

чем при питании станка из бунта.

При порционном способе или поштучном питании осуществ-

ляется подача заготовок не связанных друг с другом. Для этого спосо-

ба заготовки могут быть сориентированными предварительно в про-

странстве (магазинное питание) или могут быть расположены “нава-

лом” (бункерное питание). Задача автоматического загрузочного уст-

ройства в этом случае состоит в том, чтобы каждый раз захватить заго-

товку и подать ее в рабочую зону в строго ориентированном положе-

нии. Второй способ является более многообразным и в ряде случаев

более сложным.

2.2. Автоматические устройства для

непрерывного способа питания

Автоматические устройства для непрерывного способа пита-

ния можно разделить по способу привода, по способу захвата материа-

ла, по способу действия на подаваемый материал.

По способу привода эти устройства могут выполняться:

– с независимым (самостоятельным) приводом;

– приводимыми от рабочего органа машины.

Независимый привод делает загрузочное устройство самостоятельным механизмом, освобождает

рабочие органы от дополнительной нагрузки, что особенно важно при выполнении деликатных или

высокоточных работ. Привод от рабочего органа упрощает само устройство и, в ряде случаев, значительно

упрощает синхронизацию и управление работой загрузочного устройства.

Блок-схема рабочей машины с автоматическим загрузочным устройством, имеющим независимый

привод, представлена на рис. 2.1.

САУ

ИМ

РО

АЗУ

Д1

Д2

Рис. 2.1 – Блок-схема машины с независимым приводом

Здесь привод автоматического загрузочного устройства (АЗУ) осуществляется от своего двигателя

Д1, а рабочих органов РО – от двигателя Д2. Для преобразования движений служат в каждой ветви

редукторы Р, которые управляются исполнительным механизмом (ИМ). Синхронизация и выработка команд

управления осуществляются системой автоматического управления САУ всего комплекса.

Блок-схема рабочей машины с автоматическим загрузочным устройством, имеющим привод от

рабочего органа, может быть представлена рис. 2.2.

САУ

ИМ

АЗУ

РО

Рис. 2.2 – Блок-схема АЗУ с приводом от рабочего органа машины

Здесь все механизмы работают от одного двигателя Д, кото-

рый через редуктор Р сообщает движение рабочему органу машины

РО. Последний сообщает движение собственно автоматическому заг-

рузочному устройству АЗУ, осуществляющему подачу материала в

рабочую зону станка. Синхронизация движений, включение и выклю-

чение РО и АЗУ, а иногда и общего двигателя Д, производятся испол-

нительным механизмом ИМ, управляемым системой автоматического

управления САУ, содержащей программу управления и получающей

информацию от АЗУ и РО. Уже из самой блок-схемы видно, что такое

загрузочное устройство проще, чем предыдущее, содержит меньше

узлов, а, следовательно, и более надежно. Однако оно создает допол-

нительную нагрузку на рабочий орган станка, что не всегда допустимо

по условиям точности и характеру работы рабочей машины. Кроме

того, ремонт и наладку такого загрузочного устройства необходимо

производить совместно с рабочей машиной, что также не всегда удоб-

но и рационально.

По способу захвата подаваемого материала автоматические

загрузочно-разгрузочные устройства непрерывного питания делятся на

следующие:

1) крючковые;

2) клещевые или цанговые;

3) валиковые (валковые) или роликовые.

Крючковые подающие устройства используются обычно для

подачи ленточного или листового материала, осуществляя захват ма-

териала за технологические или рабочие отверстия или выступы, по-

лучаемые в процессе обработки

(чаще вырубки).

Рис. 2.3 – Крючковая подача

1 2

На рис. 2.3 приводится

сечение загрузочного устройства

с подачей материала приводным

клиновым устройством. При дви-

жении клина рабочего органа 3

вниз его скос через ролик 2 пере-

мещает каретку 1 влево. Тогда

крючок 4 поворачивается и его

зуб перемещает материал влево.

При движении клина вверх

пружина 5 перемещает каретку 1

вправо, крючок 4 поворачива-

ется, его зуб выходит из зацеп-

ления и скользит по материалу,

подготавливая следующий шаг.

Затем процесс повторяется. Могут быть различные модификации этих

устройств, но всегда имеется захват (жесткая фиксация) по выступам

или отверстиям и возвратно-поступательное или качательное дви-

жение подающего механизма. Иногда для повышения точности подачи

и быстродействия используются грейферные механизмы, имеющие

более сложную траекторию движения, но принцип захвата и транспор-

тирования остается прежним.

Крючковые подачи просты по конструкции, дешевы в изго-

товлении и могут быть легко установлены на любом кривошипном или

эксцентриковом прессе с числом ходов до 200 в минуту. Однако для их

работы требуются технологические отверстия или выступы, а пода-

ваемый материал должен быть непрерывным, что приводит к повыше-

нию расхода материала. В связи с этим применение этого способа ог-

раничено.

Клещевые или цанговые подающие устройства характеризу-

ются захватом и перемещением материала за счет сил трения при воз-

вратно-поступательном движении механизма подачи. Поскольку пере-

дача движения осуществляется за счет сил трения, то сила трения в

первом приближении определяется как F = Nf, тр где N – сила нор-

мального давления, а f – коэффициент трения. Тогда, изменяя силу

нормального давления, обеспечивают одностороннюю подачу мате-

риала (зачастую с перехватом). Зажим материала для его перемещения

может осуществляться рычажным, клиновым, шариковым или ролико-

вым устройствами. В качестве примера на рис. 2.4 показана конструк-

ция односторонней клещевой подачи с захватом подаваемой полосы

или ленты роликами.

Рис. 2.4 – Клещевая подача с роликами

Тяга рычага 1 получает движение от привода и совершает воз-

вратно-поступательное движение, заставляя рычаг 1 совершать коле-

бательное движение, что приводит к возвратно-поступательному дви-

жению колодки 2 с захватывающими роликами. Две пары роликов 3 и

4, находящихся в клиновых гнездах колодки 2, при перемещении ее в

результате нажима рычага 1 заклинивают подаваемый материал (ленту

или полосу) и подают его в рабочую зону на заданный шаг подачи.

При обратном ходе рычага колодка с подающими роликами под дейст-

вием пружин 5 возвращается в исходное положение. В этот момент

ролики 3 и 4 освобождают подаваемый материал, разжимаясь под дей-

ствием встречного сопротивления подаваемого материала, а последний

в момент возврата подвижной колодки зажимается фиксирующими

роликами 6, расположенными в клиновых гнездах неподвижной (тор-

мозной) колодки 7, закрепленной на основании.

Ролики-клещи подвижной колодки и неподвижной тормозной

колодки своими цапфами уложены в направляющие хомутики 8, кото-

рые пружинами 9 притягивают ролики-клещи к клиновым гнездам

колодок.

К этой же группе подач относятся и широко применяемые

цанговые механизмы, в которых перемещение также осуществляется

за счет сил трения. Эти механизмы широко используются для подачи

пруткового материала в одношпиндельных и многошпиндельных то-

карных автоматах. Длина применяемых прутков находится в пределах

1…5 м. Прутковые материалы выполняются круглого, шестигранного,

квадратного и других профилей.

Клещевые и цанговые подачи позволяют более экономично и

полно использовать подаваемый материал, однако в них неизбежно

проскальзывание, что приводит к снижению точности. Для повышения

точности позиционирования подачу осуществляют до упора, но тогда

повышается износ губок цанги.

Валиковые (валковые) или роликовые автоматические загру-

зочные устройства осуществляют подачу в рабочую зону периодиче-

ским вращением валиков или роликов. При этом передача движения

(захват) может быть за счет сил трения (фрикционная передача) либо

захватом за отверстия или выступы, получаемые до захватного органа

или в процессе осуществления захвата. Схема роликовой подачи при-

ведена на рис. 2.5.

Подача такими загрузочными устройствами осуществляется

либо фиксированным поворотом валков, либо до упора. В последнем

случае необходимо проскальзывание роликов для досылки материала,

что приводит к повышенному износу валиков. Захват материала за

выступы или отверстия улучшает сцепление роликов с материалом и

позволяет достичь большую точность подачи, однако это требует

более точного фиксированного поворота валиков, что в свою очередь

ведет к усложнению и удорожанию механизма привода.

Рис. 2.5 – Роликовая подача

Валиковые или роликовые подачи позволяют подавать прово-

локу, прутки, ленту, полосу, листы. Таким образом они наиболее уни-

версальны. Этот тип подающего механизма позволяет достичь наи-

большей производительности, поскольку здесь отсутствует возвратное

движение в отличие от предыдущих подач, однако им трудно обеспе-

чить высокую точность шага перемещения.

По способу действия на подаваемый материал автомати-

ческие загрузочно-разгрузочные устройства с непрерывным способом

питания могут быть (см. рис. 2.6):

– тянущими (рис. 2.6, а);

– подающими (рис. 2.6, б);

– тянуще-подающими (рис. 2.6, в).

Р.З. Р.З. Р.З.

а) б) в)

Рис. 2.6 – Блок-схемы АЗРУ по способу действия

Здесь стрелки показывают место и направление действия на

подаваемый материал, проходящий через рабочую зону (Р.З.) машины.

Тянущие АЗРУ обеспечивают более надежную подачу, осо-

бенно тонкого материала, т. к. в этом случае материал может быть на-

пряжен (растянут) на рабочей позиции путем подтормаживания сво-

бодной части (бухты). Однако для его осуществления необходимо,

чтобы после рабочей зоны материал оставался неразрывным, т. е. из

основы происходило отделение (вырубка) заготовок или деталей без

нарушения целостности самой основы. Этот способ связан с повышен-

ным расходом материала.

Подающие АЗРУ позволяют добиться более экономного рас-

кроя материала, не связаны требованием целостности и недеформиро-

ванности материала после рабочей зоны. Однако подачу тонкого мате-

риала осуществлять труднее из-за возможных короблений и заклини-

вания.

Тянуще-подающие АЗРУ являются комбинацией обоих мето-

дов с целью объединения положительных характеристик, но они ока-

зываются более сложными и громоздкими.

В ряде случаев, при непрерывной подаче оказывается необхо-

димым предварительно править подаваемый материал, деформирован-

ный остаточными напряжениями. Для этих целей используются специ-

альные механизмы правки. Существует много различных конструкций

механизмов правки, в которых материал протягивается между штиф-

тами, гребенками, роликами и т. д. В результате многократных дефор-

маций материал приобретает правильную форму.

2.3. Автоматические устройства для

поштучного способа питания

Автоматические загрузочно-разгрузочные устройства непре-

рывного питания довольно просты, однако они применимы далеко не

во всех случаях, т. к. заготовки здесь далеки от оптимальных форм и

размеров, что приводит к увеличению отходов и снижению произво-

дительности труда. Стремление сблизить формы и размеры заготовок

и изготавливаемых деталей приводит к необходимости загрузки штуч-

ными (отдельными) заготовками рабочих машин. Количество исполь-

зуемых в машиностроении типоразмеров заготовок огромно, что зна-

чительно усложняет создание и эксплуатацию автоматических загру-

зочно-разгрузочных устройств. В большинстве случаев подаваемые в

рабочую зону заготовки должны быть ориентированными в простран-

стве, тогда как разгрузка осуществляется для уже ориентированных

деталей. В связи с этим, большее значение имеет создание автоматичес-

ких загрузочных устройств.

Автоматические загрузочные приспособления для штучных

изделий появились довольно давно. Первоначально загрузочные уст-

ройства нашли применение в огнестрельном автоматическом оружии

для подачи патронов, затем на пуговичных, патронных, конфетных

фабриках, где продукция производится в массовых количествах.

Автоматические устройства для поштучного способа питания

позволяют подавать в рабочую зону машины заготовки, не связанные

друг с другом, поштучно. Все разнообразие таких устройств может

быть, прежде всего, разделено на два типа:

1) устройства магазинного питания;

2) устройства бункерного питания.

2.3.1. Устройства магазинного питания

Эти устройства осуществляют автоматическую подачу загото-

вок предварительно ориентированных и уложенных в магазин вруч-

ную. Иногда такие устройства называют полуавтоматическими.

Ручные ориентирование и загрузка в магазин требуют значи-

тельных затрат времени, что снижает производительность по сравне-

нию с бункерным питанием. И, тем не менее, магазинные загрузочные

устройства применяются в следующих случаях:

1) для деталей сложной формы, автоматическое ориентирова-

ние которых трудно осуществимо или неосуществимо вообще;

2) для деталей повышенной взаимосцепляемости из-за труднос-

ти их разделения;

3) для деталей, которые могут быть повреждены (хрупкие, вы-

сокоточные и т.п.) при засыпке их навалом;

4) при автоматизации загрузки рабочих машин, осуществляю-

щих длительный цикл обработки, когда применение более сложных и

более производительных бункерных загрузочных устройств становится

нецелесообразным.

В общем случае магазинное загрузочное устройство состоит

из следующих основных узлов:

1) накопителя или собственно магазина;

2) отсекателя;

3) питателя;

4) блокирующего механизма;

5) привода загрузочного устройства.

Взаимодействие этих узлов может быть представлено схемой,

приведенной на рис. 2.7.

БЛОКИРУЮЩИЙ

МЕХАНИЗМ

ОТСЕКАТЕЛЬ НАКОПИТЕЛЬ

(МАГАЗИН)

ПРИВОД

ПИТАТЕЛЬ

Рис. 2.7 – Схема взаимодействия узлов магазинного

загрузочного устройства

Заготовки или детали из накопителя поступают к отсекателю и затем с помощью питателя

подаются в рабочую зону станка или машины. Блокирующий механизм предупреждает нарушение работы

загрузочного устройства, воздействуя на магазин, отсекатель или питатель. Движение рабочих органов

устройства осуществляется с помощью привода АЗУ.

Накопитель или магазин служит для помещения в него заданного количества ориентированных

заготовок и транспортирования их в питатель, а затем и в рабочую зону станка. Количество загружаемых

заготовок должно обеспечить бесперебойную работу рабочей машины в течение определенного времени,

обуславливаемого технологическим процессом. Обычно это время – 10…30 мин. Таким образом, при

выборе размеров и объема накопителя приходится решать задачу о размещении в нем загружаемых

заготовок. Заготовки могут помещаться в накопителе:

1) в один ряд;

2) в один слой и несколько рядов;

3) в один штабель;

4) в несколько штабелей и один ряд;

5) в несколько штабелей и рядов.

При выборе размещения заготовок приходится решать альтер-нативные задачи. Наиболее простой

способ – это размещение в один ряд, поскольку здесь упрощается отбор заготовок, их транспортирование, да

и сама загрузка. Однако при этом увеличиваются габариты самого магазинного загрузочного устройства,

что может потребовать дополнительную производственную площадь.

В зависимости от конфигурации подаваемых заготовок, требо-ваний их хранения, условий выдачи

заготовки могут располагаться вплотную или вразрядку.

В автоматических загрузочных устройствах заготовки пере-

мещаются под действием силы тяжести, внешней приложенной силы

или сил инерции.

Следовательно, можно выделить четыре вида движения, или

транспортирования, изделий:

1) самотечное – под действием силы тяжести;

2) принудительное – под действием приложенной внешней силы;

3) вибрационное – под действием инерционных сил;

4) комбинированное – сочетающее вышеназванные виды для

использования их различных преимуществ.

Самотечное транспортирование находит большое применение,

так как в этом случае не требуется ни источника энергии, ни двигателя,

ни специальных механизмов. Однако применение самотечного транс-

порта ограничивается тем, что перемещение изделий происходит с

ускорением, и часто скорости бывают настолько велики, что оказыва-

ются опасными для изделий. Кроме того, самотечный транспорт мож-

но использовать только в случае перемещений сверху вниз. Поэтому,

наряду с самотечным находят применение и другие виды транспорта,

несмотря на то, что для них требуются особые механизмы, специаль-

ный привод и часто довольно сложные устройства.

Самотечный способ транспортирования иногда можно не-

сколько улучшить, если сообщить поперечные колебания плоскости,

по которой скользят изделия. При этом скольжение осуществляется

под углами, значительно меньшими углов трения, а движение замедля-

ется и становится более равномерным. Перемещение заготовки полу-

чают за счет искусственного уменьшения силы трения между поверх-

ностями скольжения путем поперечного колебания или равномерного

движения несущей плоскости, или в результате образования между

поверхностями скольжения воздушной подушки. Характер такого по-

лусамотечного движения можно менять в небольших пределах за счет

частоты колебаний, скорости движения опорной плоскости или изме-

нения угла наклона отдельных участков плоскости. Такие установки

относительно несложны и имеют по высоте меньшие размеры.

Принудительный транспорт позволяет перемещать детали в

любом направлении равномерно, ускоренно, замедленно и т. д. Но

внешние силы могут приводить к повреждению подаваемых заготовок,

к их заклиниванию при транспортировании, к повреждению самого

загрузочного устройства. Вместе с тем они обычно более сложны, по-

этому применение такого способа транспортирования ограничено.

Вибрационный транспорт является в некоторой мере проме-

жуточным между самотечным и принудительным. Так как изделия

движутся силами инерции, а не направляются жесткими толкателями,

то движение их может приостановиться до тех пор, пока освободится

место для транспортируемых изделий, как это имеет место в самотеч-

ном транспорте. Изделия можно перемещать под очень небольшим

углом вниз, горизонтально и даже под небольшим углом вверх, т. е.

так, как это позволяет принудительное транспортирование. При виб-

рационном транспортировании очень удобно осуществлять ориенти-

рование изделий сложной формы.

Используя принцип расположения изделий в один ряд, пред-

ложены конструкции загрузочных приспособлений лоткового типа. В

наименее развитой форме эти приспособления состоят из одних лот-

ков, где изделия перемещаются самотеком (под действием собственно-

го веса) непосредственно в зону обработки. Довольно часто лотки

применяются в качестве накопителя или магазина.

2.3.2. Лотки

По форме продольного профиля лотки бывают прямолиней-

ные обычные, прямолинейные роликовые, изогнутые, винтовые (спи-

ральные), зигзагообразные и специальные (змейковые, каскадные и др.).

Схемы таких лотков приводятся на рис. 2.8. При проектирова-

нии самотечных лотков следует иметь в виду, что движение заготовок

осуществляется под действием составляющей силы земного притяже-

ния и, следовательно, необходим определенный перепад высоты. Вер-

тикальное расположение лотка приводит к быстрому росту его высоты

и, таким образом, применимо для довольно мелких заготовок. Вместе с

тем, такое расположение приводит к повышенному давлению загото-

вок друг на друга, что также не всегда допустимо. В связи с этим для

самотечных лотков наиболее часто применяют их наклонную установку.

а) б)

в) г) д)

е) ж)

Рис. 2.8 – Типы лотков:

а – прямолинейные обычные; б – прямолинейные роликовые; в – спи-

ральные; г – овальные; д – змейковые; е – дугообразные; ж – каскадные

Тогда для осуществления движения (см. рис. 2.9):

g sinα > gf cosα, (2.1)

откуда

tgα > f = tgρ и α > ρ, (2.2)

т. е. угол наклона лотка должен быть больше угла трения. Стремясь уменьшить

перепад высоты, применяют различные методы уменьшения коэффициента

трения. Вместе с тем необходимо увеличить долговечность самих лотков, т. е.

повысить износостойкость рабочих поверхностей. Одним из наиболее старых и

испытанных методов является замена трения скольжения трением качения. В

связи c этим самотечные лотки делятся на лотки-склизы и лотки-скаты. В лотках-

склизах заготовки скользят по наклонно установленной поверхности или

направляющей. Рабочие поверхности таких лотков выполняются из

износостойкой каленой стали и шлифуются. Угол наклона, исходя из

приведенного соотношения, для большинства случаев должен быть более 26º

(обычно принимают 30…55º).

Fтр

Рис. 2.9 – Схема

скольжения тела

По форме поперечного сечения различают открытые и закрытые лотки, представители которых

приведены на рис. 2.10. Закрытые лотки применяют при вертикальном расположении лотка, наклоне лотка

под углом свыше 10°, при большой длине заготовок и независимо от длины – для заготовок типа колпачков,

ступенчатых и конических валиков, так как они могут изменять свою ориентацию при движении. В

закрытых лотках в стенках делают смотровые щели для наблюдения за перемещением и устранения

застревания заготовок. Расчет лотков состоит в определении размеров в поперечном и продольном

сечениях, наклоне лотка и скоростей перемещения заготовок.

Поперечное сечение и его размеры для лотков-склизов выбираются сообразно с конфигурацией

подаваемых заготовок таким образом, чтобы обеспечить их свободное перемещение (скольжение) без

потери ориентации. Исходя из этих соображений, внутренний профиль лотка-склиза должен быть описан

вокруг профиля подаваемой заготовки, он должен быть легок для исполнения, обеспечивать достаточную

жесткость, не допускать самопроизвольного поворота заготовки во время транспортирования.

Рис. 2.10 – Поперечное сечение лотков:

а – закрытый для валиков; б – открытый для валиков; в – открытый для

дисков; г – закрытый для дисков; д – пазовые лотки; е – угловой лоток;

ж – стержневые и специальные

Вместе с тем, необходимо учитывать колебания размеров за-

готовок и попадание попутной грязи (смазки, стружки, посторонних

легких предметов и т. п.). Тогда возникает тенденция расширить раз-

меры лотка до максимально возможных, но не допустить заклинива-

ния и поворота заготовки.

В каждом конкретном случае следует анализировать возмож-

ные вариации. Так, при подаче прямоугольных заготовок или заго-

товок, имеющих прямоугольное сече-

ние (например, цилиндры) зазор между

размером заготовки и размером лотка

(в сечении сохранения ориентации)

ограничивается не только возможно-

стью поворота заготовки, но и воз-

можностью самозаклинивания. Воз-

можный поворот заготовки иллюстри-

руется на рис. 2.11. Пусть при движе-

нии по лотку заготовка коснулась од-

ной из стенок. Тогда под действием

силы трения этот торец замедляет ско-

рость и заготовка начнет поворачи-

ваться вокруг точки O под действием

приведенной силы земного ускорения

Q. Этот поворот будет продолжаться

до тех пор, пока крутящий момент от

силы Q не уравновесится моментом

реакции стенок, т.е.

Рис. 2.11 – Поворот заготовки

tgβ,

QRB ⋅=⋅⋅ (2.3)

откуда

2tg

Q R =

⋅ β

. (2.4)

После прекращения поворота заготовка будет продвигаться,

преодолевая силы трения по боковым поверхностям, для чего необхо-

димо соблюдать условие:

, (2.5) 22 тр QF N >= f

откуда

Q N

< . (2.6)

Поскольку всегда реакция равна действующей нормальной си-

ле, то N = R и тогда движение будет при

22tg

⋅ β

, (2.7)

отсюда

tgβ > f = tgρ и β > ρ, (2.8)

т. е. для осуществления движения (предотвращения самозаклинива-

ния) угол между диагональю (распорным размером) заготовки и

нормалью к поверхности лотка должен быть больше угла трения.

Для заготовок с большим соотношением продольного и попе-

речного размеров (l/d) самозаклинивание может не происходить, но

возникает опасность движения заготовок в два ряда. Тогда следует

ввести ограничение зазора Δ, исходя из поперечного размера заго-

товки. Обозначив размер поперечного сечения через b, можем записать:

B < 2b, но B = b+Δ и Δ < b.

Обычно вводят некоторый коэффициент запаса k (0,8…0,9) и

тогда записывают:

Δ ≤ kb. (2.9)

Лотки-скаты позволяют значительно уменьшить перепад

высот и износ самого лотка. Для осуществления качения вместо

скольжения возможны два пути: либо использовать конфигурацию

заготовок, если они представляют собой тела вращения (рис. 2.8, а),

либо в качестве несущих поверхностей лотков использовать валики

или ролики (рис. 2.8, б). При проектировании таких лотков следует

рассмотреть условия движения для определения минимального угла

наклона лотка (т.е. при наличии катков необходимо определить приве-

денный коэффициент трения). Следует избегать чрезмерного коли-

чества катков, ибо это удорожает лоток и увеличивает сопротивление

движению. Однако при движении не должен происходить поворот,

препятствующий движению заготовки.

2.4. Вибрационное перемещение

Для хранения и принудительной подачи заготовок, располо-

женных в один ряд, в последнее время все шире применяют вибраци-

онные лотки-транспортеры, позволяющие работать даже с отрицатель-

ным перепадом высот и обеспечивающие высокую надежность подачи

без повреждения подаваемых заготовок. Они, конечно, сложнее само-

течных лотков, однако, указанные их преимущества: малая энергоем-

кость, сравнительные простота конструкции и износостойкость – за-

воевывают все большее признание.

Принцип вибрационного транспортирования одинаков как для

прямолинейных лотков, так и для вибрационных бункерных питате-

лей, которые будут рассмотрены позже.

Под вибрациями обычно понимают колебательное движение

поверхности тела сравнительно малой амплитуды и значительной час-

тоты.

Тогда вибрационное перемещение есть движение тела по виб-

рирующей поверхности под воздействием периодической возмущаю-

щей силы сообщаемой этой поверхностью, т. е. движение под воздей-

ствием инерционных сил, возникающих в результате вибрационного

перемещения рабочей (несущей) поверхности.

Законы движения рабочего органа (несущей или транспорти-

рующей поверхности) могут быть весьма разнообразными. Наиболее

легко осуществляются гармонические колебания (движение описы-

вается уравнением x = A sin(ωt+β), чем объясняется их наибольшее

распространение в вибрационных машинах. Вместе с тем, могут при-

меняться полигармонические и негармонические законы движения

рабочих органов. Осуществление таких колебаний значительно слож-

нее, поэтому при отсутствии каких-либо специальных требований их

применение нерационально.

Кроме закона, колебательное движение рабочего органа ха-

рактеризуется и направленностью, т. е. колебания могут совершаться в

одном направлении – линейные, в двух направлениях – плоскостные,

или в трех направлениях – объемные, т. е. колебания могут быть одно-

компонентными, двухкомпонентными и трехкомпонентными. Естест-

венно, что самыми простыми являются однокомпонентные колебания,

которым отдается предпочтение.

Рабочий орган вибромашины (лотка, питателя) для осуществ-

ления перемещения совершает колебательное движение около некото-

рого нейтрального (исходного) положения. В результате этого движе-

ния рабочий орган воздействует на транспортируемые заготовки, со-

общая им ускорение. Тогда возникают и силы инерции, под действием

которых и осуществляется движение заготовок относительно транс-

портирующей поверхности. Поскольку рабочий орган лишь вибрирует

и его суммарное перемещение равно нулю, то именно относительное

перемещение заготовок по вибрирующей поверхности и является

транспортирующим движением.

Режимы движения заготовки по вибрирующей поверхности

можно разделить на две группы: безотрывные, при которых заготовка

все время находится в контакте с вибрирующей поверхностью, и ее

относительное перемещение осуществляется только скольжением по

этой поверхности, и отрывные, при которых заготовка в течение час-

ти каждого цикла не касается вибрирующей поверхности, совершая

микрополет, во время которого происходит относительное перемещение.

2.4.1. Основные закономерности

вибрационного транспортирования

Однокомпонентные колебательные системы получили наиболь-

шее распространение в автоматических загрузочных устройствах. При

этом колебания рабочей поверхности могут совершаться в продоль-

ном, поперечном и наклонном направлениях. Наибольшее применение

получили однокомпонентные колебания в наклонном направлении.

Этот способ вибротранспортирования является более универ-

сальным, поскольку позволяет осуществлять направленное движение

не только по горизонтальному лотку, но и имеющему небольшой

подъем. Возможность транспортирования тел вверх по наклонному

лотку позволяет осуществлять выбор заготовок или изделий из объем-

ного магазина или из навала, что положено в основу работы бункер-

ных вибропитателей. Горизонтальное расположение лотка или вибри-

рующей поверхности в данном случае может рассматриваться как ча-

стный случай наклонной поверхности с углом подъема α = 0. Тогда

расчетная схема представляется рис. 2.12. Здесь тело размещено на

плоскости наклоненной под углом α, которая совершает колебания под

углом β. Наклонное движение лотка может быть разложено на про-

дольное и поперечное.

Рис. 2.12 – Наклонные колебания

Расположив систему координат так, что вибрирующая поверх-

ность совпадает с осью OX, можем рассматривать раздельно движение

по оси ОХ (х) и оси OY (y). Тогда движение по оси х будет характери-

зовать продольное перемещение заготовки, а движение по оси y – ее

нормальное, т. е. перпендикулярное к несущей поверхности, движение.

В этом случае, естественно, отсутствие движения вдоль оси OY указы-

вает на безотрывность режима транспортирования, а наличие его – на

существование отрывного режима. Отрыв тела (заготовки) от лотка

произойдет, когда составляющая нормального ускорения лотка вниз пре-

высит нормальную составляющую земного ускорения, т. е. wлн > g·cosα,

что для гармонических колебаний записывается как Aлн·ω2

cosωt > g·cosα.

Соотношение максимальных значений этих нормальных составляю-

щих является одной из важнейших характеристик вибротранспортиро-

вания и называется параметром режима вибротранспортирования и

обозначается ξ. Тогда можно записать:

max ()

cos

лн wt

ξ=

⋅ α

. (2.10)

Для гармонических колебаний параметр режима запишется:

cos

лн A

ω ξ=

⋅ α

, (2.11)

где Алн – нормальная составляющая амплитуды колебаний

лотка;

ω – круговая частота колебаний (ω = 2πν, ν – частота коле-

баний).

При ξ ≤ 1 режимы вибротранспортирования будут безотрыв-

ными, а при ξ 1 наступают отрывные режимы. Для отрывных режи-

мов происходит разрыв в закономерности движения, поскольку часть

цикла заготовка находится на поверхности транспортирующей плоскос-

ти, а часть цикла – в отрыве от нее. Таким образом, транспортируемое

тело либо скользит по вибрирующей поверхности, либо движется вмес-

те с ней, либо совершает микрополет. Тогда для продольной состав-

ляющей движения, являющейся движением транспортирования, мо-

жем записать дифференциальные уравнения:

– для этапов скольжения (скорость тела относительно лотка

υтл ≠ 0):

( ) sin α cosα signυ лн mx mg mf g w t =− − ⎡ + ⎤ ⎣⎦

&& тл , (2.12)

откуда

( ) sin cos signυ ,

лн xg fg wt ⎡⎤ =− α− α+ ⎣⎦

&& тл (2.13)

тогда для гармонического закона движения:

( )

sin cos cos signυ лнт xg fg A t =− α− α+ ω ω && л ; (2.14)

– для этапов совместного движения (т. е. без проскальзыва-

ния, υтл = 0):

cos лп x A t = ωω && , (2.15)

где – продольная амплитуда колебаний лотка;

лп A

f – коэффициент трения;

– для этапов микрополета:

sin xg = − && α . (2.16)

Решение дифференциальных уравнений для различных этапов

с учетом начальных условий для каждого этапа, определяемых как

постоянные интегрирования и учитывающие переходы от одного этапа

к следующему, позволяет определить пути и скорости на каждом эта-

пе. Затем, суммируя пути всех этапов, получают путь, пройденный

телом за колебательный цикл, а разделив суммарный путь на длитель-

ность цикла, вычисляют среднюю скорость вибротранспортирования.

Переход от одного этапа к другому зависит от нормальной состав-

ляющей ускорения и соотношения скоростей движения тела и лотка.

Эти моменты не являются постоянными и для каждого сочетания тре-

буют своего вычисления. Поскольку различные этапы описываются

разными уравнениями, то общее уравнение движения будет представ-

лять собой нелинейную кусочную функцию.

Процесс вычисления средней скорости оказывается довольно

сложной процедурой. С помощью компьютера для различных режимов

и начальных условий вычислены средние скорости вибротранспорти-

рования в безразмерном виде, которые приводятся в специальной ли-

тературе в виде графиков и таблиц. Имеются приближенные способы

вычисления этой скорости, дающие значения с разной степенью точ-

ности.

Для гармонических законов колебательного движения этот

процесс наиболее изучен. Если не учитывать вторичных микрополе-

тов, возникающих в результате упругого удара, то картина скорости

перемещения может иметь для установившегося режима (после осу-

ществления разгона) от 2 до 5 этапов. Наиболее общим является пяти-

этапный режим, представленный графиком на рис. 2.13 (штриховыми

линиями на рисунке показаны ускорения в нормальном направлении):

Рис. 2.13 – Графики скоростей при вибротранспортировании

Кривая --- -- ое fmne ′ ′′′ ′ соответствует последовательному ря-

ду начального разгона тела. Затем на протяжении нескольких циклов

режим постепенно стабилизируется, т. е. тело переходит в установив-

шийся режим движения, характеризуемый кривой k-e-l-f-m-n-e. Здесь:

1. Этап разгона (k-e или n-e) – тело проскальзывает назад от-

носительно лотка и его скорость увеличивается.

2. Этап совместного движения (e-l ) – тело движется с лотком.

3. Этап первого торможения (l-f ) – когда скорость тела оказа-

лась выше скорости лотка и происходит проскальзывание вперед.

4. Этап микрополета (f-m) – определяемый параметром режи-

ма транспортирования ξ, когда тело потеряло контакт с поверхностью

лотка.

5. Этап второго торможения (m-n) – тело продолжает терять

скорость до выравнивания скоростей тела и лотка.

Важными показателями во всей картине вибротранспортиро-

вания являются моменты отрыва тела от лотка и его падения на лоток

после микрополета, определяемые фазовыми углами φо и φв. При дви-

жении лотка вниз нормальная составляющая ускорения лотка умень-

шается, а затем приобретает отрицательное значение. Когда отрица-

тельное значение нормальной составляющей лотка становится равным

значению нормальной составляющей земного ускорения, сила прижи-

ма становится равной нулю и тело теряет контакт с поверхностью лот-

ка. Начинается этап микрополета.

Фазовый угол φо, при котором начинается отрыв заготовки от

лотка, определяется из соотношения:

o cos ω cos лн mg mA α =− ϕ .

Тогда можно записать:

o 2

cosα

arccos

ω лн

⎛⎞

ϕ=− ⎜

⎝⎠

⎟ (2.17)

и учитывая значение параметра ξ (см. (2.11)):

⎟ ⎟

⎠

⎞

⎜ ⎜

⎝

⎛

−=ϕ

arccos 0 . (2.18)

После микрополета тело (заготовка) падает на поверхность

лотка. При этом во время микрополета лоток совершает движение по

гармоническому закону, а тело движется по параболе. Суммарные пу-

ти от отрыва до падения должны быть одинаковыми. Тогда, после под-

становки уравнений движения, получим трансцендентное уравнение:

()

( )

0coscos

sin

=ϕ+ϕ−

ϕ−ϕ

⋅

−ϕ−ϕ⋅ϕ в o

ов

ов o . (2.19)

Решение этого уравнения относительно

в ϕ позволяет вычис-

лить фазовый угол встречи заготовки и лотка. Анализируя нормаль-

ные составляющие движения, можно определить максимальную вели-

чину отрыва заготовки от лотка ΔSm и фазовый угол наибольшего уда-

ления заготовки от лотка. Расстояние между заготовкой и лотком во

время микрополета определяется как разность путей, пройденных за-

готовкой и лотком:

. (2.20)

оо

υ зн лн он зн он лн SS S S d S d

ϕϕ

Δ= − = + ϕ− − ϕ ∫∫ υ

Нормальная составляющая скорости заготовки υзн определя-

ется соотношением:

( oo υωsin cos зн лн

А ) = ϕ− α⋅ϕ−ϕ

, (2.21)

а нормальная составляющая скорости лотка υзн для гармонических

колебаний:

υ ωsin .

лн лн A = ϕ (2.22)

Как показывает анализ, максимальное расстояние между за-

готовкой и лотком ΔSm будет в момент равенства их нормальных ско-

ростей. Приравнивая значения υ зн и υ лн при фазовом угле максималь-

ного отрыва φs, получаем:

() oo sin cos sin лн s лн s

AA ω ϕ− α⋅ϕ−ϕ = ω ϕ

(2.23)

или

o sin sin 0 s

ϕ −ϕ

ϕ −ϕ− =

. (2.24)

Решая это трансцендентное уравнение, получим значение фа-

зового угла максимального удаления заготовки от лотка, а сама вели-

чина удаления определяется формулой:

()

o 2

o 1co

s лн

ms s

S s1

⎡ ⎤ ϕ−ϕ

⎢ ⎥ Δ = ϕ−ϕ ξ− − +ξ ϕ+

ξ ⎢ ⎥

⎣ ⎦

. (2.25)

Значения фазовых углов моментов отрыва, встречи (падения)

и максимального удаления, полученные путем решения приведенных

уравнений, приводятся на графиках рис. 2.14. Как видно из приведен-

ных графиков, по мере роста параметра режима ξ момент отрыва на-

чинается раньше, а момент встречи – позже и, таким образом, дли-

тельность полета увеличивается. При ξ = 1 отрыва заготовки от лотка

не происходит, а при ξ = 3,3 длительность полета равна 2π, т. е. полет

заготовки происходит в течение всего цикла и наступает режим непре-

рывного подбрасывания.

Рис. 2.14 – Фазовые углы отрыва, встречи и максимального удаления

φв

φs

φo

Анализ графика приведенного на рис. 2.13 показывает, что в

зависимости от выбранных параметров движения лотка (величины ξ,

определяющей фазовые углы отрыва и встречи заготовки с лотком, φо

и φв и углов β и α), средняя скорость движения заготовки υ зп будет

приближаться к максимальной скорости лотка υ лп.max, оставаясь всег-

да меньше нее.

Критерием эффективности режима вибротранспортирования

является коэффициент скорости , показывающий, насколько сред-

няя скорость заготовки в данном режиме приближается к продольной

скорости лотка:

c K

.max

зп

лп

K = . (2.26)

И для гармонического закона колебательного движения:

υзп

лп

. (2.27)

Для унификации рассмотрения процесса движения вводятся

безразмерные коэффициенты:

tgα

α = , (2.28)

( ) ctg

β −α

= . (2.29)

Зная , всегда можно определить среднюю скорость движе-

ния заготовки. Вместе с тем, выбирая режим вибротранспортирования,

стремятся получить максимально возможное значение , поскольку

это будет снижать динамическую нагрузку на вибротранспортер. От

изменения параметров движения будет зависеть и характер транспор-

тирования. Наиболее общий пятиэтапный режим с максимальным чис-

лом этапов движения рассмотрен ранее и представлен на рис. 2.13.

Однако при изменении параметра режима ξ, круговой частоты ω, ам-

плитуды колебаний А

c K

л, угла бросания β, угла наклона лотка α, коэф-

фициента трения f, картина движения будет изменяться и возможны

режимы с различными этапами движения [22, 33].

Для различных значений параметра режима ξ и Kβ при Kα = 0

вычислены значения Kc, представленные графиками рис. 2.15.

Kβ

Рис. 2.15 – Зависимость Kc от Kβ и ξ при Kα = 0

Как видно из представленных графиков, коэффициент скорос-

ти возрастает с увеличением параметра режима ξ. Графики дают воз-

можность определить коэффициенты скорости для заготовок с различ-

ными значениями коэффициента трения.

Приведенные ранее уравнения движения заготовки по вибри-

рующему лотку показывают, что скорость транспортирования, а, сле-

довательно, и коэффициент скорости Kc зависят и от угла подъема,

характеризуемого коэффициентом Kα. Вычисленные значения коэф-

фициента скорости Kc при ξ = 1,6 для различных значений Kα приво-

дятся на графиках рис. 2.16.

Рис. 2.16 – Зависимости Kc от Kα и Kβ при ξ = 1,6

Kβ

Приведенные здесь графики дают возможность определить

коэффициент скорости Kc для заготовок с разными коэффициентами

трения при различных углах подъема лотка для ξ = 1,6 и неупругом

ударе заготовки о лоток после микрополета. При других значениях

параметра режима ξ численные значения Kc будут другими, но общая

картина сохранится.

Построенные графики основаны на уравнениях, не учиты-

вающих явления удара заготовки о лоток. При абсолютно неупругом

ударе и параметре режима ξ = 3,3 (см. рис. 2.14) наступает режим не-

прерывного подбрасывания, т. е. режим движения становится одно-

этапным. Рассмотренная картина вибротранспортирования не учиты-

вала передачу энергии при соударении и для нее при ξ = 3,3 движение

вверх осуществляться не будет. Если же учесть передачу энергии при

соударении, то и для таких режимов должно осуществляться движение

при α > 0.

Процесс соударения связан с упругими свойствами транспор-

тируемых изделий и лотка и является довольно сложным. Вместе с

тем, реальные заготовки и лотки не являются абсолютно неупругими и

эти свойства необходимо учитывать. Введение учета упругих свойств

значительно усложняет картину виброперемещения, поскольку упру-

гий удар будет проявляться во всех случаях отрывных режимов виб-

ротранспортирования.

Явление упругого удара, прежде всего, скажется на нормаль-

ной к поверхности лотка составляющей движения. Тогда после соуда-

рения в конце этапа микрополета заготовка вновь оторвется от по-

верхности лотка и совершит следующий, вторичный микрополет.

При этом возможны следующие случаи: либо вторичные

прыжки будут постепенно затухать и в течение одного периода (до

следующего регулярного момента отрыва) они прекратятся и начнется

движение заготовки по поверхности лотка; либо прыжки не успеют

затухнуть до следующего регулярного момента отрыва и транспорти-

руемая заготовка, совершая несколько прыжков за каждый период,

войдет в режим непрерывного подбрасывания. При непрерывном под-

брасывании возможны также два случая: либо цикл прыжков (коли-

чество и моменты соударений) замкнется в пределах одного периода

колебаний лотка; либо цикл замкнется за пределами одного периода, т. е.

цикличность прыжков будет определяться несколькими периодами

колебаний транспортирующего лотка. Наконец, возможна комбинация

этих случаев, т. е. в течение нескольких периодов заготовка находится

в режиме непрерывного подбрасывания, затем прыжки затухают, сле-

дует этап движения заготовки по поверхности лотка и весь цикл пов-

торяется.

Таким образом, по характеру движения возможны режимы:

І – по длительности цикла: а) равные одному периоду;

б) больше одного периода.

ІІ – по характеру прыжков: а) с периодически чередующимися

прыжками и скольжением; б) с непрерывным подбрасыванием.

Рассмотрим движение транспортируемой заготовки относи-

тельно лотка в плоскости действия земного ускорения g и направлений

колебаний лотка в нормальном к его поверхности направлении.

Пусть лоток совершает гармонические колебания. Тогда его

скорость в рассматриваемом направлении запишется:

υ лн = Aлн ω sinφ. (2.30)

После очередного соударения заготовки с лотком скорость за-

готовки в нормальном направлении υ зн.i будет:

υ зн.i = R υ c.i + Aлн ω sinφi, (2.31)

где R – коэффициент восстановления;

υ c.i – скорость соударения заготовки с лотком;

Aлн – амплитуда колебаний лотка в нормальном к его поверх-

ности направлении;

ω – круговая частота колебаний;

φi – фазовый угол соударения заготовки с лотком.

Для постоянного сочетания транспортируемых заготовок и

лотка при установившемся режиме можно принять R = const. Истин-

ная величина R должна определяться для конкретного сочетания заго-

товок, транспортирующего лотка и режима транспортирования. Ско-

рость каждого последующего соударения:

() ii ici лн i лн ic

R A A ϕ−ϕα

+υ−ϕω−ϕω=υ + + + 1 . 1 1.

cos sin sin , (2.32)

где g – ускорение свободного падения;

α – угол подъема транспортирующего лотка.

Обычно отрывные режимы характеризуются отношением про-

екций на нормаль амплитуды ускорения лотка и ускорения свободного

падения, т. е. параметром ξ (2.11).

Для первой скорости соударения, т. е. скорости соударения

после первого микрополета, получаем:

() .1 1 0 1 0

cos

υ sin sin c

g α ⎡ ⎤ = ξϕ−ϕ+ϕ−ϕ ⎣ ⎦

, (2.33)

где φ0 и φ1 – соответственно фазовые углы отрыва и падения

заготовки.

Введя обозначения ( ) 1010 sin sin n ξ ϕ− ϕ +ϕ−ϕ= и

.1 .

υ υ ci i ci + =ζ ,

после соответствующих преобразований уравнения (2.32) можем по-

лучить коэффициент скорости соударения для любого соударения: ζi

( ) 11

sin sin iiii

−−

−

ξϕ−ϕ+ϕ−ϕ

ζ =− ζ . (2.34)

Для определения каждого последующего фазового угла со-

ударения φi принимаем, что пути, пройденные в нормальном к по-

верхности лотка направлении от момента отрыва до момента соударе-

ния лотка с изделием, равны. Тогда можно записать:

() ∫ ∫

− − −

− −

ϕϕ=ϕ ⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

ϕ−ϕα

−υ+ϕω

dAd

R A лн i ici лн

1 1

sin cos sin 1 1.1 , (2.35)

откуда получаем трансцендентное уравнение:

()

1 1

11 sin cos cos 0

ii i

ii i i

Rn − −

−−

ϕ−ϕ ⎛⎞ ζ

ϕ+ ϕ−ϕ − + ϕ− ϕ= ⎜⎟

ξξ ⎝⎠

1 i− .(2.36)

За первым микрополетом последует второй и т. д.; фазовые

углы соударений и коэффициенты скорости соударения могут быть

последовательно определены решением уравнений (2.34) и (2.36). Та-

ким образом, длительность этапа прыжков в общем цикле транспорти-

рования возрастает. Последующие прыжки постепенно затухают, и,

если они успеют затухнуть до следующего момента отрыва, наступит

этап скольжения изделия по поверхности лотка. В противном случае

наступит либо режим непрерывного подбрасывания, либо режим с

циклом, выходящим за рамки одного периода колебаний лотка.

Результаты последовательного решения уравнений (2.34) и

(2.36) на ЭВМ для различных сочетаний R и ξ с целью выявления гра-

ницы перехода от этапа прыжков к этапу скольжения показывают, что

упругие свойства транспортируемых изделий существенно сдвигают

границу перехода от прыжков к скольжению, а режимы непрерывного

подбрасывания начинаются значительно раньше, чем при условии

R = 0.

При экспериментальном исследовании процесса вибротран-

спортирования было замечено, что между заготовкой и поверхностью

лотка возникают силы взаимодействия, которые изменяют режимы

движения. Таким образом, на характер вибротранспортирования ока-

зывает влияние не только R, но и сила взаимодействия между транс-

портирующим лотком и транспортируемым телом. Это взаимодейст-

вие в нормальном направлении было названо “прилипанием”. В основ-

ном, такое торможение движения в нормальном к поверхности лотка

направлении обусловлено аэродинамическим эффектом (на 90-95 %) и

значительно меньше – наличием тонких прослоек смазки, адгезией и т.п.

Поскольку частота колебаний рабочего органа довольно высо-

ка, то скорости движения в момент отрыва оказываются значительны-

ми. Тогда, при отрыве тела от поверхности лотка (см. рис. 2.17) между

ними образуется зазор δ, в который воздух при большой скорости не

успевает зайти и образуется разре-

жение в зазоре, т. е. тело прижима-

ется атмосферным давлением к по-

верхности лотка. Во время соударе-

ния картина повторяется в обратном

порядке, что будет снижать коэф-

фициент восстановления R.

Рис. 2.17 – Отрыв тела

от поверхности

При вибротранспортировании заготовок сила прилипания бу-

дет удерживать транспортируемое тело на поверхности рабочего орга-

на и при использовании отрывных режимов будет затягивать (сдви-

гать) момент отрыва тела от лотка. Тогда для момента начала свобод-

ного полета тела, определяемого фазовым углом

′ ϕ , можно записать:

, (2.37) 0 cos cos

=+ϕ′ ω+α пр a лн F mA mg

где m – масса транспортируемого тела;

Fпр – сила прилипания, действующая в нормальном к поверх-

ности лотка направлении.

Решая уравнение (2.37) относительно

a ′ ϕ , получим:

cos

arccos

пр

⎛⎞

+ ⎜⎟

α ⎜ ′ ϕ= −

⎜⎟ ξ

⎜⎟

⎝⎠

⎟ . (2.38)

Введя безразмерный коэффициент прилипания

cos

пр

запишем:

arccos

пр

C + ⎛⎞

′ ϕ= − ⎜

ξ ⎝⎠

⎟ . (2.39)

Изменение момента отрыва за счет силы прилипания приведет

к изменению момента встречи ϕв и вообще к изменению режима

транспортирования. Так как после отрыва следует этап полета, то как и

ранее, приравняв пути, пройденные в нормальном к лотку направле-

нии транспортируемым телом и лотком, запишем:

()

cos

sin sin

вв

аа

лн aa лн

А d А d

ϕϕ

′′ ϕϕ

α ⎡⎤

′′ ω ϕ− ϕ−ϕ ϕ= ϕϕ ⎢⎥

ω ⎣⎦

∫∫ , (2.40)

откуда

()

sin cos cos 0

ва

a ва в a

′ ϕ−ϕ

′′ ′ ϕϕ−ϕ− + ϕ− ϕ=

. (2.41)

Решение уравнения (2.41) позволяет получить фазовый угол

встречи для различных значений Спр и ξ.

Анализ движения с учетом Спр показывает, что сила прилипа-

ния сдвигает режим безотрывного транспортирования по оси ξ вправо,

т. е. увеличение коэффициента прилипания Спр приводит к увеличе-

нию граничного ξ, до которого осуществляется режим безотрывного

транспортирования. После граничного ξ моменты отрыва и встречи

расходятся довольно круто и достигают значений, близких к значениям

для Спр = 0.

После соударения наступает этап последующего микрополета,

обусловленный упругими свойствами заготовки и лотка.

Поскольку коэффициент восстановления R есть отношение

скоростей после и до соударения, то явление прилипания будет изме-

нять коэффициент восстановления, а в остальном картина повторных

микрополетов будет описываться так же, как и без прилипания.

При вибротранспортировании заготовок в автоматических за-

грузочных устройствах важно сохранить их ориентацию, полученную

ранее. На сохранение ориентации, особенно для мелких заготовок,

существенно влияет величина максимального удаления транспорти-

руемой заготовки от лотка, т. е. высота микрополета заготовок над

транспортирующим лотком. Кроме того, большие величины отрывов

транспортируемых заготовок будут нарушать плавность их движения.

Величина удаления заготовок от лотка ΔS, выраженная в Ан,

может быть получена трансформированием уравнения (2.36). Посколь-

ку предполагалось, что при ϕi относительное перемещение ΔS = 0, то

для переменного значения ϕ можно записать:

()

1 1

11 sin cos cos

i i

S − −

−−

ϕ−ϕ ⎛⎞ ζ

Δ= ϕ + ϕ−ϕ − + ϕ− ϕ ⎜⎟

ξξ ⎝⎠

1 i− . (2.42)

Здесь ϕi-1 – фазовый угол отрыва в начале полета заготовки;

ζi-1 – соответствующий коэффициент скорости соударения.

Экстремальное значение получается дифференцированием

уравнения (2.42) и приравниванием его к нулю. Тогда фазовый угол

максимального удаления в каждом микрополете ϕm определяется из

уравнения:

1 sin sin 0 imii

Rn −−

− i

ζ ϕ−ϕ

ϕ +− −ϕ

ξξ

= . (2.43)

Результаты последовательного решения уравнений (2.34),

(2.39), (2.41), (2.43), (2.42) для различных сочетаний R, Cпр и ξ приве-

дены на рис. 2.18. Здесь по оси ординат отложено наибольшее значе-

ние величины максимального отрыва ΔSm (в мм) из всей серии после-

довательных микрополетов для частоты колебаний транспортирующе-

го лотка ν = 50 Гц. По оси абсцисс отложено значение параметра ξ.

Кривые рис. 2.18 показывают, что при R = 0 и Спр = 0 величины мак-

симальных отрывов определяются монотонной кривой ОА. Введение

R 0 изменяет характер движения. Теперь до определенного значе-

ния параметра ξ величина ΔS

≠

m, такая же, как и при R = 0, но, начиная

от некоторого значения, назовем его предельным значением ξR, вели-

чина ΔSm круто уходит вверх, указывая на резкий рост величины мак-

симального отрыва после ξR. Значения ξR для различных R соот-

ветствуют значениям ξ, при которых окончание этапа прыжков совпа-

дает с моментом следующего регулярного отрыва.

Анализ характера последующих этапов полета показывает

также, что после значения ξR нарушается регулярность в пределах од-

ного периода колебаний, т. е. количество и фазы соударений в разные

периоды будут различными, периоды непрерывного подбрасывания

могут сменяться периодами, имеющими этапы скольжения. Следует

отметить, что при таких режимах часть соударений приходится на мо-

менты, когда лоток имеет отрицательную скорость, в силу чего ожи-

дать значительного увеличения скорости не приходится.

Рис. 2.18 – Величина максимального отрыва заготовок от лотка

ΔS для различных сочетаний R, Cпр и ξ при ν = 50 Гц

Поскольку в режимах с ξ > ξR величина прыжков и фазовые

углы существенно зависят от R, а последний будет зависеть от целого

ряда факторов, в том числе от положения заготовок при соударении, от

касательной скорости в момент удара, то регулярность движения заго-

товки вообще будет нарушена. Заготовка начинает двигаться с пере-

менной скоростью и различными по величине прыжками. Такое явле-

ние было отмечено в экспериментальных исследованиях и было назва-

но “хаотическим” движением.

При R = 0 и Спр ≠ 0 величины максимальных отрывов харак-

теризуются кривыми О1А1, О2А2 и т. д. Введение Спр сдвигает начало

отрывного режима и несколько уменьшает величину прыжков. Одна-

ко, как показывают проведенные расчеты, при R ≠ 0 и величине от-

рыва ΔSm, соответствующего ξR при Спр = 0, величина отрыва прыж-

ком переходит на кривую соответствующего R. Таким образом, для

отыскания предельного значения ξ с учетом R и Спр достаточно через

соответствующее значение ξR провести горизонтальную прямую до

пересечения с кривой OiAi, отвечающей заданному Cпр, и точка пере-

сечения даст искомую величину. Для обычных изделий машинострое-

ния Спр редко превышает значение 0,5, поэтому для выбора предель-

ного значения ξ можно влиянием Спр пренебречь и назначить пре-

дельное значение по графику рис. 2.19.

Рис. 2.19 – Зависимость предельного значения ξR от величины R

Проведенный анализ нормальной составляющей движения при

вибротранспортировании позволяет осуществить выбор параметра ξ в

зависимости от свойств транспортируемых заготовок.

С учетом принятой картины нормального движения график

продольной скорости может быть представлен диаграммой рис. 2.20,

где продольная скорость лотка представляется синусоидой, а скорость

тела – кривой a-b-c-d- d′ -e- e′ -f- - f ′ a′ . После окончания микрополе-

тов от φк до φо заготовка находится на поверхности транспортирую-

щего лотка и либо скользит назад, либо скользит вперед, либо нахо-

дится в относительном покое. После момента φо изделие совершает

основной микрополет, а затем следуют последовательные прыжки φп–φ1,

φ1–φ2 и т. д. B моменты каждого соударения изделию сообщаются

импульсы продольного ускорения, ступенчато изменяющие его про-

дольную скорость.

После окончания этапа прыжков (φк) скорость изделия может

оказаться ниже скорости лотка, как показано на рис. 2.20, равной или

выше ее. Если скорость изделия ниже скорости лотка, то будет проис-

ходить разгон изделия (относительное скольжение назад), пока скоро-

сти тела и лотка не сравняются, т. е. до момента φр1. При скольжении

назад на изделие действует критическое ускорение Fкр = gf и можно

записать:

( )

cos sin cos лн xgf A f = α− α + ω ϕ && (2.44)

()

cos sin sin лн

x fAf C = α− α + ω ϕ+

& , (2.45)

где f – коэффициент трения.

Рис. 2.20 – Диаграмма продольной составляющей скорости движения

Введя коэффициенты Kα и Kβ (см. ранее) и отнеся абсолютную

скорость к максимальной скорости лотка (Aлпω), после подстановки

начальных условий и соответствующих преобразований для прираще-

ния скорости на этапе φa–φb получим:

()( )( 1

) υ υ 1sin ттн ba b a K

K α

sin , ⎡ ⎤ =+ − ϕ−ϕ+ξϕ−ϕ ⎣ ⎦

(2.46)

где υтн – начальная скорость тела.

Если разгон изделия длится до момента отрыва φо, то этап

скольжения сменяется этапом полета. Если же разгон длится до мо-

мента выравнивания скоростей, то после выравнивания скоростей нас-

тупает либо этап совместного движения изделия и лотка, либо начина-

ется этап торможения, т. е. проскальзывание вперед.

После проскальзывания вперед наступает момент отрыва и

после совместного движения наступает этап полета (этап прыжков).

Если после этапа прыжков скорость тела окажется выше ско-

рости лотка, то этап движения изделия по поверхности лотка начнется

со скольжения вперед (торможения)

Для этапа свободных полетов во время каждого микрополета

действует только проекция ускорения свободного падения gsinα и тог-

да изменение скорости, отнесенное к максимальной скорости лотка за

каждый микрополет, запишется:

( 1 ) υ .

тпii

−

Δ= ϕ−ϕ

(2.47)

Вместе с тем, после микрополета при каждом соударении тела

с лотком первому из них сообщается импульс движения, в результате

которого скорость изделия изменяется на величину υтпi

Δ . Полагая,

что во время соударения гипотеза Амонтона, связывающая силу тре-

ния с нормальной реакцией, остается справедливой, и, рассмотрев со-

ударение двух упругих тел или упругие деформации за конечный про-

межуток времени, получим уравнение для определения импульса из-

менения скорости:

( ) .

υ 1 υ signυ тсici тл fR ′ Δ=−+ , (2.48)

где

υтл – скорость тела относительно лотка.

Однако уравнение (2.48) не учитывает аэродинамического тор-

можения и в него следовало бы (с учетом влияния среды) подставлять

R0 и действующую скорость соударения, т.е. υci

–

1 υн i

Δ . После под-

становки этих значений и соответствующих преобразований получим:

() ( ) ()

1 1

υ signυ .

пр ao

тci i i тл

RCn Rn

KK ββ

⎡⎤ ′ −ϕ−ϕ + ⎢⎥ Δ=− ζ− ζ

⎢⎥ ξξ

⎣⎦

(2.49)

На основании экспериментальных исследований показано, что

коэффициент трения f при ударе изменяется и соответствует случаю

больших удельных давлений, т. е. численная величина уменьшается.

Обозначив

уд f

= (2.50)

где fуд – коэффициент трения при ударе, получим окончатель-

ное уравнение для определения импульса скорости при соударении

тела с транспортирующим лотком:

() () ( )

1 1

υ signυ .

пр ao

тci i i тл

RCn Rn

KK ββ

⎡⎤ ′ −ϕ−ϕ + ⎢⎥

Δ=− ζ− ζ

⎢⎥ ξξ

⎢⎥ ⎣⎦

(2.51)

Для вычисления средней скорости находим перемещения тела

на всех этапах, суммируя эти перемещения и делим сумму на длитель-

ность цикла. Поскольку скорости представлены в безразмерном виде

отнесением к амплитудной скорости лотка, то и перемещение получа-

ем в амплитудах колебаний лотка. Безразмерный вид средней скорости

является коэффициентом скорости, обозначаемым Kс.

Сложная зависимость средней скорости транспортирования от

ряда факторов существенно затрудняет анализ процесса. Для различ-

ных сочетаний ξ, Kα, Kβ, R, Cпр были просчитаны и проанализированы

получаемые коэффициенты скорости Kc. На основании обработки ре-

зультатов, полученных для конкретных различных сочетаний парамет-

ров, было установлено, что увеличение коэффициента восстановления

R увеличивает суммарное время микрополетов и уменьшает предель-

ное значение ξR. Такие изменения адекватны увеличению действи-

тельного значения ξ. Увеличение параметра Спр сдвигает момент нача-

ла отрыва и уменьшает длительность микрополета. Таким образом,

этот параметр действует вопреки параметру ξ и, по воздействию на

продольную составляющую движения, адекватен уменьшению дейст-

вительного параметра ξ. Дальнейший анализ показывает, что для эф-

фективных режимов и обычных условий вибротранспортирования ко-

эффициенты скорости, учитывающие упругий удар и явление прили-

пания, близки к значениям коэффициента скорости, рассчитанного для

абсолютно неупругого удара, что может быть использовано для обыч-

ных расчетов. Влияние же упругого удара и явления прилипания необ-

ходимо учитывать при выборе режимов вибротранспортирования.

Кроме того, большие значения R и Спр могут сделать неосуществимы-

ми отрывные режимы для данных условий, и необходимо будет при-

менять специальные меры.

Как видно из графиков рис. 2.16, угол наклона лотка (угол

подъема) α существенно влияет на коэффициент скорости Kc, да и на

сам процесс вибротранспортирования.

Проведенные расчеты изменения коэффициента скорости для

различных сочетаний параметров ξ, Kα, Kβ, R, Cпр, ω при гармониче-

ском законе колебаний транспортирующей плоскости показывают, что

коэффициент угла подъема Kα и коэффициент скорости Kс связаны

параболической зависимостью:

1 cco

пред

K KK

=− , (2.52)

где Kсо – коэффициент скорости при Kα = 0 (горизонтальный

лоток);

Kα пред – предельное значение Kα, при котором Kс = 0.

Исследования показывают, что Kα пред зависит от параметра ξ и

коэффициента Kβ, причем с ростом и того и другого Kα пред уменьшается.

И проведенные расчеты и экспериментальные зависимости по-

зволяют представить зависимость Kс от Kα кривой рис. 2.21. В реаль-

ных условиях при транспортировании массы заготовок для разных

заготовок, изготовленных из одного материала и имеющих одинако-

вые размеры и форму, коэффициент трения для каждой из заготовок

будет несколько отличаться и тогда для партии заготовок следует го-

ворить о поле Kα шириной Δ. Следовательно, коэффициент скорости

Kс для партии заготовок будет переменным в некоторых пределах, что

иллюстрируется рис. 2.21. При этом можно отметить, что при малых

значениях Kα (небольшой угол подъема) разброс Kс, определяемый

величиной Δ1, будет небольшим. При увеличении угла подъема и той

же ширине изменений коэффициента трения f разброс Kс, определяе-

мый величиной Δ2, будет больше, что приведет к большой неравно-

мерности движения заготовок по лотку, а скорость движения умень-

шится. Полученные результаты указывают на необходимость по воз-

можности уменьшать угол подъема лотка для осуществления эффек-

тивных режимов транспортирования и высоких скоростей и равномер-

ности движения заготовок.

Δ1

Δ2

Рис. 2.21 – Зависимость Kc от Kα

Проведенные расчеты показывают, что для высокоэффектив-

ных режимов транспортирования с определенным запасом можно при-

нять Kα пред 0,3. Это допущение снижает точность расчетов, однако,

позволяет упростить их и представить рабочее уравнение (2.52) в бо-

лее простом виде:

≈

13 cco KK K =− α . (2.53)

Изложенный материал позволяет осуществлять выбор опти-

мального режима вибротранспортирования.

Под оптимальным режимом вибротранспортирования будем

понимать режимы, позволяющие получить заданную скорость транс-

портирования с максимальным коэффициентом скорости, т. е. задан-

ную скорость при минимально возможной амплитуде колебаний лотка.

Как будет показано ниже, для целей вибротранспортирования наибо-

лее приемлемым является гармонический закон колебательного дви-

жения транспортирующей поверхности. Проведенный анализ виб-

ротранспортирования показывает, что отрывные режимы позволяют

получить более высокие коэффициенты скорости. При этом увеличе-

ние параметра режима ξ ведет к увеличению коэффициента скорости

Kc (см. рис. 2.15).

Таким образом, средняя скорость транспортирования по виб-

рирующему лотку с наклонным направлением колебаний (а в конеч-

ном счете нас интересует именно скорость, ибо она определяет произ-

водительность и работоспособность загрузочного устройства) зависит

не только от режимов колебания лотка, т. е. амплитуды колебаний A,

частоты ω, угла бросания β, угла подъема α, но и ряда других факто-

ров: коэффициента трения f, коэффициента восстановления R, коэф-

фициента прилипания Спр, которые в свою очередь зависят от целого

ряда условий и определить их заранее оказывается довольно трудно.

Поэтому выбор оптимального режима ведется с рядом допущений.

Величины f, R, Cпр зависят от реальных свойств подаваемых

заготовок и не могут управляться. Поэтому, зная необходимую ско-

рость υ з следует выбрать остальные параметры с тем, чтобы обеспе-

чить заданную скорость υ з.

Величина α выбирается по конструктивным соображениям,

при этом, как уже отмечалось, всегда следует стремиться к уменьше-

нию α с целью увеличения эффективности виброперемещения.

Затем следует выбрать или определить собственно режимы

вибротранспортирования, т. е. определить ω, A, β.

Частота колебаний лотка определяется конструкцией вибрато-

ра. При использовании электромагнитных вибраторов она выбирается

равной либо 50 Гц, либо 100 Гц (исходя из частоты промышленной

сети ν = 50 Гц). При использовании мотор-вибраторов (привод от

электродвигателя) частота выбирается 25 или 50 Гц. При использова-

нии пока менее распространенных пневмовибраторов или электромаг-

нитных вибраторов с регулируемым приводом, частота может быть

выбрана и отличной от указанных. Однако, чем выше частота, тем

больше издаваемый вибролотком шум, но плавнее движение заготовок.

Исходя из практики создания и эксплуатации малых виброма-

шин в зависимости от размеров вибрирующей поверхности S могут

быть использованы рекомендации, приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.1

S, дм2

< 3 5…20 > 20

ν, Гц 100 50 25

После выбора частоты ω (ω = 2πν) приступают к определе-

нию А и β. Прежде всего необходимо выбрать параметр режима ξ. При

этом следует иметь в виду, что чем выше ξ, тем меньше зависимость

скорости от коэффициента трения, т. е. тем меньше разброс по скорос-

ти для различных заготовок и, следовательно, стабильнее их движение,

и тем выше эффективность самого режима транспортирования (выше

Kc). Однако ранее уже отмечалось, что упругие свойства транспорти-

руемых заготовок ограничивают выбор ξ. Таким образом, мы стре-

мимся выбрать наибольшее допустимое значение ξ и если известна

величина R, то по приведенному ранее графику (рис. 2.19) выбираем

ξ < ξR (обычно ξ = 0,9ξR).

Если же величина R неизвестна, то при наличии образцов по-

даваемых заготовок и вибростенда можно определить ξR эксперимен-

тально по фиксации вертикальной амплитуды колебаний вибрирую-

щей поверхности при наступлении хаотических режимов, т. е. при рез-

ком увеличении величины отрывов и возникновении дребезжащего

звука.

Если же в наличии нет образцов заготовок, которые должны

транспортироваться или нет измерительного вибростенда, то прихо-

дится пользоваться приближенными экспериментальными значениями.

Для небольших плоских заготовок, движущихся по плоскому лотку

при частоте колебаний ν = 50 Гц значения ξR можно выбрать из табли-

цы 2.2:

Таблица 2.2

ξR(50) Материал заготовки и лотка

Твердая сталь по стали 1,6…1,8

Алюминий по стали 1,9…2,1

Бронза по стали 1,5…1,6

Сталь по резине 2,25

Пластмассы (эбонит, винипласт, гетинакс) по стали 2,1

Значения предельного ξR для других частот при наличии при-

липания можно определить приближенно по соотношению:

(50)

50 / RR ξ≈ξ ν . (2.54)

Для мелких заготовок с малым коэффициентом прилипания и

большой упругостью, т. е. имеющих высокую упругость при соударе-

нии (стальные, латунные, бронзовые и т. п. заготовки с заусенцами,

буртиками, выступающими поверхностями и уступами) значения ξR(50)

следует снизить примерно в 1,5 раза и применять для всех частот, т. е.

принять

(50)

const

1, 5

ξ≈ = . (2.55)

Приняв определенное значение ξR для работы можем опреде-

лить нормальную составляющую амплитуды колебаний из соотноше-

ния (2.11):

cos

лн

ξ α

. (2.56)

Для определения продольной составляющей амплитуды коле-

баний можем воспользоваться соотношением (2.27), откуда

зп

лп

. (2.57)

Продольная скорость транспортирования заготовок задается

условиями производительности. Круговая частота (ω = 2πν) нами уже

выбрана. Теперь остается определить достижимый коэффициент ско-

рости Kc. Как уже показано,

Kc = f(ξ, Kβ, Kα, R, Cпр). (2.58)

Полагая, что влияние R и Спр ослаблено соответствующими

конструктивными мерами и для высокоскоростных режимов полагаем

также влияние Kβ слабым (см. графики рис. 2.15). Тогда принимаем

для расчетов (это грубое допущение, но при назначении оптимального

режима приходится принимать ряд допущений, и более точные расче-

ты не имеют смысла) в качестве исходного Kβ = 10 и данные, приве-

денные на рис. 2.15, сводим в таблицу 2.3:

Таблица 2.3

ξ 1,2 1,4 1,6 1,8 2,2 2,8

Kс исх 0,35 0,55 0,67 0,82 0,93 0,98

Теперь, с учетом Kα можно записать:

13 cc исх KK Kα =− . (2.59)

С помощью выражения (2.57) вычисляем продольную ампли-

туду колебаний Апл и находим общую амплитуду колебаний вибри-

рующей поверхности

2 2

л лн лп ААА =+ , (2.60)

а угол бросания или угол наклона направления колебаний

arctg лн

лп

β=α+ . (2.61)

Таким образом, определены основные параметры режимов

вибротранспортирования, позволяющие осуществить высокую эффек-

тивность. В реальных условиях амплитуда колебаний рабочей поверх-

ности может быть подрегулирована (регулируемая в определенных

пределах) за счет конструкции самой вибромашины и при ее наладке в

определенной мере будут скорректированы принятые допущения. При

этом может быть небольшое отклонение в сторону уменьшения эф-

фективности, однако обычно это в пределах допустимого.

2.4.2. Специальные случаи вибротранспортирования

В тех случаях, когда заготовки имеют высокий коэффициент

прилипания Спр (большая поверхность при малом весе, т. е. аэродина-

мическое сопротивление относительно велико), большой коэффициент

восстановления R (материалы довольно упруги и конфигурация спо-

собствует этому), а также в специальных случаях (например, подача

изделий на контрольную позицию) применение отрывных режимов

может оказаться невозможным или затруднительным. В этих случаях

могут применяться продольные колебания при специальных законах

движения. Однако создание негармонических законов колебаний не-

сущей поверхности сопряжено с рядом трудностей. В связи с этим

прибегают к паллиативному решению: использованию полигармони-

ческих законов колебательного движения. Одним из таких решений

является использование бигармонических колебаний. Не останавлива-

ясь подробно на анализе такого вибрационного перемещения, приве-

дем лишь его графическое отображение. Используя только продоль-

ные колебания (для осуществления безотрывного движения) необхо-

димо осуществить анизотропию коэффициента трения или асиммет-

рию ускорений продольного колебательного движения. Поскольку для

вибропривода используется промышленная электросеть, то оказывает-

ся удобным применять бигармонические колебания с соотношением

частот 2:1. Сочетание таких двух гармоник приводится на рис. 2.22.

На графиках тонкими линиями показаны составляющие гар-

моники, а жирной – результирующая двух движений. При совпадении

фаз в начале движения (рис. 2.22, а) результирующая будет симмет-

ричной. Однако, при сдвиге фаз на 90о

(рис. 2.22, б) результирующая

ускорений приобретает явную асимметрию, что и используется для

организации вибротранспортирования. Разумеется, тут могут быть

различные сочетания по амплитуде, частоте и фазе гармоник. Выбор

оптимального сочетания получается на основании анализа движения и

сопоставления осуществимых конструктивных вариантов.

x && x &&

а) б)

Рис. 2.22 – Продольные бигармонические колебания с

фазовым сдвигом гармоник

Вместе с тем, уже приведенные графики показывают необхо-

димость довольно жесткой синхронизации гармоник и, таким образом,

привод оказывается более сложным и дорогим. Как показывают иссле-

дования, при таком способе для горизонтального лотка коэффициент

скорости Kc может достигать значения 0,7, что сопоставимо с отрыв-

ными режимами вибротранспортирования, однако зависимость фазо-

вого угла сдвига от загрузки лотка делает этот способ недостаточно

устойчивым.

Поскольку вибротранспортирование осуществляется за счет

сил трения, то возникает идея для безотрывных режимов использовать

переменное давление на поверхность лотка. Для наклонных колебаний

(наличие продольной и нормальной составляющих) графики скорости

и ускорения приведены на рис. 2.23. Из графиков видно, что максиму-

мы скорости и ускорения сдвинуты на 90о

. Тогда возникает идея сдви-

га фазы поперечных колебаний с тем, чтобы максимум прижимающего

усилия (максимум Анω2

) приходился на максимум скорости продоль-

ного движения. В этом случае соотношения продольной скорости и

нормального ускорения представляются рис. 2.24.

υп wн

tAпп ω ω = υ sin

tAw нн ωω= cos

Рис. 2.23 – Продольная скорость и нормальное ускорение

при наклонных колебаниях

Теперь максимальный прижим заготовки к лотку будет про-

исходить при максимальной скорости лотка вперед. Как показывают

эксперименты, наиболее эффективным является сдвиг на угол

60…120о

. Тогда возникают двухкомпонентные колебания в плоскости,

при которых каждая рабочая точка лотка описывает эллипсную траек-

торию.

υп wн υп=Aпωsinωt

wн=Анω2

cos(ωt-π/2)

Рис. 2.24 – Продольная скорость и нормальное ускорение

для эллиптических колебаний

Разумеется, такое решение является более сложным, посколь-

ку требует увеличения приводов, усложнения конструкции, жесткой

синхронизации колебательных движений. Однако, такой принцип

работы позволяет осуществить безотрывное движение при достаточно

высокой эффективности, когда коэффициенты скорости близки к ко-

эффициентам скорости отрывного транспортирования. Довольно ши-

рокий допуск на угол сдвига между колебательными движениями обе-

их составляющих позволяет обеспечить стабильную работу и при ко-

лебаниях загрузки лотка. Таким образом, при необходимости исполь-

зования безотрывных режимов вибротранспортирования такой способ

оказывается вполне целесообразным.

2.4.3. О выборе закона колебательного движения

Если рассматривать вибра-

ционный лоток или машину с виб-

рирующей поверхностью как дина-

мическую систему, содержащую

некоторую приведенную массу ра-

бочего органа m и жесткость с, и

представить ее в виде приведенной

динамической схемы, показанной на

рис. 2.25, можем утверждать, что

масса (рабочий орган) будет совер-

шать под действием возмущающего

усилия F колебательное движение.

Для гармонического закона возбу-

ждения (F = Fosinωt) и с учетом рас-

n/p

Рис. 2.25 – Динамическая схема

сеяния энергии на внутренние потери (принимаем вязкое трение) закон

колебательного движения запишется в виде [26]:

()

222

sin

ст xx t

=ω

⎛⎞ ωω −+ ⎜⎟

⎝⎠

− δ (2.62)

Здесь xст – статический прогиб под действием возмущающей

силы F;

p – частота собственных колебаний;

n/p – показатель вязкого затухания;

δ – фазовый угол сдвига колебаний относительно возмущаю-

щего усилия.

Второй сомножитель в уравнении (2.62) называется динамичес-

ким коэффициентом μ и показывает величину изменения амплитуды

колебаний под действием резонансных свойств упругой системы. Из-

менение динамического коэффициента для различных соотношений

ω/p (резонансной отстройки) и n/p (вносимого затухания) представле-

но графиками рис. 2.26.

Рис. 2.26 – Изменение динамического коэффициента

ω/p

Величина затухания в системе зависит как от свойств самой

системы, так и от взаимодействия с подаваемыми заготовками. Приве-

денные графики показывают, что по мере приближения к резонансу

(ω p) динамический коэффициент возрастает и при отсутствии

рассеяния энергии бесконечно увеличивается. Наличие сопротивления

в системе, в том числе и потери на перемещение заготовок, уменьшает

величину максимального динамического коэффициента μ, и все же

амплитуда колебаний рабочего органа растет. Таким образом, исполь-

зование гармонического закона колебаний рабочего органа оказывается

целесообразным с двух точек зрения: во-первых, создание возбу-

дителей вибрации с гармоническим законом возмущающей силы ока-

зывается проще и такие вибраторы работают надежнее; во-вторых,

необходимая величина возмущающей силы оказывается меньше, чем

при свободном размещении вибрирующей рабочей поверхности. При-

веденные графики также показывают, что с уменьшением жесткости с,

т. е. снижением собственной частоты p динамический коэффициент μ

становится меньше 1 и, хотя x

→

ст растет, использование таких машин

является нецелесообразным. Режимы с ω/p < 1 называются дорезо-

нансными, а режимы с ω/p > 1 – зарезонансными.

Приведенные на рис. 2.26 графики также показывают, что по

мере увеличения затухания, вносимого в систему, не только уменьша-

ется амплитуда колебаний в околорезонансной области, но и происхо-

дит некоторое смещение резонанса в сторону снижения p (как бы при-

соединяется некоторая дополнительная приведенная масса).

Такие характеристики колебательной системы приводят к це-

лесообразности работы в околорезонансной области в дорезонансном

режиме, т. е. частота собственных колебаний выбирается несколько

выше (на 5…10 %) частоты возмущающего усилия. Это диктуется сле-

дующими соображениями: при настройке точно в резонанс система

оказывается очень неустойчивой (создаваемые механические системы

имеют довольно высокую добротность и высокий μ) и любое отклоне-

ние нагрузки или частоты возмущения колебаний приведет к выходу

ее из рабочего состояния. При дорезонансной настройке увеличение

нагрузки (количество заготовок) будет приводить к увеличению зату-

хания и снижению собственной частоты, что противоположно (хотя и

в разной степени) влияет на поведение колебательной системы. Кроме

того, подъемная (дорезонансная) ветвь кривой на графиках рис. 2.26

несколько положе зарезонансной, что также говорит в пользу ее ис-

пользования для получения большей стабильности работы.

Как показано на графиках рис. 2.27, изменение резонансной

отстройки и затухания при изменении загрузки приводит к изменению

фазового угла сдвига между возмущающим усилием и колебаниями

рабочей поверхности.

Для однокомпонентных

колебаний это не имеет значения,

однако, для двухкомпонентных

(специальные случаи вибротранс-

портирования) изменение фазовых

углов для разных составляющих

будет приводить к нарушению

синхронизации составляющих ко-

лебаний, что может существенно

повлиять на работоспособность

транспортирующего устройства.

Этот факт также говорит в пользу

применения однокомпонентных

гармонических колебаний с ис-

пользованием отрывных режимов

вибротранспортирования.

π π

π/2

ω/р

ε 1 2 3

1 2 3

Рис. 2.27 – Изменение угла

сдвига фазы

2.4.4. Вибрационные лотки-транспортеры

Использование принципов вибрационного транспортирования

позволяет создавать прямолинейные лотки для накопления и тран-

спортирования в рабочую зону различных деталей и изделий. Приме-

няемые в машиностроении прямолинейные вибрационные питатели –

вибрационные транспортеры по назначению можно разделить на три

группы:

1. Вибрационные транспортеры для перемещения сыпучих ма-

териалов и заготовок навалом.

2. Вибрационные транспортеры-лотки для перемещения ориен-

тированных заготовок.

3. Вибрационные транспортеры-лотки для подачи заготовок из

бункерного питателя в рабочий орган станка.

Вибрационные транспортеры для транспортирования загото-

вок навалом и перемещения стружки, как правило, имеют большую

длину и мощность; рабочий желоб транспортера имеет поперечное

сечение, позволяющее перемещать значительные объемы материалов.

Вибрационные транспортеры-лотки для перемещения ориен-

тированных заготовок имеют небольшие габариты в поперечном сече-

нии. К жесткости рабочего органа такого транспортера предъявляются

повышенные требования.

Вибрационные лотки, предназначенные для подачи заготовок

из бункерного вибропитателя в рабочий орган станка, имеют обычно

небольшую длину и привод их может осуществляться от колеблющейся

чаши бункерного питателя, что значительно упрощает конструкцию.

По принципиальному устройству динамической системы виб-

ротранспортеры разделяются на одномассовые, двухмассовые и мно-

гомассовые; а по способу сообщения направленной вибрации – на

вибротранспортеры с направленной подвеской, вибротранспортеры со

свободной подвеской и направленной вибрацией, осуществляемой за

счет направленной возмущающей силы.

На рис. 2.28, а показана схема одномассового вибротранс-

портера.

а)

б)

в)

г)

Рис. 2.28 – Принципиальные схемы вибротранспортеров

Вибротранспортер состоит из рабочего органа 1, пружинных

резонансных подвесок 2 и вибратора 3, жестко укрепленного на не-

подвижном фундаменте. Колеблющейся массой у данной конструкции

является рабочий орган 1, направление движения транспортера опре-

деляется углом наклона подвесок 2. Направление возмущающей силы

вибратора у таких систем может быть постоянным (электромагнитные,

инерционные типа “самобаланс” и др.) или переменным (дебалансные,

пневматические и шариковые вибраторы).

Одномассовые лотки являются простейшими. Здесь рабочая

масса через упругую систему соединяется с неподвижным основанием,

масса которого во много раз больше массы рабочего органа. Собст-

венная частота p таких лотков определяется из соотношения:

/ p , p cM = (2.63)

где c – жесткость упругой системы;

p M – масса рабочего органа.

Недостатком таких конструкций является передача колебаний

основанию и, следовательно, передача вибраций рабочим машинам.

Поэтому они получили большее распространение для нерезонансных

лотков.

На рис. 2.28, б показана схема одномассового вибротранспор-

тера на свободной подвеске, направление колебаний которого опреде-

ляется возмущающей силой вибратора.

На рис. 2.28, в показана схема двухмассового вибротранспор-

тера с определенным направлением колебаний рабочего органа, кото-

рое обеспечивается за счет наклона зарезонансных подвесок, а на

рис. 2.28, г показан вибротранспортер с заданным направлением коле-

баний рабочего органа, которое обеспечивается за счет возмущающей

силы вибратора. Одной массой таких вибротранспортеров является

рабочий орган 1, а другой массой – вибратор 2, связанный с массой 1

пружинами 3. Пружины 4, на которых подвешивается рабочий орган,

выполняют роль амортизаторов и их жесткость может быть меньше,

чем у одномассовых систем. Поэтому такие системы передают на фун-

дамент значительно меньшие динамические нагрузки, чем одномассо-

вые с направленной подвеской.

Вибрационные транспортеры, перемещающие сыпучие ма-

териалы, применяются в механических цехах для уборки стружки и

перемещения мелких заготовок навалом, а в литейных цехах – для

транспортирования и одновременного отделения формовочной смеси

от отливок.

Применение вибротранспортеров для автоматизации уборки

стружки является весьма эффективным мероприятием. Установки с

вибротранспортерами компактны, малогабаритны и вследствие этого

могут устанавливаться в станинах станков или в узких проходах меж-

ду станками.

На рис. 2.29 показана схема установки вибротранспортеров,

встроенных в станины станков. Транспортироваться может как сухая,

так и мокрая стружка, при этом жидкость не разливается и может воз-

вращаться по желобу. Для этого транспортер устанавливается с не-

большим уклоном (до 2°) в сторону, обратную направлению движения

стружки.

Рис. 2.29 – Схема установки вибротранспортеров

В случае установки продольных перегородок по желобу могут

транспортироваться одновременно по крайней мере два вида стружки

1 и 2 в одном транспортере. Такого рода транспортеры целесообразно

устанавливать на уборке чугунной и мелкой стальной, а также витой

стружки с мелкими витками.

Для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых на

фундамент, желоб транспортера устанавливается на сравнительно не-

жестких пружинных подвесках (зарезонансная подвеска).

В таких транспортерах применяют привод от кривошипно-

шатунного механизма, сообщающего желобу возвратно-поступатель-

ное движение. Наклонные рессоры в этом случае служат для сообще-

ния желобу движения под определенным углом бросания β. Транспор-

терами этого типа можно передавать стружку по цеху на расстояние до

30 м от одного привода. Скорость движения стружки составляет при-

мерно от 6 до 15 м/мин. Производительность транспортера длиной

30 м с размерами желоба 100×60 мм, приводимого электродвигателем

мощностью 1 кВт, составляет приблизительно 6 т/ч.

Резонансная настройка вибрационного транспортера, при ко-

торой силы инерции его колеблющихся частей полностью уравнове-

шиваются силами упругости, обеспечивает разгрузку привода от ди-

намических нагрузок и позволяет снизить мощность приводного дви-

гателя. Другим достоинством таких конструкций является то, что обе

колеблющиеся массы могут полностью использоваться для полезной

работы.

В такой схеме имеется две массы: рабочих органов – Mp и ос-

нования – Мо. Здесь используется и две жесткости: рабочая – ср и

изоляционной системы – сиз. Жесткость рабочей упругой системы

должна обеспечить заданую собственную частоту, которая определя-

ется соотношением:

/ p пр pcM = , (2.64)

Не учитывая потери в упругих системах и влияние загрузки (в

первом приближении так можно поступать) можем записать:

пр

ММ M М М =

(2.65)

Таким образом, в двухмассовых системах приведенная масса

определяется обеими массами, что влияет на собственную частоту сис-

темы. Если не учитывать влияние амортизирующей подвески (сиз ≈ 0),

то амплитуды колебаний соотносятся:

A M

AM = (2.66)

т. е. амплитуды колебаний обратно пропорциональны массам и для

повышения эффективности машины оказывается целесообразным в

ряде случаев делать Мо > Mp.

К вибрационным лоткам, осуществляющим подачу заготовок

в рабочий орган станка или транспортирующим ориентированные за-

готовки от станка к станку, предъявляются специальные требования.

Вибрационный лоток должен обеспечить равномерное движение за-

готовки по всей длине лотка. Для этого вертикальные колебания лотка

по всей его длине должны быть одинаковыми, не превышающими

предельных значений, при которых начинается хаотическое движение

в результате влияния упругого удара. Так как поперечное сечение лот-

ка, перемещающего заготовки в один ряд, невелико, жесткость такого

лотка очень часто может оказаться соизмеримой с жесткостью пру-

жинных подвесок, в результате чего появляются дополнительные по-

перечные колебания лотка, неодинаковые по всей его длине и различ-

ные по фазе. Амплитуда дополнительных поперечных колебаний в

зависимости от фазы будет суммироваться или вычитаться из ампли-

туд основных колебаний, сообщаемых вибратором, в результате чего

процесс движения заготовок будет нарушаться.

Устранение описанных явлений в вибрационных лотках для

подачи ориентированных заготовок достигается следующим:

1) установкой лотка на мягких (зарезонансных) подвесках и

приложением возмущающего усилия вдоль лотка;

2) работой лотка на низкой частоте колебаний, где требуемая

жесткость лотка будет значительно меньше;

3) значительным увеличением жесткости лотка в поперечном

сечении относительно горизонтальной плоскости.

Одномассовый вибрационный лоток на резонансной на-

правленной подвеске. При небольшой длине и значительной жесткос-

ти лотка, когда его можно крепить к массивному основанию станка

или пресса и передача вибрации станку не является вредной, весьма

простой оказывается конструкция одномассового резонансного лотка,

выполненного по схеме, приведенной на рис. 2.28, а.

Лоток устанавливается на наклонных плоских пружинах, и сис-

тема настраивается на околорезонансный режим. Якорь электромаг-

нитного вибратора крепится к лотку, а статор – к неподвижному осно-

ванию.

Настройка системы на заданную частоту собственных колеба-

ний νо осуществляется путем расчета размеров пружин соответственно

массе M лотка.

Требуемая жесткость пружинных подвесок при общем их ко-

личестве в системе, равном i, определяется по формуле:

()

o 2πν .

M c

= (2.67)

Необходимый момент инерции пружинной подвески опреде-

ляется формулой:

223

o π

lM J

= (2.68)

где l – длина пружинной подвески;

Е – модуль упругости материала пружинной подвески.

Момент инерции плоской пружины прямоугольного сечения

равен:

J = (2.69)

где b – ширина пружины;

a – толщина пружины.

Приравнивая формулы (2.68) и (2.69), получаем зависимость

для определения толщины пружины:

o 3

4 π

M al

bEi

= (2.70)

Ширина пружины выбирается конструктивно, исходя из ши-

рины лотка и способа крепления пружины. Длина пружины выбирает-

ся конструктивно, исходя из высоты вибратора, и проверяется на уста-

лостную прочность:

(2.71)

min , ll ≥

где lmin – минимальная длина пружины, удовлетворяющая ус-

ловиям усталостной прочности.

Минимальная длина пружины определяется по формуле:

22 2

o 3

min

2 3

E M y

b −

πν

(2.72)

где y – прогиб пружины (у = 0,8 А), А – размах колебаний;

σ-1 – допускаемое напряжение на усталость.

Если принять σ-1 = 300 МПа, Е = 2·105

МПа, то для ν = 50 Гц

формула (2.72) принимает вид:

min

200 .

M ly

= (2.73)

Амортизированный вибрационный лоток с динамическими

гасителями колебаний. Жесткое крепление одномассового резонанс-

ного лотка к основанию станка вызывает довольно ощутимые колеба-

ния последнего, что значительно ограничивает область применения

такого лотка. Амортизация таких лотков при помощи подвески осно-

вания на витых пружинах сравнительно небольшой жесткости приво-

дит к нарушению процесса движения заготовок по лотку.

Если лоток закреплен на массивном фундаменте, все точки его

будут иметь одну и ту же составляющую вертикальной амплитуды и

будут совершать движение под одним и тем же углом β. Скорость де-

тали будет постоянная по всей длине лотка.

При установке вибрационного лотка на пружинных амортиза-

торах (рис. 2.30) переменные силы F1 и F2, воздействующие через

пружины на верхнюю и нижнюю мас-

сы, заставят всю систему колебаться

на амортизаторах вокруг определенно-

го центра.

Таким образом, один конец

лотка будет совершать колебания под

большим углом β, а другой конец –

под значительно меньшим. Это приво-

дит к тому, что на одном конце лотка

заготовки будут подбрасываться вверх,

а на другом двигаться очень медленно.

Для нормальной работы амор-

тизированного резонансного питателя необходимо погасить вредные

колебания системы на витых пружинах.

Рис. 2.30 – Установка лотка

на амортизаторах

Для гашения вредных колебаний системы может быть ис-

пользован известный из теории колебаний принцип работы динами-

ческого гасителя колебаний, который заключается в следующем. Ко-

лебание основной массы, на которую действует переменное возму-

щающее усилие, можно погасить, присоединив к этой массе другую

массу на пружине. Если частота собственных колебаний второй массы

на пружине будет точно соответствовать частоте возмущающего уси-

лия, то возникшие резонансные колебания погасят колебания основ-

ной системы.

На рис. 2.31 показана конструкция вибрационного прямоли-

нейного питателя с динамическими гасителями колебаний. Питатель

состоит из лотка 3, имеющего дорожку для перемещаемых заготовок.

У данной конструкции дорожка выполнена в виде призмы для пере-

мещения цилиндрических заготовок. Сверху дорожка прикрывается

съемной планкой 6. Основание питателя 7 подвешено на четырех па-

рах витых пружин 5 сравнительно небольшой жесткости, стянутых

болтами 4. На основании 7 установлены нижние башмаки 9, в которых

защемлены плоские пружины 2. Лоток 3 соединен с пружинами 2 при

помощи верхних башмаков 1. Привод питателя осуществляется электро-

магнитом 12, который колеблет якорь 11, установленный на пружине

10. Лоток 3 на пружинах 2 и груз 8 на пружине 10 настроены в резо-

нанс с вибратором, в результате чего они начинают вибрировать и яв-

ляются динамическими гасителями колебаний основания 7 на аморти-

заторах 5.

Для обеспечения устойчивой работы при возможных измене-

ниях частоты и напряжения сети динамический гаситель колебаний

груз 8 и якорь 11 задемпфированы резиной. Демпфера представляют

100

собой резиновые буфера 13, которые ограничивают амплитуду коле-

баний якоря 11 и груза 8. Система настраивается так, что якорь 11 и

груз 8 постоянно ударяются о буфера, которые ограничивают их

амплитуды колебаний.

Рис. 2.31 – Вибрационный прямолинейный питатель с

динамическими гасителями

При уменьшении напряжения или изменении частоты сети

амплитуда колебаний должна была бы уменьшиться, но у данной кон-

струкции уменьшается только степень ограничения амплитуды

(т. е. сила удара о буфер).

Питатель для успешной работы должен быть правильно на-

строен, и резонансная настройка не должна сбиваться в процессе рабо-

ты. Настройка системы достигается расчетом пружин лотка, гасителя и

якоря с окончательной отстройкой при сборке. Точная настройка сис-

темы достигается перемещением груза 8 и якоря 11 на пружинах 10, а

также изменением рабочей длины пружин 2, которые вместе с лотком

3 при настройке перемещаются в башмаках 9.

2.5. Узлы магазинных загрузочных устройств

Ранее были перечислены основные узлы магазинных загру-

зочных устройств. Накопители таких устройств, выполняемые в виде

лотков различной конструкции, были уже рассмотрены. Обратимся к

другим рабочим узлам магазинных загрузочных устройств.

101

2.5.1. Коробчатые магазины и кассеты

С целью уменьшения общих габаритов магазинного загрузоч-

ного устройства могут применяться коробчатые магазины, называемые

также кассетами. Они отличаются тем, что имеют сосредоточенный

запас ориентированных заготовок. Для быстроты загрузки магазина

заготовками применяют так называемые кассеты. Кассеты наполняют

вне бункера. Заготовки в кассетах укладываются в несколько рядов,

ширина же кассеты ограничивается высотой (толщиной) заготовки.

Когда требуется очередное пополнение магазинного загрузочного уст-

ройства, в него вставляют наполненную кассету и открывают ее вы-

движное дно, что позволяет продолжить работу. Для создания запаса

ориентированных заготовок магазин снабжают несколькими кассетами.

Кассеты применяются для малых по размерам заготовок, дли-

на которых меньше или равна диаметру, а также для длинных загото-

вок, т. е. когда длина в 8 и более раз больше диаметра. При выборе

размеров и формы кассеты (см. рис. 2.32) особое внимание должно

быть обращено на наклон стенок.

Наклон следует брать не более 30°. При большом наклоне сте-

нок возможно образование свода, препятствующего перемещению по-

даваемых заготовок. При конструировании кассетных магазинов сле-

дует учитывать необходимость обязательного разрушения сводов, об-

разующихся в заготовках над отверстием лотка (рис. 2.32, а).

а) б)

Рис. 2.32 – Способы разрушения сводов

в) г)

Наиболее распространенные способы разрушения сводов сле-

дующие: 1) с помощью ворошителя в виде качающегося рычага 1 или

лотка 2 или вращающегося кулачка 3, устанавливаемых внутри нако-

102

пителя (см. рис. 2.32, б); 2) с помощью качающейся перегородки 2

(рис. 2.32, в), устанавливаемой внутри накопителя (поперечное сече-

ние перегородки имеет форму ромба и она предназначена для разру-

шения свода, образующегося вне зоны действия ворошителя 1);

3) внизу накопителя делается большое выпадное отверстие, которое

перекрывается питателем с круговым 1 или с возвратно-поступатель-

ным движением 2 (рис. 2.32, г). Питатель находится в контакте с тремя

и более заготовками одновременно. Питатель 2 с возвратно-поступа-

тельным движением при обратном ходе ворошит зубьями 3 заготовки

в окне и препятствует образованию сводов. С целью разрушения сво-

дов кассете может сообщатся вибрация.

Для заготовок, имеющих повышенную сцепляемость или

весьма деликатных, могут использоваться кассеты с размещением за-

готовок вразрядку в отдельных специальных гнездах. Для извлечения

заготовок из таких кассет необходимы специальные механизмы или

роботы.

2.5.2. Отсекатели

Отсекатель – механизм, регулирующий число заготовок, по-

ступающих из магазина в питатель. Заготовки из магазина поступают к

питателю непрерывным потоком. В конце магазина движение загото-

вок прерывается отсекателем, который отделяет их от общего потока

по одной или несколько заготовок и передает их в питатель.

Отсекающие механизмы по характеру совершаемого движения

отсекающих звеньев подразделяют на четыре типа со следующими

движениями: с возвратно-поступательным, с колебательным, с враща-

тельным, со сложным.

Отсекатели с возвратно-поступательным движением являются

наиболее простыми по конструкции, и их функции нередко выполняет

инструмент или питатель. На рис. 2.33, а показан способ отсекания

заготовок от общего потока инструментом (пуансоном 1), который в

данном случае является отсекателем, перекрывающим канал магазина

при рабочем движении с захваченной заготовкой. Способ отсекания

заготовок питателем приведен на рис. 2.33, б. Верхняя площадка пита-

теля 1 выполняет функции отсекателя, перекрывая канал магазина при

подаче заготовок в рабочую позицию.

Отсекатель, выполненный в виде отдельного механизма, по-

казан на рис. 2.33, в. Два отсекающих звена (планки или штифты) 1

совершают возвратно-поступательное движение и отделяют по одной

заготовке от общего потока заготовок, находящихся в канале магазина.

Движение штифтов сблокировано с движением питателя.

103

Рассмотренные выше отсекающие механизмы используют

преимущественно для станков и машин со средней производительно-

стью 50…70 шт/мин. При более высокой производительности (порядка

150 шт/мин) они работают ненадежно, часто выходят из строя отсе-

кающие звенья и вследствие больших скоростей отсекающих звеньев

повреждаются заготовки.

Отсекатели с колебательным движением применяют для стан-

ков средней производительности. Если магазинное загрузочное уст-

ройство снабжено питателем качающегося типа, то функции отсека-

ющего механизма часто выполняет сам питатель. При способе отсека-

ния заготовок питателем с колебательным движением (рис. 2.33, г)

наружная поверхность питателя 1 перекрывает магазин при подаче

заготовок в рабочую позицию и таким образом выполняет функцию

отсекателя. В отсекателе, выполненном в виде отдельного механизма

(рис. 2.33, д), движение отсекающих звеньев 1 сблокировано с движе-

нием питателя. Групповой отсекатель, показанный на рис. 2.33, е, од-

новременно отсекает по пять заготовок в двух лотках.

а)

б)

в)

е)

д)

г)

Рис. 2.33 – Отсекатели с возвратно-поступательным движением

Отсекатели барабанные с вращательным движением (рис. 2.34, а, б)

выполняют в виде дисков или барабанов с профильными канавками, в

которые заготовки западают из лотка. Наружная поверхность диска 1

отсекает заготовки в лотке. Большое число профильных канавок на

диске позволяет подавать много заготовок за один оборот диска, по-

этому такие отсекатели при малых скоростях работают плавно.

104

Сдвоенный барабанный отсекатель (рис. 2.34, в) выполнен в

виде двух барабанов с профильными гнездами, барабаны вращаются

синхронно. Заготовки, загруженные в сдвоенный лоток в определен-

ном порядке, захватываются барабанами и переносятся в нижний оди-

нарный лоток. При помощи такого отсекателя можно укладывать заго-

товки в определенном порядке.

Рис. 2.34 – Отсекатели барабанные, кулачковые и спиральные

В отсекателе кулачкового типа для деталей типа цилиндров,

колец и дисков (рис. 2.34, г) имеются два кулачка 2 и 3, установленные

так, что при возвратно-качательном движении один из них выпускает

очередную заготовку, а другой придерживает все остальные. Возврат-

но-качательное движение на кулачки передается рычажной системой 1.

В винтовых вращающихся отсекателях (рис. 2.34, д, е) одноза-

ходный винт при повороте на один оборот отсекает одну заготовку от

общей массы, если же винт двухзаходный – две заготовки. Отсекатели

с вращательным движением более производительные, чем отсекатели с

возвратно-поступательным и колебательным движением, они отлича-

ются также плавностью работы и меньше повреждают заготовки.

2.5.3. Питатели

Питатели – механизмы, которые подают заготовки из лотка

в рабочую зону станка. Питатель обычно имеет захват, захватываю-

щий и фиксирующий заготовку в определенном положении во время

переноса из лотка в рабочую зону и съема и отвода обработанной де-

тали из рабочей зоны станка. Конструкции питателей разнообразны,

105

они многозвенны, пространственны и зависят от конструкции и ком-

поновки станка, формы и размеров заготовок, производительности. По

характеру движения подающего звена питатели делят на четыре груп-

пы: с возвратно-поступательным, возвратно-колебательным (колеба-

тельным), вращательным и сложным движением.

Питатели с возвратно-поступательным движением (рис. 2.35, а, б, в)

обеспечивают требуемую точность подачи заготовок и не занимают

рабочее пространство во время обработки, так как они отводятся к ма-

газину, установленному на большом расстоянии от рабочей зоны. В

питателях этого типа, показанных на рис. 2.35, а, б заготовки подаются

ползуном 2, имеющим выемку 1. Когда ползун отведен в исходное

положение, выемка находится против отверстия магазина.

б)

в)

а)

д)

е) г)

з)

Рис. 2.35 – Питатели с возвратно-поступательным, колебательным,

вращательным и комбинированным движениями

106

В этом положении ползуна заготовка западает в выемку. При

движении ползуна запавшая заготовка переносится в рабочую зону

станка и передается в зажим. Затем ползун совершает обратный ход, а

выемка снова устанавливается против отверстия магазина и происхо-

дит западание следующей заготовки – цикл повторяется. Работа пита-

теля, предназначенного для заготовок в виде тонких кругов (рис. 2.35, б),

аналогична рассмотренному выше.

Нередко встречаются конструкции магазинных устройств, в

которых функции питателя выполняет сам магазин. Когда, например,

требуется подача заготовки к центру шпинделя станка, магазин, распо-

ложенный в направляющих, перемещается к центру шпинделя со всей

массой заготовок и останавливается в таком положении, что ось ниж-

ней заготовки совпадает с осью шпинделя (рис. 2.35, в). В нижней час-

ти боковых стенок магазина имеются отверстия, через которые заго-

товки поступают в зажим, после чего магазин отводится в исходное

положение. Но эти устройства имеют существенные недостатки. При

большом числе двойных ходов (100 – 120) на подающих звеньях воз-

никают большие скорости, вследствие чего заготовки не успевают за-

падать в захват или выскакивают во время транспортировки к шпинде-

лю, что нарушает работу станка. Кроме того, при больших скоростях

подвижные звенья подвергаются быстрому износу, что может

уменьшать точность подачи заготовок.

В питателях с колебательным движением подача заготовок

осуществляется посредством рычага, снабженного захватом (рис. 2.35, г).

Когда механизм захвата находится против отверстия магазина, пружи-

нящая губка отклонена от центра, благодаря этому захват открывается

больше и заготовки западают в него свободно. При движении рычага

заготовка зажимается захватом, который переносит ее к центру шпин-

деля и передает в зажим. При обратном движении захват снова подхо-

дит к отверстию магазина, в него западает следующая заготовка, и

цикл повторяется.

Если магазин выполняет функции питателя, то его делают ка-

чающимся (рис. 2.35, д, е). Заготовки поступают к центру шпинделя

при отклоненном положении магазина, после съема нижней заготовки

магазин возвращается в исходное положение. Питатели с колебатель-

ным движением широко применяют в производстве. Они обеспечива-

ют большую производительность, надежны в работе, просты по конст-

рукции и не требуют направляющих, подверженных быстрому износу.

Питатели с вращательным движением представляют собой

диски с профильными вырезами (рис. 2.35, ж). Диск вращается в од-

ном направлении и поочередно подводит вырезы к окну магазина, где

заготовки западают в вырезы и транспортируются вниз в позицию

107

съема 1. Наличие на диске большого числа вырезов обеспечивает вы-

сокую производительность при незначительных окружных скоростях

диска. Вращение диска в одном направлении обеспечивает плавность

работы.

В питателях с комбинированным движением, в которых подаю-

щие звенья (захват и питатель) совершают сложное движение (рис. 2.35, з),

заготовки, западающие в раскрытый захват, в начале движения зажи-

маются и переносятся питателем к центру шпинделя. В процессе по-

ступательного движения питатель вместе с захватом и заготовкой по-

ворачивается на угол 90°, причем заготовка принимает такое положе-

ние, в котором она должна поступить в зажим.

Нередко питатели выполняют функции зажимных приспо-

соблений. Запавшие в выемки питателя заготовки транспортируются

прерывистым движением в рабочую позицию 1 (рис. 2.36, а) и зажи-

маются в выемке специальным прижимом, после этого производится

фрезерование шлица.

Рис. 2.36 – Питатели:

дисковые (а, б), цепной (в), винтовые (д, е) и револьверная головка (г)

108

При последующем повороте диска обработанная заготовка

выпадает под действием силы тяжести или удаляется съемником.

В дисковом питателе с непрерывным вращением диска в од-

ном направлении (рис. 2.36, б) после выполнения рабочей операции –

шлифования торцов – при последующем повороте заготовки удаляются

из отверстий диска. Загрузка заготовок производится в позиции 2,

шлифование – в верхней зоне, а съем – в позиции 1. Дисковые питате-

ли широко применяют в многопозиционных станках, а также в шли-

фовальных станках для обработки торцов заготовок во время их

транспортирования.

Производительность питателей с непрерывным вращательным

движением высокая. Они обеспечивают плавность и надежность рабо-

ты. К недостаткам питателей этого типа следует отнести ограничен-

ную возможность их применения в однопозиционных и многопозици-

онных станках вследствие постоянного нахождения диска в рабочей

зоне.

В цепном питателе, выполненном в виде бесконечной звеньевой

цепи, надетой на три звездочки, одна из которых ведущая (рис. 2.36, в), с

наружной стороны звеньев сделаны канавки по профилю заготовок. В

эти канавки западают заготовки из магазина. При периодическом дви-

жении цепи заготовки подаются к шпинделю, а затем в зажим.

Иногда функции питателя выполняют отдельные части станка,

например, суппорт или револьверная головка. Способ подачи загото-

вок из магазина к шпинделю при помощи револьверной головки пока-

зан на рис. 2.36, г. Магазин закреплен сзади револьверной головки. В

одно из ее инструментальных гнезд помещают державку с захватом,

которые вместе с револьверным суппортом образуют питатель, произ-

водящий выборку заготовок из магазина и транспортировку их в за-

жим шпинделя. Винтовые питатели (рис. 2.36, д, е) применяют для

подачи шаровых, стержневых и конических роликов, колец и других

деталей.

Рассмотренные выше типы питателей можно применять в ме-

таллорежущих станках с магазинным питанием, так как произво-

дительность металлорежущих станков сравнительно невысокая

(30…60 шт/мин). При этой производительности не возникает больших

скоростей перемещения заготовок и питателя, что обеспечивает на-

дежную их работу.

При выборе конструкции питателя следует учитывать тип

станка и расположение магазина на нем с тем, чтобы можно было

применить наиболее простую рычажную систему, передающую дви-

жение от распределительного вала к питателю, и использовать свобод-

ное рабочее пространство.

109

Рассмотренные питатели применяют также для станков с бун-

керным питанием. Однако при бункерном питании в высокопроизво-

дительных станках, например прессах, имеющих 250-300 ход/мин,

конструкция питателей усложняется, здесь наиболее рациональными

являются многопозиционные дисковые питатели, обеспечивающие

высокую производительность при меньших скоростях перемещения

питателя и заготовок.

2.5.4. Блокирующие механизмы

Одним из узлов магазинного загрузочного устройства является

блокирующий механизм, называемый также контролирующим меха-

низмом, который осуществляет контроль ориентации подаваемых за-

готовок, отсутствие в числе подаваемых заготовок посторонних тел и

других заготовок, наличие заготовок в накопителе вообще. Блоки-

рующий механизм производит отключение или остановку рабочей

машины в случае нарушений заданного режима (т. е. неправильной

ориентации, попадания посторонних предметов, отсутствия заготовок

в накопителе) с возможным включением сигнализации. Конструкции

блокирующих механизмов довольно различны.

В ряде случаев, например, при автоматической сборке шари-

коподшипников, пропуски в подаче деталей (полуфабрикатов) не

допускаются. Если даже один шарик не будет подан в позицию сбор-

ки, то шарикоподшипник пойдет в брак независимо от качественного

изготовления других деталей, составляющих шарикоподшипник. По-

этому в конце магазина (лотка) устанавливают механизм, контроли-

рующий наличие деталей в лотке и правильность их ориентирования.

Их обычно устанавливают на две-три детали выше детали, находящейся

в питателе. Это делается для того, чтобы станок можно было остано-

вить после поступления сигнала о прекращении подачи или непра-

вильного ориентирования заготовки.

Рис. 2.37 – Механизм контроля наличия заготовок в лотке

110

Конструктивная схема одного из механизмов контроля пока-

зана на рис. 2.37. Корпус 9 прикреплен к лотку 1, в сквозном отверстии

которого помещен щуп 8. При исходном положении питателя 10, как

показано на рис. 2.37, щуп отведен пружиной 5 назад до упора 4 и не

касается заготовки. При подаче заготовки в рабочую позицию под-

пружиненный упор 6, установленный на кронштейне 7, упирается в

щуп и перемещает его к заготовке. Если в лотке есть заготовки (на

этом уровне), то щуп останавливается и конечный выключатель 2 не

размыкает электрическую цепь привода – станок продолжает работать.

Если заготовок нет, то щуп проходит дальше, в канал лотка, и

упором 3, жестко скрепленным со щупом, разрывает цепь привода –

станок останавливается.

2.6. Автоматические загрузочные

устройства бункерного питания

Бункерные загрузочные устройства характеризуются тем,

что запас заготовок сосредоточивается в емкости (бункере) беспоря-

дочно (навалом). Необходимая ориентация заготовок перед передачей

их в накопитель осуществляется специальным механизмом. Передача

заготовок из накопителя в рабочую зону станка осуществляется пита-

телем.

Таким образом, бункерное загрузочное устройство пред-

ставляет собой группу механизмов, принимающих заготовки нава-

лом и выдающих их строго ориентированными в пространстве и

во времени.

Несмотря на довольно значительный практический опыт, на-

копленный предприятиями по проектированию и эксплуатации раз-

личных конструкций бункеров, теория их работы и правила проекти-

рования еще недостаточно разработаны.

В общем случае бункерное загрузочное устройство (БЗУ) со-

стоит из следующих основных узлов:

1) собственно бункера (емкости);

2) механизма захвата;

3) механизма ориентации;

4) предохранительного механизма;

5) магазина или накопителя;

6) отсекателя;

7) питателя;

8) привода.

В реальных конструкциях некоторые узлы могут объединяться

или отсутствовать вообще.

111

Как видно из перечисления, по сравнению с автоматическим

загрузочным устройством магазинного питания БЗУ имеют часть уз-

лов аналогичных магазинным загрузочным устройствам, часть моди-

фицированных и, наконец, совершенно новых узлов. Так, начиная от

предохранительного механизма, узлы и их функциональное назначе-

ние те же, что и у магазинных загрузочных устройств. До предохрани-

тельного механизма – совершенно новые узлы, а сам предохранитель-

ный механизм является определенной модификацией. Это объясняется

тем, что, начиная от накопителя, рассматриваемое автоматическое заг-

рузочное устройство имеет дело уже с ориентированными заготовка-

ми, а до него – с расположенными в пространстве произвольно.

2.6.1. Узлы механических БЗУ

Бункер – механизм или емкость, в которую загружаемые заго-

товки помещаются навалом и из которого механизм захвата извлекает

заготовки поштучно или порционно.

Наиболее распространенные формы бункеров показаны на

рис. 2.38. По конструкции бункера бывают цилиндрическими, коничес-

кими и ковшеобразными. Их выполняют с одной емкостью для накоп-

ления и выборки заготовок (рис. 2.38, а) и с двумя емкостями, соеди-

няемыми одна с другой (рис. 2.38, б). В последнем случае одна ем-

кость, предбункер 1, служит для сосредоточения основного запаса за-

готовок, а другая емкость, собственно бункер 2, – для выборки загото-

вок. Заготовки из предбункера в бункер обычно перемещаются посте-

пенно под действием сил тяжести. Иногда предбункер выполняют от-

дельно и его можно располагать вертикально.

Рис. 2.38 – Схемы бункеров

112

Первая группа бункеров имеет широкое применение, но обла-

дает рядом недостатков: интенсивное ворошение заготовок в результа-

те воздействия движущегося захватного органа приводит к забоинам и

царапинам на поверхностях заготовок; большое накопление заготовок

в бункере, а, следовательно, и значительное давление верхних слоев на

нижние, затрудняет подготовку заготовок к захвату и приводит к паде-

нию производительности загрузочного устройства.

Вторая группа свободна от недостатков бункеров первой

группы и может быть рекомендована для загрузочных устройств, тре-

бующих обеспечения большой емкости бункера. Однако конструктив-

но она сложнее.

Механизмы захвата предназначены для выборки находящих-

ся в беспорядочном состоянии заготовок из бункеров. От конструкции

захватных органов во многом зависит производительность и надеж-

ность работы бункерно-загрузочных устройств.

Захватные органы выполняют в виде крючков, прямоугольных

и фигурных вырезов на диске, штырей, труб и т. п. Крючки (рис. 2.39, а) –

распространенный захватный и ориентирующий орган в БЗУ. Их

обычно делают круглого сечения, а захватную часть (изогнутый конец)

с боковых сторон срезают. Такая форма обеспечивает проход крючков

в щель, меньшей по размерам, чем диаметр приемной трубки, что пре-

дохраняет выпадение заготовок из трубки.

Рис. 2.39 – Разновидности крючковых и штыревых захватных органов

Для выборки небольших колпачков крючки делают заодно с

диском (рис. 2.39, б). Захватные органы для цилиндрических колпач-

ков и втулок выполняют с поворотными крючками (рис. 2.39, в), кото-

рые захватывают заготовки при тангенциальном расположении крюч-

ков 1, а выдают их в лоток при радиальном расположении 2. Такой

113

способ захвата и выдачи упрощает отвод заготовок при переполнении

лотка, лишние заготовки падают в бункер.

Для выборки стеклянных заготовок (бусинок диаметром 3,5 мм с

отверстием 2,5 мм, длиной 2 мм) применяют захватные органы с од-

ним крючком (рис. 2.39, г). На рис. 2.39, д показан захватный орган в

виде непрерывного ремня 1, на котором закреплены штыри 2, осу-

ществляющие захват заготовок (например, низких колпачков). Захват-

ный орган в виде кольца с тангенциальным расположением крючков

(штырей) показан на рис. 2.39, е. В нижнем положении штыря колпа-

чок надевается на штырь, а в верхнем – спадает в приемную трубку.

Число крючков на диске определяется производительностью,

длиной заготовки и обычно равно 8-16. Захватный орган с тангенци-

альным расположением штырей на внутренней поверхности кольца

имеет 35-70 штырей. Диаметр по крючкам – 350-400 мм, а по штырям –

до 700 мм.

Из перечисленных захватных органов наиболее производи-

тельными являются захватные органы, имеющие штыри, расположен-

ные тангенциально.

Для выборки заготовок со шляпками, шайб и т. п. применяют

захватные органы, имеющие щель. На рис. 2.40, а показано сечение

качающегося сектора, стенки 1 и 2 которого образуют щель. При кача-

тельном движении сектора, в нижнем его положении заготовки запа-

дают в щель, а в верхнем соскальзывают в лоток. Форму и размеры ще-

ли выбирают в зависимости от конфигурации заготовки (рис. 2.40, а, б, в).

Применяют также захватные органы в виде доски 1 (рис. 2.40, г), со-

вершающей возвратно-поступательное движение. Верхний торец дос-

ки 2 захватывает заготовки 3 в бункере и транспортирует их вверх, где

они скатываются и западают в щель лотка 4.

Рис. 2.40 – Разновидности щелевых захватных органов

114

Для выборки заготовок со шляпками также применяют захва-

ты в виде лопастей 1, закрепленных на барабане 2 (рис. 2.40, д). При

вращении барабана лопасти захватывают заготовки и транспортируют

их вверх, где они перекатываются в лоток 3. Чаще всего лопастные

захватные органы применяют для подачи тонкостенных заготовок

(гильз).

Производительным способом выборки заготовок со шляпками

(до 220 шт/мин) является круговая щель 5 (рис. 2.40, е), образованная

дном бункера 4 и вращающимся диском 3, в которую западают заго-

товки 1, захватываются и транспортируются подпружиненными собач-

ками 2.

В качестве захватного органа часто применяют диски с прямо-

угольными и профильными вырезами. На рис. 2.41, а показан диск 1 с

прямоугольными вырезами 2 для захвата цилиндрических заготовок 3,

а на рис. 2.41, б – с профильными вырезами 1 для захвата шайб 2. Диск

устанавливают в донной части бункера.

д)

б)

а)

г) в)

е)

Рис. 2.41 – Механизмы захвата и ориентирования

Захватные органы в виде цилиндрического барабана 1 с про-

фильными вырезами 2 на торце (рис. 2.41, в) применяют для подачи

низких колпачков со сферическим донышком 3. Для таких же колпач-

ков применяют диск 1 (см. рис. 2.41, г) с карманчиками 2, расположен-

ными по окружности. Карманчики делают съемными на случай замены

при износе.

Весьма производительные (до 200 шт/мин) захватные органы в

виде зубчатых дисков 1 (рис. 2.41, д). По окружности диска располо-

жены зубцы 2, между которыми располагаются заготовки (высокие и

115

средние колпачки). Вверху бункера происходит отсортировка колпач-

ков: запавшие вверх донышком выпадают из диска, а запавшие до-

нышком вниз передаются в приемный лоток.

Выборку цилиндрических заготовок можно производить с по-

мощью трубки. На рис. 2.41, е показана вращающаяся трубка 1, вмон-

тированная в донную часть бункера. Трубка имеет палец 3, который

при вращении ворошит заготовки 2, вследствие чего они западают в

трубку. Захватные трубки могут быть и с возвратно-поступательным

движением, в этом случае на верхнем торце трубки делают наклонный

срез, способствующий лучшему западанию заготовок в трубку. Произ-

водительность таких захватных органов до 40 шт/мин.

Рассмотренные разновидности захватных органов являются

наиболее распространенными и могут служить исходной базой при

проектировании бункерно-ориентирующих устройств.

Механизм ориентации осуществляет ориентирование загото-

вок в пространстве. Процесс ориентирования заготовок лежит в основе

построения любого автоматического загрузочного устройства, осуще-

ствляющего подачу штучных заготовок в рабочую позицию в строго

определенном рабочем положении. Поэтому выбор принципа построе-

ния и разработка механизма ориентации является одним из главней-

ших вопросов проектирования автоматических загрузочных устройств.

Трудность создания механизмов ориентации обусловлена не-

обходимостью соблюдения ряда условий: укладка всех заготовок в

требуемом положении, надежность прохождения заготовок в механиз-

ме ориентации и выдачи их в лоток, исключение возможных повреж-

дений заготовок в процессе ориентирования, обеспечение требуемой

производительности. Несоблюдение одного из этих условий может

привести к тому, что механизм ориентации не обеспечит требуемой

производительности.

Для практики проектирования автоматических загрузочных

устройств первостепенное значение имеет знание существующих спо-

собов ориентирования в автоматических загрузочных устройствах,

оправдавших себя в производстве. Существует большое число разно-

видностей конструкций механизмов ориентации, что усложняет их

изучение. Ориентирование заготовок есть процесс автоматического

разворота заготовок в требуемое положение. Оно происходит при

движении заготовок в механизме ориентации.

Для разворота заготовок в требуемое положение используют, с

одной стороны, особенности формы заготовок (наличие отверстия,

паза, бурта, головки) или смещения их центра тяжести относительно

оси симметрии, с другой стороны, форму ориентирующего звена (фа-

сонные вырезы, щель и др.). В зависимости от выбора той или иной

116

особенности формы заготовки и формы ориентирующего звена разли-

чаются и способы ориентирования. Например, если заготовка имеет

отверстие, а ориентирующее звено вид крючка, то такой способ ориен-

тирования называют “надевание заготовки на крючок”.

Если для ориентирования принимают головку заготовки, а

ориентирующее звено – сектор со щелью, то такой способ называют

“ориентирование щелью”, или “западание в щель”.

Ориентирование заготовок может производиться в один и в

два приема. Ориентирование в один прием осуществляется в процессе

захвата заготовок. Например, в крючковых загрузочных устройствах

заготовка захватывается крючком за отверстие. Следовательно, захват

заготовок является в то же время и процессом окончательного ориен-

тирования. Ориентирование в два приема осуществляется раздельно:

предварительное, называемое первичным – во время захвата, оконча-

тельное, называемое вторичным – при прохождении через вторичный

механизм ориентации. Например, в дисковых загрузочных устройствах

предварительное ориентирование длинных цилиндрических колпачков

производится при западании их в прямоугольные вырезы диска, а

окончательное – при транспортировании в верхнем положении специ-

альным механизмом вторичной ориентации.

Окончательное ориентирование заготовок может осуществ-

ляться как внутри бункера, так и вне его. При этом вторичное ориен-

тирование может осуществляться в несколько этапов. В многопозици-

онных загрузочных устройствах механизмы ориентирования встраи-

вают в захватный диск, поэтому заготовки такими захватно-ориенти-

рующими устройствами выдаются из бункера в лоток окончательно

ориентированными. В ряде конструкций бункерно-загрузочных уст-

ройств предварительное или первичное ориентирование производится

внутри бункера, а вторичное – вне бункера. Механизм ориентации в

этом случае можно устанавливать в начале, середине или в конце лотка.

Для классификации механизмов ориентирования выделяют

шесть основных, наиболее распространенных способов ориентирования:

I – надевание заготовки на крючок;

II – западание заготовки в щель;

III – западание заготовки в фасонный вырез по профилю заго-

товки;

IV – поворот заготовки на фасонных губках и других опорах;

V – западание заготовки в фасонный вырез по расположению

центра тяжести;

VI – западание заготовки в трубку.

Кроме того, могут быть особые случаи ориентирования, на-

пример, ориентирование заготовок по их электрическим свойствам (в

частности, ориентирование селеновых шайб).

117

Сложные заготовки иногда приходится ориентировать в нес-

колько этапов, в связи с чем, механизм ориентации усложняется и,

вообще говоря, может состоять из нескольких механизмов ориентации

и переориентации.

Таким образом, группа механизмов автоматического загрузоч-

ного устройства включающая бункер, механизм захвата и механизм

ориентации должна выбрать из навала заготовки, произвести их ори-

ентацию и уже ориентированными в пространстве должна передать

последующим механизмам. Эта группа объединена общей целью –

получение заготовок навалом и выдача их ориентированными в про-

странстве. В ряде случаев перечисленные механизмы группы могут

объединяться, т. е. бункер может объединяться с механизмом захвата,

механизм захвата – с механизмом ориентации или все три вместе. Эта

группа является определяющей для всего автоматического загрузочно-

го устройства.

Устройства, осуществляющие первичную ориентацию заго-

товок, встречаются редко, так как первичная ориентация обеспечива-

ется обычно одновременно с захватом (см. например рис. 2.42).

При выпадании заготовок в приемное окно его ширина огра-

ничивает производительность БЗУ. Иногда для повышения производи-

тельности окно расширяют, допуская потерю ориентации заготовок.

Выпадающие заготовки попадают на лоток с направляющими лопас-

тями и получают первичную ориентацию в процессе движения. В этом

случае лоток с направляющими лопастями будет являться устройством

первичной ориентации.

Механизмы, осуществляющие одновременно захват и первич-

ную ориентацию заготовок, могут выполнять первичную ориентацию

следующим образом:

1) путем западания заготовок в карман;

2) лотками в виде щелей и трубок;

3) надеванием заготовок на крючок или штырь.

Первичная ориентация западанием в простые карманы при-

меняется в дисковых БЗУ для заготовок типа валиков и дисков

(рис. 2.42, в, г, д).

Ориентация лотком в виде трубки (рис. 2.42, е) применяется

для заготовок типа втулок и валиков в диапазоне: l/d = 0,2…4. При

этом трубка может иметь вращательное, возвратно-поступательное и

сложное движения.

Ориентация лотком в виде щели (рис. 2.42, ж) применяется в

секторных и лопастных БЗУ для заготовок типа диска, пластины, а

также в центробежных БЗУ (рис. 2.42, з). Ориентация заготовок наде-

ванием на крючок или штырь применяется для втулок, гильз в крюч-

ковых БЗУ (рис. 2.42, и).

118

а)

б)

д)

г)

в)

ж)

е)

з) и)

Рис. 2.42 – Механизмы для захвата и первичной ориентации

Устройства, осуществляющие вторичную ориентацию за-

готовок, конструктивно весьма разнообразны. Вторичная ориентация

может быть произведена: 1) в захватном органе и 2) в отдельном уст-

ройстве.

Вторичная ориентация в захватном органе использует особен-

ности геометрической формы заготовок или смещение центра тяжести

относительно середины заготовки.

119

Механизмы, осуществляющие захват и двойную ориента-

цию одновременно, построены на принципе использования геометри-

ческой формы заготовок. Полная ориентация заготовок происходит

непосредственно в захватном органе БЗУ. Захват и двойная ориента-

ция происходят следующими способами:

1) по внутренней поверхности заготовки – надеванием на

крючок или штырь в штыревых и крючковых БЗУ;

2) по профилю заготовки – западанием в профильный карман

в карманчиковых БЗУ;

3) с использованием головок или уступов – западанием в щель

в секторных, щелевых и других БЗУ.

Для одного и того же типа заготовок приемлемыми могут ока-

заться несколько типов БЗУ. При выборе наиболее рациональной кон-

струкции БЗУ первостепенное значение имеет следующее: 1) положе-

ние, в котором заготовки должны выходить из лотка; 2) расположение

и число оборотов вала, от которого конструктивно просто осуществить

привод; 3) характер исполнительного механизма и простота конструк-

ции БЗУ в целом.

Например, цилиндрические заготовки с отношением l/d = 2,5

могут загружаться всеми типами БЗУ для цилиндрических заготовок,

приведенными в книгах [23, 33]. Если эти заготовки подаются на бес-

центровую шлифовку на проход, где они должны идти сплошным по-

током под напором, а привод БЗУ трудно осуществить от станка, целе-

сообразным может быть БЗУ с вращающейся трубкой, имеющее инди-

видуальный привод, или вибрационное.

Если заготовки должны подаваться на измерительную пози-

цию контрольного автомата, то более целесообразным может оказаться

карманчиковый бункер с радиальным расположением карманов. Ввиду

малого числа оборотов рабочего диска БЗУ (3…10 об/мин) привод его

может быть осуществлен от тихоходного вала автомата. В этом случае

заготовки выпадают в магазин, представляющий собой лоток-змейку,

имеющий большую вместительность при компактных размерах и

обеспечивающий сохранение ориентации заготовок при транспорти-

ровке их в механизм питателя.

Если эти заготовки требуют второй степени ориентации, более

рациональной может оказаться конструкция карманчикового БЗУ с

расположением карманов по хорде. Этот тип загрузочного устройства

обеспечивает конструктивно наиболее простое выполнение механизма

вторичной ориентации.

После выбора рациональной конструкции БЗУ следующим

этапом является определение оптимальных размеров захватно-ориен-

120

тирующих органов, обеспечивающих наибольшее значение коэффици-

ента заполнения.

Далее определяются габариты БЗУ исходя из условия обеспе-

чения наибольшего значения коэффициента заполнения, а также из

конструктивных соображений и возможности загрузки необходимого

количества заготовок.

Из условия обеспечения заданной производительности опре-

деляется число оборотов, двойных ходов, амплитуда вибраций рабо-

чих органов БЗУ.

Затем определяется емкость магазина, мощность привода и

производится общая конструктивная разработка загрузочного устройства.

2.6.2. Производительность БЗУ

В зависимости от способа перемещения заготовок с целью их

захвата и ориентации бункерные загрузочные устройства можно раз-

делить на следующие:

1) механические;

2) вибрационные;

3) струйные.

В первых перемещение осуществляется механическим движе-

нием рабочих органов, во вторых – за счет направленной вибрации

рабочей поверхности, в третьих – за счет струй воздуха или жидкости,

движущихся внутри бункера и увлекающих подаваемые заготовки.

Наибольшее количество конструктивных решений предложе-

но для механических бункерных загрузочных устройств. Это объясня-

ется большим разнообразием требований к БЗУ, очень большим коли-

чеством типоразмеров подаваемых заготовок, сравнительно узким

диапазоном обслуживаемых заготовок, более давней историей приме-

нения таких БЗУ.

Струйные БЗУ имеют ограниченное применение из-за специ-

фики их работы и ограниченных возможностей подачи заготовок струей.

В настоящее время все более широкое распространение полу-

чают вибрационные БЗУ, имеющие целый ряд преимуществ, сведения

о которых приводятся ниже.

Автоматическое загрузочное устройство бункерного типа вы-

бирает заготовки из навала, в котором положение заготовок в каждый

конкретный момент может быть произвольным. Следовательно, про-

цесс захватывания заготовок носит характер случайного процесса и

тогда производительность группы механизмов бункера является слу-

чайной функцией, что можно представить графиком рис. 2.43.

121

cp Q

Рис. 2.43 – Изменение производительности БЗУ во время работы

Естественно, такая случайная функция может быть отражена

средней производительностью Qср. Однако колебания производитель-

ности бункера не должны влиять на производительность автоматичес-

кого загрузочного устройства и, тем более, на производительность ра-

бочей машины. Для выравнивания колебаний производительности

группы бункера и служит накопитель.

Изменения производительности вызывают необходимость в

магазинах определенных объемов, накапливающих заготовки в перио-

ды повышенной производительности БЗУ и отдающих их в периоды

пониженной производительности.

Важным показателем в расчете БЗУ является коэффициент за-

полнения Kз, представляющий собой отношение действительной про-

изводительности к теоретической, т. е. расчетной производительности

при полном заполнении захватных органов, что отражается формулой:

.max

расч

Q K

= (2.74)

Коэффициент заполнения характеризует не только фактиче-

скую производительность БЗУ, но и равномерность выхода заготовок

(т. е. это та же кривая производительности, но в безразмерных величинах).

Поэтому создание условий работы БЗУ, обеспечивающих наи-

большее значение коэффициента заполнения, является одной из ос-

новных задач конструктора при проектировании.

Теория вероятностей дает такую формулу для определения

коэффициента заполнения:

( 11 )

K =− − p , (2.75)

122

где p – вероятность западания заготовки в захватный орган

при прохождении им пути, равного длине заготовки;

s – путь, проходимый захватным органом под слоем заготовок,

выраженный числом длин заготовок, размещающихся на этом пути.

Вычисление этих вероятностных величин и методика расчета

изложены в [19].

Формула (2.75) дает возможность сделать выводы о влиянии

габаритов бункера на его производительность. При этом, в конструк-

циях БЗУ использующих преимущественную ориентацию заготовок в

бункере обычно вероятность p ≥ 0,5; для БЗУ, в которых по ряду при-

чин не используется преимущественное положение или заготовки не

имеют такого положения, вероятность p = 0,05…0,1.

Из формулы (2.75) получают путь:

( )

lg 1

−

. (2.76)

Приняв коэффициент заполнения Kз = 0,9, получим для бун-

керов, использующих преимущественную ориентацию s = 3,3l, а для

бункеров, не использующих преимущественную ориентацию, s = 22l (l –

длина заготовки вдоль направления движения).

Таким образом, для получения достаточного коэффициента

заполнения путь s значителен и должен учитываться при назначении

габаритов бункера.

Различают два случая работы БЗУ:

1. Средняя производительность бункера равна потреблению

заготовок рабочим органом станка, т. е. Qср = Qп.

2. Средняя производительность бункера выше потребления за-

готовок рабочим органом станка (работа с переполнением), т. е. Qср > Qп.

Если правильно определить среднюю производительность

бункера и объем магазина (накопителя), можно достичь такого поло-

жения, что БЗУ будет работать ритмично, и только запас заготовок в

магазине будет изменяться в некоторых пределах. Однако при произ-

водительности бункера равной потреблению, понадобились бы очень

большие магазины, так как весьма трудно обеспечить постоянство

средней производительности, зависящей от целого ряда факторов (пос-

тоянно изменяющееся количество заготовок в бункере, загрязненность

заготовок и т.п.), учесть которые не всегда возможно. Поэтому вполне

вероятны случаи полного опустошения накопителя и, следовательно,

простоя рабочего механизма станка, либо переполнения накопителя,

что может вызвать заклинивание механизмов БЗУ.

123

Практически работа БЗУ надежнее при средней производи-

тельности Qср, несколько превышающей потребление Qп, т. е.

Qср = ПQn (шт/мин), (2.77)

где Π – коэффициент переполнения.

Емкость накопителя зависит от коэффициента заполнения Kз и

коэффициента переполнения Π. Наибольшая вероятность колебания

производительности БЗУ будет при Kз = 0,5. Увеличение Π снижает

требуемую емкость накопителя, но создает свои проблемы с блокиров-

кой переполнения (отводом).

Механические бункерные загрузочные устройства характе-

ризуются силовым воздействием на подаваемые заготовки. Привод

механизма захвата осуществляется с помощью механических уст-

ройств. Как уже отмечалось, они довольно распространены, но имеют

весьма существенный недостаток, заключающийся в возможности за-

клинивания и повреждения заготовок. В зависимости от конструкции

бункера и типа захватно-ориентирующего органа механические БЗУ

разделяются на следующие:

– карманчиковые;

– крючковые;

– трубчатые;

– секторные;

– шиберные;

– щелевые;

– лопастные;

– дисковые со щелями или пазами;

– фрикционные.

Автоматизация загрузки заготовок цилиндрической формы мо-

жет быть осуществлена большим количеством различных типов БЗУ,

наиболее распространенными из которых являются следующие типы:

1. Дисковые карманчиковые, которые можно разделить на такие:

а) карманчиковые с расположением заготовки по хорде диска;

б) карманчиковые с расположением заготовки перпендику-

лярно плоскости диска;

в) карманчиковые с расположением заготовки по радиусу диска.

2. Трубчатые, наиболее распространенными из которых являются:

а) с вращающейся трубкой;

б) с полувтулками, имеющими возвратно-поступательное дви-

жение.

3. Крючковые, различных конструкций.

Конструкции и порядок расчета механических загрузочных

устройств приводятся в книге [23].

124

2.6.3. Предохранительные механизмы механических БЗУ

Как уже отмечалось, предохранительные механизмы БЗУ яв-

ляются видоизменением блокирующих механизмов магазинных загру-

зочных устройств. Однако выборка заготовок осуществляется из нава-

ла, что существенно усложняет работу механизма захвата. Вероят-

ность отказов и заклинивания заготовок в таких устройствах значи-

тельно выше. В связи с этим естественно стремление разработчиков

поручить самому устройству справляться с возникающими затрудне-

ниями в виде заклинивания заготовок и остановки работы устройства

путем введения специальных предохранительных механизмов.

Вообще говоря, каждое загрузочное устройство должно вклю-

чать в кинематике привода элемент (обычные предохранительные

муфты или фрикционные передачи), предохраняющий механизм бун-

кера от поломки при попадании заготовок других размеров или посто-

ронних тел. К предохранительному механизму, предназначенному для

остановки захватного органа при переполнении лотка, предъявляется

требование автоматического включения захватного органа после опо-

рожнения лотка. Кроме того, предохранительный механизм после пре-

кращения движения захватного органа должен сообщить ему перио-

дический отход в обратном направлении (отбой) на небольшой угол.

Это движение необходимо для освобождения заготовки, прижатой

захватным органом к стенке приемника.

На рис. 2.44 представлен механизм, применяемый обычно в

дисковых карманчиковых загрузочных устройствах. Звездочка 4, си-

дящая на приводном валу 5, вращается с постоянной угловой скоро-

стью и, зацепляя за выступы рычагов 2 и 7, сообщает вращение диску 3.

Рычаги 2 и 7 сидят на осях, закрепленных в диске, и пружинами 1 и 6

прижимаются к звездочке 4.

При переполнении лотка диск упирается своим карманом в за-

готовку, выступающую из приемника. Благодаря наличию скосов ры-

чаги 2 и 7 под действием возникших усилий расходятся и скользят по

вершинам зубьев звездочки. Как только зуб звездочки пройдет путь,

равный ширине его вершины, рычаги 2 и 7 получают возможность

опускаться по противоположному скосу зуба.

Так как скорость зуба звездочки очень мала по сравнению со

скоростью сжатия пружины, то в течение времени опускания рычага

под действием пружины зуб можно рассматривать как находящийся в

покое.

При скольжении выступа рычага под действием пружины по

скосу звездочки он будет одновременно перемещаться в направлении,

противоположном движению звездочки, и поворачивать в этом на-

правлении диск 3 (рис. 2.44, б).

125

Рис. 2.44 – Предохранительный механизм дисковых БЗУ

а)

б)

Таким образом, карман диска после остановки получает не-

большой отход назад, в результате которого освобождается зажатая

заготовка.

Для предохранения механизмов БЗУ могут применяться и

другие конструкции.

2.7. Вибрационные бункерные загрузочные устройства

Появившиеся сравнительно недавно в машиностроении виб-

рационные бункерные загрузочные устройства (питатели) являются

новой разновидностью автоматических загрузочных устройств и обла-

дают целым рядом преимуществ по сравнению с другими типами БЗУ.

Эти устройства сравнительно просты по конструкции. Отсутствие в

них движущихся захватно-ориентирующих органов исключает воз-

можность заклинивания заготовок, в связи с этим отпадает необходи-

мость в предохранительных механизмах.

В вибрационных бункерных загрузочных устройствах (ВБЗУ)

со спиральным лотком можно предотвратить падение и удары загото-

вок друг о друга, нарушающие чистоту поверхностей точных деталей,

поступающих на сборку и контроль. Постоянная равномерная скорость

движения заготовок по лотку создает благоприятные условия для осу-

ществления ориентации сложных заготовок внутри бункера.

В ряде случаев ВБЗУ являются единственно возможным сред-

ством автоматизации загрузки заготовок, например, деталей часового

и радиотехнического производства, где заготовки весьма малы, обла-

126

дают малой прочностью и имеют склонность к взаимному сцеплению

(например, рубиновые камни, стеклянные, пластмассовые, слюдяные

детали и т. п.).

В машиностроительной промышленности заготовки с круп-

ными заусенцами, например, поковки колец подшипников, могут

эффективно загружаться в автоматическое оборудование только при

помощи ВБЗУ.

Благодаря использованию резонансного принципа работы

ВБЗУ для их привода требуется значительно меньшее возмущающее

усилие, чем для вибропитателей других конструкций.

Рассмотрим некоторые конструкции вибрационных загрузоч-

ных устройств.

2.7.1. Бункерное загрузочное устройство с

многослойными подвесками

На рис. 2.45 показана конструкция ВБЗУ для небольших заго-

товок.

Рис. 2.45 – ВБЗУ с многослойными подвесками

ВБЗУ состоит из чаши 1, на внутренней цилиндрической по-

верхности которой имеется спиральный лоток 2. Днище чаши 3 укреп-

лено на трех многослойных подвесках 4, представляющих наборы плос-

ких рессор.

127

В центре нижнего массивного основания 5 укреплен электро-

магнит 6, якорь которого 7 крепится к днищу чаши 3. Для виброизоля-

ции бункер расположен на резиновых амортизаторах 8. Регулирование

производительности осуществляется изменением тока, подаваемого в

электромагнит, которое производится при помощи встроенного рео-

стата 9.

Резонансная настройка питателя может регулироваться путем

изменения количества пластин в пакетах многослойных подвесок 4.

2.7.2. ВБЗУ с подвеской чаши на цилиндрических стержнях

На рис. 2.46 показана конструкция ВБЗУ с подвеской чаши на

цилиндрических стержнях. ВБЗУ состоит из чаши 13, на внутренней

цилиндрической поверхности которой выполнена спиральная канавка

призматической формы, в которой вмещаются цилиндрические детали

в один ряд. Чаша 13 вместе с конусом 12 крепится к днищу 11. Днище

ВБЗУ укреплено на трех наклонных цилиндрических пружинных

стержнях 2, закрепленных зажимами в верхнем 1 и нижнем 5 башмаках.

Рис. 2.46 – ВБЗУ с подвеской чаши на цилиндрических стержнях

128

Стержни расположены таким образом, что проекция их на горизон-

тальную плоскость перпендикулярна к радиусу в точках крепления их

к днищу 11. Для уменьшения габаритов питателя при определенной

рабочей длине пружинных стержней 2 крепление их к нижней плите 8

осуществляется зажимами 5 с нижней стороны плиты.

Привод питателя осуществляется от вертикального электро-

магнитного вибратора 3, установленного в центре плиты 8. Якорь виб-

ратора 14 выполнен из пластин электротехнической стали, пакет кото-

рых при помощи планок крепится к основанию якоря.

Для изоляции днища бункера от проникновения магнитных

силовых линий, которые могут намагничивать подаваемые детали,

между основанием якоря и днищем установлена алюминиевая прок-

ладка 15. Сердечник электромагнита состоит из набора Ш-образных

пластин 10, изготовленных из электротехнической стали, прикрепляе-

мых к основанию вибратора при помощи планок. На средний выступ

набора надевается катушка 9 с обмоткой, через которую пропускается

переменный ток.

Вертикальные колебания якоря вибратора за счет изгиба на-

клонных стержней 2 преобразуются в колебания чаши питателя по

винтовой линии. Такое колебательное движение заставляет детали,

лежащие на поверхности конуса 12, сползать к спиральной канавке и

подниматься по ней вверх.

Для виброизоляции загрузочное устройство установлено на

трех витых цилиндрических пружинах 4 сравнительно небольшой же-

сткости. Устранение чрезмерной подвижности питателя достигается

установкой на основании 7 оси 6 с резиновой втулкой, которая входит

в отверстие плиты 8 с небольшим зазором. Эта ось, обеспечивая амор-

тизированной системе две степени свободы: перемещение по вертика-

ли и вращение вокруг вертикальной оси, ограничивает возможность

остальных перемещений.

Особенностью таких конструкций вибрационных бункерных

загрузочных устройств, является применение цилиндрических стерж-

ней в качестве упругих подвесок.

Применение цилиндрических стержней вместо плоских пру-

жин вызвано следующими соображениями.

Частота собственных колебаний ВБЗУ должна быть вполне

определенной и зависит она от жесткости пружин, на которых подве-

шена чаша питателя.

Пластинчатые рессорные пружины имеют жесткость, сильно

зависящую от направления их изгиба. Поэтому жесткость каждой пру-

жины, закрепленной в системе ВБЗУ, в значительной мере будет зави-

129

сеть от точности ее установки. Неодинаковая жесткость пружин, на

которых подвешивается чаша устройства, нарушает движение загото-

вок по спиральному лотку и требует дополнительной работы по на-

стройке ВБЗУ.

Круглые цилиндрические стержни имеют одинаковую жест-

кость в любом радиальном направлении и поэтому менее чувствитель-

ны к погрешностям сборки. Расчет их упругих свойств, а, следователь-

но, и параметров собственных колебаний ВБЗУ прост и точен. Кроме

того, цилиндрические стержни допускают устранение погрешностей

расчета простым способом регулировки резонансной настройки.

Необходимость регулирования резонансной настройки вызы-

вается тем, что при проектировании вибрационного устройства не все-

гда удается точно определить массы и моменты инерции частей ВБЗУ

из-за их сложной конфигурации. Поэтому частота собственных коле-

баний системы изготовленного загрузочного устройства может ока-

заться несколько выше или ниже расчетной. Удаление даже на не-

сколько герц от резонансной области увеличивает требуемое для при-

вода ВБЗУ возмущающее усилие в несколько раз.

2.7.3. Работа основных узлов вибрационных БЗУ

В основу работы бункерных вибрационных загрузочных уст-

ройств со спиральным лотком положен тот же принцип, что и для

прямолинейного лотка, рассмотренный ранее. Лоток ВБЗУ может быть

представлен в виде свернутого в круг наклонного прямолинейного

вибрационного лотка. Для обеспечения заданного угла бросания чаша

бункера должна иметь колебательное движение по спирали. Угол

подъема этой спирали и будет углом бросания.

Как видно из приведенных выше конструкций, всякое вибра-

ционное загрузочное устройство состоит из рабочего органа – чаши,

нижней реактивной массы – основания, привода загрузочного устрой-

ства – вибратора и упругой системы.

Чаши ВБЗУ служат для помещения в них подаваемых загото-

вок навалом. Они представляют собой тело вращения и в зависимости

от образующей могут быть:

– цилиндрическими;

– коническими;

– с криволинейной образующей;

– комбинированные.

Наибольшее распространение получили цилиндрические ча-

ши, поскольку они проще в изготовлении, наладке и эксплуатации са-

мого загрузочного устройства. Коническая форма чаши позволяет лег-

130

че осуществлять ориентацию подаваемых заготовок, разрежение этих

заготовок на транспортирующем лотке и благоприятнее для деликат-

ных заготовок. Однако они сложнее в изготовлении, да и использова-

ние рабочего пространства в них хуже. Поэтому коническая форма

чаши применяется реже и в специальных случаях. Чаши с криволи-

нейной образующей гораздо сложнее в изготовлении из-за сложности

размещения в них спирального лотка. Они могут использоваться при

необходимости создания особых условий вибротранспортирования, но

их применение весьма ограничено. Чаши с комбинированной обра-

зующей являются паллиативным решением, по своей сути прибли-

жающемся к чаше с криволинейной образующей.

Чаши ВБЗУ объединяют по приведенной ранее классификации

узлов бункерных загрузочных устройств бункер, механизм захвата и

механизм ориентации. Бункером служит внутреннее пространство ча-

ши, куда помещаются подаваемые заготовки. Захват заготовок осу-

ществляется лотком, размещенным на внутренней поверхности чаши.

Причем в основном захват осуществляется западанием в нижней части

лотка и длина перехода с днища или внутреннего конуса должна быть

не менее пути захвата, рассчитанного по приведенным выше соотно-

шениям. Ориентирование заготовок осуществляется на верхних витках

спирального лотка чаши ВБЗУ.

Автоматическое ориентирование в вибрационном питателе –

это процесс, в результате которого заготовки в момент выхода из лотка

питателя имеют определенное расположение в пространстве.

Сложность автоматического ориентирования заготовки опре-

деляется несколькими признаками, основными из которых являются:

количество осей и плоскостей симметрии, которые имеет заготовка, а

также соотношение габаритных размеров заготовки.

Первый признак определяет количество различных положе-

ний, которые могут занять заготовки на лотке ВБЗУ. Это в свою оче-

редь определяет количество этапов ориентации, которые должны

пройти заготовки до их полного ориентирования. Чем меньше осей и

плоскостей симметрии имеет заготовка, тем больше потребуется для

нее этапов ориентации.

Второй признак – соотношение габаритных размеров – опре-

деляет устойчивость различных положений заготовок на лотке ВБЗУ.

Чем больше разница в габаритных размерах заготовки, тем больше

будет разница в устойчивости различных положений ее на лотке, тем

легче за счет лишь формы лотка удерживать на нем заготовки только в

одних устойчивых положениях и тем самым осуществлять их ориен-

тирование.

131

В зависимости от целевого назначения загрузочного устройст-

ва, а также сложности загружаемых заготовок в чаше питателя осуще-

ствляется полное или частичное ориентирование заготовок. Если заго-

товки, выходящие со спирального лотка, имеют точно одинаковое рас-

положение относительно друг друга, то это значит, что в чаше питате-

ля осуществлено полное ориентирование.

Частичное ориентирование заготовок в чаше ВБЗУ осуществ-

ляется в двух случаях:

1) когда рабочий процесс допускает возможность частичного

ориентирования и тогда нет необходимости усложнять конструкции

ориентирующих устройств. Такой случай имеет место в счетных авто-

матах, автоматах контроля твердости и др., когда деталь на рабочей

позиции может иметь несколько определенных положений;

2) когда деталь имеет сложную геометрическую форму, и

осуществление ее полной ориентации затруднено. В этом случае в ча-

ше питателя осуществляется частичное ориентирование, а окончатель-

ное или полное ориентирование производится в отдельном устройстве,

находящемся вне чаши.

Процесс ориентирования заготовок в чаше ВБЗУ в зависимос-

ти от сложности заготовки может состоять из одного или нескольких

этапов, на которых ориентирование осуществляется по следующим

принципам:

1) путем удержания на лотке заготовок, занявших правильное

положение и удаления всех остальных;

2) путем придания заготовке, находящейся в неправильном

положении на лотке, требуемой ориентации.

Для увеличения производительности ВБЗУ первый принцип

при возможности частично сочетают со вторым на одном этапе так,

чтобы сбрасываемые с лотка заготовки при падении на дно или ниж-

ний виток лотка поворачивались в требуемое положение. Этим увели-

чивается процент заготовок, имеющих необходимую ориентацию.

Устройства, осуществляющие ориентацию в чаше загрузочно-

го устройства, можно разбить на две группы.

1. Устройства первичной ориентации – устройства, в которых

хаотически расположенные заготовки получают на лотке одно или

несколько определенных устойчивых положений и ориентируются

относительно хотя бы одного (обычно наибольшего) габаритного раз-

мера (длины, ширины, высоты) или поверхности (цилиндра, плоскос-

ти). Для заготовок, получающих одно устойчивое положение, эти уст-

ройства будут осуществлять полную ориентацию, например, ориента-

цию цилиндрических деталей вдоль их оси вращения.

132

2. Устройства вторичной ориентации – устройства, в которых

заготовки, имеющие несколько определенных положений, проходят

очередной этап ориентации. Каждый этап ориентации уменьшает

количество положений, занимаемых заготовками на лотке питателя.

Ориентация сложных заготовок осуществляется на нескольких

этапах при помощи устройства первичной ориентации и нескольких

устройств вторичной ориентации.

2.7.4. Конструктивные особенности ВБЗУ

Поскольку лоток ВБЗУ располагается внутри чаши бункера и

представляет собой спираль, то для сообщения эффективного виб-

ротранспортирования чаше бункера необходимо сообщить также ко-

лебательное движение по спирали, угол подъема которой больше угла

подъема спирали лотка. Угол подъема спирали этого движения и будет

углом бросания β.

Существует два способа осуществления колебаний чаши по

спирали: 1) с помощью направленной подвески при произвольном на-

правлении возмущающего усилия; 2) с помощью свободной подвески

и направленном возмущающем усилии.

При направленной подвеске чаша бункера (рис. 2.47, а) под-

вешивается на наклонных прямолинейных рессорах, расположенных

тангенциально. При сообщении такой системе колебательного движе-

ния, чаша питателя будет совершать колебания по спирали.

б)

а)

Рис. 2.47 – Способы сообщения направленной вибрации

133

Если подвески закреплены так, что проекции их на горизон-

тальную плоскость перпендикулярны к радиусам в точках крепления

их к чаше, то угол бросания в этих точках будет равен углу наклона

подвесок.

Угол бросания в любой точке на чаше питателя в этом случае

определяется по соотношению:

tg tg

β = ψ , (2.78)

где r – радиус крепления подвесок к чаше (см. рис. 2.48);

R – радиус окружности на чаше, в точках которой определяется

угол β.

В бункерных загрузочных устройствах, работающих по спосо-

бу направленной подвески, колебания системе могут сообщаться от

вибраторов, имеющих различное направление возмущающего усилия:

центрального вибратора с вертикальным направлением усилия, тан-

генциальных вибраторов, сообщающих крутильные колебания, тан-

генциальных вибраторов с усилиями, направленными перпендикуляр-

но к подвескам.

При свободной подвеске чаша питателя со спиральным лотком

подвешивается на цилиндрических пружинах (рис. 2.47, б), а колеба-

ния чаши осуществляются при помощи одного или нескольких вибра-

торов, сообщающих системе колебания по спирали с определенным

углом подъема.

Большинство ВБЗУ, применяемых в настоящее время в маши-

ностроении, работают по первому способу с направленной резонанс-

ной подвеской. Для небольших и средних бункерных ВБЗУ, работаю-

щих при частоте 50-100 Гц с приводом от электромагнитных вибрато-

ров, этот способ наиболее удобен, так как конструкция такого устрой-

ства и вибратора весьма проста и надежна в эксплуатации.

Таким образом, направленная подвеска является сегодня

предпочтительной. Используя при этом околорезонансную настройку

(см. выше), можно получить высокоэкономичное, надежное и стабиль-

но работающее ВБЗУ. Для обеспечения стабильности подачи загото-

вок из ВБЗУ параметры режима вибротранспортирования должны

быть постоянными по всей длине транспортирующего лотка. Посколь-

ку три точки определяют положение тела в пространстве, то исполь-

зуются три наклонно расположенных стержня или пакета плоских рес-

сор, как показано на рис. 2.48.

134

F sin ωt

Рис. 2.48 – Схема упругой подвески

Каждый упругий элемент обеспечивает движение в наклонном

направлении, а расположение их по окружности приводит к движению

по спирали. Как уже отмечалось при рассмотрении конструкций ВБЗУ,

цилиндрические стержни легче изгибаются во всех направлениях и

поэтому при трех цилиндрических упругих элементах такую систему

легче настраивать. Однако, требование долговечности, определяемое

допускаемыми внутренними изгибными напряжениями, приводит к

быстрому росту минимальной длины упругих элементов при увеличе-

нии интенсивности вибротранспортирования. Для уменьшения напря-

жений изгиба следовало бы уменьшить толщину в направлении наи-

большей деформации, т. е. перейти к плоским рессорам, но они хуже

изгибаются в поперечном направлении. Тогда, для увеличения работо-

способности уменьшая ширину плоских рессор и увеличивая их коли-

чество, переходим к новому упругому элементу – решетчатому гипер-

135

болоидному торсиону, конструкция которого показана на рис. 2.49.

Такая конструкция позволяет значительно снизить напряжения изгиба

в упругих элементах, что увеличивает долговечность работы при уве-

личении скорости транспортирования.

Рис. 2.49 – Решетчатый гиперболоидный торсион

Как было показано при рассмотрении принципов вибротранс-

портирования, скорость движения заготовок не может быть выше ам-

плитудного значения скорости рабочего органа. Следовательно, для

увеличения скорости вибротранспортирования необходимо увеличи-

вать амплитуду колебаний чаши, а это в свою очередь приведет к уве-

личению деформации упругих элементов и увеличению в них напря-

жений. Но, как видно из рис. 2.48, при сохранении угла закручивания

φв амплитуда колебаний в горизонтальной плоскости будет умень-

шаться по мере приближения к центру. Следовательно, для уменьше-

ния напряжений в упругих элементах при заданной скорости необхо-

димо помещать их ближе к центру. Но тогда влияние погрешностей

установки и сборки на параметры направленных колебаний будет уве-

личиваться и может нарушаться равномерность транспортирования. И

тогда, для получения высоких скоростей транспортирования, оказыва-

ется целесообразным использование более сложной упругой системы,

названной комбинированной. Она состоит из внутреннего торсиона,

обеспечивающего примерно 70 % жесткости системы, и решетчатого

гиперболоидного торсиона, значительно разгруженного от напряжений

изгиба и обеспечивающего направление колебаний рабочего органа

(чаши).

136

Комбинированная упругая система, состоящая из гиперболо-

идного решетчатого и внутреннего торсионов, позволила создать наи-

более производительные в настоящее время конструкции, на которых

при диаметре чаши 500 мм достигнута скорость виброперемещения

более 80 м/мин.

Конструкция такого ВБЗУ (рис. 2.50) состоит из чаши 1 и ре-

активной плиты 2, соединенных между собой гиперболоидным решет-

чатым торсионом 3 и внутренним торсионом 4. Внутренний торсион

присоединяется к чаше непосредственно, а к реактивной плите – через

промежуточный упругий элемент 5, в качестве которого могут быть

использованы мембрана или широкая плоская пружина.

Рис. 2.50 – ВБЗУ с комбинированной упругой системой

Наклонные перья гиперболоидного торсиона обеспечивают

кинематически связанные относительные осевое перемещение и пово-

рот масс, испытывая при этом сложную деформацию: изгиб в двух

137

плоскостях и кручение. Внутренний торсион скручивается и переме-

щается в осевом направлении вследствие прогиба промежуточного

упругого элемента.

Привод питателя состоит из электромагнита 6, закрепленного

с помощью П-образного кронштейна 7 на реактивной плите, и якоря 8,

связанного с нижним фланцем внутреннего торсиона. Вся конструкция

выступами на перьях гиперболоидного торсиона, расположенных в

неподвижных точках, опирается через резиновые амортизаторы в виде

колец 9 на несущую конструкцию.

Расположение оси пера гиперболоидного торсиона должно

быть таким, чтобы на среднем радиусе R дорожки чаши был обеспечен

заданный оптимальный угол бросания β.

Таким образом, направленные упругие системы ВБЗУ могут

выполняться в виде:

– комплекта (3-х или 4-х) плоских рессор;

– комплекта пакетов плоских рессор;

– комплекта цилиндрических стержней;

– решетчатого гиперболоидного торсиона;

– комбинированной упругой системы.

Крупные ВБЗУ выполняются со свободной подвеской и при-

водом от инерционных вибраторов.

По типу привода вибрационные бункерные загрузочные уст-

ройства можно разделить на ВБЗУ с электромагнитным, пневматичес-

ким, инерционным и эксцентриковым приводами.

Привод вибрационного питателя – вибратор является одной из

его основных частей и служит для возбуждения колебаний в его упру-

гой системе.

Для привода ВБЗУ нашли применение следующие типы виб-

раторов: инерционные, эксцентриковые, поршневые и электромагнитные.

Инерционные вибраторы. К инерционным относятся вибра-

торы, в которых возмущающая сила создается вследствие вращения

одной или нескольких неуравновешенных масс.

Создаваемая вибратором возмущающая сила, рассматриваемая

как вектор, может быть вращающейся, т. е. непрерывно изменяющей

свое направление, или направленной. К вибраторам с вращающейся

возмущающей силой относятся дебалансные вибраторы, в которых

возмущающая сила создается одной вращающейся неуравновешенной

массой (дебалансом).

Принципиальная схема инерционного дебалансного вибратора

приведена на рис. 2.51, а. Вибратор состоит из дебаланса 1, закреплен-

ного на валу 2, вращающегося с постоянной угловой скоростью в под-

шипниках корпуса 3.

138

cos

Qo cos

Рис. 2.51 – Схемы вибрационных вибраторов

а)

б)

в) г)

д) е)

Корпус 3 крепится к вибрационной машине. При вращении

дебаланса с угловой скоростью ω развивается центробежная (возмуща-

ющая) сила Qo:

139

(2.79)

ω ,

o Qmr =

где т – масса дебаланса;

r – расстояние от оси вращения до центра тяжести дебаланса.

Возмущающая сила дебалансного вибратора постоянная по

величине, но непрерывно меняет свое направление.

Дебалансный вибратор, выполненный в виде электрического,

пневматического или гидравлического двигателя с неуравновешенным

ротором называется мотор-вибратором.

Направленное действие возмущающей силы достигается в

вибраторах типа самобаланс. Такой вибратор (рис. 2.51, б) представля-

ет собой два кинематически связанных парой шестерен дебалансных

вибратора с дебалансами 1 и 2 на валах 3 и 4 и помещенных в один

корпус 5. Дебалансы вращаются в противоположные стороны с одина-

ковой скоростью так, что одновременно занимают горизонтальное и

вертикальное положения.

Благодаря этому горизонтальные составляющие центробеж-

ных сил, возникающих при вращении дебалансов, в любой момент

времени уравновешиваются, а вертикальные составляющие складыва-

ются. Суммарная возмущающая сила вибратора будет равна:

(2.80)

o 2cosω 2 ω cosω . QQ tmr t ==

Тот же эффект получается при использовании двух мотор-

вибраторов, роторы которых вращаются в противоположные стороны.

Одновременность горизонтальных положений смещенных роторов

мотор-вибраторов может достигаться самонастройкой в процессе ра-

боты вибрационной машины или кинематической связью между рото-

рами. В первом случае такой привод называют самосинхронизующимся

мотор-вибратором, во втором – спаренным мотор-вибратором.

При помощи одного мотор-вибратора также можно получить

направленную возмущающую силу. Для этого он подвешивается в ви-

де маятника на упругих элементах (пружинах или резиновых подвес-

ках) таким образом, что возмущающая сила действует только в на-

правлении линии, соединяющей центр вращения дебаланса и центр

шарнира, на котором подвешен мотор-вибратор. Такие вибраторы на-

зываются маятниковыми. Принципиальная схема маятникового вибра-

тора приведена на рис. 2.51, в. Корпус 3 вибратора, в котором на валу 2

вращается дебаланс 1, при помощи резинового шарнира 4 крепится к

опоре 5.

140

При таком способе крепления вибратора составляющая цен-

тробежной силы, проходящая через ось дебаланса и шарнир вибратора,

полностью передается на его опору, которая крепится к вибрационной

машине. Составляющая центробежной силы, действующая в перпен-

дикулярном направлении, вызывает колебания вибратора вокруг шар-

нира 4. При этом вследствие незначительной жесткости шарнира реак-

ция, передаваемая им на вибрационную машину, получается весьма

незначительной. Поэтому практически на вибрационную машину пе-

редается постоянная по направлению действия возмущающая сила:

(2.81)

o cosωω cosω . QQ tmr t ==

В ВБЗУ со спиральными лотками на свободной подвеске при-

меняют двухвальные четырехмассовые вибраторы, которые создают

вращающий момент, сообщающий рабочему органу питателя колеба-

тельные движения вокруг оси и периодическую возмущающую силу,

обусловливающую колебательное движение рабочего органа вдоль его оси.

Принципиальная схема устройства четырехмассового двух-

вального вибратора приведена на рис. 2.51, г.

Вибратор состоит из двух валов 1 и 2, соединенных между со-

бой зубчатыми колесами и вращающихся в разные стороны. На концах

каждого вала укреплены дебалансы 3, 4, 5 и 6. Валы дебалансов закреп-

лены в общей опоре 7. Для получения вращающего момента и возму-

щающей силы, действующей в вертикальной плоскости, дебалансы

вибратора с каждой стороны вала смещены относительно друг друга

на угол 90°.

К инерционным дебалансным вибраторам относятся также

вибраторы, у которых вращение неуравновешенной массы осуществ-

ляется за счет энергии сжатого воздуха.

Для получения высокой частоты колебаний в пределах 7000-

50000 Гц американская фирма “Вибролатор” выпускает шариковые

пневматические вибраторы. Вибратор (рис. 2.51, д) состоит из сталь-

ного корпуса 1, имеющего замкнутый кольцевой паз 2, в котором сво-

бодно располагается стальной шарик 3. На корпусе вибратора имеется

штуцер 4 с соплом 5, предназначенный для присоединения шланга,

подающего сжатый воздух. В центральной части, в торцовых стенках

корпуса вибратора имеются отверстия 6, служащие для выхода в атмо-

сферу отработавшего сжатого воздуха. Вибратор работает следующим

образом. Сжатый воздух, проходя через расширяющееся сопло 5, при-

обретает большую скорость и его струя заставляет двигаться шарик 3

по кольцевой канавке. Под влиянием центробежной силы шарик при-

жимается к наружной стенке канавки. Вследствие такого кругового

141

движения шарика возникает возмущающая сила. Так как шарик сво-

бодно располагается в направляющей канавке и между ним и боковы-

ми стенками канавки имеются большие зазоры, на шарик действует

только динамический напор воздушной струи, статическое давление

при этом практически не оказывает никакого влияния. Частота колеба-

ний вибратора, определяющаяся скоростью движения шарика, регули-

руется путем изменения подачи воздуха при помощи дросселя.

Эксцентриковые вибраторы. К эксцентриковым относятся

механические вибраторы, преобразующие вращательное движение ва-

ла в колебательное движение шатуна, связанного с рабочим органом

вибрационной машины.

В вибрационных машинах вибратор должен сообщать лишь

силовые импульсы, а характер движения рабочего органа определяется

динамическими характеристиками самой машины. Сам по себе экс-

центриковый привод имеет кинематически определенный характер

движения шатуна. Поэтому с целью получения необходимой степени

подвижности для использования в качестве вибратора в эксцентрико-

вый механизм обычно вводится упругий элемент. Наличие упругого

элемента снижает пусковой момент двигателя при запуске вибрацион-

ной машины.

На рис. 2.51, е приведена схема эксцентрикового вибратора с

упругим шатуном. Шатун состоит из двух половин 1 и 2, связанных

между собой винтовыми пружинами 3 и 4. За счет деформации пружин

шатун может растягиваться и сжиматься. Вследствие этого он работает

как упругий элемент при ходе рабочего органа вперед и назад.

В качестве упругих звеньев могут использоваться также пло-

ские рессоры или резина.

Поршневые пневматические и гидравлические вибраторы.

К поршневым относятся вибраторы, в которых возмущающая сила

создается вследствие возвратно-поступательного движения поршня

или какого-либо заменяющего его элемента.

В пневматических поршневых вибраторах сжатый воздух под-

водится попеременно с помощью золотниковой системы с разных сто-

рон перемещающегося плунжера и выпускается в атмосферу.

В гидравлических вибраторах возмущающая сила создается

поршнем, совершающим в цилиндре возвратно-поступательное дви-

жение под воздействием напора жидкости, подаваемой попеременно с

разных сторон поршня.

При помощи пневматических и гидравлических вибраторов

можно получить различную скорость рабочего органа в прямом и об-

ратном направлении, т. е. работать при несимметричном законе коле-

бательного движения.

142

Электромагнитные вибраторы. К электромагнитным отно-

сятся вибраторы, в которых возмущающая сила создается магнитным

полем, образующимся при прохождении через обмотку вибратора пе-

ременного или пульсирующего тока.

Электромагнитный вибратор состоит из магнитопровода,

включающего статор и якорь, набранных из листовой электротехниче-

ской стали, одной или нескольких обмоток и пружинной системы. Ча-

ще всего статор магнитопровода набирается из пластин Ш-образной

или П-образной формы, а якорь – из пластин прямоугольной формы.

Из всех рассмотренных конструкций в ВБЗУ, применяемых в

машиностроении, наибольшее распространение получили электромаг-

нитные вибраторы. По своему принципиальному устройству электро-

магнитные вибраторы являются наиболее совершенным видом приво-

да. Если в большинстве типов привода происходит преобразование

вращательного движения двигателя в возвратно-поступательное дви-

жение вибратора, то в электромагнитных вибраторах необходимое

возвратно-поступательное движение получается непосредственно без

каких-либо промежуточных механизмов. Электромагнитные вибрато-

ры не имеют трущихся деталей, подверженных износу. Они допускают

удобное регулирование режима работы.

Другие типы вибраторов применяются преимущественно в

крупногабаритных конструкциях при необходимости работать на бо-

лее низких частотах, где конструкция электропривода усложняется.

В ВБЗУ крупных размеров, работающих на частотах 20-25 Гц,

применение могут найти инерционные и эксцентриковые вибраторы,

существенным достоинством которых является возможность получе-

ния больших усилий при небольших габаритах и весе привода.

Известные в настоящее время конструкции ВБЗУ с электро-

магнитным приводом выполняются с направленной резонансной под-

веской. Внедренные в промышленность конструкции отличаются ши-

роким диапазоном размеров чаши, конструкцией и типом упругой сис-

темы и потребляемой этими устройствами мощности. Диаметры чаш в

этих конструкциях колеблются от 90 до 1000 мм, а потребляемая мощ-

ность от 5 до 300 Вт. Максимальная скорость движения заготовок,

достигнутая в существующих конструкциях составляет 1 м/с.

Применяемые в настоящее время ВБЗУ с электромагнитным

приводом можно классифицировать по следующим основным конст-

руктивным признакам:

1. По расположению и количеству электромагнитов:

а) с одним вертикальным вибратором;

б) с несколькими (обычно тремя) тангенциально расположен-

ными вибраторами.

143

2. По форме упругой подвески:

а) с одно- и многослойными плоскими пружинами;

б) с круглыми пружинными цилиндрическими стержнями;

в) с решетчатым гиперболоидным торсионом;

г) с комбинированной упругой системой.

3. По способу регулирования скорости движения заготовок:

а) с изменением напряжения с помощью автотрансформатора;

б) с изменением тока и падения напряжения на электромагни-

тах с помощью реостата;

в) с изменением воздушного зазора электромагнита.

4. По способу регулирования резонансной настройки:

а) с регулированием резонансной настройки путем изменения

толщины пакетов многослойных подвесок;

б) с регулированием резонансной настройки путем изменения

рабочей длины упругих подвесок;

в) с регулированием, осуществляемым путем изменения массы

системы с помощью дополнительных грузов.

5. По форме и способу крепления чаши:

а) с цилиндрической чашей (съемной и постоянной);

б) с конической чашей (съемной и постоянной);

в) с чашей, имеющей криволинейную образующую.

Определение основных конструктивных параметров ВБЗУ

приведено в книге [33].

2.8. Вибрационные питатели-подъемники

Вибрационные питатели-подъемники (для сокращения будем

их называть виброподъемниками) используются в машиностроении

для автоматической подачи в рабочий орган станка, расположенный на

определенной высоте.

При автоматизации металлорежущих станков и соединения их

в автоматические линии необходимо транспортировать заготовки от

станка к станку. Наиболее простым способом транспортирования яв-

ляется движение заготовок под действием собственного веса по нак-

лонным лоткам. Однако при этом способе теряется высота и, чтобы

загрузить деталь в следующий станок, ее необходимо поднимать на

определенный уровень.

Для повышения коэффициента использования автоматической

линии между станками должны быть промежуточные накопители бун-

кера.

Решение вопросов подъема и накопления заготовок эффектив-

но и просто осуществляется при помощи виброподъемников.

144

На спиральном лотке подъемника, установленного между

станками в автоматической линии, может накапливаться значительный

запас заготовок, что дает возможность последующим станкам линии

работать при остановке предыдущих, получая заготовки из подъемни-

ка, а при остановке последующих станков предыдущим работать на

задел, пополняя запас заготовок в подъемнике.

Принцип работы виброподъемников такой же, как в бункер-

ных вибрационных питателях. Отличаются они значительной высотой

рабочего органа, а также тем, что они имеют спиральный желоб, вы-

полненный обычно на наружной цилиндрической поверхности этого

органа.

Известные конструкции виброподъемников имеют значитель-

ные габариты и большинство их рассчитано на большую мощность,

чем бункерные вибропитатели. И все же значительное распростране-

ние получили виброподъемники с электромагнитным приводом где

заданное направление колебаний осуществляется по способу направ-

ленной подвески как и у вибропитателей.

Виброподъемники с электромагнитным приводом изготовля-

ются как с направленной, так и со свободной подвесками.

Виброподъемники со свободной подвеской и приводом от

двух или трех электромагнитных вибраторов выпускаются фирмой

АЕГ (Германия). Тангенциально расположенные вибраторы подвеши-

ваются к рабочему органу подъемника под углом к горизонтальной

плоскости, обеспечивая таким образом колебательное движение рабо-

чего органа по спирали. Виброподъемники этого типа выпускаются

высотой от 2 до 2,75 м. Спиральный желоб изготовляют из стали или

из легких сплавов. Вес подъемника высотой 2,5 м и с диаметром жело-

ба 560 мм, включая вибраторы, составляет 250 кг. Мощность привода

виброподъемников в зависимости от производительности и высоты

подъема составляет от 50 до 600 Вт.

Виброподъемники с направленной резонансной подвеской мо-

гут быть с одним или с несколькими (обычно тремя) тангенциальными

вибраторами.

Резонансные подъемники представляют собой двухмассовые

уравновешенные системы двух типов:

1) с одним рабочим органом и реактивной массой, уравнове-

шивающей колебания рабочего органа;

2) с обеими массами, выполняющими функции рабочего орга-

на, т. е. служащими для подъема заготовок.

Один из вариантов резонансного подъемника первого типа

представлен на рис. 2.52. На спиральном лотке подъемника размеща-

ется около 800 заготовок подшипниковых колец диаметром до 52 мм.

145

Высота подъемника 1,5 м. Скорость

движения заготовок вверх по спи-

ральному лотку плавно регулируется

в пределах от 5 до 10 м/мин. Мощ-

ность, потребляемая подъемником

при скорости заготовок 10 м/мин,

составляет 200 Вт.

Подъемник состоит из трубы

1, на наружной цилиндрической по-

верхности которой проточена винто-

вая канавка. В винтовую канавку

ввернуты разрезные кольца 2, кото-

рые привариваются к трубе и свари-

ваются между собой так, что образу-

ют сплошной винтовой лоток. Труба

1 скреплена с кольцом 6, опираю-

щимся на три наклонных пружинных

стержня 7, расположенных по каса-

тельной к окружности, которая про-

ходит через точки крепления стерж-

ней к кольцу 6. Нижние концы этих

наклонных стержней закреплены на

массивной плите 9 (реактивной массе); на ней же тангенциально уста-

новлены три электромагнитных вибратора 8, сообщающих трубе 1 со

спиральным лотком крутильные колебания. За счет изгиба наклонных

стержней эти колебания преобразуются в колебания винтового лотка

подъемника по спирали.

Рис. 2.52 – Конструкция

резонансного вибрационного

подъемника

В плиту 9 запрессована направляющая стойка 5, имеющая

возможность перемещения в подшипниках скольжения 3 и 14. Под-

шипники скольжения закрыты сверху крышкой 16.

Для создания виброизоляции подъемник устанавливают на

амортизаторах – витых цилиндрических пружинах 12, причем во из-

бежание чрезмерной подвижности подъемника относительно непод-

вижной плиты 11 на последней закреплена колонка 13, входящая в

кольца, запрессованные в направляющую стойку 5, с небольшим зазо-

ром. Для уменьшения шума, возникающего при движении заготовок

по стальному винтовому лотку, его поверхность покрывают износо-

стойкой резиной 4. Привод и подвеска трубы 1 закрыты неподвижным

кожухом 15, установленным на стойках 10.

Конструкция вибраторов и способ крепления пружинных

стержней такие же, как и у бункерных загрузочных устройств.

146

1 2 3 4 5 6 Наверх ↑