Порядок расчета и проектирования БЗУ

Приступая к непосредственному проектированию реконструкции строительных объектов, проектная организация должна располагать необходимым для работы объемом исходных материалов, полученных в процессе обследования.

В указанный объем материалов входят: полный комплект обмерочных чертежей существующих зданий и сооружений, включая фундаменты и надземную часть; заключение о техническом состоянии существующих зданий и сооружений; результаты предварительной оценки стоимости реконструкции; результаты инженерных изысканий площадки реконструируемого объекта; задание на технологический процесс в реконструируемом производственном здании (сооружении) или на планировочные решения в жилом (общественном) здании; данные о стойкости существующих несущих конструкций к планируемым воздействиям.

Методика расчета и проектирования БЗУ

Порядок расчета и проектирования БЗУ

Исходными данными для проектирования БЗУ являются:

– заготовка (геометрические и физико-механические свойства);

– требуемое ориентированное положение;

– требуемая производительность технологической машины.

Выбор конструкции БЗУ под заданную заготовку. Геометрическими свойствами заготовки, влияющими на выбор конструкции БЗУ, могут быть: форма заготовки, длина или высота заготовки (, ), внутренний и наружный диаметры заготовки (, ), положение и координата центра масс (), радиус закругления заготовки (), диаметры и длины стержня и головки (, , , ) (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Геометрические свойства заготовок

Форма и абсолютные размеры заготовки, их соотношение, положение центра масс являются основными факторами, влияющими на способ захвата заготовок и, как следствие, на выбор БЗУ (см. разд. 1.1). Для цилиндрических заготовок в форме колпачков, стержней, имеющих удлиненную внутреннюю полость, целесообразнее использовать крючковые БЗУ с захватом поштучно за внутреннюю поверхность. Если для данного типа заготовок характерно явно выраженное смещение центра масс, то можно использовать зубчатые, карманчиковые наклонные БЗУ. Для заготовок типа скоб преимущественным является использование лопастных БЗУ с захватом партией за внутреннюю поверхность. Для заготовок в форме стержней с головками необходимо использование щелевых или секторных БЗУ с захватом за наружную поверхность (см. разд. 1.1–1.2).

Физико-механическими свойствами заготовки, оказывающими влияние на выбор БЗУ, являются коэффициент трения, покрытие, прочность заготовки, ее масса и т.п.). Так, для заготовок, изготовленных из легко деформируемых или бьющихся материалов, например, стекла, необходимо использовать такие БЗУ, в которых исключается повреждение заготовок захватными органами и скорость их вращения невелика. Если заготовки имеют высокий коэффициент трения или высокую сцепляемость друг с другом, надо использовать БЗУ с хорошим ворошением, с высокими скоростями ворошителя (см. разд. 1.2–1.3). Например, для стержневой заготовки в форме колпачка с коэффициентом трения 0,1 можно использовать крючковые или карманчиковые наклонные БЗУ. Если та же самая заготовка имеет более высокий коэффициент трения, например 0,4, то карманчиковые наклонные БЗУ, имеющие невысокие скорости захватных органов и более слабое ворошение для загрузки рассматриваемых заготовок не пригодны. Если же, на заготовку нанесено тончайшее покрытие, то крючковые БЗУ использовать нельзя, так как их захватные органы легко могут поцарапать поверхность заготовок.

Таким образом, при выборе БЗУ под заданную заготовку нельзя руководствоваться каким-то одним критерием выбора. Только комплексный анализ свойств заготовки позволит правильно подобрать тип БЗУ.

При выборе конструкции БЗУ необходимо также учитывать производительность технологической машины, на которую БЗУ осуществляет ориентированную подачу заготовок. Для того чтобы при вероятностных колебаниях производительности БЗУ обеспечивалось питание оборудования без пропусков, необходимо чтобы производительность БЗУ была выше производительности машины:

,

где m – коэффициент переполнения; при этом, чем больше коэффициент выдачи БЗУ, тем меньше выбирают значение m.

В соответствии с приведенными выше рекомендациями в зависимости от производительности БЗУ и свойств заготовок по табл. 3.1 подбирают тип БЗУ. При этом необходимо учитывать, что таблица дает только общие рекомендации по выбору конструкции БЗУ. Поэтому в каждом конкретном случае надо руководствоваться собственными соображениями на основании прочитанного в разд. 1, 2.

После выбора конструкции БЗУ под заданную заготовку проводят его расчет и проектирование по следующей методике.

Таблица 3.1

Выбор конструкции БЗУ в зависимости от производительности БЗУ и формы и размеров заготовки

Форма заготовки	, шт./мин	Размеры заготовки, мм	Тип БЗУ
Стержневые					=	Крючковые
				Секторные
	Ножевые
			С трубкой
			=	С вращающимися воронками
				=	Крючковые
		=	=	Карманчиковые наклонные
	=			Зубчатые
				С трубкой
			Ножевые
		=	С вращающимися воронками
				=	Щелевые
		=	Ножевые
	>		=	Секторные
			=	=	Карманчиковые наклонные
			=	Ножевые

Окончание табл. 3.1

Форма заготовки	, шт./мин	Размеры заготовки, мм	Тип БЗУ
Равноразмерные и пластинчатые						Карманчиковые вертикальные
				С вращающимися воронками
	=		=	Зубчатые
					Секторные
	=		Ножевые
	=	0		С трубкой
			С трубкой
	Секторные
Плоские				=			Секторные
			=	Ножевые
		=	=	= 50			Секторные

Конструирование захватных органов заключается в определении их конфигурации и размеров. При расчете захватных органов необходимо обеспечить максимальную вероятность захвата. При этом надо учитывать то, что захват заготовки из навала является случайным или вероятностным процессом, то есть деталь может быть или захвачена, или остаться в бункере. При этом правильно ориентированная заготовка должна захватиться захватным органом с наибольшей вероятностью, надежно зафиксироваться в нем и не выпасть из захватного органа во время движения до момента выдачи в приемник (см. разд. 2.2). Заготовки, захваченные в неправильном положении, должны выбрасываться из захватных органов или переориентироваться в нужное положение (см. разд. 1.3–1.4).

После определения конфигурации и размеров захватного органа для однозахватных БЗУ проводят расчет шага захватных органов. Для дисковых БЗУ шаг захватных органов можно выразить общей формулой (см. разд. 2.4):

, (3.1)

где – конструктивный размер захватного органа, м; l, d – один из размеров заготовки, по которому происходит захват, м; – зазор по шагу, м.

Величина зазора по шагу ограничена тем, что во время нахождения заготовки в захватном органе туда не должна запасть другая заготовка. В то же время деталь должна успеть запасть в предусмотренный зазор. Поэтому после выбора необходимо определить скорость захватных органов.

Для выбора скорости движения захватных органов необходимо определить предельную скорость захватных органов , при которой заготовка успеет запасть в захватный орган (см. разд. 2). Затем сравнивают полученное значение предельной скорости проектируемой конструкции БЗУ со значениями и существующего прототипа (табл. 3.2), где . Для дальнейшего расчета скорость захватных органов принимают из условия

.

Для многозахватных БЗУ рассчитывают предельную частоту хода захватного органа при которой начинается подбрасывание заготовок . Величина разная для различных БЗУ и зависит от конструкции механизма качания захватного органа. Чем меньше максимальное ускорение захвата, тем больше . При этом должно соблюдаться условие

,

где – ускорение силы тяжести, м/с².

Таблица 3.2

Производительность и коэффициент выдачи различных типов БЗУ

при изменении скорости захватных органов

Тип БЗУ	Конструктивные параметры БЗУ. Тип и размеры заготовок	Экспериментальный график зависимости коэффициента выдачи и производительности БЗУ от скорости захватных органов
Крючковое	Деталь: стакан	м/с
Карманчиковое наклонное	Деталь: стакан	м/с м/с
Карманчиковое вертикальное	Деталь: стакан	м/с м/с

Продолжение табл. 3.2

Тип БЗУ	Конструктивные параметры БЗУ. Тип и размеры заготовок	Экспериментальный график зависимости коэффициента выдачи и производительности БЗУ от скорости захватных органов
Зубчатое	Деталь: стакан	м/с
Щелевое	Деталь: стержень со шляпкой
Секторное	Деталь: стержень со шляпкой

Окончание табл. 3.2

Тип БЗУ	Конструктивные параметры БЗУ. Тип и размеры заготовок	Экспериментальный график зависимости коэффициента выдачи и производительности БЗУ от скорости захватных органов
Ножевое	Деталь: цилиндрический ролик
С возвратно-поступательно движущейся трубкой	Деталь: цилиндрический ролик
С вращающимися воронками	1. Деталь: стакан после обжима дульца и штамповки дна гильзы 2. Деталь: колпак гильзы малокалиберного спортивного патрона	1 - 2 -

Расчет производительности БЗУ выполняют по формуле

, (3.2)

где – максимальный зазор по шагу; – коэффициент выдачи (см. разд. 2).

Величина коэффициента выдачи определяется экспериментально. Если экспериментально коэффициент выдачи определить невозможно из-за отсутствия опытного образца БЗУ, то принимают по аналогии с устройством табл. 3.2.

После того, как вычислено расчетное значение производительности БЗУ , проводят его сравнение с требуемым значением производительности .

1. Если разница между расчетным и требуемым значениями производительности невелика, то есть , то необходимо сделать несколько вариантов расчетов, последовательно задаваясь значениями , , и добиваясь равенства заданного значения производительности БЗУ с расчетным.

2. Если расчетное значение производительности БЗУ намного меньше требуемого значения, то есть , то выбирают другой тип БЗУ. Для повышения производительности иногда ставят два и более параллельно работающих БЗУ, производительность каждого из которых равна половине и более требуемой производительности.

3. Если расчетное значение производительности БЗУ больше требуемого значения, то есть , то по табл. 3.2 находят такую окружную скорость захватных органов, при которой будет обеспечиваться требуемая производительность.

Для обеспечения непрерывной подачи изделий к оборудованию при возможных колебаниях производительности БЗУ рекомендуется проектировать накопитель такой длины, чтобы обеспечить запас изделий в нем на 0,2-0,5 мин работы технологической машины. Это достигается выбором производительности БЗУ на 5- выше производительности технологической машины (см. выше).

Желательно емкость лотка накопителя N выбирать наименьшей, так как при загрузке заготовок в бункер БЗУ на большой высоте потребуются более высокие и, следовательно, более дорогие подъемники и транспортные средства. При недостаточной емкости накопителя увеличивается вероятность неподачи заготовок в технологическую машину, что снижает производительность оборудования. То же происходит и при недостаточной величине коэффициента переполнения m. При увеличении m происходит износ предохранительных муфт (крючковые), собачек, пружин (зубчатые, щелевые), увеличение процента брака (карманчиковые вертикальные, роторные) и т.д.

Таким образом, необходимо правильно выбрать емкость накопителя и коэффициент переполнения с учетом вероятности неподачи заготовок в технологическую машину и вероятности переполнения накопителя в ходе работы БЗУ.

Зная величину коэффициента выдачи БЗУ и задаваясь величинами коэффициента переполнения накопителя m и емкостью накопителя, определяют вероятность неподачи заготовок к технологической машине:

. (3.3)

Вероятность переполнения накопителя

. (3.4)

Конструирование бункера и захватного механизма. Бункер как конструктивный элемент БЗУ выполняет три основных функции: обеспечение запаса заготовок в количестве, необходимом для непрерывной работы механизма, в течение заданного промежутка времени без пополнения (для мелких заготовок обычно задается от 10 мин до 1 ч); обеспечение движения заготовок в направлении к захватным органам в количестве, обеспечивающем заданную производительность; обеспечение подготовки заготовок к захвату (см. разд. 1,2).

Рабочий объем бункера, обеспечивающий непрерывность работы БЗУ в течение назначенного времени, определяется по формуле

, (3.5)

где – коэффициент заполнения объема бункера; – объем одной заготовки по внешнему контору, м ³; – время работы бункера без дополнительной загрузки, с.

Чем длиннее заготовки и чем сложнее их форма, тем меньшую величину будет иметь коэффициент заполнения. Для цилиндрических заготовок с длиной и диаметром , при различных соотношениях длины к диаметру коэффициент заполнения можно принимать по табл. 3.3. Для заготовок цилиндрической формы с конической частью при принимают .

Таблица 3.3

Значения коэффициента заполнения бункера от размеров

цилиндрических заготовок

	1,0	1,4	1,6	3,0
	0,73	0,65	0,60	0,57

Коэффициент заполнения бункера заготовками сложной формы следует определить экспериментально, заполнив доверху опытный объем заготовками. Подсчитав при эксперименте количество заготовок , определяют :

. (3.5)

Продолжительность работы БЗУ при заданной производительности без дополнительной загрузки зависит от условий производства. При необходимости увеличения продолжительности работы без догрузки, улучшения условий захвата и ориентации следует предусмотреть предбункер, объем которого определяют по формуле

,

где – коэффициент увеличения продолжительности работы бункера без догрузки.

При конструировании захватного механизма определяют радиус расположения захватных органов. При этом учитывают, что его малые значения приведут к уменьшению числа заготовок в бункере, что ухудшит условия подготовки заготовок к захвату и, как следствие, снижение производительности БЗУ. Большой радиус приведет к увеличению числа заготовок в бункере, ухудшению их ворошения, усложнению самого процесса захвата, деформированию заготовок. Кроме этого увеличатся габаритные размеры БЗУ, что в некоторых случаях неприемлемо.

Радиус расположения захватных органов обычно принимают: . Большие соотношения берутся для изделий с меньшей длиной, меньшие – с большей длиной. В тех случаях, когда заданием на проектирование устанавливаются ограничения на габаритные размеры БЗУ, то есть при , зона захвата уменьшается, и величина коэффициента выдачи также уменьшается. Это уменьшение величины коэффициента выдачи учитывается коэффициентом q. Приближенно можно принять для всех типов БЗУ эмпирическую зависимость: .

Расчет и конструирование привода и предохранительных устройств. Конструкция приводов для механизмов захвата и ориентации заготовок влияет на производительность, удобство обслуживания и стоимость БЗУ. Например, сектору, захватывающему заготовки с головками, можно сообщить колебательное движение кулачком, кривошипом и кулисой. Механизмы, приводимые в движение кулисой или кулачком, будут обладать большей производительностью, чем приводимые кривошипом. Это объясняется тем, что в секторном БЗУ для увеличения времени западания заготовок и соскальзывания в лоток необходимо иметь несколько замедленный подъем и ускоренное опускание сектора для сокращения времени холостого хода, что невыполнимо при применении кривошипного механизма.

Мощность привода бункерного загрузочного устройства с вращающимся захватывающим органомследует определять по формуле:

, (3.6)

где – коэффициент возможной перегрузки ( = 2); – частота вращения захватывающего органа, с^-1; – механический коэффициент полезного действия привода; – необходимый крутящий момент, , который рассчитывают с учетом конструкций захватывающего органа.

При крючковом захватывающем органе (рис. 3.2)

, (3.7)

где – коэффициент трения-скольжения заготовок о стенки бункера; – крутящий момент, необходимый для преодоления момента сил трения, ; – сила тяжести заготовок в объеме сегмента высотой, равной h, ; – момент силы тяжести заготовок, ; – координата центра тяжести объема сегмента, м; – угол естественного откоса.

Рис. 3.2. Расчетная схема крючкового захватного органа

Принимая =45°; и =0,71, получаем , где , Н, – сила тяжести одной заготовки, Н: , где – масса одной заготовки, кг.

Число цилиндрических заготовок в сегменте высотой :

.

При дисковом захватывающем органе (рис. 3.3) величина крутящего момента

, (3.8)

где – силы трения, Н; – радиус диска по осям захватных гнезд (карманов), м; у – координата центра тяжести объема, имеющего форму подковы, равная , м; – сила тяжести одновременно загружаемых в бункер заготовок, Н; – угол наклона дискового БЗУ, обычно равный 45°; – коэффициент трения между диском и подпятником, равный 0,1.

Рис. 3.3. Расчетная схема дискового захватного органа

Принимая =45°; = 0,71; и =0,5, получаем или

. (3.9)

Сила тяжести одновременно загружаемых в бункер заготовок определится по формуле

, (3.10)

– коэффициент заполнения объема, определяемый по формуле (3.5); – объем одной заготовки, м³; – объем одновременно загружаемых в бункер заготовок, м³.

В наклонном дисковом, карманчиковом, зубчатом БЗУ объем заготовок, засыпанных в бункер, может быть определен как объем цилиндрической подковы (рис. 3.4):

, (3.11)

где – длина прямой стороны подковы, м; – радиус окружности подковы, м; – длина перпендикуляра, восстановленного из середины прямой стороны подковы, до пересечения с окружностью основания, м; – центральный угол основания подковы, град; – наибольшая высота, подковы, измеренная по перпендикуляру к основанию, м.

Рис. 3.4. Схема заполнения бункера заготовками

При заполнении бункера заготовками до середины диска, т. е. когда , . Подставляя указанные значения, получим приближенную формулу для расчета крутящего момента: .

Мощность привода бункерных загрузочных устройств с возвратно-поступательным движением захватывающего органаследует определять по следующей методике.

Условно массу захватывающего органа т ₁ и массу заготовок, находящихся в бункере , можно считать сосредоточенной в точке . Тогда для секторного БЗУ (рис. 3.5) работа, затрачиваемая приводом за один подъем, будет выражена следующим уравнением:

,

потребная мощность привода:

, (3.12)

где и – плечи кулисы, м; – угол при наибольшем отклонении кулисы от начальной линии , соединяющей центр качения кулисы с центром вращения пальца кривошипа, град; – механический коэффициент полезного действия привода; – необходимый крутящий момент, ; – частота качаний, с^-1.

Рис. 3.5. Схема движения массы захватного органа и заготовок

Для шиберного или трубчатого БЗУ работа, затрачиваемая приводом за один подъем, будет выражена следующим уравнением:

,

потребная мощность привода:

, (3.13)

где h – величина рабочего хода захватывающего органа, м.

На рис. 3.6 показаны схемы предохранительных муфт, наиболее часто применяемых в БЗУ.

Рис. 3.6. Предохранительные муфты:

1 – звездочка; 2 – рычаг собачки; 3 – сухарь

При расчете следует принять, что предохранительная муфта должна обеспечить передачу крутящего момента не выше двукратной величины , где следует рассчитать по формулам (3.7), (3.8) и (3.12).

Расчетное усилие пружин муфты следует определить по формулам:

а) при наличии двух собачек

, (3.14)

где – средний диаметр звездочки, м; и – плечи рычага собачек, м; – угол зуба звездочки, град.

Практически угол принимают равным 45°, откуда

; (3.15)

б) при наличии трех собачек

; (3.16)

в) при наличии четырех собачек

. (3.17)

Расчетное усилие цилиндрических пружин для муфты, показанной на рис. 3.6, б, и изогнутой пружины для муфты, показанной на рис. 3.6, в, следует рассчитать по известным формулам, исходя из окружного усилия , определяемого по формуле

. (3.18)