ЛЕКЦІЯ № 3 ДОЗАТОРЫ СЫПУЧЕЙ ПРОДУКЦИИ.УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ ШТУЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
ЛЕКЦІЯ № 3


1.

ДОЗАТОРЫ СЫПУЧЕЙ ПРОДУКЦИИ

СТРОЙСТВА
ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ ШТУЧНЫХ
ИЗДЕЛИЙ



Сыпучими
называются вещества и многокомпонентные смеси,

состоящие

из твердых частиц в виде порошка, зерен, гранул, кусков или мелкоштучных
изделий, способных к перемешиванию под воздействием внешних сил. К
сыпучей продукции, в частности, относят
ся сахар, соль, мука, цемент, песок,
гравий, минеральные удобрения, разнообразные зерновые культуры, картофель,
многие фрукты, а также некоторая мелкоштучная продукция, такая как гвозди,
винты, гайки, конфеты и т. д. Такая продукция может быть легко
-

и
тру
дносыпучей, пылящей и не пылящей, способной образовывать с воздухом
взрывоопасную смесь и нейтральной, горючей и негорючей. Конструктивное
исполнение дозаторов для сыпучей и мелкоштучной продукции в значительно
большей степени зависит от ее физико
-
химическ
их свойств, чем у дозаторов
для жидкой и пастообразной продукции.


Дозаторы для сыпучей продукции выполняются как в виде
самостоятельных устройств, имеющих собственный привод, так и в качестве
одного из основных узлов фасовочно
-
упаковочного технологическог
о
оборудования. В зависимости от величины давления, создаваемого в фасуемой
сыпучей продукции, дозаторы подразделяются на атмосферные, вакуумные и с
избыточным давлением. Последние, как правило, предусматривают
дозирование в атмосфере инертного газа, подав
аемого в зону отмеривания
дозы.


2.
Объемные дозаторы
сыпучей продукции обеспечивают погрешность

дозирования в пределах 1


3 % и отличаются простотой конструкции и
высокой производительностью. Отмеривание дозы в них может производиться
посредством мерной емк
ости (барабанные, камерные, стаканчиковые дозаторы
и путем изменения подачи (шнековые дозаторы.


Наиболее конструктивно простыми являются объемные дозаторы,
применяемые для фасования легкосыпучей продукции постоянного
гранулометрического состава, свойств
а которой мало зависят от колебаний
влажности окружающей среды. К ним, в частности, относятся
барабанные

дозаторы
(рис.3.9

с одной или несколькими мерными емкостями.

Такие

дозаторы содержат цилиндрический корпус 1 внутри которого установлен
поворачивающий
ся барабан 2, являющийся мерной емкостью (рис.3.9а или
содержащий несколько (обычно от 4 до 8 одинаковых секторных емкостей
(рис.3.9б, в. При этом корпус дозатора через загрузочный патрубок 3
сообщается с расходным бункером, а через фасовочный патрубок
4


с


28

продуктопроводом, по которому отмеренная доза высыпается в наполняемую
тару.













Рис.3.9. Барабанные объемные дозаторы


В процессе работы дозатора фасуемая продукция по загрузочному
патрубку 3

насыпается из расходного бункера в мерную емкость его барабана 4
(рис.3.9а, а затем после ее наполнения и поворота на 180
о



под действием
силы тяжести отмеренная доза высыпается из барабана через фасовочный
патрубок 4 в тару. При этом канал загрузочного

патрубка 3 перекрывается
цилиндрической поверхностью барабана. Более производительными являются
дозаторы с секторными барабанами (рис.3.9б, рис.3.9в, поскольку в них
процесс заполнения одного мерного сектора барабана 2 совмещается во
времени с процессом
опорожнения противоположной ему мерной емкости.


3.
Многопоточные объемные дозаторы
с возвратно
-
поступательно

перемещающимися мерными стаканами (рис.3.10 обеспечивают
одновременное фасование легкосыпучей продукции в несколько единиц тары.
















Рис
.3.10. Многопоточный объемный дозатор


В этих дозаторах между общим расходным бункером 1, содержащим в
плите 2 загрузочные воронки 3 и 4 для каждого потока, и нижней плитой 5,
несущей адекватное число фасовочных воронок 6, располагается каретка 7,
перемеща
ющаяся возвратно
-
поступательно от пневмоцилиндра 8. Для каждого
потока в окнах верхней 9 и нижней 10 плит каретки, соединенных винтовыми
стяжками 11, закреплены сопрягающиеся обечайки двух телескопических
мерных стаканов 12 и 13. При этом, сдвигая встречно

эти плиты винтовыми
стяжками 11 или раздвигая, за счет изменения высоты
h

устанавливается
требуемый объем мерных стаканов. В процессе работы сыпучая продукция
засыпается из бункера 1 через загрузочные воронки 4 в совмещенный с ними
ряд мерных телескопичес
ких стаканов 13. Затем пневмоцилиндром 8 каретка 7
перемещается вперед и второй ряд ее мерных стаканов 12 совмещается с


29

загрузочными воронками 3 бункера 1, а наполненные стаканы 13 при этом
совмещаются с окнами
в нижней плите 5 фасовочных воронок 6. Далее
осуществляется наполнение сыпучей продукцией из бункера 1 через воронки 3
стаканов 12 и одновременное фасование через воронки 6 отмеренных доз из
стаканов 13 в тару. После этого каретка 7 возвращается пневмоцили
ндром 8 в
исходное положение. При этом из стаканов 12 отмеренные дозы через
фасовочные воронки 6 высыпаются в тару, а мерные стаканы 13, совмещенные
с загрузочными воронками 4 заполняются продукцией для выполнения
очередного цикла.


Для фасования трудносып
учей, порошкообразной и пылящей продукции
применяются также
шнековые объемные дозаторы
, изготавливаемые в
разнообразных конструктивных исполнениях. Причем такие дозаторы
позволяют фасовать даже мелкодисперсную продукцию, которая склонна к
слипанию при небо
льшом сдавливании.





















1.

Рис.3.11. Шнековый объемный дозатор


В

наиболее распространенном исполнении (рис.3.11 шнековый дозатор
состоит из сопрягающейся с расходным бункером загрузочной воронки 1,

оснащенной шнековым питателем 2 и переходящей в конический корпус 3 на
переходном участке которого установлен датчик уровня 4. При этом внутри
конического корпуса 3 на вертикальном полом валу вращается лопастная


мешалка 5, а в его вершине располагается
фасовочный патрубок 6 с
дозирующим шнеком 7, вал которого проходит через полый вал мешалки.


В процессе работы дозатора по команде датчика уровня 4 периодически
включается вращение шнека в питателе 2, осуществляющего загрузку
продукции из воронки 1 в конич
еский корпус 3 до уровня контролируемого
этим датчиком. В бункере поступающая продукция разрыхляется непрерывно
вращающимися лопастями мешалки 5 и равномерным потоком проталкивается
к дозирующему шнеку 7, периодическим вращением которого в патрубке 6
произ
водится фасование очередной ее порции в тару. При этом заданный объем
дозы отмеряется соответствующим числом оборотов дозирующего шнека. В
период смены тары фасовочный патрубок 6 может закрываться заслонкой (не
показана, для предотвращения выпадения из не
го прилипших частичек
продукта. В герметичном исполнении шнековые дозаторы успешно фасуют как
пылящую, так и гигроскопичную мелкодисперсную продукцию, а к их


30

недостаткам можно отнести невысокую производительност
ь и низкую точность
дозирования.


Дополнительные механизмы и устройства
,

применяемые в дозаторах

фасующих трудносыпучую продукцию, можно разделить на две следующие
основные группы:




Ворошители
различного вида,

устанавливаемые в расходных бункерах,

загрузочных воронках, корпусах дозаторов и на мерных емкостях, для
придания фасуемой продукции хорошей сыпучести (текучести путем
предотвращения ее слеживаемости, комкуемости и сводообразования. В
качестве ворошителей применяются мешалки и рыхлители в раз
нообразных
исполнениях, а также механические встряхивающие и вибрационные
механизмы




Питающие механизмы
,

обеспечивающие равномерную подачу

упаковываемой продукции из расходного бункера или хранилища в дозатор, его
мерные или весовые емкости, а также фасо
вание отмеренных доз в тару. В
качестве питающих механизмов применяются разнообразные вибролотки,
ленточные транспортеры, барабанные, шнековые и тарельчатые питатели,
пневмотранспортеры, аэрационные и другие устройства.


Тарельчатые питатели,
например,

обеспечивают подачу из расходного

бункера равномерным потоком сухой мелкозернистой и порошкообразной
продукции. Они состоят из плоской тарелки 1 (рис.3.12а, закрепленной на
вертикальном валу 2 приводимом во вращение от электродвигателя. При этом
над тарел
кой соосно установлена загрузочная воронка 3 расходного бункера,
содержащая вертикально перемещаемую винтовым механизмом 4 манжету 5. А
под торцом тарелки на кронштейне 6 крепится фасовочный патрубок 7
питателя, с установленным на нем ножом 8, перекрывающи
м рабочую
поверхность тарелки. В процессе работы питателя фасуемая продукция 9
высыпается из расходного бункера через воронку 3 на вращающуюся тарелку 1
и, растекаясь, образует на ее плоскости конус с углом естественного откоса

.
При этом периферийная час
ть этого конуса постоянно срезается
перекрывающим тарелку ножом 8 и направляется с нее равномерным потоком в
фасовочный патрубок 7.
















Рис.3.12. Конструктивная (а и расчетная (б схемы тарельчатого питателя


Производительность такого питателя

достаточно точно регулируется за счет
изменения:



скорости вращения тарелки;


31



расстояния между нижним торцом манжеты 5 и тарелкой 1 (рис. 3.12а;




величиной перекрытия ножом 8 рабочей поверхности тарелки.


При этом следует учитывать, что скорость вращения ограничивается действием
центробежной силы, при определенном значении которой частицы продукции
сбрасываются с поверхности тарелки.
Производительность тарельчатого
питателя определяется по формуле (рис.3.12
б:


Q




0,06


H

2





R






tg







n


, кг/ч


(3.9)


где
Н



расстояние между тарелкой и верхней точкой (В непрерывно
удаляемого с нее ножом слоя продукции в форме треугольника АВС, см;


R



расстояние от оси вращения тарелки до центра тяжести треугольника

АВС, см;


γ



объемный вес фасуемой продукции,

г/см
3
;

n



скорость вращения тарелки,

об/мин;






угол между образующей усеченного конуса и поверхностью тарелки
(угол естественного откоса в градусах.


Весовыми дозаторами
осуществляется фасование сыпучей продукции в

потребительскую и транспортную тару, а также не
посредственно в грузовые
емкости транспортных средств (вагоны, кузова автомобилей, трюмы судов с
наиболее высокой точностью дозирования. Сыпучая продукция поступает и
выдается из таких дозаторов через разнообразные загрузочные и фасовочные
воронки, а регу
лирование и перекрытие потоков в них обеспечивается
различными затворами и заслонками. Дозаторы однократного взвешивания
характеризуются низкой производительностью (до 15 циклов в минуту, из
-
за
подачи продукта в их весовой бункер на заключительном этапе м
алым потоком.
Повышение же интенсивности этого потока ведет к увеличению динамического
воздействия на весовое устройство дозатора и к снижению точности
взвешивания (дозирования. Получать же более высокую производительность
без снижения точности позволяют
конструктивно более сложные дозаторы
двукратного и многократного взвешивания, обеспечивающие последовательное
формирование требуемой дозы в нескольких параллельно работающих весовых
устройствах.


В частности фасование легкосыпучей продукции с высокой
произ
водительностью обеспечивается
дозатором двукратного взвешивания с

рычажными весовыми устройствами
(рис.3.13,

содержащим расходный

бункер 1 у которого загрузочный патрубок 2 основного потока перекрывается
шибером 3 и сопрягается с загрузочным окном первого

весового бункера 4, а
загрузочный патрубок 5 малого потока сопрягается с направляющей воронкой
6, перекрываемой шибером 7. При этом весовой бункер 4, содержащий
откидное дно 8 связанное с приводом 9, опирается подушками на призмы
весового коромысла 10, на

втором градуированном плече которого установлена
уравновешивающая гиря 11, а расположенная в центре коромысла стрелка 12
взаимодействует с бесконтактным датчиком 13. Под весовым бункером 4 на
аналогичном весовом коромысле 14 установлен второй весовой бунк
ер 15,
продукция в который загружается вибролотковым питателем 16 из


32

направляющей воронки 6, при этом тара 17 под этот бункер устанавливается
дискретно вращающимся с заданным ритмом карусельным столом

18
фасовочного автомата.
























Рис. 3.13. Дозатор двукратного взвешивания с рычажными
весовыми устройствами.


В процессе работы дозатора при пустом весовом бункере 4 плечо с гирей
11 коромысла 10 опускается, стрелка 12 отходит от
бесконтактного датчика 13
и по его сигналу открывается шибер 3. При этом продукция засыпается в
весовой бункер 4 из расходного бункера 1 по загрузочному патрубку 2 до
получения в нем веса, составляющего 85


90% от заданной дозы. В результате
этого весовое

коромысло 10 приходит в горизонтальное положение, его стрелка
12 взаимодействует с датчиком 13 и он выдает сигнал на закрытие шибера 3 и
открытие откидного дна 8 весового бункера. При этом подача продукции
прекращается, а грубо отмеренная доза высыпается
из весового бункера 4 во
второй весовой бункер 15. После выдержки времени, необходимого на
пересыпание продукта и закрытие откидного дна 8 бункера, по сигналу датчика
13 открываются шиберы 3 и 7, а также включается в работу вибролотковый
питатель 16. При э
том в бункере 4 формируется следующая предварительная
порция, и одновременно с этим вибролотковый питатель 16 производит
досыпку продукта малым потоком в весовой бункер 15 до заданного веса. При
получении в бункере 15 заданного веса коромысло 14 поворачива
ется в
горизонтальное положение и его стрелка воздействует на аналогичный
бесконтактный датчик, по сигналу которого закрывается шибер 7, выключается
вибролотковый питатель 16, открывается откидное дно весового бункера 15 и
точно взвешенная доза высыпается
в тару 17. После выдержки времени,
необходимого на высыпание продукта в тару и закрытие откидного дна
весового бункера 15, карусельный стол 18 поворачивается на шаг, подавая под
загрузку следующую тару, и далее цикл повторяется. Установка требуемого
веса ф
асуемой дозы производится перемещением гири 11 до соответствующей
риски шкалы, нанесенной на плечах весовых коромыслов 10 и 14 дозатора.


Наиболее же универсальными, высокопроизводительными и точными
являются
комбинационные

(мультиголовочные

весовые дозат
оры
,


33

созданные и продемонстрированные впервые в 1972 году японской фирмой
Ishida
. Эти, конструктивно наиболее сложные и дорогостоящие дозаторы с
электронной взвешивающей мультисистемой, обеспечивают фасование са
мой
разнообразной сыпучей продукции (кроме пылящей порошкообразной, а также
мелкоштучных изделий, упаковываемых в тару навалом. Они фасуют с
минимальной погрешностью даже штучную и кусковую продукцию с довольно
крупными размерами частиц, значительно отлич
ающимися между собой по
массе (конфеты, пряники, орехи, пельмени, сухофрукты и на упаковывании
именно такой продукции являются наиболее эффективными. Они также
позволяют одновременно дозировать и несколько различных видов продукции.


Такие дозаторы содержат от 8 до 24 одинаковых весовых устройств
(рис.3.14, установленных обычно в круг и связанных с загрузочной воронкой 1
через конусообразное распределительное устройство 2 с направляющими
радиальными желобами или вибролотками 3. Каждое

весовое устройство
включает в себя сопрягающийся с распределительным устройством 2 бункер 4
первичной загрузки с откидывающимся дном 5 и расположенный под ним
весоизмерительный бункер 6, содержащий такое же откидывающееся дно 7 и
электротензометрический в
есовой датчик, связанный с микропроцессорной
взвешивающей мультисистемой дозатора. Откидывающееся дно на бункерах 4
и 6 приводится в действие от пневмопривода, а на последних
усовершенствованных модификациях дозаторов


от шаговых
электродвигателей, обеспе
чивающих программную регулировку величины его
открытия. Этим достигается минимальная продолжительность выгрузки
каждого конкретного продукта оптимальным потоком, а также снижается
уровень вибрации и шума при работе. Под бункером 6 в каждом весовом
устройст
ве располагается наклонный лоток 8, подающий отмеренную часть
дозы в общую отводящую воронку 9, а из нее сформированная доза по
продуктопроводу 10 фасуется в тару.

















а

б


Рис. 3.14. Функциональная (а и конструктивная (б
схемы
комбинационного (мультиголовочного весового дозатора


Принцип работы таких дозаторов основан на том, что приблизительно
одинаковые порции фасуемой дозы продукта одновременно формируются во
всех их весовых устройствах и данные о точной массе каждой из них
постоянно
передаются электротензометрическими весовыми датчиками в управляющий


34

микропроцессор, отбирающий в каждом цикле те из них, которые наиболее
точно складываются в номинальную массу фасуемой дозы. Реализуе
тся этот
принцип следующим образом. Произведенная сыпучая или мелкоштучная
продукция непрерывным потоком подается через загрузочную воронку 1 на
конусообразное распределительное устройство 2 и далее его направляющими
радиальными желобами или вибролотками 3

равномерно распределяется по
всем бункерам 4 первичной загрузки, а из них через откидывающееся дно 5
периодически пересыпается сформированными порциями в весоизмерительные
бункеры 6. Здесь электротензометрическими весовыми датчиками
устанавливается и конт
ролируется масса сформированных порций, и эти
данные постоянно передаются в управляющий микропроцессор, который в
каждом цикле находит оптимальную комбинацию из имеющихся составных
частей, обеспечивающую наиболее точное формирование требуемой дозы
продукта
. Далее в выбранных микропроцессором бункерах 6 одновременно
откидывается дно 7 и по сопрягающимся лоткам 8 отмеренные части дозы
высыпаются в общую отводящую воронку 9, а из нее по продуктопроводу 10
фасуются в тару. В частности, в показанном на функциона
льной схеме примере
(рис.3.14а по команде микропроцессора в цикле одновременно открываются те
три весоизмерительных бункера 6, суммарная масса порций в которых точно
соответствует заданной массе фасуемой дозы в один килограмм (332  335 
333  1000 г. З
атем опорожненные весоизмерительные бункеры 6 заполняются
из соответствующих бункеров 4 новыми порциями продукта, и управляющий
микропроцессор находит оптимальную комбинацию из них для следующего
цикла фасования, а в это время освободившиеся бункеры 4 перв
ичной загрузки
заполняются новыми порциями продукта, подаваемого распределительным
устройством 2. Если же оптимальная комбинация не определяется, то в
недогруженные весоизмерительные бункеры 6 автоматически добавляется
некоторое количество продукта и управ
ляющий микропроцессор после этого
производит повторный поиск оптимальной комбинации. Использование
принципа «взвешивание по частям и вычисление оптимальной комбинации
дает возможность получать в таких дозаторах конечный вес дозы со
значительно меньшими по
грешностями, чем при ее формировании в одном
весовом бункере или поштучным взвешиванием.


В настоящее время такие дозаторы выпускает несколько фирм, в том
числе по лицензии фирмы
Ishida
, но среди них
Ishida

по
-
прежнему является
лидером, как по новизне прим
еняемых технических решений, так и по
количеству продаваемых автоматов. Комбинационные весовые дозаторы
выпускаемые, например, фирмой «
Bilwinco
 (Дания (модели
BW
110;
BW
114;
BW
118 в зависимости от исполнения работают с производительностью от 65
до 130 ци
клов в минуту и обеспечивают формирование доз массой до 1000 г со
среднестатистической погрешностью ±1 г из сыпучей и мелкоштучной
продукции с максимальной массой отдельных частиц до 80 г. Управляются они
с пульта, содержащего микропроцессор с памятью на 1
64 продукта, алфавитно
-
цифровой дисплей с выводом на печать, а также клавиатуру для
программирования.


Дозирование сыпучей продукции по времени
обеспечивают

разнообразные дозаторы непрерывного действия с комбинированными


35

питателями

и весовым регулированием потока фасуемой продукции. В


частности таковыми являются
автоматические дозаторы непрерывного

действия модели ЛДА
с комбинированным питателем и весовым

регулированием потока фасуемой продукци
и, которые применяются на
металлургических предприятиях для непрерывного фасования по времени с
заданной производительностью разнообразной кусковой сыпучей продукции, в
том числе каменного угля, руды, доломита и агломерационной шихты.
Выпускаются они промы
шленностью в виде серии машин с номинальной
производительностью на 12; 25; 32; 60; 100 и 130 тон в час. Состоят такие
дозаторы из расходного бункера 1(рис.3.15, подвешенного на пружинах;
вибролоткового питателя 2, располагающегося под загрузочным патрубко
м
бункера и работающего от электромагнитного привода 3; ленточного
транспортера 4, установленного на весовой платформе 5 и приводимого в
движение от электродвигателя 6; рычажного механизма 7, к которому на тягах
8 через опоры в виде пары «призма
-
подушка п
одвешена весовая платформа 5;
рычажного весового устройства 9 на конце плеча весового коромысла 10
которого крепится сердечник 11 индуктивного датчика 12, и оно соединяется
также тягой 13 через опорные пары «призма
-
подушка с рычажным
механизмом 7, а второ
е плечо этого коромысла заканчивается стрелкой 14,
сопрягающейся с секторным циферблатным указателем 15, и опирается на
уравновешивающую пружину 16, а также несет на себе, установленную на
опорной паре «призма
-
подушка, подвеску 17 для гирь. Стойка управле
ния 18
может располагаться на расстоянии до 1000 метров от дозатора. Она содержит
электронный дифференциально
-
трансформаторный блок 19 со стрелкой 20,
вход которого соединяется проводами с индуктивным датчиком 12, а выход


через блок потенциал
-
регулятора
21 соединяется с приводом 3 вибролоткового
питателя 2. В стойке 18 также располагаются блок автоматического управления
ЭПИД и кнопочная панель ручного управления. Требуемая производительность
дозатора задается соответствующей массой гирь, устанавливаемых н
а подвеску
17 весового коромысла 10 и по шкале блока управления ЭПИД.


















Рис. 3.15. Автоматический весовой дозатор
непрерывного действия модели ЛДА


В процессе работы дозатора сыпучая продукция подается из расходного
бункера 1 вибролотковым
питателем 2 на движущуюся от электродвигателя 6
бесконечную ленту транспортера 4 с заданной производительностью, а
требуемая доза продукта отмеряется по времени ее подачи с транспортера 4


36

потоком заданной интенсивности. При этом вес находящейся на ленте
продукции воспринимается рычажным механизмом 7 и передается на
коромысло 10 весового устройства 9. Отклонения подаваемого потока от
заданного выводят из равновесия коромысло 10, и его плечо
отклоняется при
этом пропорционально изменению веса в соответствующую сторону вместе с
сердечником 11 индуктивного датчика 12. Пропорционально смещению
сердечника 11 изменяется индуктивность датчика 12 и разбалансируется
связанный с ним индукционный мост в

дифференциально
-
трансформаторном
блоке 19, что приводит к отклонению его стрелки 20 на величину,
пропорциональную изменению нагрузки на ленту, а также появлению
выходного сигнала рассогласования, поступающего на вход потенциал
-
регулятора 21. Последний изм
еняет напряжение, подаваемое на катушки
электромагнитного привода 3, увеличивая или уменьшая тем самым амплитуду
колебаний вибролоткового питателя 2 и его производительность до тех пор,
пока вес дозируемого материала на движущейся ленте транспортера 4 не
д
остигнет заданной величины, и коромысло 10 не вернется в равновесное
состояние. Блок управления ЭПИД, кроме задатчика производительности,
содержит также суммирующий счетчик количества выданного материала,
стрелочно
-
циферблатный указательный механизм и реги
стрирующее
устройство диаграммной записи производительности. А непосредственно на
самом дозаторе располагается дублирующий стрелочно
-
циферблатный
указательный механизм.


Для фасования сыпучей продукции наряду с рассмотренными
дозаторами, получившими наибол
ее широкое распространение, применяются и
разнообразные другие дозаторы, отличающиеся друг от друга конструктивным
исполнением, величиной фасуемых доз, производительностью, точностью
дозирования и другими характеристиками.


3.5.

Закономерности дозирования сыпуч
ей продукции


В

процессе формирования заданной дозы (дозирования сыпучая
продукция, так же как и жидкость, обычно проходит в дозаторах по
следующему тракту: расходный бункер с выходным патрубком


мерная


емкость


фасовочная воронка с продуктопроводом


наполняемая тара.
Поэтому время полного цикла
τ
ц

работы дозаторов сыпучей продукции


определяется так же по формуле (3.1, то есть складывается из длительности
процесса заполнения его мерной емкости по заданному ве
су (
τ
з
, длительности
процесса опорожнения мерной емкости (
τ
о
, длительности процессов
переключения (
τ
п
 механизмов дозатора с режима наполнения в режим


опорожнения и обратно в исходное положение, а также с длительности
дополнительных процессов (
τ
д
, свя
занных с установкой, подъемом,
опусканием и удалением заполненной тары из дозатора.


Время заполнения
τ
з

мерной емкости дозатора зависит от многих
факторов, основными из которых являются физико
-
механические
характеристики фасуемой сыпучей продукции и вид
применяемого питателя.
Для заполнения мерных емкостей применяются гравитационные,
вибролотковые, барабанные, шнековые тарельчатые и пневматические


37

питатели, а также ленточные транспортеры и другие устройства. Из

перечисленных самое широкое распространение получили конструктивно
простые гравитационные питатели, основой которых являются воронки
различных исполнений. При этом установлено [13], что наилучшие результаты
дают призматические с рассекателями (рис.3.16а


в и конические (рис.3.16г
воронки с углом наклона стенок около 30
о
.












Рис. 3.16. Исполнения воронок в гравитационных питателях


В частности, если мерная емкость дозатора заполняется из
призматической воронки с двумя вертикальными и двумя
наклонными
стенками (рис.3.16в, при установившемся в ней максимальном давлении
продукта, то время ее заполнения
τ
з

можно вычислить по следующей формуле:




з








V
S


v




V


k


a


k








S


S




b


, с

(3.10)


где
V



объем отмеряемой дозы, м
3
;


a
,
b
,


размеры сторон выпускного отверстия воронки,

м;

S



площадь сечения выпускного отверстия воронки,

м
2
;

v



скорость истечения продукта,

м/с;

μ



коэффициент
истечения;

k
,

k
α



экспериментальные коэффициенты,

обусловливающие величину и

характер изменения давления (напора продукта (берутся для каждого
рассматриваемого случая по таблице 2 (с.302


305 источника [13]. Например,
для пшеницы, засыпаемой через при
зматическую воронку с двумя
вертикальными и двумя наклонными стенками с углом
α

= 30
о

(рис.3.16в:
k

=
0,38;

k
α

= 0,214;

μ

= 0,884.


Если мерная емкость дозатора заполняется другими видами питателей, то
время ее заполнения
τ
з

определяется из соотношения:



з


3600


М

, с

(3.11)




Q







где
М



масса отмеряемой дозы, кг;


Q



производительность применяемого питателя,

кг/ч.


Длительность процесса опорожнения
τ
о

мерной емкости дозатора зависит
от конструктивного исполнения и способа открытия ее выпускного устройства.
Неравномерная интенсивность потока высыпающейся из мерной емкости
продукции обусловливается, прежде всего, изменением (увеличением площади
S

в раск
рывающемся окне выпускного устройства и уменьшением высоты ее



38


наполнения в процессе высыпания
выражения:




о

























дозы. Значение
τ
о

можно определить из



М




I



, с

(3.12)







Ф
(
I

dI





0







где
Ф(
I
)



функция интенсивности высыпания дозы (в г/с,

зависящая от
конструкции мерной емкости, расположения выпускного окна и
закономерности его открытия; в общем случае вид этой функции не может быть
установлен и определяется для каждого конкретного исполнения мерной
емкости.


В том случае, когда выпускное
окно открывается очень быстро
(например, электромагнитным приводом и мерная емкость подвергается
дополнительно вибрации, способствующей разрыхлению продукта,
длительность ее опорожнения
τ
о

можно приближенно определить по формуле:







V



S


2







V



1


(

F










о

S


v

 

S


2


g



H














, с




(3.13)


где
V



объем отмеряемой дозы, м
3
;

F



площадь сечения мерной емкости, м
2
;

S



площадь сечения
выпускного окна мерной емкости, м
2
;


v



скорость истечения продукта, м/с;


μ



коэффициент истечения;

Н


высота
заполнения мерной емкости,

м;

g



ускорение свободного падения, м/с
2
.


Длительность процесса переключения дозаторов
τ
п

полностью
определяется конструктивным исполнением и быстродействием запорных
устройств (заслонок, шиберов, клапанов и т. д., а также последовательностью
их срабатываний в цикле. Для каждого конкретного конструктивного
исполнения дозатора
τ
п

определяется
экспериментально или рассчитывается на
базе данных по быстродействию, приводимых в паспортах на применяемые
стандартные переключатели, приводы, коммутационные устройства и другие
механизмы.


Длительность дополнительных процессов
τ
д

в цикле определяется
про
должительностью действий, связанных с подачей тары к дозатору, ее
установкой, подъемом и опусканием, а также удалением заполненной тары с
фасовочной позиции. Для каждого конкретного конструктивного исполнения
дозатора и режима его работы в составе фасовочн
о
-
упаковочной машины
τ
д

определяется экспериментально или рассчитывается на базе данных по
быстродействию, приводимых в паспортах на соответствующие стандартные
исполнительные устройства и механизмы.








39

4. УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ
ШТУЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ


Автоматизация процессов изготовления тары и других конструктивных
элементов упаковки,

а также упаковывания разнообразной штучной продукции
неразрывно связана с поштучной, групповой или комплектной автоматической
подачей на исполнительные позиции соответствующих технологических машин
в заданном положении и с требуемой точностью, как образую
щих упаковку
составных частей (тары, укупорочных средств, этикеток, функциональных
приспособлений, так и упаковываемой штучной продукции.


Решается эта проблема путем создания под конкретные штучные изделия
достаточно простых и недорогих специализированны
х загрузочных устройств,
обеспечивающих требуемую производительность и точность. В обобщенном
виде такие системы включают в себя (рис.4.1: разнообразные загрузочные
устройства, оснащенные захватно
-
подающими механизмами; ориентирующие
устройства; стапелиру
ющие и кассетирующие устройства; магазины с
механизмами поштучной выдачи изделий; кассетные питатели; а также роботы
и манипуляторы, оснащенные захватами.













Рис.4.1. Обобщенная структурная схема систем автоматической
загрузки штучных изделий


Реальные специализированные системы загрузки штучных изделий, в
зависимости от конструктивного исполнения подаваемых объектов, вида
технологического оборудования и уровня автоматизации процесса могут
включать в себя от одного до нескольких таких функционал
ьных устройств и
механизмов, работающих в разнообразных сочетаниях или содержать
многофункциональные устройства, обеспечивающие, например, захват,
создание систематизированного потока и ориентирование изделий. Рассмотрим
наиболее распространенные исполнени
я функциональных устройств и
механизмов, а также примеры их конкретного совместного применения в
реальных системах загрузки штучных изделий.


4.1. Загрузочные устройства с захватно
-
подающими механизмами


Загрузочные устройства
предназначены для размещения
в них партии

штучных изделий и объектов обработки, обеспечивающей автономную
бесперебойную работу технологического автомата в течение заданного
интервала времени. Таковыми, в частности, являются разнообразные
бункерные загрузочные устройства, а также непод
вижные, вращающиеся или
вибрирующие столы и другие накопители.



40

Бункерные загрузочные устройства
получили наиболее широкое

распространение.

Конструктивные исполнения бункеров в таких устройствах,
как правило, взаимосвязаны с формой и размерами загружаемых изделий и в
большинстве случаев представляют собой емкости, образующие поверхности в
которых сочетаются сложными криволинейными переходами.

Если изделия
загружаются в бункер в упорядоченном (ориентированном положении, то
такие загрузочные устройства называются
бункерами
-
магазинами

и
выполняются в виде емкостей, сохраняющих ориентированное положение
изделий и обеспечивающих их упорядоченный в
ыход через соответствующее
окно на позицию захвата. В зависимости от конфигурации загружаемых
изделий они выполняются в виде симметричных и несимметричных
прямоугольных емкостей с наклонным дном, переходящим в окно или в виде
вертикальных ковшеобразных емк
остей с выгрузочным окнам. Такие бункеры
-
магазины (рис.4.2д применяются, в частности, для загрузки в технологические
автоматы туб и других изделий цилиндрической формы.


Если штучные изделия загружаются в бункер навалом, а выдаются из него
систематизирова
нным потоком, то такие устройства называют
бункерными

загрузочно
-
ориентирующими устройствами
(БЗОУ.

В этом случае бункеры

имеют форму, обеспечивающую предварительное внутрибункерное
ориентирование загружаемых объектов, а также содержат разнообразные
захва
тно
-
подающие механизмы, осуществляющие выдачу из них изделий
систематизированным потоком.


Бункеры могут выполняться односекционными и двухсекционными.
Односекционные бункеры (рис.4.2а содержат захватно
-
подающие механизмы в
емкости, загружаемой штучными и
зделиями. В процессе работы эти механизмы
производят интенсивное ворошение всей массы изделий, что может вызвать их
повреждение (появление на поверхности потертостей, царапин, забоин,
вмятин. В двухсекционных бункерах (рис.4.2в загрузка изделий
осуществл
яется в одну секцию, которая называется предбункером 1, а захватно
-
подающие механизмы располагаются во второй секции


бункере 2. При этом
предбункер от бункера отделяется заслонкой 3, положением которой
регулируется интенсивность потока пересыпающихся изд
елий. При таком
исполнении в предбункер можно загружать большую массу изделий и подавать
их в бункер требуемым потоком, а приданием донной части бункера
оптимальной формы можно улучшить предварительное ориентирование и
захват изделий. Для повышения надежно
сти пересыпания изделий предбункер
делают иногда качающимся.


Требуемый объем бункера определяется запасом штучных изделий,
необходимым для обеспечения непрерывной автономной работы питаемого
автомата в течение расчетного периода времени и может быть вычис
лен по
формуле:


V
Б



Т

V
И

, см
3

(4.1)






t


k
v




где
Т



расчетный период времени непрерывной работы автомата с одной
загрузки бункера, мин.;


V
И



объем одного загружаемого изделия,

см
3
;

41

t



продолжительность цикла упаковывания одного изделия,

мин.;

k
v



коэффициент объемного заполнения бункера загружаемыми

изделиями; для цилиндрических, конических, шарообразных и некоторых
других изделий
k
v

= 0,5


0,65.






























Рис.4.2.

Конструктивные исполнения загрузочных устройств


Наиболее широко применяются бункеры ковшеобразной, цилиндрической
и конусной формы.


Если захватно
-
подающий механизм представляет собой вращающийся
диск 1 (рис.4.2а с профильными вырезами, то его обычно ра
сполагают в
донной части бункера 2, имеющего форму усеченного цилиндра, а для
надежной выдачи заготовок в лоток 3, такой бункер устанавливают под
соответствующим углом к горизонту.


При применении возвратно
-
поступательно перемещающегося шиберного
групповог
о захватно
-
подающего механизма 1 (рис.4.2б, бункер 2 выполняется
с наклонным дном 3 или ковшеобразной формы, а если захватно
-
подающий
механизм представляет собой вертикально перемещающуюся трубку или
штырь, то донная часть у бункера выполняется в виде кон
ической воронки.


В дисковых фрикционных загрузочных устройствах (рис.4.2е изделия 1
загружаются или подаются на непрерывно вращающийся горизонтальный диск
2, где под действием центробежной силы постепенно перемещаются по его
поверхности к неподвижной
охватывающей обечайке 3. При этом на одном из
участков стенки обечайки выполняется окно, соединяющееся с отводящим
лотком 4, и изделия направляются в него систематизированным потоком с
помощью отсекающей планки 5 из сопрягающегося с обечайкой крайнего ряда
.
Такие вращающиеся столы успешно используются для загрузки, например,
плоских и объемных круглых изделий (прокладок, крышек, банок.


Бункерные вибрационные загрузочные устройства (рис.4.2г
характеризуются тем, что изделия загружаются в них навалом, а за
тем под


42

воздействием вибрации перемещаются на спиральный лоток и в процессе
движения по нему упорядочиваются в систематизированный поток с
одновременным первичным или полным ориентированием. При этом
регулирован
ие скорости движения изделий в бункере может осуществляться
бесступенчато в широком диапазоне. Наиболее широкое распространение
получили вибробункеры с электромагнитным приводом. Они состоят из
основания 1, к которому крепятся электромагнитный привод 2 и н
аклонные
стержневые или плоские пружины (рессоры 3, несущие цилиндрический
бункер 4 с конусным дном 5 и спиральным лотком 6 на обечайке. При этом
привод с основанием располагаются в звукоизолирующем кожухе 7. Движение
изделий по спиральному лотку осуществ
ляется в результате взаимодействия
сил инерции, тяжести и трения при гармоничных колебаниях бункера на
упругих наклонных рессорах с амплитудой
А

и круговой частотой
ω

от
электромагнитного привода.


Разнообразные
захватно
-
подающие механизмы
, обеспечивающие
выдачу
изделий из загрузочных устройств систематизированным потоком с их
предварительным ориентированием, в зависимости от конструктивного
исполнения подразделяются на следующие.




Дисковые с профильными вырезами (рис.4.3а
-
в, карманчиками (рис.4.3г


и

поворотными механизмами; применяются выдачи цилиндрических, круглых
плоских, многогранных, шарообразных и им подобных изделий.










Рис.4.3. Конструктивные исполнения дисковых захватно
-
подающих механизмов




Крючковые (рис.4.4а
-
би штыревые(рис.4.4в
-
г, которые применяются для
выдачи разнообразных полых изделий типа колпачков, а также деталей
содержащих отверстия, выемки и пазы.










Рис.4.4. Конструктивные исполнения крючковых и штыревых
захватно
-
подающ
их механизмов




Вибролотковые, включающие разнообразные спиральные дорожки,
располагающиеся обычно в вибробункерах.

Под воздействием вибрации они
осуществляют захват из бункера загружаемых навалом изделий, а также их
поточное транспортирование с одновременным упорядочиванием в
систематизированный однослойный поток и предварительным или полным
ориентированием. По констр
уктивному исполнению вибробункеры


43

подразделяются на цилиндрические (рис.4.5а, конические (рис.4.5б и
комбинированные (рис.4.5в, в которых изделия захватываются из конического
бункера
-
накопителя спиральной дор
ожкой, выполненной на внешней стороне
соосного с ним вертикального цилиндра. Форма и размеры несущей
поверхности спиральной дорожки вибробункера определяется конфигурацией и
размерами подаваемых изделий (рис.4.5г
-
л. Она должна обеспечивать
формирование од
нослойного систематизированного потока из подаваемых
изделий с удалением неправильно расположенных или образующих второй
слой.














Рис.4.5. Конструктивные исполнения вибролотковых
захватно
-
подающих механизмов


Исполнение захватно
-
подающих
механизмов взаимосвязано с
конструкцией выдаваемых изделий, а их совершенством во многом
определяется производительность и надежность работы БЗОУ.


4.2. Ориентирующие устройства


Ориентирующие устройства
представляют собой комплекс

разнообразных механизмов

и поверхностей, обеспечивающих контроль
исходного положения поступающих изделий и их переориентацию к заданному
положению, необходимому для выполнения соответствующей технологической
операции (укладки, сборки, упаковывания и т. д..


Изделия ориентируют п
о таким признакам, как форма, размеры, масса,
расположение центра тяжести, физическим свойствам, специальным
маркировкам, а также по совокупности нескольких отличительных признаков.
В процессе автоматического ориентирования изделий различают два
следующих
основных этапа:




предварительное (или первичное ориентирование, при котором изделия
из хаотичного состояния захватно
-
подающими механизмами переводятся в
определенные первичные устойчивые положения относительно
ориентирующих поверхностей;




окончательное
(или вторичное ориентирование, при котором из
случайных первичных устойчивых положений изделия переводятся к одному
заданному положению (активное ориентирование или при котором
неправильно ориентированные изделия отделяются от изделий находящихся в
требу
емом положении и направляются на повторное предварительное
ориентирование (пассивное ориентирование.


Соответственно в
устройствах активного ориентирования

все
поступающие изделия из случайных первичных устойчивых положений


44

переводятся к одному заданному положению, а в
устройствах пассивного

ориентирования


изделия находящиеся в требуемом положении отделяются

от неправильно ориентированных изделий, направляемых на повторное
предварительное
ориентирование.


В частности в вибробункерных, вибролотковых и адекватных
комбинированных устройствах вибрирующими захватно
-
ориентирующими
механизмами обычно являются разнообразные дорожки и лотки, а также
выполненные в них или установленные вдоль них разл
ичные механические
конструктивные элементы, обеспечивающие пассивное или активное
ориентирование движущихся систематизированным потоком изделий.
Например, при пассивном ориентировании колпачков и крышек в спиральной
дорожке 1 (рис.4.6а вибробункера 2 выпо
лняют полукруглый вырез 3
радиусом несколько меньшим внутреннего радиуса колпачка 4. При этом
колпачки 4, расположенные донышком вниз свободно проходят по этому
вырезу, а расположенные отверстием вниз


теряют опору на вырезе и
соскальзывают по нему с доро
жки 1 обратно в бункер на повторное первичное
ориентирование.





















Рис.4.6. Конструктивные исполнения вибрационных ориентирующих
механизмов


Для дисков 1 (рис.4.6б и других аналогичных симметричных изделий со
ступенчатой боковой поверхностью также применяют пассивное
ориентирование, обеспечиваемое выполнением в дорожке 2 выреза 3 и
установкой над ним на обечайке 4 вибробункера секторного сбрас
ывателя 5.
При этом диски 1, движущиеся на поверхности большего диаметра, проходят
над вырезом 3 и остаются на дорожке 2, а перевернутые


находят на
сбрасыватель 5, смешаются им в сторону выреза 3 и сбрасываются с дорожки
обратно в бункер на повторное пер
вичное ориентирование.


Для активного ориентирования движущихся по дорожке 1 вибробункера
симметричных изделий 2 (рис.4.6в с головками (болтов, гвоздей, шурупов,
винтов, в сопрягающемся с дорожкой прямолинейном лотке 3 выполняется паз
4. При этом подавае
мые изделия 2 частями меньшего диаметра западают в этот
паз и повисают в лотке 3 на головках в одинаковом вертикальном положении.


Несимметричные плоские детали (рис.4.6г со смещенным центром
тяжести, движущиеся по дорожке вибробункера 1 в четырех положен
иях,


45

ориентируют в заданное положение комбинированным способом. Для этого
выходную часть дорожки 2

делают зауженной настолько, чтобы детали 3,
движущиеся выступом внутрь бункера оставались на ней, а у деталей 4,
движущихся выступом к обечайке бункера, центр тяжести оказывался за
кромкой дорожки и они падали с нее обратно в бункер. После зауженного
учас
тка дорожка 2 в вибробункере через радиальный участок 5 переходит на
нижний горизонтальный уровень 6, а на ее первоначальном уровне к обечайке
на определенном расстоянии крепится опорная пластина 7 таким образом,
чтобы детали 3, движущиеся выступом вперед
из
-
за смещенного центра
тяжести не доходили до нее и по радиальному участку 5 лотка соскальзывали
на нижний горизонтальный участок 6, а детали 8, движущиеся выступом назад,
заходили передним концом на пластину 7, а затем, опираясь на пластину 7 и
соскальзы
вая вторым концом с дорожки 2, переворачивались на 180
о

при
движении по радиальному участку и оказывались на нижнем горизонтальном
участке 6 лотка в требуемом сориентированном положении.


Когда же в систематизированном потоке, формируемом захватно
-
подающим
и механизмами, изделия находятся в нескольких устойчивых
положениях, то их окончательное ориентирование к одному заданному
положению осуществляется разнообразными устройствами вторичного
ориентирования. Например, колпачки 1 (рис.4.7а из подающего лотка 2
в
таком ориентирующем устройстве падают на винт 3. И если они движутся
отверстием вниз, то надеваются им на винт, а затем опрокидываются и падают
в отводящий лоток 4 донышком вниз. Если же колпачок движется донышком
вниз, то он проскальзывает им по винту и

поступает в отводящий лоток 4, не
меняя положения. Таким образом, все колпачки поступают в отводящий лоток
4 только донышком вниз, то есть в одном требуемом положении.
















Рис.4.7. Устройства для вторичного ориентирования изделий


В другом
устройстве вторичного ориентирования (рис.4.7б конические
ролики 1 движутся по подающему лотку 2 и устанавливаются нижним
основанием на опору 3, содержащую соосную выемку 4 по диаметру
адекватную диаметру меньшего основания ролика. И если подаваемый ролик

устанавливается на опору 3 большим основанием (рис.4.7г, то он перекрывает
в опоре эту выемку, и толкателем 5 перемещается по ней в отводящий лоток 6,
не меняя положения. Меньшее же основание (рис.4.7в ролика 1 размещается в
выемке 4 опоры 3 и в этом сл
учае от воздействия толкателя 5 ролик
опрокидывается и, переворачиваясь, падает в отводящий лоток 6 большим



46

основанием вниз. В результате в отводящем лотке 6 все конические ролики
оказываются в одинаковом полож
ении


большим основанием вниз.


4.3. Магазины с механизмами выдачи изделий


Магазины
предназначены для накопления изделий,

поступающих в

ориентированном положении из внецикловых загрузочных устройств и их
одновременной выдачи на приемную позицию
технологического оборудования,
работающего в заданном ритме. То есть с их помощью работа внецикловых
загрузочных устройств согласовывается с требуемой производительностью
циклового технологического оборудования. Периодическая загрузка изделий в
магазины мо
жет производиться и вручную, а их поштучная или групповая
подача из магазинов обычно производится механизмами выдачи изделий,
работающими в едином ритме с питаемыми цикловыми автоматами.
Механизмы выдачи
в процессе работы принимают из магазина одно изделие

или группу изделий и производят их выдачу на приемную позицию с заданным
ритмом и требуемой точностью позиционирования. Магазины применяются
также в качестве промежуточных приемников
-
накопителей в автоматических
поточных линиях, для обеспечения их непреры
вной работы при
кратковременной остановке отдельных агрегатов.


По конструктивному исполнению магазины могут выполняться
открытыми, полуоткрытыми и закрытыми; гибкими и жесткими; цельными и
сборными; специализированными и переналаживаемыми; прямолинейными,

криволинейными и спиральными. Поперечное же сечение магазинов должно
обеспечивать накопление и свободное перемещение по ним изделий в заданном
сориентированном положении. Различают гравитационные магазины, в
которых изделия перемещаются под действием собс
твенного веса, и магазины с
принудительным перемещением изделий.















Рис.4.8. Конструктивные исполнения магазинов


Прямолинейные магазины (рис.4.8а
-
б по конструктивному исполнению
являются наиболее простыми. Для удобства наблюдения за
наполняемостью
магазинов в их стенках, образующих канал, выполняют вертикальные окна или
магазины выполняют полуоткрытыми (рис.4.8д. В переналаживаемых
магазинах стенки 1 (рис.4.8д образующие канал для изделий 2 могут
выполняться раздвижными. Спиральные
(рис.4.8в магазины обычно обладают
большой вместимостью и применяются для накопления объемных изделий типа
тел вращения (шарообразных, цилиндрических, конических, овальных.
Трубчатые магазины выполняются прямыми и изогнутыми (рис.4.8г, а также


47

жесткими (из металлических труб или гибкими (витыми из проволоки, из
шлангов. Стержневые (штыревые магазины (рис.4.8е применяются для
накопления плоских изделий 1, содержащих элементы фиксации стержневыми
н
аправляющими 2 на наружном контуре или на плоской поверхности в виде
сквозных отверстий. В магазинах шахтного типа (рис.4.8ж ускоренное
принудительное перемещение стопы изделий 1 в направляющих 2 к шиберному
механизму выдачи 3 осуществляется дополнительно

действующей на нее силой
Р, создаваемой грузом, пружиной или штоком пневмоцилиндра. Для
поштучной или групповой выдачи изделий магазины обычно оснащаются
соответствующими механизмами, работающими в едином ритме с питаемыми
цикловыми автоматами.


В частности, в
механизме выдачи изделий

простого действия поштучная
выдача изделий 1 (рис.4.9а из магазина 2 в приемный канал 3 осуществляется,
например, возвратно
-
поступательно перемещающимся толкателем 4.
Поштучная доставка изделий 1 (рис.4.9б на прием
ную позицию из магазина 2
производится также в гнезде 3 возвратно
-
поступательно перемещающегося
ползуна 4, которое в исходном положении ползуна сопрягается с каналом
магазина 2 и принимает из него нижнее изделие. При движении же ползуна
канал магазина закр
ывается его верхней сопрягающейся плоскостью.
Поштучная выдача заготовок 1 (рис.4.9в из магазина 2 может осуществляться
и возвратно
-
поступательно перемещающимся обрабатывающим инструментом
автомата, например, пуансоном 3 вытяжного штампа. При этом в проце
ссе
рабочего хода пуансон 3 входит в полость нижней заготовки и проталкивает ее
через боковое окно 4 магазина и далее матрицу штампа, одновременно
перекрывая собой канал магазина. При возвращении пуансона в исходное
положение, канал магазина открывается, с
топа заготовок опускается до его дна,
а затем цикл повторяется.





















Рис.4.9. Конструктивные исполнения механизмов выдачи изделий


Механизмы двойного действия содержат, например, два параллельных
между собой штыря 1 и 2 (рис.4.9г,
проходящих через отверстия в стенках
магазина 3 и закрепленных на возвратно
-
поступательно перемещающемся от
привода ползуне 4. При поштучной выдаче расстояние между штырями
принимается равным высоте одного изделия 5, а при групповой выдаче


соответственно

равным сумме высот выдаваемой группы изделий. В процессе


48

рабочего хода ползуна 4 вначале его верхний штырь 1 внедряется между
изделиями и удерживает на себе стопу расположенных над ним изделий, а
затем нижний ш
тырь 2 выводится из канала магазина и освободившееся
изделие 5 (или группа изделий перемещается из него за счет силы тяжести на
приемную позицию. При обратном ходе ползуна вначале нижний штырь 2
перекрывает канал, а затем верхний штырь 1 выводится из кана
ла магазина,
удерживаемая им стопа изделий перемещается до контакта с нижним штырем 2


и

далее цикл повторяется.


В

механизме колебательного движения (рис.4.9д секторный
исполнительный механизм 1 в исходном положении сопрягается своим гнездом
2 с каналом маг
азина 3 и при отжатой упором 4 фиксирующей губке 5
принимает из него нижнее изделие 6. Затем при рабочем повороте сектора 1
подаваемое изделие 6 фиксируется в его гнезде 2 подпружиненной губкой 5 и
переносится на приемную позицию, а канал магазина в это вр
емя закрывается
снизу сопрягающейся торцевой поверхностью сектора.


В

механизмах вращательного движения поштучная выдача изделий
производится непрерывно или периодически вращающимся шнеком 1
(рис.4.9е, за полный оборот которого осуществляется поштучный
захват
изделия 2 из магазина 3 и его одновременная выдача с заданным шагом на
приемную позицию. Исполнительным механизмом в таких устройствах часто
является и периодически поворачивающаяся от привода на заданный угол
звездочка 1 (рис.4.9з в выемки которой

изделия 2 поочередно западают из
магазина 3, а после поворота выкатываются из них с заданным ритмом на
приемную позицию.


В

механизме с комбинированным движением гнездо ползуна 1 (рис.4.9ж
в исходном положении сопрягается с каналом магазина 2 и принимает
из него
нижнее изделие 3.
Затем срабатывающим приводом ползун выдвигается вперед


и

одновременно поворачивается относительно продольной оси на 90
о

от
взаимодействия неподвижного штифта 4 с его спиральной направляющей
канавкой 5. В результате такого совмещен
ного возвратно
-

поступательного и
вращательным движения ползуна изделие 3 выдается им на приемную позицию
с одновременной переориентацией в пространстве.


Наряду с рассмотренными имеются и многие другие исполнения
магазинов и механизмов поштучной и группо
вой выдачи для самых
разнообразных изделий.


4.4. Кассетные питатели


Кассетные питатели
предназначены для выдачи ориентированных

изделий из сменных или стационарных кассет, а также других накопителей на
приемную позицию или непосредственно в рабочую зону

технологического
оборудования в соответствии с циклограммой его работы. По принципу
действия основного исполнительного механизма, обеспечивающего подачу
изделий, они подразделяются на питатели шиберные, шахтные с верхней
выдачей изделий, револьверные и ко
ординатные с плоскими ячеистыми
кассетами, а также комбинированные. В каждой группе питатели различаются
по характерным признакам, определяющим их конструктивные исполнения.
Привод исполнительных механизмов кассетных питателей может


49

осуществляться как от распределительного вала технологической машины, так
и от индивидуального электрического, гидравлического или пневматического
двигателя.


Шиберными питателями
осуществляется поочередная выдача из стопы

в кассете н
ижнего изделия в направлении, совпадающем с направлением
движения шибера


исполнительного механизма, совершающего
прямолинейные возвратно
-
поступательные или маятниковые движения. В
процессе работы питателя шибер принимает из стопы нижнее изделие и
перемещ
ает его на приемную позицию, одновременно перекрывая своей
сопрягающейся поверхностью канал кассеты. После рабочего хода шибер
возвращается в исходное положение, канал кассеты открывается, стопа изделий
опускается на рабочую плоскость питателя и цикл повто
ряется. Обычно такие
питатели применяют для подачи изделий с плоскими противолежащими
поверхностями толщиной от 0,2 до 50 мм и размерами в направлении движения
до 150 мм. Шиберы в них могут выполняться открытыми и закрытыми.
Наиболее распространенными явля
ются открытые шиберы, перемещающие
изделия своей передней торцевой поверхностью. Их применяют для подачи
изделий простой конфигурации имеющих толщину более 1 мм. В закрытых
шиберах выполняется окно или выемка (трафарет с контуром адекватным
конфигурации п
одаваемого изделия. В исходном положении нижнее изделие
принимается из стопы в трафарет такого шибера, а затем подается в нем на
приемную позицию. Применяются эти шиберы для подачи изделий сложной
конфигурации, плохо сохраняющих заданную ориентацию и толщи
ной менее


0,8 мм.


Изделия на приемную позицию шиберным питателем могут подаваться
тремя способами: поштучно, дорожкой и ступенчато (каскадом.


При поштучной подаче изделий 1 (рис.4.10а на приемную позицию,
находящуюся на расстоянии
l

от стопы в кассете 2, достигается точное
позиционирование изделия, но шибер 3 при этом совершает большой ход
S
ш
,
вычисляемый по формуле:


S
ш



l


a
 

,

мм

(4.2)


где
l



расстояние от стопы изделий до приемной позиции, мм;
a



размер изделия в
направлении подачи,

мм;

δ



зазор между стопою и торцом шибера;

принимается

3


5

мм.














Рис.4.10. Схемы способов подачи изделий шиберными питателями


Подача дорожкой (рис.4.10б позволяет перемещать изделия 1

малым
ходом шибера 2 на значительно удаленную от кассеты 3 приемную позицию.


50

Однако при этом не обеспечивается высокая точность позиционирования
подаваемых изделий, так как погрешности размера
a
,

находящихся в
дорожке
изделий, суммируются. При ступенчатой подаче нижнее изделие 1 (рис.4.10в
забирается каскадным шибером 2 из стопы в кассете 3, и при каждом его
очередном рабочем ходе продвигается вперед на шаг
S
ш
, переходя при этом на
более низкую ступень каскада
и позиционируясь по ее торцевой поверхности.
На приемную же позицию изделие продвигается торцом последней ступени
шибера. В результате малым ходом каскадного шибера обеспечивается подача
изделий на значительно удаленную от кассеты 3 приемную позицию с высо
кой
точностью их позиционирования. При подаче изделий дорожкой и каскадом
необходимый ход
S
ш

шибера вычисляется по формуле:


S

ш







a


2




,
мм


(4.3)


где
δ



зазор между стопою и торцом шибера, а также стопою и очередным
подаваемым изделием; принимается 3


5 мм.


Расстояние между приемной позицией и исходным положением шибера
при подаче изделий дорожкой (рис.4.10б определяется по формуле:


L


S

ш








a


n



,
мм



(4.4)


где
n



количество изделий, образующих дорожку.


При каскадной подаче изделий (рис.4.10в расстояние
L

определяется по
формуле:

L


S

ш



n


a

,
мм







где
n



число ступеней в каскадном шибере питателя.
Расчетное усилие, необходимое для продвижения


выполнении рабочего хода, вычисляется по формуле:


F



F


F



2

G




f


k


G




а

,
Н


N

ш



ш

1

2




g













(4.5)




шибера

при





(4.6)


где
F
1



сопротивление, преодолеваемое шибером при выталкивании нижнего
изделия из стопы в кассете,
Н
;


F
2



сопротивление,

обусловленное разгоном шибера и

перемещаемых им

изделий,
Н
;

G
N



нормальная составляющая силы тяжести стопы изделий в кассете,

Н
;


f



коэффициент трения скольжения между сопрягающимися
поверхностями

при выталкивании изделия из стопы;


k



коэффициент запаса,

учитывающий возможное механ
ическое сцепление

(заусенцами и другими неровностями между скользящими поверхностями;
обычно принимают
k

= 1,4


1,6;


G
ш



сила тяжести перемещаемых изделий,

а также шибера и движущихся с

ним деталей,
Н
;


a



ускорение,

разгоняющегося шибера,

м/с
2
;


51

g



ускорение свободного падения,

м/с
2
.


Питатели шахтные
обеспечивают подъем стопы в сменной кассете до

уровня захвата, например, манипулятором верхнего изделия,

а также
автоматическое поддержание ее на этом уровне при поочередном удалении из
стопы верхнего изделия. В частности, наиболее распространенный такой
питатель состоит из цилиндрического основания 1 (рис.4.11 на котором
закреплена вертикальная направляюща
я 2. При этом на основании содержится
кольцевой опорный буртик 3, обеспечивающий крепление питателя, а в
направляющей 2 расположена каретка 4 с кронштейном 5, перемещающаяся по
ходовому винту 6, подвешенному на подшипнике за опорный буртик во фланце
7 и со
единяющемуся с электродвигателем 8 через муфту 9 и редуктор 10,
закрытыми в основании кожухом 11. Конечные положения каретки 4
контролируются установленными в направляющей датчиками 12 и 13.



























Рис.4.11.

Конструктивная схема шахтного питателя


Сменная кассета 14 со стопою изделий 15 устанавливается в питателе на
опоры 16 основания и фиксируется закрепленными на направляющей 2
держателями 17, путем западания их подпружиненных фиксаторов в
адекватные отверс
тия скобы кассеты, соединяющей ее направляющие. При
этом на концах направляющих кассеты 14 выполнены соосные резьбовые
отверстия 18 в нижние из которых устанавливаются бобышки, удерживающие
стопу, а через верхние отверстия проходит световой луч оптического

датчика,
состоящего из излучателя 19 и фотодиода 20, закрепленных на направляющей 2
посредством кронштейнов 21 и соединенных с электронным управляющим
модулем 22, закрепленным на основании и закрытом кожухом 23. Напряжение
на электрооборудование питателя
подводится через разъем 24.


Перед началом работы каретка 4 питателя находится в нижнем исходном
положении, контролируемом датчиком 13. После установки в питатель
сменной кассеты 14 со стопою изделий 15 он включается в работу. При этом по
вращающемуся от э
лектродвигателя 8 ходовому винту 6 каретка 4
перемещается вверх, поднимая на своем кронштейне 5 стопу деталей 15 до тех


52

пор, пока стопа не перекроет луч излучателя 19 оптического датчика,
выключающего электродви
гатель 8. Далее верхнее изделие забирается и
уносится из стопы на позицию обработки, например, манипулятором, а через
освободившееся пространство луч излучателя 19 воздействует на фотодиод 20
оптического датчика, включающего электродвигатель 8, от которого

стопа
снова поднимается вверх на толщину унесенного изделия и эти циклы
повторяются, пока в кассете 14 не закончатся изделия. При этом в верхнем
конечном положении каретка 4 воздействует на датчик 12, включающий
электродвигатель 8 на противоположное враще
ние, и по ходовому винту 6 она
ускоренно перемещается в нижнее исходное положение, контролируемое
датчиком 13. В это же время удаляется из питателя пустая кассета 14, на ее
место устанавливается заполненная и автоматическая работа оборудования
возобновляет
ся. Во время же работы пополнять кассету изделиями в таких
питателях невозможно.


Для обеспечения длительной автономной автоматической работы
технологического оборудования применяются многокассетные шахтные
питатели, у которых на несущем столе с определенн
ым шагом установлено
несколько заполненных кассет, при этом их автоматическая смена в процессе
работы осуществляется шаговым перемещением этого стола. Питатели
шахтные применяются как для автоматической поштучной выдачи изделий, так
и для их укладки в смен
ные кассеты, то есть и для кассетирования изделий.
При работе в режиме накопления изделий от срабатывающего датчика
контроля верхнего уровня стопы привод питателя включается на ее опускание.


В

револьверных питателях
исполнительным механизмом является диск,

который установлен на оси и дискретно поворачивается в требуемом ритме на
заданный шаг (угол поворота вместе с расположенной на нем стационарной
или сменной кассетой. Кассеты таких питателей обычно также выполняются в
форме плоских дисков, в которых по ди
аметру делительной окружности с
заданным шагом располагаются гнезда, обеспечивающие фиксацию
загружаемых изделий. Применяются такие питатели для поштучной подачи на
приемную позицию упаковочных и других автоматов как плоских, так и
объемных изделий различн
ой конфигурации с габаритными размерами до 200


мм

и, как правило, с высококачественной отделкой поверхностей.


В

обобщенном виде такие питатели состоят из револьверного диска,
механизмов его периодического движения,

торможения и фиксации, а также
привода, датчиков контроля положений и других конструктивных элементов,
установленных на основании. Диаметр окружности центров гнезд в диске
(рис.4.12 вычисляется по формуле:

D
0



d


t



sin
(


2


,

мм

(4.7)



где
d



диаметр гнезда, мм;


t



ширина перемычки между гнездами по окружности центров гнезд,

мм;

 

360

z



угол поворота диска за один цикл,

градусы;


z



количество гнезд в диске.



53

Размеры гнезд определяются номинальными размерами и допусками
укладываемых изделий. При точном позиционировании изделия в гнезде
величина одностороннего зазора не должна превышать половины допуска на
соответствующие габаритные размеры изделия.
















Рис.4.12. Расчетная схема револьверного диска


Периодическое движение револьверного диска обеспечивается такими
механизмами, как мальтийский (рис.4.13а, обгонная шариковая муфта
(рис.4.13б, кулачковый получервячный (рис.4.13в, храповой (рис.4.13г,
фрикционный, шарнирно
-
зубчатый и другими.











Рис.4.13. Конструктивные схемы механизмов периодического движения


Механизмы торможения в револьверных питателях предотвращают
инерционное вращение диска и выполняются в виде постоянно действующего
колодочного, дискового или ленточного тормозного механизма.


Механизмы фиксации обеспечивают в свою очередь точное
позиционирование револьверного диска или установленной на нем сменной
кассеты с изделиями на рабочей позиции. Выполняются они в виде клиньев,

цилиндрических или конических элементов, вводимых пружинными и другими
индивидуальными приводами в адекватные выемки или отверстия диска в
период его остановки.


В
координатных питателях

исполнительным механизмом является
стол, дискретно перемещающийся на

заданный шаг в требуемом ритме вместе с
расположенной на нем плоской стационарной или сменной кассетой.
Подразделяются такие питатели на однокоординатные, обеспечивающие
движение стола в одном направлении (по оси
X
, и двукоординатные,
осуществляющие в пл
ане перемещение стола в двух взаимно
перпендикулярных направлениях (по осям
X

и
Y
. Применяются они для
поштучной подачи на приемную позицию упаковочных и других автоматов как
плоских, так и объемных изделий различной конфигурации, как правило, с
высококач
ественной отделкой поверхностей. В частности, двукоординатный


54

питатель содержит на своем основании стол 1 (рис.4.14, перемещающийся в
шаговом режиме по координате
X

от привода 2, а в направлении
Y



от
привода
3. На столе питателя установлена сменная плоская кассета 4, в
гнезда 5 которой уложены сориентированные изделия 6.


















Рис.4.14. Конструктивная схема двукоординатного питателя


При работе питателя кассета 4 в каждом цикле перемещается им на шаг
вначале по координате
X
, поочередно подавая изделия 6, например, под
захват манипулятора 7 из первого ряда гнезд. Затем от привода 3 кассета
перемещается на шаг по координате
Y
, а далее дв
ижется в обратном
направлении по координате
X
, обеспечивая поочередную выдачу изделий из
второго ряда, и так до тех пор, пока из кассеты не будут извлечены все
изделия. После этого стол 1 возвращается в исходное положение, пустая
кассета 4 заменяется запол
ненной и автоматическая работа питателя
возобновляется. Для привода стола 1 применяют пневмоцилиндры и
гидроцилиндры, работающие, например, с храповыми механизмами
периодического движения, а также шаговые электродвигатели, в которых
электромагнитные импуль
сы преобразуются в дискретные угловые или
линейные перемещения. Такие электродвигатели позволяют получать
высокую точность отработки заданных перемещений, без использования
обратной связи.


В
комбинированных питателях

органично сочетаются в различных
комбинациях основные конструктивные элементы, присущие нескольким из
рассмотренных кассетных питателей.


Наряду с рассмотренными имеются и другие конструктивные
исполнения кассетных питателей для самых разнообразных издели
й.



Приложенные файлы

  • pdf 11390692
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий