2.3.2 Выбор загрузочного устройства и его предварительный расчет

При проектировании загрузочного устройства для технологического автомата или полуавтомата конкретизируются общие требования к загрузочному устройству. Прежде всего, необходимо иметь чертеж загружаемого объекта с техническими требованиями к нему. Для выбора и проектирования загрузочного устройства из общего комплекса технико-экономических показателей используют следующие: производительность автомата (или полуавтомата) Q_a; требуемую длительность t_p работы с одной загрузки заготовками без вмешательства обслуживающего оператора (это время устанавливается исходя из норм обслуживания автомата и из допустимости или недопустимости постоянной занятости при автомате обслуживающего оператора); ориентировочную допустимую стоимость загрузочного устройства С_з.

В процессе расчета определяют основные параметры загрузочного устройства, которые перечислены на рис. 29. Требуемую среднюю производительность загрузочного устройства определяют из производительности технологического автомата

.

Эта производительность берется на 15–25 % выше, чем требуемая производительность автомата для обеспечения бесперебойной работы последнего с заданной производительностью.

Исходя из требуемой длительности работы с одной загрузки и производительности автомата, определяют емкость загрузочного устройства:

,

где W_min – наименьшее необходимое для нормальной работы число заготовок в загрузочном устройстве. Ориентировочно W_min = (0,15 - 0,30)W_з.

На основе полученных величин производительности загрузочного устройства и его емкости, а также руководствуясь данными чертежа загружаемого объекта, производят выбор типа загрузочного устройства, прежде всего выбор автоматического (бункерного) или полуавтоматического (магазинного) загрузочного устройства. Магазинные загрузочные устройства более просты по конструкции, имеют меньшую стоимость, но одновременно обладают и более высокой трудоемкостью обслуживания, что повышает расходы на эксплуатацию в целом.

Выбор автоматического или полуавтоматического типа загрузочного устройства целесообразно производить, руководствуясь накопленным опытом проектирования.

При этом принимают во внимание требуемую производительность автомата (и загрузочного органа) и массу загружаемого объекта. При выборе типа загрузочного устройства необходимо учитывать особенности загружаемого объекта. Например, детали сложной формы, крупные или очень мелкие (детали часового производства) не всегда поддаются бункерной загрузке; в этих случаях независимо от требуемой производительности автомата приходится применять магазинную загрузку. Не поддаются бункерной загрузке также детали с особыми требованиями к качеству поверхности: оптические детали, кварцевые резонаторы и т. д., которые не допускают загрузки навалом и принудительного ворошения в бункере.

Конкретную конструктивную схему магазинного или бункерного загрузочного устройства выбирают, исходя из вида объекта загрузки с учетом возможности обеспечения требуемой производительности загрузки.

Выбор конкретной конструктивной схемы загрузочного устройства необходимо обосновать проверочным расчетом его достижимой производительности и сравнением расчетной величины с требуемой.

Производительность бункерных загрузочных устройств (исключая питатель) связана с количеством захватных органов, скоростью их движения, конструктивными и принципиальными особенностями бункерного устройства, которые принято характеризовать коэффициентом вероятности захвата загружаемых деталей.

Для бункерных загрузочных устройств с поштучной выдачей объектов производительность загрузки

,

где z – число захватных органов; n – частота вращения или число двойных ходов захватного органа в минуту;  – коэффициент вероятности захвата детали захватным органом; v – линейная (окружная) скорость движения захватного органа; m – линейный (окружной) шаг захватных органов.

В случае, когда загрузочный орган выдает объекты порциями по нескольку штук, его производительность

,

где w – число одновременно захватываемых объектов. Для устройств с непрерывной выдачей объектов

,

где l_д – длина загружаемого объекта в направлении его движения.

В приведенных выражениях связаны основные конструктивные параметры (z, m, l_д, w) и эксплуатационные параметры (n, , v) загрузочного устройства с его производительностью. Используя эти выражения, можно оценить необходимую величину указанных параметров для получения требуемой производительности Q₃.

С другой стороны, по расчетным величинам перечисленных параметров представляется возможным оценить реальную приемлемость требуемых размеров загрузочного устройства и его кинематики. Например, если выбран дисковый тип загрузочного устройства и для него определены требуемый шаг захватных органов, число захватных органов и линейная скорость перемещения захватного органа, то по этим величинам нетрудно определить требуемый диаметр захватного диска и степень сложности промежуточной кинематической передачи от привода к захватному органу. При этом, руководствуясь заранее установленными ограничениями, выбранными из конструктивных и эксплуатационных соображений, следует оценить приемлемость полученных параметров и возможность конструктивного осуществления загрузочного бункера с расчетными параметрами.

Фактическую связь расчетных параметров с размерами бункера и требованиями к его кинематике определяют из конкретной выбранной конструктивной схемы загрузочного устройства. Таким образом, оценочные расчеты основных размеров бункера и требуемых параметров привода в каждом конкретном случае не представляют труда и в связи с этим здесь не рассматриваются.

В расчетные выражения для оценки производительности бункерного загрузочного устройства входит коэффициент вероятности захвата  загружаемых объектов. Эта величина для определенного бункерного устройства не остается постоянной, а колеблется в некоторых пределах. В связи с колебанием коэффициента  вероятности захвата происходит циклическое колебание во времени производительности загрузочного Q_з. Для бесперебойной работы автомата с производительностью Q_a необходимо обеспечить , но в этом случае загрузочный орган в основном будет работать с избыточной производительностью, что не является рациональным.

Поэтому выбирают и между бункером и рабочей позицией автомата вводят магазин, накапливающий детали в период избыточной производительности бункера и расходующий их в период ее понижения. Введение магазина при этом делает более ритмичной работу загрузочного органа.

Емкость вспомогательного магазина может быть оценена по следующей зависимости

, ,

где T=k/n – период изменения производительности загрузочного устройства.

Производительность магазинных загрузочных устройств определяют исходя из времени, необходимого для перемещения объекта из ее исходного положения в магазине в питатель

,

где t_з – время загрузки объекта.

Время t_з определяется характером движения объекта при выдаче из магазина. Например, если объект скользит по наклонной плоскости (по лотку) при выдаче из магазина на рабочую позицию автомата, то

,

где H – смещение объекта по высоте,  – угол наклона плоскости, µ – коэффициент трения, – коэффициент запаса, g – ускорение от силы тяжести.

В магазинах с внешним приводом длительность загрузки будет определяться кинематикой привода, усилиями, прикладываемыми к объекту, трением его по направляющим магазина, его скоростью перемещения. В том случае, когда перемещение объектов в магазине происходит под действием постоянно приложенной силы от груза или пружины (горизонтальные трубчатые и лотковые магазины), время загрузки

,

где s_д – путь, проходимый объектом при загрузке; F_вн – внешняя сила, перемещающая объекты в магазине; M_ – суммарная масса перемещаемых объектов.

Если перемещение объектов в магазине осуществляется с постоянной скоростью (ленточные и валковые магазины), то

,

где v_з – линейная (окружная) скорость перемещения объекта.

Если перемещение объекта в магазине осуществляется с постоянным ускорением (например, некоторые типы дисковых и барабанных магазинов), причем в первой половине пути объект движется равноускоренно, а во второй – равнозамедленно (такой именно режим целесообразен для наименьших динамических нагрузок и вибраций), то

,

где a_з – величина линейного ускорения объекта при загрузке (рекомендуется ).

Когда объект при магазинной загрузке на отдельных n участках движется под действием силы веса, а на других m участках перемещается внешним приводом (например, конвейерные и секционные магазины), необходимо, разбив общее время загрузки на элементы, определить его составляющие для каждого участка пути и затем определить суммарную величину

,

где – составляющие времени движения объекта под действием силы тяжести; – составляющие времени принудительного перемещения объекта под действием внешней силы.

Приведенные расчетные соотношения для определения производительности бункерных и магазинных загрузочных устройств связывают их основные конструктивные и эксплуатационные параметры с достижимой величиной производительности. Пользуясь этими соображениями, можно по требуемой производительности загрузочного устройства определить его основные параметры. Кроме того, при наличии тех или иных конструктивных и эксплуатационных ограничений, рассчитав достижимую величину производительности загрузки и сравнив ее с требуемой величиной, можно проверить правильность выбора загрузочного устройства.

Кроме проверки и обоснования выбора загрузочного устройства по производительности, необходимо оценить и обосновать правильность его выбора с точки зрения обеспечения требуемой емкости, т. к. чем большая емкость требуется, тем больший объем должно иметь загрузочное устройство.

Для бункерного загрузочного устройства, загружаемого объектами загрузки «навалом», требуемый полезный объем

,

где l_д, b_д, h_д – наибольшие длина, ширина и высота загружаемого объекта; – коэффициент неплотности укладки деталей в бункере; W_з – емкость загрузочного устройства.

Полный объем бункера должен быть в 1,5–2 раза больше расчетного, поскольку для нормальной работы бункер не должен загружаться полностью. Определив полный объем бункера и задавшись его формой, можно определить размеры бункера и оценить его реализуемость.

Кроме объема бункера, имеет значение суммарная масса объектов загрузки в нем (при максимальной загрузке бункера), которая не должна быть слишком большой

,

где m_д – масса одного объекта.

Для магазинного загрузочного устройства, в которое детали помещаются в ориентированном состоянии, целесообразно определять не требуемый объем, а требуемую длину магазина в направлении укладки объектов загрузки

.

В случае дискового магазина величина L_м равна длине окружности, на которой располагаются загружаемые объекты. Зная величину L_м, нетрудно определить диаметр диска и оценить его реализуемость. Если объекты загрузки в магазине располагаются с промежутками, то величина l_д должна их учитывать.

Для секционных и конвейерных магазинов определяют требуемое число секций:

,

где _с – число объектов в одной секции.

По числу секций и габаритам одной секции определяют общие габариты магазина и оценивают его конструктивную осуществимость.

Общую массу объектов загрузки в магазине рассчитывают так же, как и для бункера. Эта масса может быть значительно больше допускаемой для бункера.

Выбор загрузочного устройства можно считать законченным, если проверочные расчеты его производительности и емкости подтверждают возможность получения требуемых величин при приемлемых конструктивных и эксплуатационных параметрах.

Выбор загрузочного устройства целесообразно производить в определенной последовательности. В качестве исходных данных для проектирования загрузочного устройства принимают: требуемую производительность автомата Q_a, требуемое время работы автомата с одной загрузки t_р, ориентировочную стоимость загрузочного устройства С_з; чертеж объекта загрузки и технические требования на него. Определяют требуемую производительность загрузочного устройства по Q_з.

На основе полученной величины Q_з и массы объекта загрузки выбирают бункерный или магазинный тип устройства; производят проверку выбранного устройства по производительности. Для этой цели рассчитывают основные конструктивные и эксплуатационные параметры и оценивают их реальную осуществимость. При наличии заранее обусловленных конструктивных и эксплуатационных ограничений рассчитывают достижимую производительность и сравнивают с требуемой.

В случае отрицательного результата проверки: а) выбирают другой, более производительный тип; б) применяют несколько параллельно работающих загрузочных устройств; в) пересматривают требуемые технико-экономические показатели автомата в сторону уменьшения его производительности.

После выбора и обоснования конструктивной схемы загрузочного устройства осуществляют конструктивный расчет его элементов, применительно к конкретным их типам устройства. При конструктивном расчете уточняют и определяют дополнительные параметры, влияющие на производительность и емкость устройства, и рассчитывают конструктивные параметры, обеспечивающие его общую работоспособность.