Универсальный горизонтальный питатель магазинного типа

Универсальный горизонтальный питатель [88] рис. 1.21 состоит из рамы в виде направляющих 6 и 9, которые соединены между собой планками 2, 19. Рама установлена на оси 4 и прикреплена к кронштейну 12, в котором регулируется угол наклона. Отсекатель 7 с отверстиями под заготовки 21 движется в направляющих 6, 9. Отсекатель 7 через штифт 1 приводится в движение штоком 8 пневмоцилиндра 5. К планке 19 жёстко закреплены кулачки 18 и упор 16. Кулачки 18 взаимодействуют с двухплечевыми собачками 15, оси которых расположены в отверстиях отсекателя 7. Рычаги собачек 15 связаны между собой пружиной 20.

Рис. 1.21.

Питатель включает в себя магазин, нижняя часть которого выполнена в виде подвижной кассеты 3, установленной на подшипниках 10 в направляющих 6 и 9. Каретка состоит из стенок 11, соединённых между собой планками. Верхняя часть магазина состоит из съёмной кассеты 3.

К направляющим 6 и 9 прикреплён приёмник 17 с отверстиями под выпадаемые заготовки, к которому прикреплён приёмный лоток 14.

Питатель работает следующим образом. В исходном положении шток 8 пневмоцилиндра 5 отведён в крайнее левое положение. При этом двухплечевая собачка 15 упирается в первые выступы пазов стенок 11 магазина и препятствует его перемещению по направляющим 6, 9. Положение двухплечевой собачки 15 фиксируется таким образом, чтобы оси первых и вторых пазов кассеты 3 совпали с осями отверстий на отсекателе 7. Заготовки проваливаются в отверстия отсекателя и ложатся на поверхность приёмника 17.

При движении штока 8 пневмоцилиндра 5 вправо отсекатель 7 перемещается, а двухплечевые собачки 15 находят на кулачки 18 и разворачиваются к центру отсекателя, позволяя каретке магазина перемещаться под действием собственного веса по направляющим 6 и 9. Однако первая нижняя заготовка 21, упираясь в упор 16, стопорит движение магазина. При этом шток 8 занимает крайнее правое положение, а отверстия отсекателя 7 и приёмника 17 совмещаются. Из каждого отверстия отсекателя выпадает в приёмник и далее в лотки 14 по одной заготовке. Подаётся команда и шток занимает исходное положение.

Цикл повторяется до тех пор, пока последняя заготовка из первого пазамагазина не выпадет в отсекатель. После этого при очередном перемещении штока 8 в правое положение двухплечевые собачки 15 развернутся к центру отсекателя 7 и каретка магазина переместится по направляющим 6 и 9 до тех пор, пока заготовка из следующего паза не дойдёт до упора 16, предотвращая дальнейшее перемещение магазина.

Время срабатывания питателя равно сумме времён выполнения отдельных движений:

. (1.122)

1^й этап движения. Выпадение заготовки в отсекатель.

По аналогии с (1.86) время выпадания запишется:

. (1.123)

2^й этап движения. Перемещение отсекателя для выдачи заготовки в приёмник и возвращение его в исходное положение согласно рис. 1.21 показано на рис. 1.22.

Рис. 1.22.

Этап 2а. Перемещение отсекателя для выдачи заготовки.

Учитывая, что в качестве привода используется пневмоцилиндр, найдём предельную скорость движения поршня, штока и отсекателя, при которой удар в шарнире А рис.1.23 будет вызывать упругие деформации на поверхностях штифта и втулки.

Воспользуемся теоремой об изменении главного вектора количества движения системы в интегральной форме [13].

, (1.124)

где - векторы количества движения системы в конце и начале дви-

жения; - главный вектор импульса внешних сил ( ).

Рис. 1.23.

Рассмотрим случай удара и запишем уравнение (1.124) в проекции на ось, направленную по движению системы:

,

где - масса системы; - конечная и начальная скорость системы при ударе; - сила удара штифта о втулку; - время удара.

Учитывая, что в конце удара скорость системы равна нулю, то последнее выражение запишется:

. (1.125)

Воспользуемся выражением работы, считая, что работы силы удара и силы при медленном сжатии (сдавливании) цилиндра (штифта) во внутреннюю цилиндрическую поверхность (втулку) при одинаковой деформации равны:

, (1.126)

где - величина деформации штифта и втулки при ударе; - сила вдавливания цилиндра (штифта) во внутреннюю цилиндрическую поверхность (втулку); - величина упругой деформации штифта и втулки.

Найдём составляющие выражения (1.126). Считая, что при ударе процесс упругого сжатия происходит равнозамедленно, имеем:

. (1.127)

Из теории прочности [54] имеем

, (1.128)

где - допустимое напряжение на сжатие материалов штифта и втулки; - площадь сжатия.

Согласно [25] полуось сжатия рис. 1.24 запишется:

, (1.129)

где - нагрузка на единицу длины полосы контакта сжимаемых (сдавливаемых) тел; - соответственно, радиусы втулки и штифта; - модули упругости материалов штифта и втулки.

Из [25] нагрузка на единицу длины полосы контакта сдавливаемых тел:

,

где - сила сдавливания тел ( ); - длина полосы контакта согласно рис. 1.23 .

Рис. 1.24.

С учётом (1.128) последнее выражение запишется:

. (1.130)

Полоса контакта или площадь сжатия равна:

. (1.131)

Подставляем в (1.129) значение (1.130), (1.131), возводим в квадрат и после преобразований получим:

. (1.132)

Из рис. 1.24 найдём величину деформации:

. (1.133)

Подставим составляющие (1.127, 1.128, 1.130, 1.133) в выражение (1.126), получим: .

Из последнего выражения выделим правую часть уравнения (1.125), подставим в него это выражение и найдём предельную скорость движения системы, при которой при ударе возникнут только упругие деформации в штифте и втулке:

. (1.134)

Значение полуоси находится из выражения (1.132).

Пример 1.2. Найти предельную скорость движения отсекателя, при которой при ударе возникают упругие деформации в штифте и втулке.

Данные для расчёта приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Материал стержня сталь 45	Радиус втулки	Радиус штифта	Длина взаимодействия штифта и втулки	Масса отсекателя
Предел прочности на сжатие	Модуль упругости материала
(кг/см2)	(кг/см2)	(см)	(см)	(см)	кг×с2/см
	2×106	0,31	0,30	0,5	0,0081

Определяем скорость движения отсекателя:

=23,37 см/с,

где =2,58 × 10^{-3 см.}

Определение жёсткости пружины пневмоцилиндра

Для обеспечения требуемой (1.134) скорости движения системы в пневмоцилиндре на его штоке рис. 1.22 необходимо поставить пружину торможения.

Найдём жёсткость этой пружины.

Воспользуемся принципом Даламбера [13].

Расчётная схема представлена на рис. 1.25.

Рис. 1.25.

Запишем выражение проекций сил на ось .

. (1.135)

Сила пневмоцилиндра находится из выражения (1.104).

Сила инерции запишется:

,

где - суммарная масса подвижных элементов системы; - тангенциальное ускорение.

Считая процесс торможения равнозамедленным движением, имеем:

,

где - ход пневмоцилиндра ( ); - берётся согласно выражения (1.134); - время движения.

Сила пружины запишется:

,

где - жёсткость пружины.

Сила трения подвижных элементов системы:

,

где - суммарный вес подвижных элементов системы; - коэффициент трения.

Сила трения заготовок об отсекатель:

,

где - число магазинов; - число заготовок в магазине; - вес заготовки.

Подставляя в выражение (1.135) составляющие силы и после преобразований получим жёсткость пружины пневмоцилиндра.

, (1.136)

где - ускорение свободного падения.

Учитывая, что сила пружины противостоит силе пневмоцилиндра, следовательно система может возвращаться в исходное положение под её действием.

.

Определение величины сечения дросселя для управления скоростью

движения поршня пневмоцилиндра

Управлять скоростью движения поршня можно при помощи пружины, поставленной в полость пневмоцилиндра, а можно путём установки дросселя на входной штуцер.

Найдём сечения дросселя, при котором будет обеспечена требуемая скорость движения поршня.

Воспользуемся основным уравнением движения [13].

.

Схема устройства представлена на рис. 1.22, а расчётная схема взаимодействия сил при движении приведена на рис. 1.26.

В проекции на ось уравнение запишется:

, (1.137)

где - сила воздействия на поршень полости цилиндра, в которую подаётся давление; - сила противодействия движению поршня от воздействия давления в противоположной полости; - сила вязкого трения.

Рис. 1.26.

,

где - давление воздуха в полостях пневмоцилиндра; - площади воздействия давления.

Площадь воздействия давления в бесштоковой полости цилиндра равна:

,

где - диаметр поршня.

Площадь в штоковой полости:

,

где - диаметр штока.

Подставляя составляющие члены в уравнение (1.137), получим:

.

Быстрота нарастания давления в полости, в которую подаётся воздух через дроссель, описывается выражением:

, (1.138)

где - коэффициент адиабаты; - коэффициент расхода газа ( =0,9); - площадь сечения дросселя; - постоянный коэффициент; - газовая постоянная; - температура газа по Кельвину; - объём полости цилиндра, в которую подают газ; - скорость перемещения поршня, которая находится из (1.134).

. (1.139)

При установившемся движении из уравнения (1.138) имеем:

.

Отсюда площадь се6чения дросселя, при которой будет обеспечена требуемая скорость равна:

. (1.140)

Определение времени срабатывания отсекателя при выдаче заготовки

Воспользуемся основным уравнением динамики [13].

Расчётная схема показана на рис. 1.27.

Рис. 1.27.

Спроектируем уравнение на ось .

, (1.141)

где ( берётся из (1.140)); - сила вязкого трения; - коэффициент вязкого трения.

Подставим составляющие части в (1.141) и преобразуем уравнение.

Обозначим в уравнении: коэффициент при - ; коэффициент при - ; постоянный член правой части уравнения А, получим:

.

Решение данного уравнения аналогично решению уравнения (1.119).

Время срабатывания отсекателя соответствует перемещению .

Определение времени возвращения отсекателя в исходное положение

В исходном положении отсекатель возвращается под действием пружины.

Воспользуемся основным уравнением динамики [13].

Расчётная схема приведена на рис. 1.28.

Рис. 1.28.

В проекции на ось имеем:

,

где .

После подстановки составляющих уравнения и преобразования получим:

.

По аналогии с предыдущим введём обозначения.

Дифференциальное уравнение запишется:

.

Решение данного уравнения ищем по аналогии с уравнением (1.119).

Находим время возвращения отсекателя в исходное положение при перемещении на величину .