Особенности устройства и работы

Вибрационными загрузочными устройствами (ВЗУ) называются устройства, в которых ориентирование и автоматическая подача заготовок осуществляются на основе вибрационного перемещения. Вибрационным перемещением называется направленное движение тел под действием периодических сил.Условия работы ВЗУ являются специфическими: заготовки засыпаются в бункер навалом, занимая при этом произвольное положение, тогда как в других рабочих механизмах заготовки загружаются в строго определённом положении через определённые интервалы времени.

Основные функциональные элементы ВЗУ:

Бункер – механизм, принимающий заготовки навалом и выдающий их ориентированными в пространстве. Производительность бункера не является строго постоянной.

Лоток – устройство для передвижения заготовок из бункера в магазин или непосредственно к рабочему органу станка.

Магазин – устройство для накопления запасных заготовок, в котором последние накапливаются в периоды увеличении производительности и из которого выдаются в периоды уменьшения производительности бункера.

Питатель – механизм, подающий заготовки к рабочему органу станка в определённые промежутки времени, то есть ориентирующий их во времени.

Привод вибропитателя – вибратор является одной из его основных частей и служит для возбуждения колебаний в его упругой системе. Наиболее совершенным видом привода является электромагнитный вибратор, в котором возмущающая сила создаётся магнитным полем, образующимся при прохождении через обмотку вибратора переменного или пульсирующего тока.

Работа ВЗУ основана на движении заготовок вверх по спиральному или прямолинейному лотку вследствие его вибрации.

Электромагнитный вибратор состоит из магнитопровода, включающего статор и якорь, набранных из листов электротехнической стали, одной или нескольких обмоток и пружинной системы. Чаще статор набирается из пластин Ш-образной формы, а якорь из пластин прямоугольной формы.

Наиболее простым является реактивный электромагнитный вибратор (рис. 6). Его основные части: статор (2), якорь (1), упругая система (3). Обмотка вибратора включается в сеть переменного тока. Усилие притяжения зависит от величины магнитного потока. Так как переменный ток имеет на протяжении периода два максимума силы тока (положительный и отрицательный), то магнитный поток за это время дважды изменится от нуля до максимума. При возрастании магнитного потока якорь притягивается, а при убывании возвращается назад упругой системой. В связи с этим частота возмущающего усилия будет равна удвоенной частоте переменного тока, подаваемого на обмотку вибратора. Так как при питании от обычной сети переменного тока, имеющей частоту 50 Гц, вибратор будет давать 100 колебаний в секунду.

Рис. 6.

Если в цепь обмотки включить последовательно выпрямитель, который будет пропускать ток только в течение одного полупериода (рис. 7), то якорь (1) за время одного периода будет притягиваться статором (2) один раз и частота колебаний будет вдвое ниже.

Рис. 7.

У вибратора с выпрямителем, при частоте тока 50 Гц, якорь будет совершать 50 колебаний в секунду.

В вибрационных питателях широкое распространение получил гармонический закон колебательного движения, так как его довольно легко можно получить путём возбуждения колебаний в упругой системе.

Для осуществления движения заготовки по вибрационному лотку, совершающему гармоническое колебательное движение, необходимо обеспечить определённое направление этого движения под углом бросания. Существует два способа сообщения вибрационному лотку на упругих подвесках колебательного движения под определённым углом β.

Первый способ заключается в подвеске лотка на прямолинейных упругих элементах (рессорах), установленных под определённым углом наклона ψ. Угол β определяется углом ψ и не зависит от направления приложенного усилия (рис. 8). Второй способ – в подвеске лотка на цилиндрических пружинах, не задающих ему определённого направления колебаний. Определённое направление колебаний лотка в этих случаях получается путём приложения возмущающего усилия постоянного направления под углом бросания β (рис. 9).

Рис. 8. Рис. 9.

Рассмотрим классификацию ВЗУ. Применяемые в настоящее время ВЗУ можно разделить на устройства с электромагнитным, пневматическим, инерционным и эксцентриковым приводом. Широко распространены конструкции ВЗУ с электромагнитным приводом. Они отличаются широким диапазоном размеров чаш и потребляемой мощности. Диаметры чаш в этих конструкциях колеблются от 90 до 1000 мм, а потребляемая мощность от 3 до 300 ватт. Максимальная скорость движения заготовок составляет 25 мм/мин. Бункерные питатели с электромагнитным приводом можно классифицировать по следующим признакам:

1. По расположению и количеству электромагнитов:

a) питатели с одним вертикальным вибратором;

b) с несколькими тангенциально расположенными вибраторами.

2. По форме упругой подвески:

a) с одно- и многослойными плоскими пружинами;

b) с круглыми пружинными цилиндрическими стержнями;

3. По способу регулирования скорости движения заготовок:

a) питатели с изменением напряжения с помощью автотрансформатора;

b) с изменением силы тока и падения напряжения в электромагните с помощью реостата;

c) с изменением усилия путём регулирования воздушного зазора электромагнита;

d) с регулированием величины возмущающего усилия путём изменения числа, находящихся под током, витков катушки электромагнита.

4. По способу регулирования резонансной настройки:

a) питатели с регулированием резонансной настройки путём изменения толщины пакетов многослойных подвесок;

b) с регулированием путём изменения рабочей длины подвесок;

c) с регулированием, осуществляемым путём изменения массы системы с помощью дополнительных грузов.

5. По форме и способу крепления чаши:

a) питатели с цилиндрической чашей (съёмной и постоянной);

b) с конической чашей (съёмной и постоянной).

На рис. 10 показана конструкция ВЗУ с вертикальным электромагнитным вибратором с поддержкой чаши на цилиндрических стержнях.

Рис. 10.

Питатель состоит из чаши 12, на внутренней цилиндрической поверхности которой выполнена специальная канавка призматической формы, в которой вмещаются цилиндрические заготовки в один ряд.

Чаша 12 вместе с конусом 11 крепится к днищу 10. Днище 10 питателя укреплено на трёх наклонных цилиндрических пружинных стержнях 2, закреплённых зажимами в верхнем 1 и нижнем 5 башмаках. Стержни расположены таким образом, что проекция их на горизонтальную плоскость перпендикулярна радиусу в точках крепления их к днищу 10. Для уменьшения габаритов питателя при определённой рабочей длине пружинных стержней 2 крепление их к плите 7 осуществляется зажимами 5 с нижней стороны плиты. Привод питателя осуществляется от вертикального электромагнитного вибратора 3, установленного в центре плиты 7. Якорь вибратора состоит из двух пакетов пластин 13 электротехнической стали, которые при помощи планок крепятся к основанию якоря.Для изоляции днища бункера от проникновения магнитных силовых линий, которые могут намагничивать заготовки, между основанием якоря и днищем имеется алюминиевая прокладка 14. Сердечник электромагнита состоит из набора 9 Ш-образных пластин, изготовленных из листов электротехнической стали, прикреплённых к основанию вибратора при помощи планок. На средний выступ набора 9 одевается катушка 8 с обмоткой, через которую пропускается переменный ток. Вертикальные колебания якоря вибратора за счёт изгиба наклонных стержней 2 преобразуются в колебания чаши питателя по спирали. Такое колебательное движение чаши заставляет заготовки, лежащие на поверхности конуса 11, сползать к спиральной канавке и подниматься по ней вверх. Для виброизоляции питатель установлен на трёх витых цилиндрических пружинах 4 сравнительно небольшой жёсткости. Устранение чрезмерной подвижности питателя на пружинах 4 достигается установкой на основании 15 на оси 6 с резиновой втулкой, которая входит в отверстие плиты 7 с небольшим зазором. Эта ось, обеспечивая амортизированной системе две степени свободы – перемещение по вертикали и вращение вокруг вертикальной оси, ограничивает возможности остальных перемещений.

На рис. 11 показано ВЗУ с предбункером и подвеской чаши на цилиндрических стержнях.

Рис. 11.

ВЗУ состоит из чаши 1, на внутренней поверхности которой имеется специальный лоток 2. Днище чаши 3 укреплено на трёх наклонных цилиндрических стержнях 6, расположенных по касательной к окружности радиуса r, проходящей через точки крепления стержней к днищу чаши. На нижней массивной плите 7 тангенциально установлены три электромагнитных вибратора 12. Загруженные в бункер заготовки сползают по конусу 13 к лотку 2 и вследствие вибрации поднимаются по лотку вверх и попадают в приёмную часть магазина 14. Днище чаши соединено с направляющим валиком 4, свободно перемещающимся в подшипниках 5. Валик 4 облегчает установку пружинных стержней 6 и создаёт некоторое демпфирование в системе. При достаточно точной установке пружинных стержней 6 применение валика 4 необязательно.

Чтобы не увеличивать значительно размеры чаши при больших объёмах партии загружаемых установок, над чашей питателя устанавливается неподвижный предбункер 17. Для устранения возможности заклинивания заготовок между конусом 13 и предбункером последний свободно висит на концах винтов 16, завинченных в стойки 15. Винты предназначены для изменения зазора между воронкой предбункера и днищем чаши, чем регулируется скорость поступления заготовок в бункер. Для опрокидывания заготовок, двигающихся по днищу в вертикальном положении, служит опрокидыватель 18. Для виброизоляции питатель устанавливается на амортизаторах – витых цилиндрических пружинах 11 сравнительно малой жёсткости. Вибрация основанию 10 будет передаваться тем меньше, чем больше будет разница между частотой колебаний чаши и собственной частотой колебаний опорной плиты 7 на витых пружинах.

Для устранения чрезмерной подвижности амортизированного питателя к основанию 10 крепится ось 9, входящая во втулку 8 с небольшим зазором. Эта ось, обеспечивая амортизационной системе две степени свободы – перемещение по вертикали и вращение вокруг вертикальной оси, ограничивает возможность остальных перемещений.

Особенностью конструкции является:

1. Применение резонансного принципа действия, при котором малой возмущающей силой вибратора возможно развить на рабочем органе значительное усилие. Устойчивости работы питателей можно достичь лишь при правильном расчёте их колебательной системы. Амплитуда колебаний рабочего органа, а, следовательно, и производительность питателя может колебаться в широких пределах в зависимости от близости настройки системы к состоянию резонанса. Резонансной частотой называется частота внешней силы, совпадающая с частотой собственных колебаний системы. Максимальная амплитуда колебаний, а, следовательно, и минимальное потребное возмущающее усилие вибратора будет при настройке системы в резонанс, когда частота возмущающей силы равна частоте свободных колебаний без затухания. Однако при точной настройке в резонанс на величину амплитуды колебаний значительное влияние оказывает изменение затухания в системе, которое будет зависеть от количества загружаемых заготовок в питателе. В результате этого производительность питателя, настроенного в резонанс, будет неустойчивой. Поэтому частоту собственных колебаний питателя ω₀ выбирают несколько больше частоты возмущающей силы ω, ω/ω₀ < 1 (ω/ω₀ = 0,9-0,95), то есть питатель работает в так называемом дорезонансном режиме. При вынужденных колебаниях системы имеет место “запаздывание колебаний”, определяемое фазовым углом, зависящим от отношения ω/ω₀ и затухания в системе. В дорезонансном режиме угол колеблется в пределах от 0° до 90°.

2. Применение цилиндрических стержней в качестве упругих подвесок вызвано следующими соображениями: частота собственных колебаний вибропитателя должна быть вполне определённой, и она зависит от жёсткости пружин, на которых подвешена чаша питателя. Пластинчатые рессорные пружины имеют жёсткость, сильно зависящую от направления их изгиба. Поэтому жёсткость каждой пружины, закреплённой в системе питателя, в значительной мере будет зависеть от точности её установки. Неодинаковая жёсткость пружин нарушает движение заготовки и требует дополнительной работы по настройке питателя. Круглые цилиндрические стержни имеют одинаковую жёсткость в любом радиальном направлении, а также цилиндрические стержни допускают устранение погрешностей расчёта простым способом регулировки резонансной настройки.

Основное назначение ВЗУ заключается в том, чтобы заготовки или детали, насыпанные навалом в чашу питателя, подавать по одной в рабочий орган станка в определённом положении и определённом количестве в единицу времени, то есть автоматически ориентировать их в пространстве и выдавать с заданной производительностью. Для облегчения выбора того или иного ориентирующего устройства заготовки можно классифицировать по следующим основным признакам, определяющим сложность процесса автоматического ориентирования:

1) по количеству осей и плоскостей симметрии заготовки;

2) по соотношению габаритных размеров заготовки.

Заготовки формы тел вращения разделяют на три группы с различным отношением длины к диаметру, определяющим устойчивость их положения на поверхности лотка.

Устройства, осуществляющие ориентирование в чаше вибропитателя, можно разбить на две группы:

1. Устройства первичной ориентации – устройства, с помощью которых хаотично расположенные заготовки получают на лотке одно или несколько определённых устойчивых положений и ориентируются относительно хотя бы одного габаритного размера (длины, ширины, высоты) или поверхности (цилиндр, плоскость). Первичную ориентацию можно осуществить:

– приданием лотку формы, которая допускает попадание в него заготовок только в определённом положении;

– установкой на лотке сбрасывателей, пропускающих по лотку заготовки в определённых положениях и сбрасывающих заготовки, находящиеся в иных положениях (рис.12).

2. Устройства вторичной ориентации – устройства, в которых заготовки, имеющие несколько определённых положений, проходят очередной этап ориентации. Каждый этап уменьшает количество положений, занимаемых заготовками на лотке питателя. Осуществляется путём использования особенностей конфигурации заготовок (наличие выступов, фасок и отверстий), а также особенностей расположения их “центра тяжести” (рис.13).

В тех случаях, когда эти особенности заготовки не дают возможности осуществить вторичную ориентацию при помощи специальной формы лотка, а также неподвижных относительно лотка сбрасывателей, применяют специальные механизмы вторичной ориентации.

Рис. 12. Рис. 13.

Дата добавления: 2014-12-25