Національний університет “Львівська політехніка”

Боровець Володимир Михайлович

УДК 621.9.048.6

ОБҐРУНТУВАННЯ СХЕМ І ПАРАМЕТРІВ МАШИН ДЛЯ ВІБРАЦIЙНОЇ ОБРОБКИ ДЕТАЛЕЙ З ДОПОМІЖНИМИ ПРИСТРОЯМИ

05.02.02 - машинознавство

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті "Львівська політехніка”

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Гаврильченко Олександр Віталійович

Національний університет “Львівська політехніка” ,

завідувач кафедри “Автоматизація та комплексна механізація машинобудівної промисловості”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Берник Павло Степанович,

Вінницький державний аграрний університет, завідувач кафедри “Автоматизація і комплексна механізація технологічних процесів”;

кандидат технічних наук

Денисов Павло Дмитрович,

Приватне підприємство “Привтех”, провідний конструктор (м. Львів).

Провідна установа: Одеський національний політехнічний університет, кафедра “Теоретична механіка і машинознавство” Міністерство освіти і науки України (м. Одеса).

Захист відбудеться “ 19 ” червня 2002 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.06 у Національному університеті “Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. Ст. Бандери, 12, ауд.226 гол. корп.

З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. Професорська,1.

Автореферат розісланий “ 8 ”травня 2002 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Форнальчик Є.Ю.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасне виробництво і вимоги, що ставляться до готової продукції, передбачають створення нових машин з високими техніко-економічними показниками. Завдяки високій продуктивності та можливості застосування на трудомістких операціях технологічної обробки деталей вібраційні машини набули широкого застосування у виробництві. Впровадження прогресивної технології розмірно-зміцнювальної обробки деталей складної форми з неоднорідними оброблюваними поверхнями вимагає застосування пристроїв для їх встановлення. Оскільки основним фактором вібраційної обробки є швидкість взаємодії оброблюваних деталей та робочого середовища актуальним є її збільшення за рахунок їх взаємного переміщення. Підвищення ефективності роботи існуючого обладнання для вібраційної обробки деталей і розроблення нових схем машин є важливим завданням для проектантів та виробників, оскільки мінімальне поліпшення технологічних показників може забезпечувати значний економічний ефект. При цьому, на підставі раціональних принципів моделювання робочого процесу особливе значення має визначення законів руху елементів вібромашини з урахуванням робочого середовища.

Дана дисертаційна робота спрямована на вирішення актуальної задачі машинобудування – підвищення ефективності роботи обладнання для вібраційної обробки деталей на основі розробки нових схем машин з урахуванням законів руху її елементів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Проведені дослідження, пов'язані з науково-дослідною роботою кафедри “Автоматизація та комплексна механізація машинобудівної промисловості” Національного університету ”Львівська політехніка”, були спрямовані на розв'язання наукових завдань із впровадженням нової техніки в рамках цільової комплексної програми “Ресурсозберігаючі технології та засоби фінішної обробки виробів машинобудівної та електронної промисловості” (реєстраційний номер 0195U014369) і “Створення та дослідження вібраційних транспортно-орієнтуючих модулів для живлення автоматизованого технологічного обладнання при пакуванні, фасуванні та лічбі харчових продуктів і промислових виробів” (реєстраційний номер 0101U000878).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності роботи машин для вібраційної обробки деталей способом обґрунтування їх схем і параметрів, на підставі розроблення та використання спеціальних пристроїв для інтенсифікації робочого процесу обробки та можливості автоматизації допоміжних операцій.

Для досягнення мети у роботі розв'язуються наступні задачі досліджень: 1. На основі вивчення стану питання в теорії і практиці вібраційної обробки запропонувати нові схеми машин з обертовим пристроєм‚ в яких робочий процес відбувається у більш інтенсивних режимах.

2. Провести дослідження запропонованої схеми вібраційної машини з обертовим пристроєм на розробленій математичній моделі з урахуванням руху елементів машини і робочого середовища та здійснити її апробацію.

3. Дослідити вплив конструктивних параметрів і властивостей робочого середовища на закони руху елементів вібромашини з обертовим пристроєм.

4. Розробити нові конструктивні схеми вібромашин та їх конструктивних елементів з метою підвищення ефективності їх роботи та автоматизації технологічного процесу обробки деталей.

5. Сформулювати практичні рекомендації щодо розрахунку конструктивних параметрів машин та їх елементів на стадії проектування.

Об'єкт дослідження – вібраційна машина з контейнером‚ обертовим пристроєм і робочим середовищем.

Предмет дослідження – вплив конструктивних і кінематичних параметрів обертового пристрою з оброблюваними деталями та робочого середовища на технологічні параметри вібраційної машини.

Методи дослідження – аналіз і синтез‚ математичне моделювання‚ планування експерименту‚ математична статистика.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблена математична модель руху елементів вібраційної машини з обертовим пристроєм і робочим середовищем, здійснене її теоретичне обґрунтування та апробація. Методом чисельного розв'язку диференціальних рівнянь математичної моделі і програм, що її реалізують, та аналізом проведених експериментальних досліджень встановлено вплив конструктивних чинників машини і властивостей робочого середовища на параметри руху робочої камери та обертового пристрою. Розроблений алгоритм розрахунку оптимальних параметрів машини для вібраційної обробки деталей з урахуванням конструкторсько-технологічних особливостей. Розроблені конструктивні схеми вібраційних машин для обробки деталей способом їх закріплення у спеціальному обертовому пристрої і наведені аналітичні залежності для їх практичного використання. Сформовані основні принципи нового напрямку розвитку конструкцій вібраційних машин, в яких обробка деталей відбувається в інтенсивних режимах, та запропоновані конструктивні рішення елементів цих машин з підвищеною надійністю.

Практичне значення одержаних результатів. За результатами теоретичних і експериментальних досліджень запропоновані конструктивні схеми вібраційних машини із застосуванням спеціальних обертових пристроїв та методика їх інженерного розрахунку. Використання результатів проведених досліджень на практиці дає змогу підвищити ефективність робочого процесу вібраційної обробки деталей.

Результати роботи були покладені в основу конструювання дослідних та виробничих зразків вібраційних машин з використанням обертових пристроїв. Розроблені конструкції вібраційних машин впроваджені на: ВО “Завод Арсенал” (м. Київ); заводі тракторних агрегатів (м. Рівне); ВО “Червона зірка” (м. Кіровоград); заводі “Сяйво” (м. Львів) та інших.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто розроблено математичну модель роботи вібраційної машини з обертовим пристроєм [5]; розроблено її конструктивну схему [9]; здійснено аналіз технологічного процесу вібраційної обробки та запропоновано конструктивні схеми машин з пристроями для інтенсифікації процесу обробки [7]; проаналізовано вплив способу кріплення на знімання матеріалу з поверхонь корпусних деталей [17], визначено критерії вибору оптимальної моделі вібраційної обробки деталей [11].

У роботах‚ виконаних у співавторстві‚ особисто запропоновано: доповнення класифікації вібраційних машин ознаками, що характеризують способи встановлення оброблюваних деталей в контейнері [6]; виконано експериментальні дослідження та перевірено на адекватність математичну модель роботи вібраційної машини з обертовим пристроєм [3], виконано теоретичний аналіз роботи вібраційної машини з обертовим пристроєм та визначені чинники‚ які впливають на рух обкатника під час роботи машини [10]; запропоновано допоміжні пристрої для розширення технологічних можливостей обробки корпусних деталей [8,13] та циркуляційну систему змащування підшипникових опор дебалансних вузлів [4]; досліджено і запропоновано схеми віброізоляційних підвісок двомасних резонансних машин та проведено їх розрахунок [1, 2]; досліджено вплив чинників на параметри роботи машин із закріпленими деталями у спеціальних пристроях [15,18]; запропоновано конструктивні схеми машин з високоінтенсивним режимом обробки деталей [12-16].

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи доповідались на: конференції "Комплексная механизация и автоматизация производства на основе внедрения станков с ЧПУ, промышленых роботов, ГПС и роторно-конвейерных линий" (м. Луцьк, 1988 р.); 11-й Всесоюзній конференції "Проблемы виброизоляции машин и приборов” (м. Іркутськ, 1989 р.); Всесоюзній науково-технічній конференції "Вибрация и диагностика машин и механизмов" (м. Челябінськ, 1990 р.); Республіканській науково-практичній конференції "Разработка и внедрение робототехнических комплексов САПР ГПС” (м.Йошкар-Ола, 1990 р.); 1-му та 2-му Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків у Львові (м. Львів, 1993 р., 1997 р.); Міжнародній конференції “Расчет и проектирование машин для реализации технологий“ (м. Вінниця, 1994 р); НТО "Применение низкочастотных колебаний в технических целях” (м. Ростов-на-Дону, 1995 р.); Міжнародному науковому конгресі молодих вчених та студентів “Здоров'я села - здоров'я держави“ (м.Львів, 2000 р.); звітних конференціях викладачів і аспірантів НУ “Львівська політехніка” за наслідками науково-дослідної роботи 1996-2000 р.р.; засіданнях міжкафедрального науково-методичного семінару НУ ”ЛП”.

Публікації. Основні результати досліджень опубліковано у 18 роботах‚ включаючи 2тези доповідей, 2 патенти України та 3 авторські свідоцтва на винаходи‚ загальним обсягом 4‚18 друк. арк.‚ в т.ч. автору належать 2‚34 друк. арк.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Викладена на 119 сторінках машинописного тексту, містить 55 рисунків, 4 таблиці; список використаних джерел нараховує 129 найменувань; 8 додатків розміщених на 56 сторінках. Загальний обсяг роботи становить 191 сторінку.

ОСНОВНИЙ ЗміCт роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, та викладено її загальну характеристику.

В першому розділі проаналізовано існуючі літературні джерела з питань застосування вібраційних машин для обробки деталей на різних стадіях виробництва, а також виявлено напрями підвищення ефективності їх роботи.

Вивченню процесу вібраційної обробки деталей присвячена значна кількість наукових робіт. Фундаментальні теоретичні та експериментальні дослідження в галузі коливань, вібраційної обробки та машин для її реалізації виконані Афтаназівим І.С.‚ Бабічевим А.П.‚ Берником П.С.‚ Блехманом М.І.‚ Биховським І.І., Бурштейном А.Е., Гончаревичем І. Ф., Лавенделом Э. Э., Малкіним Д. Д., Пановко Я. Г.‚ Повідайлом В. О.‚ Постніковим Л.Л.‚ Самодумським Ю.М., Сіліним Р.І.‚ Субачем А.П.‚ Тедошвілі М.М., Труніним В.Б., Устіновим В.П.‚ Хвінгвією М.В., Шаінським М.Є., Фроловим К. В. та іншими. Аналіз цих досліджень та розробки відомих закордонних фірм “Roto-Finish”, “Valter”, “Lord Chemical”, “Trowal”, “Wibral” дали змогу узагальнити основні конструктивні параметри механічних засобів цього типу.

Наведено існуючі методи вібраційної обробки деталей, вплив різноманітних конструктивних параметрів механічної системи на проходження процесу обробки та можливість використання допоміжних пристроїв для його інтенсифікації. Здійснено аналіз роботи вібраційних машин для обробки деталей та методів їх проектних розрахунків, а також окреслено напрямки удосконалення їх конструкцій, зокрема, використовуючи допоміжні пристрої для встановлення і знімання оброблюваних деталей. З метою збільшення продуктивності та інтенсифікації процесу вібраційної обробки запропоновано способи розміщення деталей у спеціальні допоміжні пристрої в контейнері машини, що обертаються проти руху робочого середовища (РС). Визначено основні параметри, що характеризують роботу вібраційних машин для обробки деталей: амплітуда та частота коливань робочого органу, розміри контейнера машини, швидкість взаємодії оброблюваних деталей і РС та їх вплив на робочий процес обробки.

Закінчується перший розділ висновками, на підставі яких визначено напрямки теоретичних і експериментальних досліджень.

В другому розділі розглянуто взаємозв'язок чинників, які впливають на роботу вібраційних машин і їх конструкцію та запропоновано доповнити відому класифікацію вібраційних машин ознаками, що характеризують способи встановлення оброблюваних деталей в контейнері машини.

Для дослідження впливу конструктивних параметрів на закони руху елементів машин застосовувались розрахункові схеми, які дають змогу здійснити аналіз у послідовності “контейнер - обертовий пристрій”, “контейнер – РС”, “контейнер - обертовий пристрій - РС”.

Узагальнена математична модель руху елементів вібраційної машини будувалася на підставі рівнянь Лагранжа ІІ роду, загальноприйнятих припущеннях для дослідження механіки машин з врахуванням того, що робоче середовище (абразивні тіла, металеві та фарфорові кульки, повстяні та дерев'яні пижі з одночасною дією активних рідин) має властивості в'язкої рідини, зберігаючи також пружні властивості сипкого матеріалу.

В результаті вибору узагальнених координат (рис.1) і визначення швидкостей руху елементів машини, узагальнених сил для цього випадку (рис.2) та опису повної кінетичної енергії отримано узагальнену математичну модель, яка дає змогу відслідковувати рух основних елементів даної системи:

Рис. 1. Узагальнена розрахункова схема вібромашини з обертовим пристроєм і робочим середовищем Рис.2. Розрахункова схема дії сил на елементи машини

де хк, ук, хз, уз, – відповідно зміщення відносно координатних осей центру мас робочої камери та робочого середовища;

j, Y, q, - відповідно кути відхилення робочої камери, положення осі обертового пристрою, повороту обертового пристрою навколо власної поздовжньої осі та повороту поверхневого шару робочого середовища;

Fm- сила інерції віброзбуджувача;

mк, mо, mз, Ік, Іо, Із – відповідно маси та моменти інерції контейнера, обертового пристрою і робочого середовища;

rз, r, rо, – відповідно радіуси активного шару робочого середовища та поверхонь обкочування і цапфи обертового пристрою;

- відповідно моменти сил тертя, робочого середовища та контейнера;

hз, кз – відповідно коефіцієнти, що враховують завантаження контейнера та властивості робочого середовища;

e - ексцентриситет, що дорівнює різниці радіусів поверхні обкочування та цапфи обертового пристрою;

сх, сy, сj, кх, ку, кj - відповідно жорсткості та коефіцієнти в'язкого опору підвіски робочої камери відносно осей;

rз – густина робочого середовища;

l - коефіцієнт проковзування обертового пристрою;

gз, gз1 – відповідно кути, що характеризують відносне зміщення центра мас завантаження від початкового положення та напрямок руху робочого середовища відносно контейнера;

B, Eс, Sк, Sd - відповідно складні функції аргументів, які враховують “зависання” середовища, його пружні властивості, площу поверхні контакту РС і стінки контейнера та сумарну площу проекцій оброблюваних деталей;

g – прискорення земного тяжіння;

w, t – кутова швидкість віброзбуджувача та час його роботи.

Оскільки диференціальні рівняння математичної моделі (1) є нелінійними відносно невідомих хк, ук, хз, уз, j, Y, q, та їх похідних, тому розроблена програма їх чисельного розв'язку та алгоритм розрахунку оптимальних кінематичних параметрів вібраційної машини.

Використовуючи наведену математичну модель, в диференціальні рівняння якої входять масово-конструктивні та пружно-інерційні параметри вібраційної машини, а також основні властивості РС‚ проаналізовано рух елементів конструкції машини та оптимізовано її основні параметри.

В третьому розділі здійснено двоетапну перевірку на адекватність узагальненої математичної моделі, що описує закони руху елементів вібраційної машини, і прикладних програм, які реалізують її, а саме:

- перевірка математичної моделі на підставі порівняння результатів, що отримані за допомогою чисельного її розв'язку, з даними літературних джерел;

- порівняння результатів чисельного розв'язку диференціальних рівнянь та експериментальних досліджень.

За відсутності в літературних джерелах даних про роботу вібраційних машин з обертовим пристроєм для закріплення деталей, порівняльний аналіз виконувався за результатами розв'язку трьох задач: контейнер - обертовий пристрій; контейнер – РС; контейнер - обертовий пристрій – РС.

Дослідженням руху контейнера у першій задачі виявлено, що його центр мас коливається за еліптичною траєкторією, вісь якої повернена відносно горизонталі на кут j (рис.3). В результаті аналізу встановлена залежність амплітуди коливань контейнера від збуджуючого зусилля (рис.4), величина якого пропорційна масі дебалансу, і залежить від параметру kd віброзбуджувача, що характеризує асиметрію положення його секторів (kd=0...1).

Значення параметрів руху центра мас контейнера, одержані внаслідок розв'язку диференціальних рівнянь, які враховують наявність обертового пристрою для закріплення деталей, добре узгоджуються з даними, що одержані відомими аналітичними розрахунками (рис.4), які враховують тільки параметри руху контейнера, і їх розбіжність знаходиться в межах 7%.

Рис.3. Зона траєкторії коливань центра мас контейнера: Аг, Ав – горизонтальна та вертикальна складові амплітуди коливань Рис.4. Залежність амплітуди коливання контейнера від маси дебалансного віброзбудника: 1 - згідно з розробленою математичною моделлю; 2 - згідно з відомими аналітичними розрахунками

За результатами чисельного експерименту під час розв'язку другої задачі визначено вплив РС на траєкторію руху контейнера, що зумовлюється зменшенням його амплітуди коливань в усталеному режимі. Внаслідок взаємодії РС із стінкою контейнера змінюється траєкторія центра мас контейнера та РС (рис.5 а, б), оскільки періоди їх коливань є різними.

Рис. 5. Зони траєкторій коливань центра мас контейнера (а) та робочого середовища (б)

Траєкторії їх відмінні від еліптичних, що підтверджує правильність зроблених припущень під час складання математичної моделі.

Досліджуючи рух поверхневого шару робочого середовища в камері вібраційної машини під час розгляду третьої задачі, встановлено, що швидкість середовища без обертового пристрою більша на 10%, ніж з ним (рис.6), а швидкість обертання пристрою (рис.7) за відсутності РС, майже на 8%,. Це пояснюється впливом додаткового опору зі сторони РС на рух пристрою, а характер кривих 1 і 2 вказує на збіжність результатів, які отримані за допомогою розв'язків диференціальних рівнянь кожної із цих задач.

Рис. 6. Зміна швидкості обертання робочого середовища: 1 – без обертового пристрою; 2 – з обертовим пристроєм Рис. 7. Зміна швидкості обертання пристрою: 1- без середовища; 2 - із середовищем

Другим етапом перевірки математичної моделі було отримання експериментальних значень кінематичних параметрів руху елементів машин під час вібраційної обробки деталей. Для цього було розроблено експериментальне обладнання разом з комплексом вимірювальної апаратури (рис.8), яке уможливлює порівняння та аналіз руху елементів вібраційних машин. Результати, отримані чисельним розв'язком і експериментальними дослідженнями, показують збіжність значень, які промодельовані з використанням прикладних програм, з параметрами, що зафіксовані в експерименті.

Під час експерименту контролювались амплітуди і частоти коливань корпуса машини, швидкості обертання РС та пристрою з деталями. Планування експериментів і опрацювання їх результатів проводились за методикою повного факторного експерименту.

Рис.8. Експериментальна вібраційна машина з обертовим пристроєм:

1- контейнер; 2- обертовий пристрій; 3- дебалансний віброзбудник; 4- вимірювальні прилади; 5- пульт керування

Порівняння результатів, отриманих чисельними розв'язками і експериментальними дослідженнями‚ підтверджують їх збіжність (рис.9).

Рис.9. Залежність складових амплітуд коливання контейнера (а) та швидкості обертання пристрою (б) від параметру віброзбуджувача kd

За результатами двоетапної перевірки встановлено, що математична модель адекватно відтворює фізичну сутність процесів, які відбуваються під час роботи вібраційних машин з точністю‚ достатньою для інженерних розрахунків.

В четвертому розділі окреслені шляхи розвитку конструкцій вібраційних машин з обертовим пристроєм для закріплення деталей з метою автоматизації технологічного процесу обробки та підвищення їх надійності.

З урахуванням того, що електромагнітний віброзбудник дає змогу регулювати параметри коливань контейнера, РС та швидкість руху обертового пристрою з деталями, розроблено вібраційну машину з обертовим пристроєм та електромагнітним приводом (рис.10).

Рис.10. Конструктивна схема вібраційної машини з електромагнітним приводом : 1- контейнер; 2- реактивна маса‚ 3- пружна система; 4 – якір; 5 – вібратор; 6-обертовий пристрій

Збуджуюче зусилля, що передається контейнеру машини, визначається із залежності

, (2)

де - напрямні вектори осей х‚ у;

n – кількість електромагнітних збуджувачів коливань;

- сила, що діє на і-му електромагніті;

aі, bі – відповідно кути, що визначають просторове розташування і-го електромагніту та зсув фаз живлення.

Для підвищення стійкості машин з електромагнітним приводом і ефективності її віброізоляції запропонована схема тросової підвіски (рис.11) та алгоритм її інженерного розрахунку, впровадження яких дає змогу збільшити амплітуду коливань контейнера на 5% та зменшити передачу коливань на основу до 20%, відносно встановлення машини на пружні елементи. В даній конструкції два троси симетрично защемляються між реактивними масами (А) і контейнером (С) і встановлюються на опори (D).

Рис.11. Розрахункова схема тросової підвіски: а) – схема встановлення машини; б) – схема дії сил на ділянку троса

Розглядаючи діючі навантаження в тросовій підвісці машини, одержано систему рівнянь (3) для визначення зусилля попереднього натягу в тросі та його статичного зміщення в точках опори (D) вібромашини

, (3)

де Q, R – реакції сил в точці закріплення троса під час навантаження машини;

F - сила попереднього натягу троса;

Е - модуль пружності;

S - площа перерізу троса;

b1, b2 – кути, утворені між горизонталлю і тросом під час завантаження машини;

l1, l2 - довжини відрізків тросів не завантаженої вібромашини;

D – статичне зміщення троса в точці опори вібромашини (DD1).

Рис. 12. Вплив статичного зміщення троса D на силу Q за різних сил натягу троса F

В результаті аналізу конструктивних особливостей підвіски і її роботи встановлено, що напруження, які виникають у тросі, залежать від сумарної ваги вібромашини та РС (рис.12), амплітуди коливань робочого органа і реактивної маси, а діаметр троса розраховують за допустимим напруженням розтягу. Така конструкція підвіски практично не передає вібрацію на основу, оскільки в перерізах троса відсутні згинальні моменти.

Для обробки корпусних деталей і автоматизації процесу їх завантаження та розвантаження розроблені конструктивні схеми машин з обертовим пристроєм і пружинним закріпленням деталей в оправках (рис.13).

В роботі наведені аналітичні залежності розрахунку необхідного зусилля закріплення деталей в оправках обертового пристрою машин для обробки корпусних деталей.

б)

Рис.13.Конструктивна схема вібраційної машини з обертовим пристроєм (а) та схема кріплення деталей (б): 1- робоча камера; 2- пружна система; 3 – оброблювані деталі; 4 - обертовий пристрій з оправками; 5 – поверхні обкочування; 6 – дебалансний віброзбуджувач; 7- пелюсткова муфта; 8- електродвигун; 9-пакет пружин

Параметри пружних елементів для утримування деталі в оправці пристрою під час обробки визначаються з умови надійного її закріплення та максимального зусилля взаємодії з РС

, (4)

де а, b, l, n - відповідно товщина, ширина, довжина і кількість плоских пружин;

x - деформація пакету пружин при закріпленні деталі;

f - коефіцієнт тертя ковзання між наконечником оправки і деталлю;

L, l1–відповідно відстань від точки кріплення та центра тяжіння деталі до осі шарніру;

a - кут контакту оправки з деталлю ;

n, А – відповідно частота та амплітуда коливань;

m – маса деталі.

Для часткового звільнення поверхні великогабаритних деталей від РС після обробки в обертових пристроях і автоматичної їх заміни запропоновані схеми вібраційних машин, де переміщення РС в контейнері вздовж його осі здійснюється за рахунок відключення одного із віброзбуджувачів (рис.14,а) та повороту корпуса машини у напрямку працюючого збуджувача (рис.14,б).

а) б)

Рис.14. Схеми відокремлення деталей у вібраційних машинах: а) - в перпендикулярних площинах ; б) - вісь обертання дебалансів і вісь симетрії машини лежать в одній площині

На підставі проведених досліджень встановлено‚ що для відокремлення оброблених деталей від РС засобами автоматизації достатньо, щоб кут зміщення робочого середовища відносно дна контейнера для даного типу машин знаходився в межах 44°...55°.

Оскільки одним із основних елементів вібраційних машин з дебалансним приводом для обробки деталей є підшипникова опора, розроблено її конструктивну схему з циркуляційною системою змащування та запропоновано аналітичні залежності інженерного розрахунку.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз стану питання з теорії і практики вібраційної обробки деталей та конструкцій машин для її реалізації виявив потребу їх модернізації. Для підвищення ефективності роботи пропонуються нові схеми вібраційних машин‚ що здійснюють обробку деталей в спеціальних обертових пристроях, які обертаються проти руху робочого середовища.

2. На основі теоретичних досліджень та аналізу роботи машин для вібраційної обробки запропоновано доповнити існуючу класифікацію ознаками‚ що характеризують розташування оброблюваних деталей в робочому середовищі, які дають змогу більш повно охарактеризувати процеси та вибрати оптимальну схему обробки.

3. Для вібраційної машини з обертовим пристроєм розроблена математична модель, яка дозволяє дослідити закони руху машини разом з робочим середовищем. Отримана модель є системою восьми нелінійних неоднорідних диференціальних рівнянь другого порядку. Методом її побудови можна скористатися у дослідженні роботи машин подібної кінематичної структури.

4. Аналіз характеру процесів, що відбуваються в механічних системах (другі похідні в цих системах‚ як правило‚ змінюються незначно за малі проміжки часу – крок інтегрування), дав змогу побудувати алгоритм чисельного розв'язку рівнянь математичної моделі за допомогою прикладних програм MathCad, які значною мірою пришвидшують процес їх розрахунку.

5. Перевірка чисельного розв'язку диференціальних рівнянь з допомогою прикладних програм і порівняння його з даними літературних джерел доводять, що математична модель коректно описує параметри руху елементів вібраційних машин, оскільки їх розбіжність знаходиться в межах до 10%.

6. Методом чисельного розв'язку і експериментальних досліджень з'ясовано ступінь впливу конструктивних параметрів машини та властивостей робочого середовища на режим її роботи.

7. Двоетапна перевірка результатів чисельного розв'язку і експериментальних досліджень, які визначають параметри руху елементів машини, показала, що вони мають достатню для інженерних розрахунків точність (до 92%), що дає підґрунтя для їх використання під час проведення проектно-конструкторських робіт.

8. Експериментальні дослідження та результати промислового впровадження вібраційних машин з обертовими пристроями для закріплення деталей підтвердили збільшення продуктивності процесу металознімання до 25% без енерговитрат на примусовий рух пристрою.

9. Використання запропонованих способів відокремлення деталей від робочого середовища у вібраційних машинах з обертовим пристроєм зменшують витрати часу на допоміжні операції та забезпечують зростання продуктивності машини до 15%.

10. Впровадження у вібраційних машинах розробленої конструкції підшипникової опори дебалансного привода з циркуляційною системою змащування та її інженерний розрахунок на заводі “Сяйво” (м.Львів) і ВО “Червона зірка” (м. Кіровоград) збільшили міжремонтний термін роботи вібраційних машини у 2,5...3 рази.

11. За результатами дисертаційних досліджень розроблено та впроваджено у виробництво п'ять різноманітних конструкцій вібраційних машин з обертовими пристроями. Промислові зразки даного обладнання використовуються на виробництві та підтвердили свою ефективність під час виконання різноманітних технологічних операцій вібраційної обробки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Боровець В.М., Юревич Р.В., Щигель В.А. Дослідження віброізоляції резонансних вібромашин. //Автоматизація виробничих процесів в машинобудуванні і приладобудуванні. Український. міжвід. наук.-техніч. зб. вип.31.– Львів: ДУ “Львівська політехніка”, 1993.- С.109-110.

2. Боровець В.М., Юревич Р.В., Щигель В.А. Силовий розрахунок віброізоляційної підвіски двомасних резонансних вібромашин. //Автоматизація виробничих процесів в машинобудуванні і приладобудуванні. Український. міжвід. наук.-техніч. зб. вип.32.– Львів: ДУ “Львівська політехніка”, 1995.- С.60-64.

3. Боровець В.М‚ Савчин Б.М. Продуктивність вібраційної обробки деталей при їх закріпленні в обертових пристроях. // Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. Вісник ДУ “Львівська політехніка”.- Львів. -1996. - №303 - С.16-19.

4. Боровець В.М., Савчин Б.М. Опори вібраційних машин. //Автоматизація виробничих процесів в машинобудуванні і приладобудуванні. Український. міжвід. наук.-техніч. зб. вип.33.– Львів: ДУ “Львівська політехніка”, 1998.- С.166-171.

5. Боровець В.М. Динаміка вібромашини з обертовим пристроєм. // Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. Вісник ДУ “Львівська політехніка”.- Львів. - 1996. - №321 - С.12-17.

6. Боровець В.М., Савчин Б.М. Аналіз процесу і машин об'ємної обробки. //Автоматизація виробничих процесів в машинобудуванні і приладобудуванні. Український. міжвід. наук.-техніч. зб. вип.34– Львів: ДУ “Львівська політехніка”, 1999.- С.30-35.

7. Боровець В.М. Автоматичні машини вібраційної обробки. // Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. Вісник ДУ “Львівська політехніка”.- Львів. -1999. - №371 - С.82-86.

8. Боровець В.М., Гаврильченко О.В. Дослідження вібраційної обробки корпусних деталей . // Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. Вісник ДУ “Львівська політехніка”.- Львів. -2000. - №394 - С.59-63.

9. Боровець В.М. Дослідження впливу обробки корпусних деталей на зміну матеріалу. //Автоматизація виробничих процесів в машинобудуванні і приладобудуванні. Український. міжвід. наук.-техніч. зб. вип.35– Львів: ДУ “Львівська політехніка”, 2000.- С.66-69.

10. Боровець В.М., Коломієць В.О., Гаврильченко О.В. Аналіз динаміки вібраційних машин об'ємної обробки деталей. //Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. Вісник ДУ “Львівська політехніка”.- Львів. -2000. -№412.-С. 54-60.

11. Боровець В.М. Вибір оптимальної моделі вібраційної обробки деталей в обертових пристроях з урахуванням руху середовища. //Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. Вісник НУ “Львівська політехніка”.- Львів. - 2001. -№422.-С. 6-10.

12. Устройство для вибрационной обработки деталей: А.с. 1373545 СССР, В 24 В 31 /067./ В.А.Щигель, М.П.Пелех, В.М.Боровец (СССР). – № 4078395/31-08; Заявлено 18.06.86; Опубл. 15.02.88, Бюл. № 6. -4с.

13. Устройство для вибрационной обработки деталей: А.с. 1611705 СССР, В 24 В 31 /067./ В.Д. Уфимцев, В.М.Боровец, В.А.Щигель, В.В.Наговский (СССР). – № 4207255/31-08; Заявлено 10.03.87; Опубл. 07.12.90, Бюл. № 45. - 4с.

14. Способ отделения от рабочей среды крупногабаритных деталей: А.с. 1646810 СССР, В 24 В 31 /067./ В.М.Боровец, В.А.Щигель (СССР). – № 4643356/08; Заявлено 25.11.88; Опубл. 07.05.91. Бюл. № 17. -3с.

15. Пат. 9936 Україна, В 24 В 31/067. Вібраційний верстат. /В.М.Боровець, С.П.Стрельбицький, А.В.Урбан, В.А.Щигель. (Україна) – № 4929992/SU; Заявл. 22.04.91; Опуб. 30.09.96; Бюл. № 3. -6с.

16. Пат. 21806А Україна, В 24 В 31/037. Вібраційна машина. /В.М.Боровець, С.П.Стрельбицький, Й.М.Гнатів, В.С.Шенбор, А.Л.Беспалов. (Україна) – № 95104379; Заявл. 04.10.95; Опуб. 30.04.98; Бюл. № 2.-5с.

17. Боровець В.М. Технологія віброабразивної обробки деталей. Тез.доп./ 1-го Міжнар. симпоз. україн. інженерів-механіків у Львові. –Львів. -1993.- С. 308.

18. Щигель В.А., Боровець В.М. Технологический модуль для вибрационной обработки корпусных деталей // Разработка и внедрение робототехнических комплексов САПР ГПС. Тез. докл. Республ. научно-практ. конф. -Йошкар-Ола. -1990.- С.55-56.

Анотація

Боровець В.М. Обґрунтування схем і параметрів машин для вібрацiйної обробки деталей з допоміжними пристроями . – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня - кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02 - машинознавство. Національний університет “Львівська політехніка”. - Львів‚ 2002.

Дисертація присвячена створенню нових зразків машин для вібраційної обробки деталей з обертовими пристроями для інтенсифікації технологічного процесу. Особливе значення для моделювання робочого процесу має визначення законів руху елементів обладнання з врахуванням робочого середовища та обертового пристрою для закріплення деталей. Визначений параметричний простір, що впливає на вибір оптимальної конструктивної схеми машини. Розроблено математичну модель роботи і пакети прикладних програм, які дають змогу досліджувати рух елементів вібраційної машини з обертовим пристроєм. Методом чисельного розв'язку і експериментальних досліджень проаналізовано роботу машин та виконано порівняльний аналіз. Механіко-технологічні дослідження вібраційних машин дали змогу запропонувати нові схеми обладнання та розробити методику інженерного розрахунку їх елементів.

Ключові слова: вібраційна машина, віброзбуджувач, робоче середовище, обертовий пристрій, вібраційна обробка.

Summary

Borovets Volodymyr. A justification of the schemas and parameters of machines for vibration procession of parts with auxiliaries. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of candidate of engineering science on a speciality 05.02.02 - machinery. National University “Lvivska Polytechnica”. - Lviv, 2002.

Thesis dedicated to creation of new models of machines with high technological characteristics. The special value for simulation of a working process has clarification of the moving elements of machine taking into account the working media and rotation mechanism for fixation of processed parts. The parametric media, which influence on a design choice of the optimal schema of the machine, were defined. The mathematical model of operation and application software, which allows exploring the movement of vibration machine with the rotation system, was designed. By using the method of numerical experiment investigates operation of machines were explored and the comparative analysis were executed. The mechanical and technological explorations of vibration machine allow to offer the new schemas of equipment and to work out the method of engineering design of their assemblies.

Keywords: the vibration machine, vibroexciters, working media, rotational gadget, vibration processing.

Аннотация

Боровець В.М. Обоснование схем и параметров машин для вибрационной обработки деталей с вспомогательными устройствами. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени - кандидата технических наук за специальностью 05.02.02 - машиноведение. Национальный университет “Львивська политэхника”. - Львов, 2002.

Современное производство и изменение формы собственности требуют создания новых образцов машин с высокими технико-экономическими показателями. Поэтому повышение эффективности работы существующего оборудования и разработка новых схем машин есть важной задачей для проектантов и производителей технологического оборудования, поскольку минимальное улучшение этих показателей может привести к ощутимому экономическому эффекту. Особое значение для моделирования рабочего процесса имеет определение законов движения элементов оборудования с учетом рабочей среды.

С целью увеличения эффективности роботы и интенсификации процесса вибрационной обработки целесообразно применять дополнительные приспособления для закрепления деталей. Проведенный анализ результатов исследования роботы вибрационных машин для обработки деталей показал, что одним из способов интенсификации их работы является использование дополнительных приспособлений для закрепления деталей с возможностью их вращения против движения рабочей среды.

В работе предложено дополнить классификацию вибрационных машин параметром, который характеризует возможность различной установки обрабатывающих деталей в контейнере машины.

Для исследования работы вибрационной машины для обработки деталей использовалась обобщенная расчетная схема машины, учитывающая движение контейнера, наличие вращательного приспособления для закрепления деталей и рабочую среду. Математическая модель ее работы строилась на основании уравнений Лагранжа ІІ рода.

Проверка модели и пакетов прикладных программ для ее реализации на адекватность проводилась в два этапа, которая с достаточной мерой достоверности и точности показала, что математическая модель корректно описывает работу вибрационной машины для обработки деталей в специальных вращательных приспособлениях.

Методом численного и натурного экспериментов определена степень влияния параметров машины и свойств рабочей среды на движение приспособления с деталями и контейнера в целом.

С целью оптимизации параметров колебаний контейнера и движения рабочей среды с закрепленными в приспособлении деталями предложена схема вибрационной машины с электромагнитным приводом колебаний. Увеличение стойкости и эффективности виброизоляции данного типа машины осуществляется за счет тросовой конструкции подвески, которая разрешает увеличить амплитуду колебаний контейнера и уменьшить их передачу на неподвижную основу. Рассмотрены силовые факторы, воздействующие в данном типе подвески, и предложена методика ее инженерного расчета.

Для обработки корпусных деталей и автоматизации процесса их загрузки и разгрузки разработаны машины с вращающимся устройством, а также методика инженерного расчета необходимого усилия закрепления деталей в оправках устройства. Предложены схемы вибрационных машин, позволяющие осуществлять автоматическую замену обработанной детали в закрепленном состоянии путем частичного освобождения поверхности детали от рабочей среды за счет отключения одного из вибровозбудителей и поворота корпуса машины в сторону работающего привода.

Разработана конструкция системы циркуляционной смазки подшипникового узла с горизонтальной осью вращения и предложена методика ее инженерного расчета.

Ключевые слова: вибрационная машина, вибровозбудитель, рабочая середа, вращательное приспособление, вибрационная обработка.