Автоматизация работы комплекса транспортирующих машин

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Сибирский государственный аэрокосмический университет

Имени академика М.Ф. Решетнева

Кафедра ТМС

Курсовая работа по дисциплине

«Автоматизация производственного процесса в машиностроении»

Пояснительная записка

Разработал:

студент группы Т-83

Штоль А.В.

Руководитель:

Чумакова А.В.

Красноярск 2013



Содержание

Введение

1. Автоматизация в области транспортных операций

2. Описание и назначение конструкции

3. Расчетная часть

4. Описание и принцип работы

5.Циклограмма

заключение

Список используемой литературы



Введение

Конвейер, транспортер -- машина непрерывного действия для перемещения сыпучих, кусковых или штучных грузов. Конвейеры наиболее целесообразно классифицировать по принципу действия и конструктивным признакам, типу тягового и грузонесущего органа, роду перемещаемого груза, назначению и областям применения.

Основной классификационный признак конвейера -- тип тягового и грузонесущего органов.

Различают конвейеры с ленточным, цепным, канатным и другими тяговыми органами и конвейеры без тягового органа (винтовые, инерционные, вибрационные, роликовые).

По типу грузонесущего органа конвейеры могут быть: ленточные, пластинчатые, скребковые, подвесные грузонесущие, толкающие, тележечные, ковшовые и люлечные, а также винтовые, инерционные, вибрационные, роликовые.

По принципу действия различают конвейеры, перемещающие груз на непрерывно движущейся сплошной ленте или настиле, в непрерывно движущихся ковшах, подвесках, платформах, тележках; по неподвижному желобу или трубе непрерывно движущимися скребками.

По назначению различают конвейеры стационарные и передвижные для насыпных, штучных грузов и для пассажиров, а по направлению перемещения грузов -- с вертикально замкнутой, горизонтально замкнутой и пространственной трассами. По областям применения конвейеры подразделяют на машины общего назначения и специальные (стакеры, элеваторы, эскалаторы, движущиеся тротуары).

Конвейеры являются составной, неотъемлемой частью современного технологического процесса, они устанавливают и регулируют темп производства, обеспечивают его ритмичность, способствуют повышению производительности труда и увеличению выпуска продукции.

Наряду с выполнением транспортно-технологических функций конвейеры являются основными средствами комплексной механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных и складских операций.



1. Автоматизация в области транспортных операции

Транспортирующие машины непрерывного действия, характерные постоянным режимом непрерывной работы по строго определенной трассе и объединенные в единый транспортный комплекс, более чем другие подъемно-транспортные машины, пригодны для широкого применения автоматизации.

В отдельных агрегатах и системах (комплексах) транспортирующих машин возможна автоматизация следующих операций.

1.Дистанционное управление работой комплекса последовательно расположенных транспортирующих машин с применением автоматических устройств. Эта задача включает в себя: а) последовательный автоматизированный пуск и остановку группы конвейеров транспортной системы с центрального пульта управления; б) автоматический контроль вступления в работу (и выключения) каждого конвейера системы с необходимой выдержкой времени, обеспечивающий нормальное непрерывное движение транспортируемого груза. Пуск системы конвейеров производят, в обрат ной последовательности движению груза: первым пускают последний конвейер последовательной системы, за ним автоматически включается расположенный перед ним конвейер и последним -- первый конвейер системы, чтобы обеспечить подачу груза без завалов на уже работающую машину. Остановку системы конвейеров осуществляют в обратном порядке; сначала останавливают первый, загружающий конвейер, затем последовательно, автоматически, с необходимой выдержкой времени, достаточной для освобождения конвейера от находящегося на нем груза, останавливаются последующие (по потоку груза) конвейеры, вплоть до послед него, который останавливается после полного освобождения его от груза.

В эту задачу входит также автоматический контроль работы каждой машины системы и её выключение при появлении той или иной ненормальности, например чрезмерной пробуксовки ленты на приводном барабане конвейера, завале перегрузочной воронки, обрыве ленты или цепи. Сигналы об этом поступают автоматически на центральный пульт от разнообразных датчиков контроля, установленных на машинах. В эту же задачу входит автоматизация обеспечения оптимального режима работы системы, например, путем регулирования скорости движения груза, с целью обеспечения постоянства нагрузки на рабочий элемент машины. Такая автоматика успешно внедряется на комплексных системах механизации транспорта литейных цехов, обогатительных фабрик, на топливоподаче и т. п.

Автоматизация управления работой отдельной машины или системой машин с центрального пульта по заданной программе, как часть автоматизации всего технологического процесса производства на пред приятии. Эта задача имеет очень широкие перспективы и возможности; внедрение такой автоматики необходимо во многих отраслях промышленности. При решении этой задачи перспективно применение электронных цифровых машин с целью установления оптимальных режимов работы транспортирующей машины или системы транспортирующих и технологических машин.

Автоматизация операций загрузки, разгрузки и распределения грузов (автоматическое адресование грузов) по заданным пунктам-адресам на общей транспортной трассе машины или системы машин с центрального пульта управления по заданной программе или по командам рабочих-операторов. К этой же задаче относится автоматическое накопление (складирование) грузов и выдача их в производство по командам с цен трального пульта управления или по требованиям с отдельных производственных участков.

Автоматическая сортировка транспортируемых грузов по различным характерным признакам: цвету, высоте, весу, заданным кодовым отметкам и т. п.

Автоматическое выполнение отдельных вспомогательных технологических операций при непрерывном движении грузов: взвешивание, дозирование по весу и объёму, счёт (учёт) в целом и по отдельным видам грузов.

6. Автоматический контроль заполнения емкостей бункеров и подвесных складов, автоматическая выдача грузов в зависимости от заполнения, автоматическое управление загрузочными механизмами в зависимости от заполнения емкостей.

Перечисленные задачи далеко не полностью исчерпывают возможный объем работ по автоматизации транспортирующих машин и охватывают только основные вопросы. Способы выполнения указанных задач разнообразны, в некоторой части они кратко рассматриваются в последующих главах книги. Более подробное их рассмотрение является предметом специального курса.

Несмотря на широкие возможности автоматизации транспортирующих машин, конкретное осуществление и внедрение перечисленных задач является сложной проблемой. Основные трудности заключаются в широком разнообразии производственных условий работы транспортирующих машин и большом количестве их конструктивных типов. Для широкого и успешного внедрения автоматизации необходимы совместные усилия специалистов машиностроителей (механиков) и автоматчиков. Машиностроители должны обеспечить высокую надежность машин и простоту их обслуживания в тяжелых условиях эксплуатации. Для автоматической работы машины или комплекса машин недостаточно только установить необходимые приборы автоматического управления, очень важно и необходимо обеспечить длительную непрерывную и надежную работу машины при минимальном количестве обслуживающего персонала. Для выполнения этого условия, помимо общих требований обеспечения надежности машин, необходимо внедрение целого ряда вспомогательных автоматических устройств, обусловливающих и контролирующих надежную и долговечную работу машины, например автоматические устройства для смазки элементов машин, центрирования хода ленты, очистки ленты от прилипших частиц груза, сигнализации о перегрузке рабочих элементов и т. п. Автоматизированные системы требуют высокой культуры производства и обслуживания машин.

2.Описание и назначение конструкции, принцип действия портального манипулятора

Манипулятор -- это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.

Манипуляторы, как правило, включают в себя подвижные звенья двух типов:

· звенья, обеспечивающие поступательные движения;

· звенья, обеспечивающие вращательные перемещения.

Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.

Для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрические, гидравлический или пневматический привод.

Частью манипуляторов (хотя и необязательной) являются захватные устройства. Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека -- захват осуществляется с помощью механических «пальцев». Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматической присоской. Для захвата же множества однотипных деталей (что обычно и происходит при применении роботов в промышленности) применяют специализированные конструкции.

Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть пульверизатор, сварочные клещи, отвёртка и т. д.

Появление механических манипуляторов, а затем систем программирования (в т. ч. числового программного управления (ЧПУ) привело к созданию промышленных роботов, то есть программируемых манипуляторов для разнообразных операций.

Первые промышленные роботы начали создавать в середине 50-х годов XX века в США. В 1954 году американский инженер Дж. Девол запатентовал способ управления погрузочно-разгрузочным манипулятором с помощью сменных перфокарт, то есть получил патент на робот промышленного назначения. Вместе с Д. Энгельбергом в 1956 г. он организовал первую в мире компанию по выпуску промышленных роботов. Ее название «Unimation» (Юнимейшн) является сокращением термина «Universal Automation» (универсальная автоматика).

В 1959 году фирма «Консолидейтед Корпорейшн» (США) опубликовала описание манипулятора с числовым программным управлением (ЧПУ), а в 1960--1961 гг. в американской печати появились первые сообщения о манипуляторах «Transferrobot» и «Eleximan» с ПУ для автоматизации сборочных и других работ. В 1962 году в США были созданы первые в мире промышленные роботы «Юнимейт» ф."Юнимейшн Инкорпорейд" и «Версатран» ф. «АМФ Версатран». Их сходство с человеком ограничивалось наличием манипулятора, отдаленно напоминающего человеческую руку. Некоторые из них работают до сих пор, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса.

Промышленный робот «Юнимейт» имел 5 степеней подвижности с гидроприводом и двухпальцевое захватное устройство с пневмоприводом. Перемещение объектов массой до 12 кг осуществлялось с точностью 1,25 мм. В качестве системы управления использовался программоноситель в виде кулачкового барабана (нем.)русск. с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления, и кодовые датчики положения. В режиме обучения оператор задавал последовательность точек, через которые должны пройти звенья манипулятора в течение рабочего цикла. Робот запоминал координаты точек и мог автоматически перемещаться от одной точки к другой в заданной последовательности, многократно повторяя рабочий цикл. На операции разгрузки машины для литья под давлением «Юнимейт» работал с производительностью 135 деталей в час при браке 2 %, тогда как производительность ручной разгрузки составляла 108 деталей в час при браке до 20 %.

Промышленный робот «Версатран», имевший три степени подвижности и управление от магнитной ленты, мог у обжиговой печи загружать и разгружать до 1200 раскаленных кирпичей в час. В то время соотношение затрат на электронику и механику в стоимости робота составляло 75 % и 25 %, поэтому многие задачи управления решались за счёт механики; сейчас же это соотношение изменилось на противоположное, причем стоимость электроники продолжает снижаться.

Предлагаются необычные кинематические схемы манипуляторов. Быстро развиваются технологические роботы, выполняющие такие операции, как высокоскоростные резание, окраска, сварка. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Система передвижения

Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д.

Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с пневматическими присосками.

Управление

Управление бывает нескольких типов:

1. Программное управление -- самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются. Для программирования таких роботов могут применяться среды программирования типа VxWorks/Eclipse или языки программирования например Forth, Оберон, Компонентный Паскаль, Си. В качестве аппаратного обеспечения обычно используются промышленные компьютеры в мобильном исполнении PC/104 реже MicroPC. Может происходить с помощью ПК или программируемого логического контроллера.

2. Адаптивное управление -- роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т. д.

3. Основанное на методах искусственного интеллекта.

4. Управление человеком (например, дистанционное управление).

Принципы управления

Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.

Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.

Применение промышленного робота

Различные аспекты применения промышленных роботов рассматриваются, как правило, в рамках типовых проектов промышленного производства: исходя из имеющихся требований, выбирается оптимальный вариант, в котором конкретизирован необходимый для данной задачи тип роботов, их количество, а также решаются вопросы инфраструктуры питания (силовые подводки, подача охлаждающей жидкости -- в случае использования жидкостного охлаждение элементов оснастки) и интеграции в производственный процесс (обеспечение заготовками/полуфабрикатами и возврат готового продукта в автоматическую линию для передачи следующей технологической операции).

Промышленные роботы в производственном процессе способны выполнять основные и вспомогательные технологические операции.

К основным технологическим операциям относятся операции непосредственного выполнения формообразования, изменения линейных размеров заготовки и др.

К вспомогательным технологическим операциям относятся транспортные операции в том числе операции по загрузке и выгрузке технологического оборудования.

Среди самых распространённых действий, выполняемых промышленными роботами, можно назвать следующие:

· загрузка / разгрузка технологических машин, станков;

· манипулирование деталями (например: укладка, сортировка, транспортировка и ориентация);

· перемещение деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам сменных поддонов;

· сварка швов и точечная сварка;

· сборка механических и электрических деталей;

· сборка электронных деталей;

· покраска;

· укладка кабеля;

· выполнение операций резания с движением инструмента по сложной траектории и др.

Достоинства использования

· исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах, а также при проведении монотонных работ, требующих высокой точности;

· повышение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение качества;

· возможность использования технологического оборудования в три-четыре смены и 365 дней в году;

· рациональность использования производственных помещений;

· исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью.

3. Расчетная часть

Расчет сил схвата.

Исходные данные: Спроектировать транспортно-загрузочное устройство портального типа для транспортирования валов O 120x450 мм и обслуживания трех токарных станков с ЧПУ.

Выбираем тип схвата. Выбираем клещевое механическое захватное устройство с рычажными механизмами.

Рис. 2 Схема действия сил



Определяем усилие захватывания:

Где m- масса обьекта манипулирования;

а- максимальное ускорение центра масс обьекта манипулирования, принимаем а=5м/c²

К₁ -коэффициент зависящий от положения заготовки по отношению к губкам схвата и направления действия сил тяжести(1,табл 4.2.с 199)

К₂ = 1,3…2,0 коэффициент запаса, принимаем 2,0

=7850 кг/ - плотность металла;

согласно схеме удержания груза

₁₌

где

К₁ =

Усилие привода

F_п = F i



i =

Радиус зубчатого колеса определяется из расчета зубчато-реечной передачи

z = 17 - число зубьев;

y = 4,26 - коэффициент формы зуба;

= b/d = 0,6 - коэффициент ширины венца

=1,08 - коэффициент учитывающий распределение нагрузки по ширине венца;

- допускаемое напряжение при расчете зубьев на изгибную прочность (сталь 40ХН, термообработка поверностная токами высокой частоты)

= 2,89 мм

Принимаем m=3мм, тогда

= 30мм,

= 8554H

Для данной конструкции схватов выбираем гидравлический тип привода, так как гидравлические приводы имеют ряд преимуществ по сравнению с пневматическими, главным является большее давление в приводе, что позволяет уменьшить габариты привода, так же обладает большим диапазоном регулирования давления.

Диаметр поршня гидроцилиндра:

Где p=3…12,5 МПа - давление масла в гидроцилиндре, принимаем p=10МПа

n_c =0,9…0,95 - КПД схвата, принимаем 0,9;

n_п =0,85…0,95 - КПД привода принимаем 0,9.

=32,8мм

Из стандартного ряда берем 40мм

Диаметр штока гидроцилиндра

d = D/(1,75…2,5) = 40/2,5 = 16мм.

Уточненный расчет усилия зажима:

В соответствии с выбранными параметрами гидроцилиндра уточняем усилие зажима.

= 10682,3 H ,

= 1233 H ,

Ширина губок:

Ширину губок определяем по контактным напряжениям

b = 0,418 ,

где E= 2МПа - модуль упругости материала;

= 650МПа (сталь 40Х, термообработка- улучшение).

b = 0,418 = 1,3мм.

Принимаем b= 10мм из конструктивных соображений.

Толщина схвата

Опасным сечением губок является сечение, сопрягаемое с зубчатым сектором испытывающим изгиб:

h=,

где = 250МПа (сталь 40Х улучшение),

h = =24мм

принимаем толщину схвата равной 30мм.

Усилие действующее на шарнир

Принимаем расстояние C=R=30мм

=F

=5343Н

Диаметр шарниров:

Диаметр шарниров выбираем исходя из расчетов на срез (=120 МПа- допускаемое напряжение среза для стали 45).



,

=7,5мм ,

принимаем d=10мм,

Проверяем шарниры на смятие (=80 МПа - допускаемое напряжение смятия для стали 45)

=2

где b - длина рабочей части шарнира, принимаем b = 50мм,

= 6,8 < 80 МПа

Для заданных параметров схвата при проектировании испольхуем следующие размеры: диаметр шарниров - 10 мм, диамет гидроцилиндра 40 мм.

конвейер автоматизация манипулятор

Выбор приводов

рис.3 Транспортно-загрузочное устройство



Поз. № Движение

Выбранный привод

1 Каретки ЭГШП Э32Г18-22

2 Привод выборки люфта на приводе каретки Гидродвигатель Г15-22Н

3 Качания руки ЛЭГШП 5Г28-23

4 Выдвижение руки Гидроцилиндр D=100мм; d=40мм

5 Привод схвата Гидроцилиндр D=40; d=16мм

4. Описание конструкции и принцип работы

Манипулятор портального типа с многошарнирным рычажно-захватным устройством, выполнен в виде параллелограмма с независимыми шарнирами, в меньшей степени используется пространство у основания и перемещение рычажно-захватного устройства. Манипулятор с рычажно-захватным устройством портального типа, перемещения которого программируются, выполняются как часть самообслуживаемого оборудования.

Состоит из рамы, на которой установлена рука манипулятора. Манипулятор имеет привод горизонтального перемещения между тремя станками, привод выдвижения руки, привод схвата и привод качания руки для подвода и отвода руки из зоны обработки станка и перемещения детали в накопитель линии.

Схват состоит из корпуса 1, на котором установлены прижимы 5 и 6 на которых имеются зубчатые секторы. Секторы вводятся в зацепление с зубчатой тягой 9, которая в свою очередь соединена со штоком 12. Подвод и отвод жидкости осуществляется с помощью штуцеров 16. Уплотнение поршня осуществляется манжетами 15.

Рис.4 Привод схвата

5. Циклограмма



Заключение

В ходе данного курсового проекта были изучены загрузочные устройства портального типа, устройство и принцип работы, а так же области их применения. Были рассмотрены конструкции различных загрузочных устройств портального типа и их составные элементы.

Основываясь на исходных данных спроектировано загрузочное устройство портального типа и рассчитан схват для данного устройства, для транспортирования валов размером O 120x450мм.

На основе расчетов схвата был спроектирован чертеж транспортно-загрузочного устройства портального типа

Список использованных источников

1. Иванченко, Ф.К. Расчёты грузоподъёмных и транспортирующих машин/Ф.К. Иванченко// 1978. - изд. «Высшая школа» - 576С.

2. Кузьмин, А.В., Марон, Ф.Л. Справочник по расчётам механизмов подъёмно-транспортных машин/А.В. Кузьмин, Ф.Л. Марон// 1983. - 351С.

3. Спиваковский, А.О. Транспортирующие машины/А.О. Спиваковский// 1968.- изд. «Машиностроение» - 504С.

4. Спиваковский, А.О. Транспортирующие машины. Атлас конструкций/А.О. Спиваковский// 1969. - изд. «Машиностроение» - 116С.

5. Гидравлический расчет объемного гидропривода. "Механика жидкости и газа, гидро-пневмопривод"/Полякова Л.Е., Ямпилов С.С., Блекус В.Г., Ухеев Г.Ж., Ильина М.В.// 2002.-186с

Размещено на Allbest.ru

...