технологій та дизайну

Романець Тарас Петрович

УДК 685.31.02

РОЗРОБКА ПРИСТРОЇВ ДЛЯ ЗАХВАТУ ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ ВЕРХУ ВЗУТТЯ

Спеціальність 05.05.10 – Машини легкої промисловості

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Хмельницькому національному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент,

Драпак Георгій Мефодійович,

Хмельницький національний університет,

директор інституту механіки і інформатики.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор,

Бурмістенков Олександр Петрович,

Київський національний університет технологій та дизайну,

професор кафедри електромеханічних систем

кандидат технічних наук, доцент,

Савків Володимир Богданович,

Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя,

доцент кафедри автоматизації технологічних процесів і виробництв

Провідна установа:

Чернігівський державний технологічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Чернігів

Захист відбудеться “ 8 ” червня 2005 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.02 в Київському національному університеті технологій та дизайну (КНУТД) за адресою: 01601, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці КНУТД за адресою: м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий “ 5 ” травня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради | Тарасенко А.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Значна частина часу технологічного циклу при обробці деталей верху взуття та їх складання у заготовку витрачається на допоміжні операції. Сьогодні операції загрузки деталей в технологічні машини та їх вигрузки виконуються переважно вручну. Як наслідок продуктивність обладнання суттєво гальмується. Подібні операції в машинобудуванні, радіоелектроніці тощо вже давно автоматизовано. Що ж стосується плоских деталей верху взуття, то існує ряд факторів, які стримують використання захватних пристроїв. Відсутність рекомендацій з використання тієї чи іншої конструкції пристрою в залежності від типу виробництва, специфічних фізико-механічних властивостей матеріалу деталей, їх розмірів та форми зменшує ефективність впровадження цих засобів автоматизації.

Розробка технологічно гнучких автономних (енергонезалежних) пристроїв для подачі плоских деталей верху взуття в технологічні машини є актуальною задачею. Її вирішення дозволить зменшити час на виготовлення і обробку деталей, підвищити точність складання заготовок, зменшити кількість персоналу, що обслуговує машину, знизити собівартість виготовлення виробів тощо.

Вивченню процесів автоматизації загрузки плоских деталей легкої промисловості присвячено ряд досліджень вчених Піскорського Г.А., Орловського Б.В., Дрожжина В.І., Тонковида Л.А., Ганулича О.А., Зайцева Б.В., Кузовкова В.С. та ін.

Для захвату плоских деталей верху взуття пропонується використовувати пасивні вакуумні присоси, враховуючи коротку тривалість маніпулювання та низьку повітропроникність матеріалу деталей. Пристрої такого типу можуть знайти місце і в інших галузях промисловості. Зокрема для захвату повітронепроникних об’єктів з гладкою рівною поверхнею, наприклад, аркушів паперу в поліграфії, листового скла тощо.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація відповідає напрямку наукових досліджень Хмельницького національного університету “Наукові та практичні основи проектування автоматизованих систем та виробів в легкій промисловості” та виконувалась в рамках д/б теми №2Б-2002 “Розробка технологічно гнучких засобів автоматизації складання заготовок верху взуття” (номер держ. реєстрації 0102U004045).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є дослідження процесу взаємодії пасивного вакуумного присоса з об’єктом маніпулювання та розробка технологічно гнучких захватних пристроїв для маніпулювання плоскими деталями верху взуття. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувались такі задачі:

1. Аналітично дослідити взаємодію робочого органа пасивного вакуумного захвата з об’єктом маніпулювання.

2. Аналітично дослідити залежність часу натікання повітря до робочого органа пасивного вакуумного захвата від геометричних параметрів робочого органа та фізико-механічних параметрів об’єкта маніпулювання.

3. Експериментально дослідити процес натікання повітря до робочого органа пасивного вакуумного захвата з метою перевірки аналітично отриманих залежностей.

4. Розробити конструкції технологічно гнучких пристроїв для захвату м’яких плоских деталей верху взуття, які забезпечують надійність та якість виконання операцій і відповідають вимогам енергозбереження.

5. Перевірити працездатність та ефективність роботи пристроїв у виробничих умовах.

Об’єктом досліджень є вдосконалення пристроїв для захвату плоских деталей верху взуття з метою покращення їх робочих характеристик.

Предметом досліджень є захватні пристрої для поштучного відокремлення та подачі плоских деталей верху взуття.

Методи досліджень. Задачі, поставлені в даній роботі, вирішувались на основі сучасних математичних методів з використанням класичних положень механіки рідин та газів. Експериментальні дослідження здійснювались з використанням сучасних технічних засобів, методів планування експерименту та математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розкритті закономірностей процесу маніпулювання плоскими деталями верху взуття при загрузці їх в технологічну машину на засадах теоретичного обґрунтування взаємодії робочого органа пасивного вакуумного захвата з зовнішнім середовищем (деталлю). Для цього:–

виконано порівняльний аналіз пристроїв для маніпулювання плоскими деталями малої жорсткості і складної форми;–

розроблено математичні моделі процесів фільтрації робочого середовища в камеру робочого органа крізь пористий матеріал деталі верху взуття та крізь контактний зазор між деталлю та юбкою присоса;–

отримано аналітично і експериментально підтверджено закономірності зміни часу утримання деталі пасивним вакуумним захватним пристроєм в залежності від фізико-механічних властивостей об’єкта маніпулювання, геометричних характеристик робочого органа захвата та технологічних параметрів.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень підтвердили можливість використання пасивних вакуумних захватних функціональних груп машин для деталей верху взуття, виготовлених з натуральних та штучних шкір.

Запропоновано інженерний метод розрахунку, що дозволить проектувати робочі органи пасивних вакуумних захватів з урахуванням фізико-механічних властивостей поверхні об’єкта маніпулювання, а також технологічних параметрів роботи захватного пристрою.

Розроблено конструкції технологічно гнучких енергозберігаючих захватних функціональних груп машин для маніпулювання плоскими деталями, що захищені патентами України на винахід № 33533 А, № 35903 А.

Результати дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі в Хмельницькому національному університеті при підготовці спеціалістів з спеціальностей 7.090222 “Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування” та 7.091820 “Взуття, шкіргалантерейні та лимарні вироби”.

Виробничі випробування розробленого захватного пристрою на підприємстві ВАТ “ВЗУТЕКС” підтвердили можливість використання пасивних вакуумних захватів для загрузки шкіряних деталей верху взуття в технологічну машину і засвідчили високу надійність запропонованої конструкції. Річний економічний ефект від впровадження одного захватного пристрою склав 1239 грн. в умовах ВАТ “ВЗУТЕКС”.

Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні мети роботи та вирішенні основних задач. Здобувачу належать основні ідеї в розробці методики досліджень, математичних моделей процесу натікання повітря в камеру робочого органа захватного пристрою; розробка оригінального устаткування для проведення експериментальних досліджень; обробка експериментальних даних, узагальнення результатів та формулювання висновків.

В роботах [1, 5, 8] автору належить постановка задач та аналіз результатів дослідження. В [2, 3, 10] – розробка математичних моделей та формулювання висновків. В [4, 9] – розробка конструкції установки, аналіз та наукове обґрунтування отриманих результатів. В [6, 7] – розробка основних ідей, які лягли в основу патента, формулювання формули винаходу.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи були представлені і отримали позитивну оцінку на: науково-практичній конференції “Технологічний університет в системі реформування освітньої та наукової діяльності подільського регіону” (м. Хмельницький, 1995 р.); міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні технології та машини” (м. Хмельницький, 1998 р.); всеукраїнській науково-технічній конференції молодих вчених та студентів (м. Київ, 1999 р.); міжнародній науково-технічній конференції “Новітні технології в легкій промисловості та сервісі” (м. Хмельницький, 1999 р.); міжнародній науково-технічній конференції “Ресурсо та енергозберігаючі технології в легкій промисловості та сервісі” (м. Сатанів 2000 р.); міжнародній науково-практичній конференції “Автоматизація виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2002 р.); українсько польській конференції молодих науковців (м. Хмельницький, 2004 р.); засіданнях кафедри машин та апаратів легкої промисловості Хмельницького національного університету (1996-2004 р.р).

Дисертація доповідалась повністю і одержала позитивну оцінку на: науковому семінарі Київського національного університету технологій та дизайну (м. Київ, 2004 р.); засіданні кафедри машин та апаратів виробництв хімічних волокон і текстильної промисловості Чернігівського державного технологічного університету (м. Чернігів, 2005 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 10 друкованих праць, з них 5 у фахових журналах, отримано 2 деклараційні патенти України на винахід, 3 тези доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Обсяг основної частини дисертації складає 152 сторінки машинописного тексту, з них 16 сторінок займають ілюстрації, 11 сторінок займає список використаних джерел з 133 найменувань. Додатки представлені на 24 сторінках. Повний обсяг дисертації становить 176 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовані мета та основні задачі дослідження, показані наукова новизна та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі проведено огляд та аналіз пристроїв що використовуються для автоматичної загрузки плоских деталей в технологічні машини. В результаті виявлено, що для маніпулювання деталями верху взуття з натуральної і штучної шкіри доцільно використовувати пасивні вакуумні захватні пристрої. Вони характеризуються простотою конструкції, безшумні і надійні в роботі, забезпечують збереження товарного вигляду виробів. Крім того автономність роботи таких пристроїв сприяє енергозбереженню.

В другому розділі виконані аналітичні дослідження процесу взаємодії робочого органа пасивного вакуумного захвата з плоскою деталлю верху взуття.

При маніпулюванні плоскими деталями взуттєвого виробництва за допомогою пасивного вакуумного присоса має місце натікання повітря в його робочу камеру. По перше це відбувається через контактний зазор між присосом і деталлю – потік , що виникає внаслідок нерівностей на контактуючих поверхнях юбки присоса та деталі. Крім того натікання повітря проходить і крізь пори матеріалу деталі – потік .

Через наявність цих повітряних потоків розрідження в камері захвата буде зменшуватися і в певний момент часу, коли сила утримання деталі стане меншою від її ваги, захват перестане утримувати деталь.

Натікання повітря крізь зазор між робочою поверхнею присоса і поверхнею впадин нерівностей деталі розглядався як процес фільтрації крізь пористе середовище. Схема процесу показана на рис. 1.

Обґрунтовуючи математичну модель натікання повітря крізь контактний зазор виходили з таких припущень:

1. Зазор між робочою поверхнею присоса і поверхнею впадин нерівностей деталі розглядається як пористе середовище з певним коефіцієнтом проникності.

2. Рух повітря у пористому середовищі приймається за ламінарний в межах застосування лінійного закону фільтрації - закону Дарсі.

3. Температура повітря протягом процесу залишається сталою.

Використовуючи рівняння осесиметричної фільтрації та граничні умови рис. 1 отримали розподіл тиску повітря в зазорі між юбкою присоса і поверхнею деталі в радіальному напрямку:

. (1)

Масовий потік повітря через зазор описується рівнянням:

, (2)

де - коефіцієнт умовного зазору при вході в порожнину присоса; – коефіцієнт фільтрації пористого середовища зазору.

Робочий об’єм камери пасивного вакуумного захвата в процесі маніпулювання не залишається сталим. Розрахунок зміни об’єму виконувався на прикладі захвата поршневого типу (рис. 2).

Для визначення основних параметрів процесу натікання повітря необхідно знати величину тиску повітря у вакуумній камері присоса в початковий момент захвачення. При цьому може бути два випадки:

в першому рівноважний об’єм менший від повного об’єму вакуумної камери робочого органа . Вакуумна камера робочого органа в початковий момент взаємодії останнього з деталлю збільшується до об’єму , і вже потім, внаслідок натікання в присос повітря вона поступово набуває повного об’єму

, (3)

де - жорсткість пружного елемента захвата; площа поршня;

в другому випадку:

, (4)

тобто після зняття деформуючого навантаження пружний елемент відразу повертає камеру до вихідного стану.

Час натікання повітря в вакуумну камеру присоса можна розділити на два етапи. Перший з них – час протягом якого робочий об’єм збільшується від до . При цьому тиск в камері присоса залишається сталим і його можна визначити за формулою (3). Другий відрізок часу відповідає тривалості процесу натікання повітря в камеру присоса від моменту коли форма камери набуде вихідного стану до моменту коли деталь самовільно відокремиться від захвата. Протягом цього етапу робочий об’єм камери залишається сталим і рівним , а внаслідок натікання повітря зростає тиск від до – граничного тиску за якого деталь ще утримується захватом. , де –вага деталі. Сумарний час натікання повітря в робочий орган пасивного вакуумного присоса крізь контактний зазор дорівнює сумі тривалості обох етапів:

, (5)

де ; ; - молекулярна маса повітря; - газова стала; - абсолютна температура.

На рис. 3 показано залежність часу утримання деталі пасивним вакуумним захватом від внутрішнього радіуса юбки присоса при натіканні повітря в його камеру крізь зазор між контактуючими поверхнями присоса і об’єкта маніпулювання, викликаний наявними на них нерівностями.

Як видно з рис. 3 час натікання повітря в порожнину пасивного вакуумного присоса крізь контактний зазор зростає із збільшенням початкового розрідження в його камері. Графіки залежності часу натікання мають максимум в області малих значень . Різке скорочення часу натікання в лівій від екстремуму області значень пояснюється крутим падінням вантажопідйомності захвата. Тобто значення граничного тиску різко падає при зменшенні величини внутрішнього радіуса юбки присоса.

Графік залежності граничного тиску від внутрішнього радіуса юбки має точку перегину при , яка і визначає положення екстремуму. При проектуванні пасивних вакуумних захватних пристроїв для забезпечення максимального часу утримання деталі величину внутрішнього радіуса юбки присоса слід вибирати по можливості ближче до точки екстремуму. Однак при цьому необхідно забезпечити потрібну вантажопідйомність захвата, яка зростає із збільшенням . Використання з доекстремумної області значень, як правило є недоцільним через невелику силу утримання об’єкта, що розвиває захват.

Натікання повітря крізь матеріал деталі визначали на основі відомих законів гідродинаміки, розглядаючи його як процес фільтрації крізь пористе середовище. Модель процесу показана на рис. 4.

Для розрахунку величини повітропроникності ідеалізованої моделі пористого матеріалу було прийнято такі припущення:

1. Об’єкт являє собою пористе середовище, переріз капілярних каналів якого приймаються циліндричними, а канали паралельні між собою.

2. Режим фільтрації ламінарний.

3. Процес ізотермічний.

Масовий потік повітря крізь деталь визначається залежністю

, (6)

де – товщина матеріалу деталі; – коефіцієнт фільтрації; – величина тиску в контактному зазорі з виразу (1).

Час натікання повітря в камеру пасивного вакуумного присоса крізь деталь:

.(7)

де .

В процесі маніпулювання фільтрація повітря через контактний зазор та крізь деталь відбувається одночасно. Потік повітря в камеру присоса дорівнює сумі потоків та . Час натікання при цьому визначається з виразу:

.(8)

Отримані вище залежності для визначення часу натікання повітря в вакуумну камеру присоса крізь зазор між юбкою та деталлю не враховують деформацію виступів нерівностей контактуючих поверхонь, яка неодмінно має місце при їх взаємодії.

Час утримання деталі пасивним вакуумним присосом з урахуванням деформації нерівностей визначається залежністю:

, (9)

де .

Рівняння (9) не можна розв’язати аналітичними способами. Тому виконували чисельне інтегрування за допомогою ЕОМ.

На графіках рис. 5 представлено залежності часу утримання деталі пасивним вакуумним захватом від внутрішнього радіуса юбки присоса без та з урахуванням деформації нерівностей контактуючих поверхонь.

Як видно з графіків, збільшення внутрішнього радіуса юбки присоса приводить до скорочення часу натікання. Зміна ширини юбки присоса по різному впливає на час натікання. Якщо фільтрація проходить тільки крізь контактний зазор, то збільшення ширини юбки дозволяє збільшити час утримання об’єкта. Якщо повітря натікає як крізь контактний зазор так і крізь сам об’єкт то при коефіцієнтах фільтрації збільшення ширини юбки приводить зменшення часу утримання об’єкта маніпулювання.

Третій розділ присвячений експериментальній перевірці отриманих аналітичних залежностей. Розроблена експериментальна установка для дослідження процесів маніпулювання (рис. 6).

Конструкція установки дозволяє контролювати глибину вакууму в порожнині робочого органу з точністю до 2*10-3 Па, час утримання деталі (час натікання повітря в порожнину присоски) з точністю до 0,01с. Система вакуумування дозволяє змінювати в широких межах робочий об’єм пасивного вакуумного присоса, що забезпечує можливість використання розробленої установки для роботи з деталями широкої гами повітропроникності та геометричних характеристик поверхні.

Дослідження проводились з використанням математичних методів планування експерименту. Як фактори варіювання нами було вибрані внутрішній радіус юбки присоса та ширина юбки. В результаті обробки результатів експерименту отримали рівняння регресії, які можна вважати адекватними з 95%-ою надійною ймовірністю згідно критерію Фішера.

На рис. 7 зображено закономірності часу натікання повітря в камеру пасивного вакуумного присоса. Положення та форма поверхні часу натікання повітря отриманої на основі експериментальних даних мало відрізняється від положення та форми поверхні побудованої за результатами аналітичних досліджень.

Для аналізу кількісного впливу діючих факторів зручніше користуватися перерізами поверхонь 1 і 2 площинами паралельними площині при дослідженні впливу на час натікання внутрішнього радіуса присоса , та площинами паралельними площині при дослідженні впливу на час натікання ширини юбки присоса .

На рис. 8, 9 зображені графіки отримані в результаті описаних вище перерізів поверхонь часу натікання. А саме залежності величини часу натікання повітря в камеру пасивного вакуумного від внутрішнього радіуса юбки присоса рис. 8 та від ширини її робочої поверхні рис. 9.

З представлених графіків видно, що математична модель та отримані регресійні залежності задовільно узгоджуються. Відносне відхилення експериментальних значень від теоретичних не перевищує 16%. Що підтверджує правомірність використання розробленої математичної моделі для дослідження процесів, які відбуваються при маніпулюванні деталями легкої промисловості за допомогою пасивного вакуумного захвата.

Четвертий розділ присвячений виробничій перевірці працездатності та ефективності роботи пристроїв. Однією з задач проведених досліджень була розробка технологічно гнучких захватних пристроїв. А саме таких пристроїв, які зможуть забезпечити надійність та якість виконання операції при зміні розмірів чи форми деталей. Конструктивне виконання технологічно гнучких пасивних вакуумних захватних пристроїв визначається фізико-механічними властивостями об’єктів маніпулювання та вимогами технологічного процесу виробництва. Технологічна гнучкість дозволяє використовувати їх як при масовому так і дрібносерійному виробництвах. Розроблені пристрої забезпечують можливість швидкого реагування на зміну моделей та асортименту взуття.

Одним з варіантів вирішення поставленої задачі є використання схеми роботи пристрою, яка представлена на рис. 10.

Робочі органи захватного пристрою – пасивні вакуумні присоси об’єднано в блоки у вигляді двох лінійок. При взаємодії захвата з деталлю спрацьовують, тобто утримують деталь, лише ті присоси, контактна поверхня яких повністю перекривається поверхнею деталі 5, як наприклад присоси 1, 2. Якщо контактна поверхня робочого органа захвата не перекривається поверхнею деталі або перекривається неповністю, то такі присоси не беруть участі в захваті деталі (наприклад 3, 4).

Така схема роботи пристрою дозволяє використовувати його для маніпулювання плоскими деталями що мають складний контур, отвори, різних за розмірами та формою без особливої переналадки.

У випадку значних коливань лінійних розмірів деталей можна регулювати відстань між блоками присосів. Використання в якості робочих органів пасивних вакуумних присосів дозволяє захватним пристроям такого типу працювати в автономному режимі. Крім того не відбувається постійних витрат повітря протягом всього часу маніпулювання деталлю робочими органами які не беруть участь в захваті, як це мало б місце при використанні активного вакууму.

Розроблено конструкції захватних пристроїв для маніпулювання плоскими деталями верху взуття, які використовують принцип технологічної гнучкості. На рис. 11 показано одну з них.

Запропонована конструкція захватного пристрою для маніпулювання плоскими деталями дозволяє уникнути шкідливої дії сил прилипання при поштучному відокремленні деталей від стосу. Процес відокремлення деталі пристроєм відбувається поступово, починаючи від країв і до умовного центру. Таким чином сили прилипання руйнуються поетапно і не мають суттєвого впливу на процес відриву деталі. Крім того, наявність пружного коромисла 2 та упора 5 забезпечує розтягування деталі, яка відокремлюється, чим досягається зміщення її країв відносно наступної деталі стосу, і тим самим зменшення сили зчеплення між ними. Регулювання відстані між повзунами 3 та висоти упора 5 дозволяє використовувати дану конструкцію пристрою для відокремлення деталей різної форми та габаритів.

Ще одним варіантом виконання технологічно гнучкого захватного пристрою для поштучного відокремлення та подачі деталей виготовлених з матеріалів, наділених малою жорсткістю, пропонується конструкція вакуумного схвата рис. 12.

Його робочі органи – присоси об’єднано у два окремі захватні блоки, шарнірно встановлених з можливістю зміни їх відносного положення на протилежних кінцях штанг, що з`єднані поперечкою, яка шарнірно приєднана за допомогою коромисла до корпусу, при цьому місце розташування поперечки відносно захватних блоків змінне і встановлене з ексцентриситетом, а до коромисла жорстко приєднано упор встановлений з можливістю регулювання його положення по висоті.

Завдяки ексцентричному розташуванню місця приєднання поперечки до штанг з прикріпленими до них захватними блоками при відриві верхньої деталі від стосу схват повертається в шарнірі у бік більшого плеча штанги і відповідно спочатку починає відокремлюватись той край деталі, який захоплений присосами розташованими на коротких плечах штанг. Це сприяє поступовому відокремленню верхньої деталі, унеможливлюючи тим самим утворення вакуумної подушки під деталлю, яка відокремлюється, одночасно підвищується надійність процесу, при цьому зберігається орієнтація відокремленої деталі, а також не порушується орієнтація у інших деталей, що знаходяться у стосі.

Для запропонованих схем технологічно гнучких захватних пристроїв розроблено конструкції робочих органів – пасивних вакуумних присосів та інженерний метод розрахунку їх параметрів. Розроблено прикладну програму, яка дозволяє виконати інженерні розрахунки параметрів робочих органів пасивних вакуумних захватних пристроїв на ЕОМ.

ВИСНОВКИ

1. Запропоновано для виконання захвату, поштучного відокремлення від стопи та подачі на подальшу технологічну позицію плоских деталей верху взуття малої жорсткості, виготовлених з матеріалів що мають низьку повітропроникність, а саме натуральних та штучних шкір, використовувати захватні пристрої, робочими органами яких є пасивні вакуумні присоси.

2. Розроблено фізичні та математичні моделі процесів натікання повітря до камери пасивного вакуумного захвата крізь зазор між контактною поверхнею присоса і деталлю, а також крізь саму деталь. Отримано аналітичні залежності для визначення часу утримання деталі пасивним вакуумним захватом. Максимальний час утримання деталі досягається при значеннях внутрішнього радіуса юбки присоса .

3. Аналітично перевірено та експериментально підтверджено, що основними факторами, які впливають на характер процесу взаємодії робочого органа пасивного вакуумного захвата з деталлю, є: геометричні параметри юбки присоса – внутрішній радіус та ширина юбки ; технологічні параметри роботи захвата – об’єм вакуумної камери і початкове розрідження в ній ; фізико-механічні властивості матеріалу деталей – висота нерівностей поверхні та їх форма, жорсткість матеріалу.

4. Підтверджено принципову можливість застосування у якості робочих органів захватів при маніпулюванні м’якими плоскими деталями складної форми пасивних вакуумних присосів. Встановлено, що тривалість утримання деталі пасивним вакуумним захватним пристроєм, яка складає до 18…140 с, у декілька разів перевищує час необхідний для виконання операцій маніпулювання (5…8 с.).

5. Результати експериментальних досліджень засвідчили правомірність прийнятих припущень і адекватність запропонованих аналітичних моделей реальним процесам. Максимальне відхилення в значеннях експериментальних та аналітичних величин не перевищує 16 %.

6. Розроблено енергозберігаючі конструкції технологічно гнучких пасивних вакуумних захватних пристроїв для маніпулювання м’якими плоскими деталями верху взуття, які забезпечують надійність та якість виконання маніпулювання при зміні розмірів та форми деталей і захищені охоронними документами. Складено програму, яка дозволяє виконати інженерні розрахунки параметрів робочих органів пасивних вакуумних захватних пристроїв на ЕОМ.

7. Результати дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі Хмельницького національного університету.

8. Річний економічний ефект від впровадження захватного пристрою в умовах ВАТ “ВЗУТЕКС” склав 1239 грн. на один пристрій.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Драпак Г.М., Романець Т.П. Дослідження повітропроникності об’єктів маніпулювання. Вісник Технологічного університету Поділля, 1998 р. № 1 с. 24 – 27.

2. Драпак Г.М., Романець Т.П. Математична модель процесу взаємодії вакуумного захвату з об’єктом маніпулювання. //Вісник Технологічного університету Поділля, 1998 р. № 4 с. 89 – 91

3. Драпак Г.М., Поліщук О.С., Романець Т.П. Визначення часу натікання повітря в камеру пасивного вакуумного захвату // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2002.- №3. Т. 2. - с.188...192.

4. Романець Т.П., Драпак Г.М. Експериментальні дослідження процесу взаємодії робочого органа пасивного вакуумного захвата з об’єктом маніпулювання // Вісник КНУТД, м. Київ.- 2003.- №3. с. 103...107.

5. Драпак Г.М., Романець Т.П., Онофрійчук В.І. Використання пасивних вакуумних захватів у взуттєвій промисловості // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2003.- №6. Ч.1, Т. 2. - с.254...257.

6. Патент № 33533 А, Україна. МПК В 25 J 15/06. Вакуумний схват/ Драпак Г. М., Романець Т. П. (Україна); Технологічний університет Поділля - № 99031248 // Заяв. 05.03.99. Опубл. 15.02.01.

7. Патент № 35903 А, Україна. МПК В 25 J 15/06. Схват маніпулятора/ Драпак Г. М., Романець Т. П. (Україна); Технологічний університет Поділля - № 99031252 // Заяв. 05.03.99. Опубл. 16.04.01.

8. Драпак Г.М., Романець Т.П. Дослідження процесу взаємодії захвату з об’єктом маніпулювання.//Збірник доповідей науково-практичної конференції з нагоди річниці Технологічного університету Поділля “Технологічний університет в системі реформування освітньої та наукової діяльності Подільського регіону”, Хмельницький, 29 – 30 вересня 1995 р.

9. Драпак Г.М., Романець Т.П. Установка для експериментального дослідження процесу маніпулювання деталями легкої промисловості./ Актуальні проблеми техніки та суспільства. Випуск 1 // Збірник статей, Хмельницький, -1996 р. - с 170...172.

10. Драпак Г.М., Романець Т.П. Аналітичне визначення часу утримання деталі пневматичним захватом. Проблеми сучасного машинобудування // Збірник наук. праць, Хмельницький, ТУП, 1996 р.

АНОТАЦІЯ

Романець Т.П. Розробка пристроїв для захвату плоских деталей верху взуття. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.10 – машини легкої промисловості. Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2005.

Дисертація присвячена розробці захватних пристроїв для загрузки деталей верху взуття в технологічні машини. Запропоновано для виконання захвату, поштучного відокремлення від стосу та подачі на подальшу технологічну позицію плоских деталей верху взуття, виготовлених з матеріалів що мають низьку повітропроникність, використовувати захватні пристрої, робочими органами яких є пасивні вакуумні присоси. Розроблено фізичні та математичні моделі процесу взаємодії робочого органа захвату з деталлю. Розроблено конструкції технологічно гнучких захватних пристроїв для плоских деталей верху взуття, працездатність та ефективність роботи яких перевірена у виробничих умовах.

Ключові слова: технологічна машина, захватний пристрій, деталь верху взуття, пасивний вакуумний присос.

АННОТАЦИЯ

Романец Т.П. Разработка устройств для захвата плоских деталей верха обуви. – Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.10 – машины легкой промышленности. Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2005.

Диссертация посвящена разработке захватных устройств для загрузки деталей верха обуви в технологические машины.

Значительная часть времени технологического цикла при обработке деталей верха обуви и сборке их в заготовку расходуется на вспомогательные операции, которые на сегодня выполняются преимущественно вручную. Разработка технологически гибких автономных устройств для подачи плоских деталей верха обуви в технологические машины представляет собой актуальную задачу. Ее решение позволит уменьшить время на изготовление и обработку деталей, повысить точность сборки заготовок, уменьшить количество персонала обслуживающего машину, снизить себестоимость изготовления изделий.

В работе проведен обзор и анализ устройств, которые используются для автоматической загрузки мягких плоских деталей в технологические машины. В результате предлагается для манипулирования деталями верха обуви из натуральной и искусственной кожи, учитывая короткую продолжительность процесса и низкую воздухопроницаемость материала деталей, использовать пассивные вакуумные присосы. Устройства такого типа могут найти применение и в других областях промышленности. В частности для захвата воздухонепроницаемых объектов с гладкой ровной поверхностью, например, листов бумаги в полиграфии, листового стекла и т.п.

При использовании пассивного присоса не происходит постоянного отсасывания воздуха из его полости, поэтому время удержания детали ограничивается объемом вакуумной камеры присоса. В процессе манипулирования плоскими деталями обувного производства воздух натекает в камеру присоса через контактный зазор между присосом и деталью, вследствие неровностей на контактирующих поверхностях юбки присоса и детали. Кроме того, воздух натекает и сквозь поры материала детали. Благодаря наличию этих воздушных потоков разрежение в камере присоса уменьшаться. Время удержания детали присосом определяется как время натекания воздуха в его вакуумную камеру.

Натекание воздуха через зазор между рабочей поверхностью присоса и поверхностью впадин неровностей детали, а также натекание сквозь материал детали определяли на основе известных законов гидродинамики, рассматривая их как процесс фильтрации через пористую среду.

В результате аналитических исследований получены математические модели для определения времени удержания детали пассивным вакуумным присосом при натекании воздуха в его камеру через контактный зазор, сквозь материал детали и при одновременном натекании воздуха через указанные зоны. Также получены уточненные математические модели для определения времени удержания детали захватом, которые учитывают влияние деформации неровностей контактирующих поверхностей.

Установлено аналитически и экспериментально подтверждено, что основными факторами, которые влияют на характер процесса взаимодействия рабочего органа пассивного вакуумного захвата с деталью, являются геометрические параметры присоса – внутренний радиус юбки и ее ширина; технологические параметры работы захвата – объем вакуумной камеры и начальное разрежение в ней; физико-механические свойства материала деталей – высота неровностей поверхности, их форма и жесткость материала. Результаты экспериментальных исследований подтвердили правомерность принятых допущений и адекватность предложенных аналитических моделей реальным процессам.

Подтверждена принципиальная возможность применения в качестве рабочих органов захватов при манипулировании мягкими плоскими деталями сложной формы пассивных вакуумных присосов. Установлено, что продолжительность удержания детали пассивным вакуумным захватным устройством, которая составляет до 18...140 с, в несколько раз превышает время необходимое для выполнения операций манипулирования (5...8 с.).

Разработаны энергосберегающие конструкции технологически гибких пассивных вакуумных захватных устройств для манипулирования мягкими плоскими деталями верха обуви, которые обеспечивают надежность и качество выполнения манипулирования при изменении размеров и формы деталей и защищены охранительными документами. Производственные испытания разработанного захватного устройства на предприятии ОАО “ВЗУТЕКС” подтвердили возможность использования пассивных вакуумных захватов для загрузки кожаных деталей верха обуви в технологическую машину и подтвердили высокую надежность предложенной конструкции. Годовой экономический эффект от внедрения одного захватного устройства в условиях ОАО “ВЗУТЕКС” составил 1239 грн.

Для предложенных схем технологически гибких захватных устройств разработаны конструкции рабочих органов – пассивных вакуумных присосов и инженерный метод расчета их параметров. Разработана прикладная программа, которая разрешает выполнить инженерные расчеты параметров рабочих органов пассивных вакуумных захватных устройств на ЭВМ.

Ключевые слова: технологическая машина, захватное устройство, деталь верха обуви, пассивный вакуумный присос.

SUMMARY

Romanets T.P. The elaboration of devices for gripping of flat components of the of the footwear’s upper part. - Manuscript. The thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences in speciality 05.05.10 - machines of the light industry. Kiev National University of Technologies and Design, Kyiv, 2005.

The given dissertation is devoted to elaboration of gripping devices for loading the footwear’s upper pat components in technological machines. It order to execute the grip, to separate by the piece from the foot and present for further technological position of flat components of the footwear’s upper part. Which have been produced from materials that possess low degree of permeability to air, namely genuine and artificial leathers, use gripping devices, the working organs of which are passive vacuum suckers. Physical and mathematical models of processes of flow of air to the chamber of the passive vacuum sucker through the clearance between the contact surface of the sucker and the component, as well as throughout the component have been developed. There have been elaborated energy-saving construction of technologically flexible passive vacuum gripping devices for flat components of the foot car’s upper part.

Keywords: technological machine, gripping device, footwear’s upper part component, passive vacuum sucker.