Для загрузки-разгрузки автоматического оборудования специального и специализированного назначения созданы и находят применение различные автоматические и автоматизированные устройства. Все загрузочные устройства прежде всего можно разбить на два основных вида: автоматические и полуавтоматические. Автоматические загрузочные устройства обеспечивают автоматическую ориентацию объектов загрузки (заготовок), как в пространстве, так и во времени. Характерной особенностью автоматических загрузочных устройств является наличие бункера того или иного типа, поэтому такие устройства называют бункерными. В бункерных загрузочных устройствах часто имеется магазин, однако он в данном случае выполняет вспомогательную роль и может отсутствовать.
Полуавтоматические загрузочные устройства ориентируют объекты загрузки только во времени. Ориентация объектов загрузки в пространстве осуществляется вручную. Характерным элементом полуавтоматического загрузочного устройства является магазин, который последовательно загружается заготовками в ориентированном положении вручную. В связи с необходимостью предварительной ручной ориентации заготовок при загрузке их в магазин возрастает трудоемкость обслуживания автомата. Однако конструкция последнего существенно упрощается за счет исключения бункера и ориентирующего устройства.
Автоматические загрузочные устройства (бункерные) осуществляют первичную ориентацию детали, захватываемой из неорганизованной «кучи»; накопление некоторого запаса ориентированных в заданном положении деталей; поштучную выдачу деталей объекту загрузки. Для этой цели используются различные бункерные загрузочные устройства. Конструкции бункерных загрузочных устройств разнообразны и предназначены для деталей конкретных конфигураций, что обуславливает их специализацию.
Структурная схема загрузочного устройства представлена на рис. 6.1. Объекты загрузки (заготовки) в достаточном для бесперебойной работы автомата количестве помещают в бункер (обычно в беспорядке, «навалом»), который производит их первичную ориентацию и выдает в определенной последовательности. В зависимости от конфигурации объектов может потребоваться их дополнительная пространственная ориентация, что осуществляется ориентирующим устройством, которое может быть и частью бункера.
Ориентированные в пространстве заготовки по лотку попадают в магазин-накопитель, откуда через определенные промежутки времени выдаются механизмом поштучной выдачи на рабочую позицию автомата. Таким образом, механизм поштучной выдачи деталей является устройством, ориентирующим объекты загрузки во времени. Необходимые перемещения подвижных элементов загрузочного устройства осуществляются приводом.
Следует отметить, что названные элементы загрузочного устройства не всегда можно выделить в «чистом» виде при рассмотрении конкретного автомата. Некоторые элементы могут отсутствовать, либо один конструктивный элемент может выполнять несколько функций. Так, часто лоток выполняет одновременно и функции магазина. Необходимость магазина в составе загрузочного устройства объясняется тем, что производительность бункера из-за его конструктивных особенностей колеблется во времени и для компенсации этого колебания приходится накапливать некоторый запас ориентированных объектов загрузки в магазине. Наиболее характерными элементами загрузочного устройства являются бункер (или магазин) и питатель.
На рис. 6.2 приведен пример дискового карманчикового автоматического бункера для ориентации заготовок в один прием. Неподвижный диск 1 является основанием, а подвижный диск 2 приводится во вращение валом 3 червячного редуктора. По окружности диска 2 имеются карманы Б, в которые при вращении диска западают заготовки. Таким образом происходит ориентация заготовок.
Лопасти 5 улучшают заполнение карманов. Емкость 4 позволяет поместить в бункер необходимый запас заготовок. В рабочем положение ось бункера наклонена на 45°. Попавшие в карманы заготовки выпадают в накопитель через приемное окно в неподвижном диске 1.
При изменении размеров загружаемой детали необходимо изменить размеры карманов захватного диска 2. Изменения конфигурации допустимы только в небольших пределах. Многообразие конструкций бункерных загрузочных устройств связано именно с возможностью использования бункера только для деталей определенного типа.
Производительность бункерного загрузочного устройства
,
где z – число захватных органов бункера, n – частота вращения или число двойных ходов захватного органа в минуту, h – коэффициент вероятности захвата детали захватным органом, v – линейная (окружная) скорость движения захватного органа, m – линейный (окружной) шаг захватных органов.
Практическая производительность бункерных устройств лежит в пределах 60–1200 шт/мин, т.е. может достигать весьма больших значений. Такая производительность достигается за счет специализации загрузочного устройства.
Бункерные загрузочные устройства разделяют по признакам, характеризующим их принцип действия и конструктивные особенности. В этом отношении существенной оказывается степень ориентации загружаемого объекта в загрузочном устройстве (поскольку бункерные устройства производят ориентацию автоматически, то их степень конструктивной сложности связана с требованиями к ориентации деталей). В том случае, когда заготовка имеет простую симметричную форму (например, гладкие валики, ролики и т. п.) или когда заготовка на рабочей позиции ориентирована только относительно одной оси, достаточно бывает одинарной ориентации заготовки относительно выбранной оси в бункерном устройстве. Необходимость ориентации заготовки относительно нескольких осей приводит к усложнению бункерного загрузочного устройства и к введению дополнительного ориентирующего механизма.
Существенные различия имеют бункерные устройства в зависимости и от применяемого способа захвата заготовок при их ориентации. Применяют два основных способа захвата: по наружной поверхности заготовки и по отверстию в заготовке.
 |
Большое значение имеет разгрузка захватных органов, предупреждающая их поломку при заклинивании деталей или при переполнении отводящего лотка. Необходимо заметить, что для нормальной работы бункерного загрузочного устройства не безразлично количество заготовок в бункере. Это количество всегда должно лежать в определенных пределах, устанавливаемых практикой эксплуатации загрузочного устройства.
Различные типы бункерных загрузочных устройств наилучшие результаты дают при загрузке заготовок определенной формы. Это обстоятельство также приводит к большому разнообразию бункерных загрузочных устройств.
Классификация загрузочных устройств автоматов и полуавтоматов приведена на рис. 6.3.
Для выделения каждой группы загрузочных устройств в классификационной схеме использованы символьные обозначения в виде составных номеров. Необходимо заметить, что классификация условна и не является общепринятой. Однако она позволяет отразить многообразие конструкций бункерных загрузочных устройств и некоторые их особенности.
В соответствие с этой классификационной схемой на рис. 6.3 приведены конструктивные схемы бункерных загрузочных устройств. Для каждой конструкции приведены эскизы типовых объектов загрузки. Представленные схемы на рис. 6.3 поясняют основной принцип, заложенный в бункерное загрузочное устройство. Реальное осуществление устройства обычно связано с применением дополнительных конструктивных усложнений, важнейшими из которых являются приспособления для устранения нарушений в работе бункера, например, при переполнении приемного лотка заготовками и при заклинивании заготовок. С этой целью в бункерах применяют различные подпружиненные крышки, отражатели и сбрасыватели, возвращающие заготовки в бункер в случае переполнения приемного лотка.
Полуавтоматические загрузочные устройства (магазинные) требуют ручной первичной ориентации детали. Остальные функции выполняются автоматически. Такие устройства обычно проще бункерных загрузочных устройств, но менее производительны.
На рис. 6.4 приведен пример магазинного загрузочного устройства для загрузки роликов. Магазин выполнен в виде наклонного лотка 5, куда вручную загружают ролики 2. Под действием собственного веса ролики скатываются на базирующую призму 6. Направляющая планка 3 предотвращает заклинивание роликов. Толкателем 1, приводимым в движение от торцевого кулачка 7, ролик подается на позицию обработки 4.
Магазинные загрузочные устройства также специализированы и работают с объектом определенной конфигурации или допускают только небольшие вариации его конфигурации. Производительность их ниже производительности бункерных загрузочных устройств.
На рис. 6.4 приведены конструктивные схемы для наиболее распространенных магазинных загрузочных устройств. 
Существуют различные конструктивные схемы магазинных загрузочных устройств, которые объединены общим принципом действия. Так же как и бункерные загрузочные устройства, различные типы магазинных загрузочных устройств применяют для разных видов объектов загрузки. Для каждой конструктивной схемы магазина приведены эскизы загружаемых деталей, для которых данный магазин применим.
При выборе загрузочного устройства для технологического автомата и при конструктивной разработке загрузочного устройства необходимо обеспечить: наличие технической возможности применения выбранного загрузочного устройства для загрузки объектов данной конкретной формы с данными размерами; обеспечение заданной производительности питания автомата заготовками (для соблюдения требуемой производительности автомата, определяемой из технических и экономических соображений); наличие такой емкости загрузочного устройства, которая обеспечивала бы непрерывную и бесперебойную работу автомата с одной загрузки в течение промежутка времени, устанавливаемого исходя из норм обслуживания автомата и требуемых технико-экономических показателей; обеспечение наименьшей конструктивной сложности и стоимости загрузочного устройства при выполнении требуемых технико-экономических показателей.
Для разделения потока ориентированных объектов загрузки во времени на выходе загрузочного устройства устанавливается механизм поштучной выдачи объектов загрузки технологическому автомату. Механизм поштучной выдачи исключает несогласованность загрузочного устройства и автомата во времени. Такие устройства разнообразны и их конструктивная реализация во многом определяется формой объекта загрузки.
В качестве примера на рис. 6.5 показана схема механизма поштучной выдачи цилиндрических заготовок из лоткового магазина. В наклонном лотке – магазине 1 находятся в ориентированном упорядоченном состоянии цилиндрические втулки 2 (заготовки).
Под действием силы веса втулки упираются в поверхность ползуна 3, который совершает возвратно-поступательные движения. Привод ползуна осуществляется от кулачкового вала 5 через зубчатый сектор 4 и реечную передачу. За один ход ползун может переместить только одну заготовку.
Для загрузки-разгрузки автоматического оборудования могут использоваться также цикловые автоматические манипуляторы и автооператоры. Такие устройства являются цикловыми автоматами специального назначения и широко используются для загрузки-разгрузки станков-автоматов.
Одна из конструкций манипулятора в виде сдвоенной механической руки показана на рис. 6.6. Каждая из механических рук имеет привод в виде сдвоенного пневмо- или гидроцилиндра. Шток 6 с поршнем 7 служит для перемещения руки 2. Полость штока является цилиндром для штока 4 с поршнем 3, поворачивающих губки клещевого захвата 1. При ходе штока 4 вниз клещи раскрываются, освобождая транспортируемую деталь. Обратный ход обеспечивает пружина 5. Поворот механической руки относительно оси штока при подъеме и опускании предупреждается штангами 8, закрепленными одним концом в корпусе руки и проходящими через направляющие втулки во фланце 9.
Корпус руки перемещается по монорельсу вдоль обслуживаемого оборудования. Недостаток такой конструкции – её сложность. Привод механических рук предпочитают делать пневматическим. Это повышает скорость их срабатывания, а, следовательно, сокращает потери времени на загрузку станка; пневмопривод достаточно надежен в работе. На гидрофицированных станках привод механических рук целесообразно выполнять гидравлическим.
Механическую руку при необходимости используют для поворота детали перед подачей с транспортера на станок (например, в случае, когда на одном станке обрабатывают деталь с одного конца, а на втором станке – с другого).
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) Qa; требуемую длительность tp 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 Сз.
В процессе расчета определяют основные параметры загрузочного устройства, которые перечислены на рис. 6.7. 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 Wmin – наименьшее необходимое для нормальной работы число заготовок в загрузочном устройстве. Ориентировочно Wmin = (0,15 - 0,30)Wз.
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; h – 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 lд – длина загружаемого объекта в направлении его движения.
В приведенных выражениях связаны основные конструктивные параметры (z, m, lд, w) и эксплуатационные параметры (n, h, 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 h загружаемых объектов. Эта величина для определенного бункерного устройства не остается постоянной, а колеблется в некоторых пределах. В связи с колебанием коэффициента h вероятности захвата происходит циклическое колебание во времени производительности загрузочного Qз. Для бесперебойной работы автомата с производительностью Qa 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 tз – время загрузки объекта.
Время tз 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, a – 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 sд – путь, проходимый объектом при загрузке; Fвн – внешняя сила, перемещающая объекты в магазине; MS – суммарная масса перемещаемых объектов.
Если перемещение объектов в магазине осуществляется с постоянной скоростью (ленточные и валковые магазины), то
,
где vз – 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 aз – 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 lд, bд, hд – наибольшие длина, ширина и высота загружаемого объекта; 
– коэффициент неплотности укладки деталей в бункере; Wз – 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 mд – 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 Lм равна длине окружности, на которой располагаются загружаемые объекты. Зная величину Lм, нетрудно определить диаметр диска и оценить его реализуемость. Если объекты загрузки в магазине располагаются с промежутками, то величина lд должна их учитывать.
Для секционных и конвейерных магазинов определяют требуемое число секций:
,
где wс – 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 Qa, требуемое время работы автомата с одной загрузки tр, ориентировочную стоимость загрузочного устройства Сз; чертеж объекта загрузки и технические требования на него. Определяют требуемую производительность загрузочного устройства по Qз.
На основе полученной величины Qз 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.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 409.
