МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Технологии машиностроения»
Курсовая работа
Средства и методы
автоматизации производства
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Работу выполнил _______________ Рукосуев А.С.
студент группы ТМП-13
Проверил _______________ В.Ю. Попов
к.т.н., доцент
Братск 2016 г.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
2
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
СОДЕРЖАНИЕ
1. Транспортные устройства автоматических линий для удаления стружки
………………………………………………………………………………3
2. Методика выполнения расчётов…………………………………………9
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Автоматическая линия - группа машин, которые, имея
общие механизмы управления, автоматически выполняют в технологической
последовательности цикл операций по обработке изделий. Автоматическая
линия оборудована автоматическими транспортными средствами для
перемещения изделий от одной машины к другой.
В рабочей зоне станка автоматической линии работает ряд устройств
(захватывающих, подающих, загружающих, измерительных) и
приспособлений, установленных на агрегатах, надежная работа которых
может быть обеспечена только при своевременном удалении образующейся
стружки. Точно так же транспортные устройства должны быть защищены от
попадания стружки. По этим причинам стружку целесообразно формировать
в виде коротких спиралей (по длине, не превышающей 100—250 мм).
Подобная стружка с плотными витками малого диаметра наиболее
транспортабельна, легко смывается струей эмульсии и занимает небольшой
объем, не нарушающий работу механизмов
Основными видами транспорта автоматических линий являются шаговые
транспортеры, подъемники, распределительные транспортеры,
манипуляторы, поворотные устройства, транспортеры для уборки стружки и
пр. Шаговые транспортеры бывают с собачками, с флажками, грейферные,
рейнерные, толкающие и цепные.
Шаговые транспортеры с собачками получили наибольшее распространение.
При работе они совершают периодическое возвратно-поступательное
движение. Конструкция такого транспортера. На штанге, проходящей через
весь сблокированный участок автоматической линии, шарнирно закреплены
собачки, которые под действием пружины (или противовесов) стремятся
подняться над уровнем штанги. В момент возврата транспортера
зафиксированные на позициях детали утепляют собачки. Пройдя под
деталями, собачки вновь поднимаются и готовы для захвата очередной
детали при движении транспортера вперед.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Преимущество транспортера с собачками - простота движения и
соответствующая ей простота привода от гидро- или пневмоцилиндра.
Шаговые штанговые транспортеры с флажками применяются, например, на
механическом участке автоматического завода поршней. Приспособления-
спутники с установленными на них поршнями перемещаются по
направляющему рельсу возвратно-поступательно движущейся штангой
круглого сечения, на которой секциями закреплены фасонные козырьки-
флажки. В исходном положении круглой штанги флажки приподняты. Для
перемещения поршней штанга вместе с флажками поворачивается на 45º в
сторону рельса. Каждый вырез флажка охватывает одну плитку с
установленным на ней поршнем. При движении штанги вперед
перемещаются в том же направлении одновременно четыре поршня на одну
позицию по всей линии. После этого штанга поворачивается в
первоначальное положение и возвращается обратно. Поворот штанги и ее
осевое перемещение осуществляются двумя гидроцилиндрами.
Грейферные шаговые транспортеры применяются реже. У них штанга
совершает поочёредно два возвратно-поступательных движения в
перпендикулярных направлениях (например, слева направо и снизу вверх) с
чередованием фаз этих движений. Обрабатываемые детали перемещаются
жесткими (не поворачивающимися) флажками. Конструктивно такие
транспортеры обычно сложны и применяются только в тех случаях, когда
подход к захватываемым деталям может быть произведен лишь с
определенной стороны, причем посадка транспортируемых деталей на
позициях такова, что для перемещения с позиции на позицию транспортер
должен поднять деталь вверх.
Рейнерные шаговые транспортеры представляют собой усложненный вид
грейферных. Устройство их то же. Детали перемещаются не флажками, а
закрепленными на штангах захватами, которые обычно расположены сверху.
Эти транспортеры требуют сложных надстроек над линиями.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Однако для некоторых автоматических линий, например, для обработки
валов применение рейнерных транспортеров в ряде случаев оправдано.
Толкающие шаговые транспортеры самые простые. В них толкатель (обычно
шток гидро- или пневмоцилиндра) непосредственно воздействует на
последнюю из вплотную расположенных деталей, в результате вся колонна
при ходе толкателя движется одновременно.
Цепные транспортеры широко применяются в качестве средств
непрерывного транспорта, однако в качестве шаговых они применяются
лишь в единичных случаях. Базирование деталей, перемещаемых звеньями
цепи на позициях почти неосуществимо. Можно только шаг перемещения
сделать больше расстояния между позициями и предусмотреть на позициях
автоматической линии выдвижные упоры. При этом свободно лежащие на
звеньях цепи детали всегда будут досланы до упора.
Удаление стружки из рабочей зоны станков является одной из самых
сложных задач при проектировании АЛ и служит предметом особого,
самостоятельного рассмотрения. В большинстве как отечественных, так и
зарубежных АЛ, предназначенных для механической обработки заготовок
лезвийным инструментом, стружка убирается транспортерами,
непосредственно встроенными в линии или размещенными под линией.
Выбор той или иной конструкции подобного встроенного транспортера, а
также его расположения (сквозь станки линии или под станками) зависят от
конкретных условий работы линии и ее компоновки; при этом учитывают,
используется ли смазочно-охлаждающая жидкость при работе станков;
имеется ли на линии нижний транспортер возврата приспособлений-
спутников; имеет значение вид, форма и размеры отходящей стружки. Для
уборки стружки в АЛ находят применение обычные ленточные транспортеры
(рис. 1, а), у которых лента изготовлена из хлопчатобумажной ткани или
синтетического материала.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Ленточные конвейеры обладают высокой производительностью, позволяют
транспортировать стружку на большие расстояния; они отличаются
экономичностью, плавностью и бесшумностью работы, простотой
конструкции. Недостатками ленточных конвейеров являются высокая
первоначальная стоимость и быстрый износ ленты.
Для транспортирования мелкой металлической стружки широко применяют
скребковые транспортеры (рис. 1, б). Преимуществами такого транспортера
являются возможность транспортирования под значительными углами
наклона, долговечность скребков. К их недостаткам относятся небольшая
производительность, большой удельный расход энергии и небольшая длина
перемещения. В АЛ скребковые транспортеры работают на небольших
расстояниях и поэтому весьма эффективны.
Для отвода стружки в АЛ применяют шнековые транспортеры (рис. 1, в),
состоящие из винта с приводом и желоба, охватывающего винт. При
вращении винт, расположенный по оси желоба, проталкивает по этому
желобу стружку, которая насыпается через загрузочные патрубки.
Особенностью шнековых транспортеров для отвода стружки является то, что
они работают безотказно и в случае отсутствия опор на выходном конце.
Шнековые транспортеры выполняют с одним или двумя винтами.
Для транспортирования стружки в АЛ применяют также вибрационные
транспортеры (рис. 1, г), которые представляют собой вибрирующий от
индукционного или механического привода желоб на упругих опорах, и
магнитные конвейеры (рис. 2). Как известно, наибольшую трудность для
отвода и транспортирования представляет витая или сливная стружка.
Ершово-штанговый транспортер для транспортирования сливной стружки
(рис. 1, д) представляет собой металлический желоб с приваренными
шипами, внутри которого совершает движение ершовая штанга.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Совершая рабочий ход, штанга ершами увлекает находящуюся в желобе
стружку и проталкивает ее вперед.
При обратном движении штанга проскальзывает по стружке, удерживаемой
шипами желоба. Таким образом, в результате возвратно-поступательного
движения ершовой штанги стружка перемещается по желобу в одном
направлении. Движение рабочему органу передается от гидравлического,
пневматического или механического привода.
Рис. 1. Устройства для удаления стружки : а – ленточный транспортер; б – скребковый
транспортер; в – шнековый транспортер (1 – с одним шнеком, 2 – с двумя шнеками); г –
вибрационный транспортер (1, 2 – с индуктивным и механическим приводом
соответственно); д – ершово-штанговый транспортер
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Магнитный конвейер (рис. 2) состоит из замкнутой цепи 4, натянутой на
звездочки 1, 7. Звездочке 7 сообщается вращение от электродвигателя через
редуктор 9 и цепную передачу 8. На цепи, через шаг, смонтированы
постоянные магниты 5. Над магнитами (с небольшим зазором) расположен
короб 3, изготовленный из коррозионностойкой листовой стали.
Рис. 2. Магнитный конвейер для удаления стружки
При перемещении цепи с магнитами последние увлекают за собой стружку
из станков 2, падающую на рабочую поверхность короба, и транспортируют
ее к воронке 6. Поступая в воронку, стружка выходит из зоны магнитного
поля (в зоне звездочки 7) и ссыпается из воронки в тару. Магнитные
конвейеры применимы только для стружки из ферромагнитных материалов
(сталь, чугун).
Кроме указанных механизмов удаления стружки можно отметить устройства,
отсасывающие мелкую стружку из рабочей зоны с помощью потока воздуха.
В действующих АЛ часто применяют комбинации из нескольких типов
транспортных средств для удаления стружки. Выбор этих средств зависит от
конкретных условий, в которых предстоит эксплуатировать линию.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТОВ
2.1. Исходные данные к расчетам
В соответствии с полученным вариантом задания необходимо сначала
построить траекторию движения исполнительного органа
Рис. 2.1. Траектория движения исполнительного органа в скобках
указаны элементы цикла при обратном ходе
Затем находим параметры силовых цилиндров в соответствии с
полученной схемой
Параметры силовых цилиндров
Таблица 1
Исполнительный механизм (ИМ)
Ц1
Ц3
Ц4
Ц6
Диаметр цилиндра – В, мм
63
63
80
40
Ход штока – L, мм
200
100
200
15
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
При проведении расчётов следует помнить, что:
- р = 0,8 МПа = 0,1×10
5
Н/м
2
– давление в пневмосистеме манипулятора
- V
п
= 15 м/мин = 0,25 м/с – скорость прямого хода штоков цилиндров
- V
о
= 20 м/мин = 0,33 м/с – скорость обратного хода штоков цилиндров
2.2. Построение схемы автоматизации
Для построения схемы автоматизации необходимо найти рабочие звенья
схемы автоматизации
Звенья схемы автоматизации
Таблица 2
Исполнительный механизм
(ИМ)
Задатчик
(З)
Датчики
(Д)
Промежуточное устройство
(ПУ)
Ц1
А
ВК1, ВК2
ЭЗ1
Ц3
В
ВК5, ВК6
ЭЗ3
Ц4
Г
ВК7, ВК8
ЭЗ4
Ц6
Е
ВК11, ВК12
ЭЗ6
Результатом построения является, собственно, схема автоматизации
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Рис. 2.2. Схема автоматизации
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
2.2. Построение структурной схемы автоматизации
Построение очередности действия механизмов в цикле
Таблица 3
№
элеме
н-тов
цикла
Содержание элементов цикла
З
Д
ПУ
ИМ
0
Перемещение штока цилиндра Ц3, вправо (и-о)
В
ВК5
Э33-2
Ц3
1
Перемещение штока цилиндра Ц1, вперёд (о-а)
А
ВК2
Э31-1
Ц1
2
Перемещение штока цилиндра Ц6, назад
зажим захвата
Е
ВК12
Э36-1
Ц6
3
Перемещение штока цилиндра Ц4, вверх (а-г)
Г
ВК8
Э34-1
Ц4
4
Перемещение штока цилиндра Ц3, влево (г-л)
В
ВК6
Э33-2
Ц3
5
Перемещение штока цилиндра Ц4, вниз (л-к)
Г
ВК7
Э34-1
Ц4
6
Перемещение штока цилиндра Ц6, вперёд
раскрепление заготовки
Е
ВК11
Э36-2
Ц6
7
Перемещение штока цилиндра Ц4, вверх (к-л)
Г
ВК8
Э34-1
Ц4
8
Перемещение штока цилиндра Ц4, вниз (л-к)
Г
ВК7
Э34-2
Ц4
9
Перемещение штока цилиндра Ц6, назад
зажим захвата
Е
ВК12
Э36-1
Ц6
10
Перемещение штока цилиндра Ц4, вверх (к-л)
Г
ВК8
Э34-1
Ц4
11
Перемещение штока цилиндра Ц3, вправо (л-г)
В
ВК5
Э33-1
Ц3
12
Перемещение штока цилиндра Ц6, вперёд
раскрепление заготовки
Е
ВК11
Э36-2
Ц6
13
Перемещение штока цилиндра Ц1, назад (г-д)
А
ВК1
Э31-2
Ц1
14
Перемещение штока цилиндра Ц4, вниз (д-о)
возврат (д-о) в исходное положение
Г
ВК7
Э34-2
Ц4
Затем необходимо построить циклограмму, на данном этапе расчётов без
учета масштаба времени
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Результатом проделанных построений является структурная схема
автоматизации:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
2.4. Построение циклограммы в масштабе действительного времени
автоматического цикла
Заключительным этапом является построение циклограммы в масштабе
действительного времени автоматического цикла, для чего необходимо
произвести расчет времени автоматического цикла.
2.4.1. Определение времени t
цз
цикла по заданным скоростям
,
11
n
i
oi
n
i
niцз
ttt
t
цз
= t
п1
+ 2t
п3
+ t
п4
+ t
п6
+ t
о1
+ 2t
о3
+ t
о4
+ t
о6
t
цз
= с.
2.4.2. Определение площадей поршня со стороны бесштоковой (F1) и
штоковой (F2) полостей цилиндра
Для цилиндров Ц1 и Ц3:
24
22
1
101.31
4
063,014,3
4
м
D
F
24
2222
2
101.29
4
016,0063,014,3
4
м
dD
F
.
Для цилиндра Ц4:
24
22
1
102.50
4
08,014,3
4
м
D
F
24
2222
2
103.45
4
025,008,014,3
4
м
dD
F
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Для цилиндра Ц6:
24
2
1
105.12
4
04,014,3
мF
24
22
2
104.11
4
012,004,014,3
мF
2.4.3. Определение расхода рабочей среды в цилиндрах
Для цилиндов Ц1 и Ц3 :
c
м
FVQ
nn
3
54
1
107.77101.3125,0
с
м
FVQ
3
54
200
1096101.2933,0
Для цилиндра Ц4:
с
м
FVQ
n
3
54
10
105.125102.5025,0
с
м
FVQ
3
54
200
104.14910*3.4533,0
Так как у цилиндра Ц6 при прямом ходе рабочая среда подается в
штоковую полость, то:
с
м
FVQ
nn
3
54
2
105.28104.1125,0
с
м
FVQ
3
54
100
1025.41105.1233,0
2.4.4. Определение диаметров патрубков трубопроводов, подводящих
рабочую среду в полости цилиндра
Определение площади сечений патрубков трубопроводов.
Для цилиндров Ц1 и Ц 3:
25
55
1096.1
6,39
107.77
1008,081,92
107.77
2
м
gH
Q
f
n
n
25
5
0
0
1042.2
6,39
1096
2
м
gH
Q
f
Для цилиндра Ц4:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
25
5
1016.3
6,39
105.125
2
м
gH
Q
f
n
n
25
5
0
1077.3
6,39
104.149
мf
Для цилиндра Ц6:
25
5
1071.0
6,39
105.28
2
м
gH
Q
f
n
n
25
5
0
1004.1
6,39
1025.41
мf
Определение диаметров патрубков трубопроводов.
Для цилиндров Ц1 и Ц 3:
мм
f
d
n
n
9,40049,0
14,3
1096.14
4
5
мм
f
d
o
o
5,50055,0
14,3
1042.24
4
5
Для цилиндра Ц4:
мм
f
d
n
n
3,60063,0
14,3
1016.34
4
5
мм
f
d 9,60069,0
14,3
1077.34
4
5
0
0
Для цилиндра Ц6:
мм
f
d
n
n
3003,0
14,3
1071.04
4
5
мм
f
d 6,30036,0
14,3
1004.14
4
5
0
0
.
В соответствии с п. 2.4.4. размеры диаметров патрубка в Ц1, Ц3 и Ц6
округляем до десятых долей миллиметра, а размер патрубков Ц4 и Ц5 – до
ближайшего числа рекомендуемого ряда.
Принимает следующие размеры патрубков трубопроводов:
- для цилиндра Ц1 и Ц3 – d
п
= 4,9 мм; – d
о
=5,5
- для цилиндра Ц4 – d
п
= 6,3 мм; – d
о
= 6.9 мм;
- для цилиндра Ц6 – d
п
= 3 мм; – d
о
= 3,6 мм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
2.4.5. Определение действительных площадей сечений патрубков
Для цилиндра Ц1 и Ц3:
25
2
2
1088.1
4
0049,014,3
4
м
d
f
n
Љ
n
25
2
2
0
0
1037.2
4
0055,014,3
4
м
d
f
Љ
Для цилиндра Ц4:
25
2
2
1011.3
4
0063,014,3
4
м
d
f
n
Љ
n
25
2
0
1073.3
4
0069,014,3
мf
Љ
Для цилиндра Ц6:
25
2
107,0
4
003,014,3
ммf
Љ
n
25
2
0
1001.1
4
0036,014,3
мf
Љ
2.4.6. Определение действительных расходов рабочей среды в цилиндрах
Действительные расходы рабочей среды Q
д
соответствуют
действительным площадям сечений патрубков f
д
.
Для цилиндров Ц1 и Ц3:
с
м
gHfQ
д
n
д
n
3
55
103.833,441088.12
с
м
gHfQ
ЉЉ
3
55
00
101053,441037.22
Для цилиндра Ц4:
с
м
gHfQ
д
n
д
n
3
55
107.1373,441011.32
с
м
Q
Љ
3
55
0
102.1653,441073.3
Для цилиндра Ц6:
с
м
Q
Љ
n
3
55
1001.313,44107,0
с
м
Q
Љ
3
55
0
107.443,441001.1
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
2.4.7. Определение действительных скоростей перемещения штоков
исполнительных механизмов
Для цилиндров Ц1 и Ц3:
с
м
F
Q
V
Љ
n
Љ
n
267,0
101.31
103.83
4
5
1
с
м
F
Q
V
Љ
Љ
36,0
101.29
10105
4
5
2
0
0
Для цилиндра Ц4:
с
м
F
Q
V
Љ
n
Љ
n
274,0
102.50
107.137
4
5
1
с
м
F
Q
V
Љ
Љ
364,0
103.45
102.165
4
5
2
0
0
.
Для цилиндра Ц6:
с
м
F
Q
V
Љ
n
Љ
n
248,0
105.12
1001.31
4
5
1
с
м
F
Q
V
Љ
Љ
392,0
104.11
107.44
4
5
2
0
0
2.4.8. Определение действительного времени автоматического цикла
Для цилиндра Ц1:
сtс
V
L
t
Љ
Љ
n
Љ
n
6,0
36,0
2,0
;7,0
267,0
2,0
01
1
1
Для цилиндра Ц3:
сtсt
ЉЉ
n
27,0
36,0
1,0
;37,0
267,0
1,0
033
Для цилиндра Ц4:
ctсt
ЉЉ
n
55,0
364,0
2,0
;73,0
274,0
2,0
055
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
15.03.05 СиМАП 14 КР 00 000 ПЗ
Для цилиндра Ц6:
сtсt
ЉЉ
n
04,0
392,0
015,0
;06,0
248,0
015,0
066
2.4.9. Расчет усилий на штоках силовых цилиндров
Расчет усилий на штоке при прямом Р
п
и обратном Р
о
ходах.
Принимаем = 0,9.
Для цилиндров Ц1 и Ц3:
Р
п
= р F
1
= 0,8 10
6
31.1 10
-4
0,9 = 2239 Н
Р
о
= р F
2
= 0,8 10
6
29.1 10
-4
0,9 = 2095 Н
Для цилиндра Ц4:
Р
п
= 0,8 10
6
50.2 10
-4
0,9 = 3614 Н
Р
о
= 0,8 10
6
45.3 10
-4
0,9 = 3261 Н
Для цилиндра Ц6:
Р
п
= р F
2
= 0,8 10
6
11.4 10
-4
0,9 = 820 Н
Р
о
= р F
1
= 0,8 10
6
12.5 10
-4
0,9 = 900 Н
2.4.10. Построение циклограммы в масштабе действительного времени
автоматического цикла
