Быстродействующие безнасосные многономенклатурные вакуумные захватные агрегатные модули с расширенными функциональными возможностями
На правах рукописи
ПРИВЕДЕНЕЦ ИГОРЬ АДАМОВИЧ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ БЕЗНАСОСНЫЕ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНЫЕ ВАКУУМНЫЕ ЗАХВАТНЫЕ АГРЕГАТНЫЕ МОДУЛИ С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ Специальность 05.02.02 – машиноведение, системы приводов и детали машин
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Владимир 2010
Работа выполнена на кафедре «Автоматизация технологических процессов» Владимирского государственного университета Научный руководитель доктор технических наук, профессор Сысоев Сергей Николаевич Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Веселов Олег Вениаминович кандидат технических наук Черкасов Юрий Владимирович Ведущая организация ОАО «НИКТИД», г. Владимир
Защита состоится « 25 » ноября 2010 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д.212.025.05 при ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет» по адресу: 600000, г. Владимир, ул.
Горького, 87, ауд. 211-
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета.
Автореферат диссертации размещен на сайте университета www.vlsu.ru Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: E–mail: [email protected];
тел. (4922) 479 928, факс: (4922)53-25- Автореферат разослан «_» _ 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, Е.А. Новикова доцент
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В условиях жесткой конкуренции в мировой экономике Россия может сохраниться как государство только в случае серьезного экономического прорыва. Поэтому главнейшей задачей, поставленной в программе развития машиностроения России, является повышение темпов роста производства путем создания отечественных инновационных технологий и оборудования.
Успех решения данной проблемы зависит от применения и развития современных принципов проектирования систем приводов, создания новых высокоэффективных устройств и технологий с помощью прогрессивных методов нахождения технических решений Из современных системных методов нахождения технических решений своей эффективностью выделяется метод исследования функционально физических связей (МИФФС), который позволяет в общем виде достаточно четко обосновывать распределение функций между модулями.
Появление и совершенствование высокоскоростных цикловых приводов маятникового типа, значительно сокращающих время выполнения транспортных операций, привело к необходимости поиска технических решений, направленных на уменьшение времени захвата и установки изделия манипуляционным механизмом в общем цикле обслуживания основного технологического оборудования.
Созданный сравнительно недавно новый класс быстродействующих вакуумных захватных агрегатных модулей, представляющий собой систему взаимосвязанных приводов, состоящую из захватного модуля и привода его перемещения, не нашел в настоящее время должного применения в промышленности. Это связано с тем, что конструктивные особенности захватных модулей ограничивают область их применения как по габаритным размерам захватываемого изделия, так и возможностью осуществить операцию «отпустить» изделие в тару, что широко распространено, например, при обслуживании основного технологического оборудования в холодной листовой штамповке.
Поэтому актуальным является исследование существующих и разработка новых систем приводов, расширяющих области применения быстродействующих безнасосных вакуумных захватных агрегатных модулей (ВЗАМ) без снижения скоростных характеристик.
Цель работы – расширение области применения быстродействующих захватных устройств агрегатно-модульного типа.
Для достижения поставленной цели сформулированы задачи:
1. Анализ современных быстродействующих захватных устройств агрегатно-модульного типа и выявление возможности расширения номенклатуры захватываемых изделий;
2. Выявление закономерностей физических процессов, происходящих в модулях в условиях реальных ситуаций их функционирования;
3. Разработка быстродействующих вакуумных захватных модулей, выполняющих функции «взять» и «установить» изделие с учетом реальных производственных условий;
4. Разработка математических моделей и проведение параметрических исследований эффективности работы устройств;
5. Проведение экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях.
Методы исследований. В работе использовались основные научные положения пневматики, физики, термодинамики, методы поискового конструирования, структурного и параметрического анализа, натурного эксперимента.
Научная новизна заключается:
в выявленных закономерностях работы вакуумных захватов в реальных производственных условиях, использование которых устраняет ограничения их применения как по габаритным размерам захватываемых изделий, так и при загрузке в тару;
методике нахождения технических решений, позволяющей совершенствовать структуры систем приводов путем выявления и организации причинных взаимосвязей для требуемой области применения;
создании структур быстродействующих вакуумных захватных модулей с расширенной номенклатурой захватываемых изделий;
моделях, позволяющих оптимизировать по быстродействию параметры многономенклатурных вакуумных захватных агрегатных модулей.
Практическая полезность и реализация результатов работы в промышленности заключается:
в разработке методики проектирования, позволяющей создавать быстродействующие захватные устройства агрегатно-модульного типа, обладающие расширенной областью применения;
создании вакуумного захватного устройства, автономно работающего с заготовками вне зависимости от их габаритных размеров;
создании вакуумного захватного устройства, расширяющего область применения быстродействующих захватных агрегатных модулей.
Реализация результатов работы. Результаты работы используются:
ОАО «ВЭМЗ» в цехе холодной листовой штамповки;
Владимирским государственным университетом в дисциплинах "Гидропневмоавтоматика мехатронных систем", "Автоматизация технологических процессов".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Проблемы исследования и проектирования машин», 2006 г., г. Пенза;
«Информационные технологии в авиационной и космической технике», 2009 г., г. Москва, МАИ. На научно-технических конференциях Владимирского государственного университета и на научно-технических семинарах кафедры автоматизации технологических процессов 2006-2010 гг.
Захватные модули экспонировались на выставке научно-технических достижений Владимирского государственного университета в 2007 г.
На защиту выносятся следующие положения:
закономерности работы вакуумных захватов в реальных производственных условиях, использование которых устраняет ограничения их применения как по габаритным размерам захватываемых изделий, так и при загрузке в тару;
методика нахождения технических решений, позволяющая совершенствовать структуры систем приводов путем выявления и организации причинных связей для требуемой области применения;
математические модели, позволяющие осуществить проведение параметрических исследований;
структуры быстродействующих вакуумных захватных модулей с расширенной номенклатурой захватываемых изделий;
быстродействующие системы приводов с безнасосными вакуумными захватными модулями;
результаты исследования влияния параметров вакуумных захватных модулей на их функционирование.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 работ, в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК для публикаций результатов диссертаций и 2 патента на изобретения РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 140 наименований и приложений. Общий объем диссертации страницы машинописного текста, в том числе: 130 страниц основного текста, включающего 37 рисунков, 7 таблиц и 34 страницы приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность исследуемой темы, сформулированы цель и основные задачи исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту, отмечены научная и практическая значимость результатов, даны сведения о публикациях.
Первая глава посвящена анализу приводов и систем приводов современных вакуумных захватных механизмов, применяемых для обслуживания высокопроизводительного технологического оборудования.
Большую группу захватных устройств составляют вакуумные захваты, принцип действия которых основан на создании прижимного усилия за счет разряжения воздуха в рабочей камере, образованной поверхностью изделия и корпуса захвата.
Конструктивное выполнение и область их использования зависят от способа создания давления разрежения воздуха в рабочей камере захвата – насосные и безнасосные.
Разработка, расчет и исследование вакуумных захватных устройств освещены в многочисленных трудах, включая работы А.А. Окунева, С.Н. Колпашникова, С.Н. Сысоева, И.Б. Челпанова, Ю.В. Черкасова.
Современные вакуумные захватные агрегатные механизмы представляют собой систему приводов, выполняющих как функцию захвата и удержания изделия, так и функцию перемещения захвата.
Создание систем приводов вакуумных захватных устройств, отвечающих современным требованиям, возможно на основе применения и совершенствования эффективных принципов, методов проектирования и разработки инновационных технологий и оборудования. Наиболее прогрессивным является агрегатно-модульный принцип построения систем, возникший в результате потребности разрешения противоречий при стремлении разработчиков объединить преимущества универсальности и специализированности. Данный принцип позволяет конструктивно реализовать систему взаимосвязанных приводов на различных уровнях – с использованием центральной системы управления, на аппаратном уровне и организацией взаимосвязей физических процессов, протекающих в системе.
Общим принципам и методам построения систем, разработке инновационных технических решений посвящены многочисленные труды ученых и специалистов, включая работы Г.С. Альтшуллера, Л. Берталанфи, А.И. Половинкина, М.А. Орлова, С.Н. Сысоева и других отечественных и зарубежных исследователей. Применительно к вакуумным захватным модулям из современных системных рациональных методов нахождения технических решений своей эффективностью выделяется метод исследования функционально-физических связей (МИФФС). Он позволяет в общем виде достаточно четко обосновывать деление функций между модулями. При этом разработка технического объекта (ТО) с требуемыми функциями осуществляется путем выявления и организации существенных причинных взаимосвязей между физическими явлениями, происходящими в ТО в конкретной области применения.
В результате анализа систем приводов, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к устройствам данного типа, выявлены современные вакуумные захватные агрегатные модули (ВЗАМ) (рис. 1, 2), выполняющие функции «взять» и «установить» изделие безнасосным вакуумным захватом.
Рычаг Изделия Рабочая поверхность а) б) Рис. 1. Схемы вакуумных захватных агрегатных модулей:
а – для работы со стопой изделий;
б – для работы с одним изделием В них решены вопросы требуемой надежности удержания изделия в захвате, быстродействия, простоты конструкции и управления. Однако данные быстродействующие устройства обладают ограничениями по области их применения. Ограничения связаны с габаритными размерами захватываемого изделия, а также отсутствием возможности «отпустить» изделие без наличия силового взаимодействия рычагов с рабочей поверхностью, например, в случае необходимости «бросить» изделие в тару. Поэтому актуальной считается разработка новых быстродействующих безнасосных вакуумных захватных модулей (ВЗМ), расширяющих область их эффективного применения.
Вторая глава посвящена разработке методики конструирования, анализу и синтезу безнасосных ВЗМ. Объектом исследования служит безнасосный вакуумный захват, работающий с изделиями, захватываемыми и устанавливаемыми на рабочую поверхность (рис. 2) и без нее.
Предлагаемая методика поиска закономерностей, базирующаяся на МИФФС, заключается в следующем: 1) анализ потребностей ТО и выявление этапов его работы;
2) формирование структуры потребностей, функций и физических явлений;
3) анализ и выявление существенных физических явлений функционирования ТО;
4) организация причинных взаимосвязей между выявленными физическими явлениями;
5) синтез ТО.
П - перемещение отп h отп hз П - перемещение з Fи- силовое А Fз - усилие D отп воздействие изделия Dз удержания Рабочая поверхность а) б) Рис. 2. Схемы исследуемого объекта:
а – устройство без изделия;
б – устройство с захваченным изделием Потребности (П), функции (Ф) и физические явления (J) захватного устройства в данной области применения организованы следующим образом:
Па Па-б Пб-в Пв-д Пд-е Пе-ж Пж-з Пз-а ;
Фа Фа-б Фб-в Фв-д Фд-е Фе-ж Фж-з Фз-а ;
Jа Jа-б Jб-в Jв-д Jд-е Jе-ж Jж-з Jз-а, где потребности, функции, физические явления соответственно: а – исходного положения;
а-б – опускания устройства в направлении изделия;
б-в – захват изделия;
в-г – подъем устройства с изделием;
г-д – исходное положение устройства с захваченным изделием;
д-е – опускание устройства с изделием;
е-ж – отпускание изделия;
ж-з – подъем устройства без изделия.
Раскрывая физические явления, получим множество, соответствующее этапам работы ВЗМ.
Для всех ситуаций физических явлений существуют физические явления, которые представляют собой следующие выражения:
[(D=Dз) ( = з) (h=hз) (Fз = 0) (рА = 0) (П = 0) (aторм=0) (Fи=0)];
Jа [(D=Dз) ( = з) (h=hз) (Fз = 0) (рА = 0) (П = 1) (aторм=0) (Fи=0)];
Jа-б Jб-в [(DDотп) (отп) (hhотп) (Fз =0) (рА =0) (П0) (aторм=1) (Fи1)];
[(D=Dотп) (=отп) (h=hотп) (Fз 1) (рА 1) (П=0) (aторм=0) (Fи0)];
Jв-г Jг-д [(D=Dотп) (=отп) (h=hотп) (Fз =1) (рА =1) (П=0) (aторм=0) (Fи=0)];
[(D=Dотп) (=отп) (h=hотп) (Fз =1) (рА =1) (П=1) (aторм=0) (Fи=0)];
Jд-е [(D=Dотп) (=отп) (h=hотп) (Fз 0) (рА 0) (П0) (aторм=0) (Fи1)];
Jе-ж [(DDз) (з) (hhз) (Fз =0) (рА 0) (П0) (aторм=0) (Fи0)].
Jж-з Анализ физических явлений работы ВЗМ показал, что существуют закономерности, которые можно использовать в качестве информационных и силовых потоков для реализации процессов «взять» и «отпустить» изделие.
Совокупность закономерности физических явлений, которые можно использовать в качестве признаков команд управления ВЗМ, следующие:
изменение геометрии уплотнительного элемента захвата;
наличие перемещения присоски в направлении изделия;
силовое воздействие на присоску со стороны изделия.
Данные причинные взаимосвязи реализованы в ВЗАМ [4], показанном на рис. 3. Уплотнительный элемент установлен в корпусе с возможностью осевого перемещения и подпружинен. На уплотнительном элементе установлен рычаг с возможностью силового взаимодействия с корпусом при выполнении устройством функции «отпустить» изделие.
При выполнении устройством операции «взять» изделие рычаг не взаимодействует с корпусом и захват изделия осуществляется традиционным способом. При выполнении устройством операции «отпустить» изделие рычаг, взаимодействуя с корпусом, поворачивается.
Уплотнительный элемент отводится от поверхности изделия, и разгерметизируется рабочая полость присоски. Силовое взаимодействие рычага с поверхностью изделия устраняет ограничения по работе устройства с габаритными изделиями. Однако данный ВЗАМ не может «отпустить» изделие, например, в тару. Поэтому исследуем этапы работы вакуумного захвата без установки изделия на рабочую поверхность. В устройстве [3], показанном на рис. 4, реализованы данные причинные взаимосвязи.
Анализ физических явлений для новой ситуации выявил следующую закономерность: начало процессов «взять» и «отпустить» изделие сопровождаются ускорениями торможения устройства, причем выполнение процесса «взять» изделие сопровождается силовым воздействием со стороны изделия, а при выполнении процесса «отпустить» оно отсутствует. В нем на уплотнительном элементе присоски установлен рычаг с инерционной массой.
Корпус Рычаг Корпус Присоска Рычаг Инерционная Уплотнительный Уплотнительный элемент масса элемент Изделие Рабочая часть рычага Рис. 4. Схема захватного модуля с инерционной массой Рис. 3. Схема захватного модуля Выполнение операции «отпустить» изделие сопровождается ускорением торможения, силовым воздействием на рычаг со стороны инерционной массы, и происходит разгерметизация рабочей полости присоски.
Макетирование, натурные испытания подтвердили работоспособность и эффективность устройства. Разработанные устройства представляют собой модули, автономно работающие от требуемых внешних воздействий. Объединением их с модулями перемещения захвата реализованы системы взаимосвязанных приводов, показанные на рис. 5.
Механическая рука Пневмоцилиндр Клапан Э Распределитель Клапан Э Пневмоцилиндр Уплотнительный Рычаг элемент Уплотнительный элемент Рычаг Инерционная масса а) б) Рис. 5. Схемы захватных агрегатных модулей:
а – с использованием рычажного ВЗМ;
б – с использованием ВЗМ с инерционной массой В исходном положении поршневая полость пневмоцилиндра не соединена с линией питания избыточного пневматического давления и вакуумный захват занимает крайнее верхнее положение.
При подаче сигнала управления на выполнение функции «взять» изделие включается распределитель, соединяя линию пневмопитания с пневмоцилиндром. В поршневой полости начинает увеличиваться избыточное давление в результате чего захват перемещается в направлении захватываемого изделия. При этом величина давления не резко увеличивается, так как увеличивается объем поршневой камеры. В результате касания и силового взаимодействия уплотнительного элемента пневмозахвата с изделием выполняется функция захвата. При этом уменьшается изменение объема камеры поршневой полости пневмоцилиндра, что приводит к возрастанию в ней величины давления рабочей среды и срабатыванию клапана. Поршневая полость соединяется с атмосферой (разгерметизация), и пневмозахват с захваченным изделием поднимаются вверх, занимая крайнее верхнее положение.
Процесс установки (отпускания) изделия осуществляется аналогичными командой управления и процессами. Отличие работы ВЗАМ с инерционной массой заключается в том, что выполнение функции «отпустить» изделие начинается при завершении полного хода поршня пневмоцилиндра.
На рис. 6 показан график характера изменения J в устройстве.
J Zп Zип Zи Zии Zки ПК=0 ПК= ПК Э Э= Э= рпп Т, Ф рз Фин Фоп1 Фз Фоп2 Фик Фп1 Фипз Фтр Фот Фп Рис. 6. Характер процессов, происходящих в модуле:
где Т – время;
Фипз, Фин, Фик – соответственно функции исходного положения изделия, начального и конечного состояния ВЗАМ;
Фоп1 и Фоп2 – соответственно функции опускания присоски без изделия и с изделием;
Фз и Фот – соответственно функции захвата и отпускания изделия;
Фп1, Фп2 – соответственно функции подъема присоски с изделием и без изделия;
Фтр – функция транспортирования;
Zип, Zии и Zки – текущие положения присоски и изделия исходные и конечные;
ПК – работа предохранительного клапана;
Э – команды управления распределителем;
pпп – манометрическое давление воздуха в поршневой полости пневмоцилиндра;
Р – усилие удержания изделия.
Данные технические решения расширяют область эффективного применения быстродействующих ВЗАМ.
Захватное устройство (см. рис. 5, а), так же как и устройства (см. рис. 1) имеют сходное рычажное управление работой захватного модуля. Их моделирование, параметрические исследования были приведены в работах А.В. Бакутова и С.Н. Сысоева.
С точки зрения проведения вычислительного эксперимента дополнительный интерес представляет устройство с использованием инерционной массы (см. рис. 5, б).
Третья глава посвящена составлению математической модели многофункционального захватного модуля, реализации модели на ЭВМ и проведению параметрических исследований для выявления работоспособности и максимального быстродействия выполняемых им операций.
Математическая модель ВЗАМ, состоящего из двух пневмоприводов:
вакуумного захвата и привода его перемещения, представляет собой шесть систем дифференциальных уравнений, описывающих динамику устройства (прямой и обратный ход). Динамика ВЗАМ описывается обобщенной системой уравнений.
m m p1 p a S 1 m m з g c1 y п k m m з g y ;
y з и m mи g mи p a p 2 S 2 c 2 y п ;
y y и RTм G м Ta Gкл p1 S 1 y ;
k p V01 S 1 y кл ;
G Kf p кл кл кл RT p k RT G G ;
2 V2 a a a T 2 RGm Gкл T1 T1 S T1 p1 1 y, p1 V01 S 1 y V01 S 1 y p где m – приведенная масса подвижных частей, mз – масса изделия;
mи – инерционная масса;
p1, p2, pм, pа – давления соответственно в полости цилиндра, присоски, магистрали и атмосферное;
с1, с2 – коэффициент упругости соответственно пружины и уплотнительного элемента;
у, уи – координаты перемещения поршня и инерционной массы;
уп – величина деформации пружины;
– коэффициент демпфирования;
– разность y ускорений подвижных частей и инерционной массы;
Gм, Gкл, Gа2, Gа – расход через дроссель, клапан, зазор уплотнительного элемента и полость присоски соответственно, Тм, Т1, Та, – температура воздуха в магистрали, полости пневмоцилиндра и атмосферы соответственно, V01, V2 – объем рабочей полости пневмоцилиндра в начальный момент и объем присоски соответственно;
S1, S2 – площадь поршня и площадь удержания изделия присоской, fкл – эффективная площадь проходного отверстия клапана, k – показатель адиабаты, µкл – коэффициент расхода через клапан, (кл) – 2k функция расхода через клапан. Принято K.
k Анализ приведенной системы дифференциальных уравнений показал, что на процесс «установить» изделие существенно влияет зависимость изменения расходной характеристики протекания воздуха через канал, создаваемый в результате отведения уплотнительного элемента от поверхности изделия. Данную зависимость трудно аналитически получить для многообразия параметров и условий работы захватного модуля.
В момент расфиксации изменение объема в полости цилиндра происходит Р незначительно, поэтому влияние изменения давления на динамику системы не учитывается. Расходная характеристика Gа М представляет собой известное уравнение Сен-Венана и Ванцеля. Объем полости присоски принят постоянной величиной, так как изменяется незначительно.
B Для определения коэффициента расхода, входящего в уравнение Сен L1 L Венана и Ванцеля проведены натурные Рис. 7. Схема макета эксперименты на макете (рис. 7).
Измерялась характеристика расхода воздуха в зависимости от координаты края уплотнительного элемента. Моделирование проводилось в системе визуального моделирования Simulink математического пакета MatLAB. Решались уравнения методом Рунге-Кутта 2-го порядка.
При исследовании динамических характеристик ВЗАМ с помощью математической модели рассматривалась в том числе зависимость быстродействия устройства от следующих параметров: манометрического давления пневмолинии питания, условных диаметров проходных сечений, массы изделия (рис. 8).
Т, с 0, 0, pм=3атм, Dкл=8мм, Dдр=1,5мм pм=3атм, Dкл=10мм, Dдр=1мм 0, pм=5атм, Dкл=8мм, Dдр=1мм 0, M, кг 0,03 0,8 0,1 0, 0, Рис. 8. Графики зависимости времени выполнения операции «отпустить» изделие от его массы при различных значениях прочих оптимизируемых параметров С помощью компьютерного моделирования:
1. Установлена работоспособность ВЗАМ вне зависимости от габаритных размеров изделия и силового взаимодействия его с рабочей поверхностью.
2. Выявлено несущественное влияние применяемой величины инерционной массы на быстродействие ВЗАМ.
Четвертая глава посвящена макетированию и проведению натурных исследований ВЗАМ с учетом реальных ситуаций их функционирования в условиях автоматизированных производств.
Осциллограммы давления разрежения воздуха в рабочей полости захвата показаны на рис. 9.
а) б) Рис. 9. Экспериментальные графики зависимости давления разрежения воздуха от времени в рабочей полости захвата при выполнении функций:
а – «взять»;
б – «отпустить» изделие Для проведения натурных экспериментов разработан лабораторный стенд, структурная схема которого представлена на рис. 10, включающая силовой пневмоцилиндр одностороннего действия с встроенным резистивным датчиком Д1 перемещения штока, на котором закреплен вакуумный захватный модуль. К пневмолинии и поршневой полости пневмоцилиндра подсоединен датчик Д2 манометрического давления.
Привод вертикального перемещения Д Источник Захват питания Д Н АЦП Компрессор Изделие Рис. 10. Структурная схема лабораторного стенда На рис. 11. представлен общий вид лабораторного стенда исследования вакуумного захватного агрегатного модуля.
а) б) Рис. 11. Общий вид лабораторного стенда:
а – лабораторный стенд;
б – захватный агрегатный модуль Пример полученных графиков перемещения захвата и манометрического давления в поршневой полости пневмоцилиндра показан на рис. 12.
Давление в поршневой полости R, Ом 0, м Перемещение МПа 0, 0,2 с T,с Рис. 12. Осциллограмма циклов «взять» и «отпустить» изделие При оценке эффективности разработанных ВЗАМ по сравнению с аналогичными учитывались ограничения их области применения, адаптивность к уровню расположения изделия, быстродействие, точностная характеристика, необходимость использования вакуумного насоса, автономность работы (рис. 13).
Адаптивность к уровню расположения изделия Традиционные насосные ВЗУ Ограничения (работа только с рабочей поверхностью) Быстродействие, с 1,5 0, Точностная 0 характеристика, м Наличие Идеальность 0,1 ·10-3 вакуумного 0 0 насоса Разработанные ВЗУ мод. ИМ- Безнасосные ВЗУ аналоги Ограничения 1 Ограничения (габаритные размеры (работа только со изделия) стопой изделий) Разработанные Автономность работы ВЗАМ мод. Р- (количество сигналов управления) Рис. 13. Круговая диаграмма сравнительной оценки эффективности Натурные исследования ВЗАМ подтвердили их работоспособность и эффективность в реальных производственных условиях. Максимальное быстродействие выполнения операций захвата и установки изделия ранее разработанным вакуумным захватным модулем с приводом вертикального перемещения для массы 25 г составляет 0,32 с. Подтверждена адекватность математической модели исследуемых устройств. Максимальный комплексный показатель эффективности составляет 27, 3.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Проведнные теоретические и экспериментальные исследования по разработке быстродействующих безнасосных многономенклатурных вакуумных захватных агрегатных модулей с расширенными функциональными возможностями позволили получить ряд новых результатов и сделать следующие выводы:
1. На основе анализа современных быстродействующих вакуумных захватных устройств агрегатно-модульного типа, представляющих собой системы пневматических приводов в промышленности, выявлена необходимость и возможность их совершенствования.
2. Разработана методика нахождения технических решений, позволя ющая синтезировать схемные решения в требуемой области применения систем пневматических приводов с безнасосными вакуумными захватами путем выявления и организации существенных причинных взаимосвязей.
3. Синтезированы структуры безнасосного захватного модуля, обеспе чивающие работоспособность ВЗМ без ограничений по габаритным размерам захватываемых изделий и расширяющие область применения на основе выявления и организации причинных взаимосвязей физических явлений работы захватных устройств агрегатно-модульного типа.
4. Предложены быстродействующие захватные устройства агрегатно модульного типа, обладающие расширенными функциональными возможностями за счт отпускания изделий без силового взаимодействия с рабочей поверхностью.
5. Разработана математическая модель системы приводов вакуумного захватного устройства, выполнен анализ влияния его параметров на работоспособность и быстродействие.
6. Выявлено, что расширение функциональных возможностей ВЗАМ существенно не влияет на быстродействие модуля.
7. Созданы макеты устройств, лабораторный стенд и проведены натур ные исследования, подтверждающие работоспособность и эффективность предложенных технических решений.
8. Результаты работы внедрены на производстве ООО «ВЭМЗ» и в учебном процессе ВлГУ.
Основные положения диссертации опубликованы в работах Статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Сысоев, С. Н. Конструирование быстродействующих вакуумных захватов / С.Н. Сысоев, А.В. Бакутов, И.А. Приведенец // Станки и инструмент. – 2007. – №12 – С. 15-19.
Материалы научно-технических конференций 2. Сысоев, С. Н. Автономный вакуумный захватный модуль / С. Н.
Сысоев, И. А. Приведенец // Проблемы исследования и проектирования машин: сб. ст. II Междунар. науч.-техн. конф. – Пенза: Общество «Знание» России, 2006. – С. 131-133. – ISBN 5-8356-0542-0.
3. Приведенец, И. А. Автономный захватный модуль / И.А.
Приведенец // Информационные технологии в авиационной и космической технике: тез. докл. нуч.-техн. конф. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009.
– С. 96-97. – ISBN 978-5-7035-2078-9.
Патенты РФ на изобретения 4. Пат. 2312762 Российская Федерация, МПК B 25J 15/06, B65 H5/08.
Вакуумная захватная головка / Сысоев С. Н., Приведенец И.А.
– № 2006117678/02;
заявл. 11.12.06;
опубл. 20.12.2007, Бюл. № 35 – 4 с.
5. Пат. 2370359 Российская Федерация, МПК B 25J 15/06, B65 H5/08.
Вакуумная захватная головка / Сысоев С. Н., Бакутов А.В., Приведе нец И.А., Константинов С.И. – № 2008102575/02;
заявл. 22.01.08;
опубл.
20.10.2009, Бюл. № 29 – 5 с.
Личный вклад соискателя [1], [2], [3] – синтез структуры захватной головки с инерционной массой.
[4] – закономерности работы быстродействующих захватных модулей.
[5] – методика конструирования вакуумных захватных агрегатных модулей.
Подписано в печать 18.10. Формат 60х84/16.Усл. печ. л.1,16. Тираж 100 экз.
Заказ Издательство Владимирского государственного университета 600000, Владимир, ул. Горького, 87.