Автоматизация производственных процессов в машиностроении

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Работа машиностроительных предприятий в условиях рынка требует постоянного совершенствования технологических процессов, средств автоматизации и технологии управления на всех уровнях производства. Известно, что традиционный подход к интенсификации производства, с возможностью быстрого реагирования на потребность рынка заключается во всемерном повышении производительности технологического оборудования и технологических процессов. Поэтому главная тенденция и особенность современного этапа интенсификации производства состоит в том, что эту проблему необходимо решать по-новому - за счет исключения исчерпывающего себя физического труда человека и расширения применения более гибких форм производства.

Автоматизация производства машиностроении - комплексная конструкторско-технологическая задача создания новых технологий и техники, принципиально отличных от арсенала средств неавтоматизированного производства. Генеральное направление автоматизации производственных процессов в машиностроении состоит в создании таких высокоэффективных технологических процессов и высокопроизводительные средств производства, применение которых было бы невозможно при непосредственном участии человека в управлении ими.

Цель курсового проектирования по автоматизации производственных процессов в машиностроении - приобретение специальных умений и навыков проектирования высокоэффективных технологических процессов автоматизированного машиностроения и прогрессивных высокопроизводительных средств автоматизации.

1. Задание на курсовую работу

Разработка пневматической схемы и составление описания работы модуля подвижности промышленного робота.

Разработать пневматическую схему модуля подвижности, в котором пневмодвигатель поступательного действия, тип включения двигателя: противофазное подключение полостей к магистрали и атмосфере.

Тип пневмораспределителя 4/2, позиционирование - с дополнительным выдвижным упором, тип демпфера - тормозной золотник.

В схеме предусмотреть наличие блока подготовки воздуха, раздельную независимую регулировку скорости перемещения в исходное состояние.

Представить на листе А2 пневматическую схему модуля подвижности.

Составить спецификацию элементов пневмосхемы.

Составить подробное техническое описание работы модуля подвижности ПР и всех его элементов.

Расчет параметров и выбор пневмопривода двухстороннего действия

Рассчитать параметры пневмопривода двустороннего действия на требуемую величину за заданное время при определённых параметрах нагрузки и давлении питания

Исходные данные:

Х=0,1 м

время которых превышает 0,55 мин, необходимо расчленить на более мелкие.

Рассчитать:

Площадь поршня

Диаметр штока

Диаметр поршня

Sвх, Sвых.

Выбрать стандартные значения dп, dшт

По полученным стандартным значениям dп и ходу по ГОСТ 15608-70 выбрать стандартный ПЦ и определить остальные конструктивные его параметры.

Представить на листе А2 сборочный чертёж ПЦ и составить его спецификацию.

Выбрать диаметры условного прохода питающей и отводящей линий и диаметры серийно выпускаемых пневмораспределителей.

2. Определение потребной мощности привода

Привод должен обладать достаточной мощностью, чтобы преодолеть сопротивление нагрузки и переместить массу за заданное время на заданную величину.

Таким образом, мощность ПП должна превосходить мощность, потребляемую нагрузкой при совершении рабочего хода. Среднее значение мощности, потребляемой нагрузкой, определяется по выражению

А - механическая работа, совершаемая при перемещении выходного звена привода, т.е. поршня.

tдв - время движения поршня.

Совершаемая работа А складывается из работы по разгону перемещаемой массы М и работы по преодолению сил сопротивления движению.

А=К+Ан+Атр , где

К- кинетическая энергия, сообщенная нагрузке, т.е. перемещаемой массе М;

Ан - работа по преодолению нагружающей силы Fн;

Атр - работа по преодолению силы трения.

Кинетическая энергия может быть записана

, где

V - скорость перемещаемого поршня в конечный момент времени

Для оценки значения скорости V будем помогать, что в первом приближении скорость поршня нарастает равномерно за время движения поршня.

Следует учитывать, что время движения tдв не тождественно заданному времени срабатывания Т. Действительно,

Т= tдв +tтр, где

tтр - время трогания.

Время трогания - время, проходящее от момента включения двигателя до момента начала движения поршня. Его отличие от нуля обусловлено следующим:

перед включением поршень поджат влево в правой полости. Давление в левой полости равно атмосферному. При включении левая полость подключается через пневмораспределитель к магистрали питания и начинает наполняться, а правая полость одновременно сообщается с атмосферой и начинает опорожняться. Поршень продолжает находиться в состоянии покоя до тех пор, пока давление в левой полости не превысит давления в правой на величину, достаточную для преодоления сопротивления нагрузки и сил трения, и лишь только после этого начнётся движение поршня. Время трогания чаще всего составляет 0,1…0,3 времени срабатывания

tтр=(0,1…0,3)Т

Примем

tтр=0,2Т ,

tтр=0,2*0,65=0,13 с

tдв=Т- tтр=0,65-0,13=0,52 с

Зная время движения и считая движение равноускоренным, найдём скорость V

Кинетическая энергия

Работа по преодолению нагрузки

,

а если Fн=const, то

Найдём величину работы по преодолению силы трения. Сила трения является трудно прогнозируемой величиной. Она зависит от множества параметров, в том числе и от диаметра поршня, который ещё только предстоит определить при расчете, поэтому полагают, что в рационально спроектированном приводе работа по преодолению сил трения не превышает 10% от суммарной работы, идущей на разгон приведённой массы и преодоление сил нагрузки, т.е. можно считать, что

Атр=0,1(К+Ан)=0,1(0,096+1,6)=0,1696 Дж

А=К+Ан+Атр=0,096+1,6+0,1696=1,8656Дж

Отсюда можно найти значение необходимой мощности

.

Найденное значение N - значение мощности на выходе привода. Для того, чтобы привод выдал на выходе найденное значение мощности N, необходимо, подать на его вход и пропустить через привод поток газа, несущий мощность, превышающую найденное значение N с учетом КПД пневмодвигателя, т.е. величину Nвх.

КПД пневмопривода обычно составляет несколько процентов (5..10%), поэтому можно записать, что

Nвх=(10..20)N

Примем

Nвх =20N=3,5876*20=71,752 Вт,

получим, что мощность, которую необходимо подать на вход, составляет 72 Вт.

3. Определение параметров линии пневмопитания

Для пропускания через двигатель потока газа мощностью Nвх необходимо обеспечить достаточную площадь проходных сечений магистрали, через которые протекает этот газ. Мощность газового потока, протекающего через отверстие площадью S, будет равна

Nвх=k?(Sр)V , где

k? - коэффициент, зависящий от показателя адиабаты и режима течения газа

V - скорость течения газа при критическом режиме V=a=340 м/с

Р - давление газа (для промышленной пневмосети с давлением 4-6 атм. принимается

р=(4..6)105 Н/м2.

Подставив эти величины, можно записать, что

Nвх =3*108S Вт

,

т.е. каждый квадратный миллиметр сечения магистрали позволяет пропустить 300 Вт входной мощности.

Для пропускания через пневмопривод мощности Nвх необходимо выбрать площадь сечения питающей магистрали S из следующего соотношения

обычно указанное минимальное проходное сечение реализуется в выходной магистрали, поэтому получаем, что

Sвых=0,24*10-6 мм2

Площадь канала наполнения Sвх делается ориентировочно на порядок больше, чем площадь выходного дросселя Sвых для обеспечения надёжного регулирования скорости выходного звена и, следовательно, времени срабатывания пневмопривода

Sвх=10*Sвых=2,4*10-6м2=2,4мм2.

промышленный пневмопривод мощность

4. Оценка величины движущей силы

Площадь поршня Sп определяет величину движущего усилия Fдв. Движущее усилие обеспечивает преодоление суммарной силы сопротивления, складывающейся из силы сопротивления нагрузки и силы трения, а так же обеспечивает разгон поршня, т.е. преодоление сил инерции от массы М. Таким образом, движущее усилие будет равно

Fдв=Fн+Fтр+М*а, где

а - ускорение поршня.

С учётом равноускоренности движения можно записать

Величину силы трения можно найти из уравнения

,

тогда сила движения

Fдв=16+1,696+1,3*0,74 = 18,658 Н.

5. Выбор площади поршня.\

Площадь поршня найдём из равенства

Fдв=Sп*Др, где

Др - перепад давлений на порщне, который во время движения составляет 20..50% от давления питающей магистрали

Др=(0,2…0,5)рм.

Примем Др = 0,2рм, и, учитывая, что в промышленности давление в магистрали лежит

рм=(4..6)105 Н/м,

Др=105Н/м

Отсюда

Таким образом найдены все необходимые величины для определения конструктивных параметров пневмопривода.

6. Определение конструктивных параметров пневмопривода

При конструировании пневмопривода по найденному значению Sвх выбирают пневмопривод с соответствующим диаметром условного прохода

По найденному значению Sп рассчитывается диаметр поршня dп (диаметр цилиндра) из уравнения

Если учесть, что диаметр штока dшт=(0,25..0,4)dп, то

Полученное расчетное значение dп округляем значение до ближайшего стандартного значения

D=dп=20 мм

После того, как найдено значение диаметра поршня, по величине хода и диаметру поршня выбираем стандартный пневмоцилиндр заданного исполнения и находим прочие конструктивные параметры пневмоцилиндра.

Ход поршня Х также выбираем из стандартного ряда:

Х=40мм

Исходя из того, что dшт=(0,25..0,4)D, получаем, что стандартный диаметр штока

dшт=20?0.3=6 мм

Диаметр условного прохода питающей пневмолинии округляем в большую сторону до ближайшего большего значения из стандартного ряда размеров dу серийно выпускаемых пневмораспределителей.

dу=2.5 мм

Уменьшение dу до необходимого значения достигается за счет регулировки пневмодросселя, включённого параллельно с обратным клапаном и последовательно с пневмораспределителем.

Список использованных источников

1 Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах./Под ред. А.Г.Косиловой, Р.К.Мещерякова. М.: Машиностроение 1985.

2 Автоматические линии в машиностроении. Справочник в 3-х томах./Под ред. Волчкевича Л.И. М.: Машиностроение 1984.

3 Корсаков В.С. Автоматизация производственных процессов. М., Высшая школа, 1978г.

4 Камышный Н.И., Автоматизация загрузки станков, М., Машиностроение, 1977г

Приложение 1

Описание работы пневматической схемы модуля подвижности

Воздух из пневмосети через пневмораспределитель и тормозной золотник поступает в поршневую полость ПЦ, шток которого начинает перемещатся вправо.

Позиционирование осуществляется с помощью дополнительного выдвижного упора. Выдвижной упор представляет собой пневмоцилиндр, поршневая полость которого сообщается попеременно то с пневмосетью то с атмосферой за счет пневмораспределителя и тормозного золотника.

Торможение привода осуществляется за счет двух тормозных золотников. Когда упор штока нажимает на кнопку тормозного золотника, последний переключается в положение, препятствующее проходу через него воздуха и воздух из поршневой полости стравливается в атмосферу через дроссель, за счет него и достигается торможение

Размещено на Allbest.ru