НАУСЕНКО
И.С. БЛЯХЕРОВ
Автоматические
загрузочно-
ориентирующие
устройства
МОСКВА
« МАШИНОСТРОЕНИЕ »
1984

ББК 34. 62
У74
УДК 621. 73. 077
Рецензент канд. техн. наук B.C. ШАРШОВ
У сен ко Н.А., Бляхеров И.С.
У74 Автоматические загрузочно-ориентирующие устройства. -
М.: Машиностроение, 1984. - 112 с, ил.
45 к.
Описаны основные механизмы, с помощью которых
осуществляется автоматизация загрузки штучными заготовками, типовые
конструкции бункерных загрузочных устройств с механическим и
вибрационным приводами, устройства для вторичного ориентирования, а
также лотки-магазины и механизмы поштучной выдачи. Рассмотрены
вопросы проектирования указанных устройств, применяемых в
холодноштамповочном производстве.
Для инженеров-конструкторов машиностроительных и
приборостроительных заводов.
2704030000-273 ^ „_ ББК 34 62
273-84 Свод, пл.подписных изд. 1984 г. ьвл **¦ °*
038 @1)-84 6П4. 2
© Издательство "Машиностроение", 1984 г.

ГЛАВА 1
ЗАГРУЗКА ШТУЧНЫХ ЗАГОТОВОК
И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
ТИПОВЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
ЗАГРУЗКИ
Кузнечно-прессовое оборудование характеризуется быстродействием,
поэтому оно может работать с высокой производительностью. Однако
время выполнения вспомогательных переходов в несколько раз, а иногда
и в десятки раз больше времени выполнения технологического перехода
операции обработки давлением, И если эти действия выполняются
вручную, то резко снижается эффективность использования оборудования и
возникает все большая потребность в рабочей силе. При автоматизирован-
ной загрузке штучных заготовок на рабочую позицию пресса необходимо
с помощью механизмов выполнить несколько действий.
1. Перевод заготовки из произвольного положения в пространстве в
строго ориентированное, соответствующее тому положению, которое
заготовка должна занимать на рабочей позиции технологического
оборудования. Это действие выполняется вне рабочей позиции, и
характерным для него является то, что все заготовки, следующие в потоке одна
за другой, находятся в одинаковом положении.
2. Подача сориентированной заготовки на рабочую позицию.
3. Фиксация на рабочей позиции заготовки в соответствии с
требованиями технологического перехода.
Эти действия называются соответственно загрузка, питание и фиксация.
В наиболее простом случае все действия выполняет рабочий, причем к
ним добавляется управление прессом. И хотя рабочий совмещает
операции загрузки и питания, тем не менее даже при подаче мелких заготовок
на это тратится несколько секунд. Преос работает с малым числом ходов,
т.е. используется лишь 15—20 % его номинальной производительности.
Условия работы в таком режиме чрезвычайно опасны, так как в случае
какого-либо сбоя или невнимательности рабочего руки его могут
оказаться в опасной зоне. Труд его однообразен, монотонен, человек как "часть"
пресса должен работать в строгой цикловой связи с ним, при этом быстро
наступает усталость. Все это может привести к травмам. На прессах
иногда устанавливают устройства, закрывающие рабочую позицию пресса
и таким образом защищающие рабочего. Однако такие устройства также
з

могут причинить травму рабочему, поэтому от их применения зачастую
отказываются.
Условия обслуживания пресса улучшаются, если его оснастить
питателем—устройством для выполнения вспомогательного перехода
"питание". В этом случае оператор устанавливает заготовку не на рабочую
позицию, а перед питателем и затем в оперделенный момент времени
питетелем / (рис. 1,э) подает ее на рабочую позицию. И хотя человек
по-прежнему согласует свои действия с работой пресса, руки его
находятся вне опасной зоны. Благодаря этому оператор работает более спокойно,
производительность пресса возрастает в связи с сокращением пути подачи
заготовки.
Существенно улучшает условия труда и эксплуатации пресса установка
накопителя правильно ориентированных заготовок — лотка-магазина
3 (рис. 1, б) и присоединение питателя к приводу пресса. Так как в
лотке-магазине заготовки находятся в массе, а к питателю они должны
поступать поштучно или партиями, возникает необходимость в
установке механизма 2 поштучной выдачи (МПВ), выполняющего эту
задачу. На рис. 1, б функцию МПВ осуществляет питатель; но это не всегда
выполнимо. В таком варианте резко улучшаются условия работы
оператора, так как хотя он и следит за пополнением лотка заготовками,
работа его упрощается. Появляется возможность работы пресса в режиме
непрерывных ходов.
В некоторых случаях лоток-магазин удается заменить
кассетой—замкнутой емкостью, заполняемой ориентированнными заготовками либо на
предыдущем оборудовании, либо на специальных рабочих местах.
Еще более высоких результатов можно достичь, если к перечисленным
устройствам добавить бункерное загрузочное устройство 4 (рис. 1, в),
в котором заготовки насыпаны произвольно. В этом случае отпадает
необходимость в операторе, так как пополнять бункер заготовками
можно с помощью транспортеров. Номинальное число ходов пресса будет
использовано максимально.
Таким образом, для автоматизации загрузки можно использовать
питатель, механизм поштучной выдачи, лоток-магазин и бункерное
загрузочное устройство.
Питатель—механизм для подачи штучных заготовок в
ориентированном положении непосредственно на рабочую позицию пресса в соответст-
Рис. 1. Варианты оснащения пресса средствами автоматизации
4

вии с его циклограммой. Питатель является цикловым механизмом и
может приводиться в движении от ползуна, или вала пресса, или от
индивидуального привода.
Механизм поштучной выдачи отделяет от общего количества заготовок
в магазине одну (или партию) для последующей ее подачи питателем и
также является цикловым.
Лоток-магазин - устройство для накопления заготовок в
ориентированном положении и транспортирования их к питателю.
Бункерное загрузочное устройство (БЗУ) — комплекс механизмов и
устройств для поштучного или партионного захвата заготовок,
находящихся в бункере навалом, ориентирования их в заданное положение и
выдачи их в этом положении в лоток-магазин. БЗУ является нецикловым
механизмом.
В настоящее время БЗУ чаще применяют для сравнительно небольших
заготовок (до 120 мм по максимальному размеру). Номенклатура
загружаемых заготовок чрезвычайно широка. Основное ограничение —
наличие свойств, не позволяющих заготовкам находиться в общей массе.
Производительность пресса определяется производительностью
отдельных его узлов: питателя, лотка-магазина, БЗУ, рабочего инструмента.
Производительность всех узлов рационально сконструированного, пресса
должна быть примерно одинакова и определяться производительностью
инструмента.
ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
МЕХАНИЗАЦИИ ЗАГРУЗКИ
Создание и внедрение наиболее производительного технологического
оборудования и средств механизации и автоматизации производства,
повышение их качества, надежности и долговечности как важнейшего
средства интенсификации производства и увеличения его эффективности
требуют новых теоретических и практических изысканий.
Достижения научно-технического прогресса используются в двух
основных направлениях: улучшение технико-экономических параметров
уже известных моделей обррудования и создание на их основе более
совершенных модификаций; создание принципиально новых моделей
технологического обррудования и средств механизации и автоматизации.
Оба направления безусловно должны базироваться на наиболее
совершенной технологии производства и прогрессивных методах автоматизации
проектирования и обслуживания.
Автоматизация загрузки стала применяться несколько десятилетий
назад прежде всего в массовом производстве, где приходилось иметь
дело с высокопроизводительным технологическим оборудованием
(например, прессы с числом ходов в минуту до 120). В настоящее время
высокопроизводительное оборудование применяется в производстве всех
типов (массовом, серийном, единичном), но удельный вес массового
производства резко сократился. Так, по данным США, лишь 20% всех
изделий, производимых в стране, выпущено в количестве, превышающем
10 тыс. шт.
5

В этих условиях одним их главных требований к системам
механизации и автоматизации становится гибкость, т.е. способность средств
механизации и автоматизации быть используемыми для различных, часто
сменяемых'заготовок.
Разработка и внедрение комплексно-автоматизированных систем
(КАС), включающих оборудование с числовым программным
управлением (ЧПУ), обеспечивает возможность гибкой автоматизации
производства семейства технологически сходных деталей, Гибкая
технологическая система (ГТС) должна позволять автоматизировать весь процесс
производства, в том числе загрузку.
Механизация и автоматизация загрузки штучных заготовок в ГТС
представляет собой сложную проблему в связи с большим разнообразием
деталей. Можно сформулировать некоторые тенденции и перспективы
развития проблемы загрузки штучных заготовок. При разработке
технологического процесса и создание оборудования необходимо добиваться
сохранения ориентированного положения заготовки от операции (ста-
пелирование, кассетирование, применение револьверных, грейферных
питателей при мндгопозиционной штамповке, автоматических роторных
линий в штамповочном производстве, где заготовки от позиции к
позиции обработки передаются в ориентированном положении).
Так, применение кассетной загрузки в производстве кернов катодов
электронной техники позволило резко повысить качество продукции
и производительность производства, существенно уменьшить число
рабочих, устранив малопроизводительный ручной труд. В производстве
химических источников тока может быть перспективна кассетная загрузка,
так как необходимо постоянно соблюдать полярность элементов, и даже в
процессе межоперационного транспортирования элементы не должны
терять ориентации в пространстве.
Кассетная загрузка выдвигает перед производственниками задачу
повышения ритмичности и высокой организации производства, в противном
случае необходимое число кассет может резко возрасти.
Кассетная й* магазинная загрузка целесообразны для крупногабаритных
заготовок, так как, во-первых, производительность технологического
оборудования обычно невысока, а, во-вторых, передача кассеты от одной
единицы оборудования к другой легко может быть осуществлена с
помощью обычного грузоподъемного оборудования, и, таким образом, эта
операция оказывается механизированной.
Необходимо стремиться к оснащению всех кузнечно-прессовых машин
питателями, что . позволит избежать несчастных случаев. Условия и
возможности использования средств загрузки неодинаковы в единичном,
серийном и массовом производстве. Питатели же необходимо
устанавливать даже в единичном производстве. В этом случае их можно
приводить в движение вручную. Большие перспективы механизации
технологических операций единичного производства открывает применение
роботов.
Значительно шире, чем в настоящее время, следует применять
магазинную загрузку (рис. 1, б). Лотки-магазины для большинства заготовок
в

могут быть простыми и дешевыми, а эффект, достигаемый от их
применения, значителен.
Необходимо совершенствовать известные и создавать новые типы
высокопроизводительных и универсальных 53У, обладающих свойствами
ГТС. Бункерная загрузка в связи с многообразием заготовок по формам
и размерам является наиболее трудоемким вариантом : большее время
требуется для создания БЗУ и их доводки, стоимость БЗУ высока, и до
последнего времени БЗУ изготовляют как специальные или
специализированные устройства. Тем не менее современные устройства
(вибрационные, элеваторные, барабанные и др.) относительно быстро могут быть
переналажены на новые заготовки.
Перспективны разработка и внедрение универсальных быстропере-
налаживаемых устройств вторичного ориентирования; разработка
технологических основ автоматической загрузки деталей с выработкой
критериев ее технологичности.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ
МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ЗАГРУЗКИ
Известно, что наиболее эффективного результата можно достигнуть лишь при
комплексном решении вопроса. Применительно к производственному процессу это
значит, что он должен базироваться как на современной технологии, прогрессивном
технологическом оборудовании и средствах механизации и автоматизации, так и на
высоком уровне организации производства.
Немаловажное значение имеет и конструкция заготовки или изделия. Это
объясняется тем, что от сложности заготовки (ее формы, абсолютных и относительных
размеров, качества поверхности и т.п.) во многом зависит сложность не только
технологического оборудования, но и механизирующих устройств. Например,
установочные штифты по назначению должны иметь фаску с одного торца
(рис. 2, а) .Загрузку таких штифтов будет просто механизировать, если
предусмотреть фаску и на втором торце. Несмотря на то, что эта фаска не нужна и для ее
изготовления потребуется дополнительный или усложненный инструмент, такой
путь изменения конструкции заготовки позволит упростить устройства для
загрузки и исключить необходимость ручного ориентирования.
Аналогично можно поступить и с диском с канавкой (рис. 2,6), предназначенной
для обеспечения герметизации. Из-за малых толщины диска и глубины канавки
механизированная загрузка очень затруднена. Создание на другой плоскости аналогичной
канавки хотя и приводит к незначительному усложнению штампа, но существенно
упрощает загрузочные устройства.
а) б) в)
Рис. 2. Конструктивные изменения заготовок, создающие предпосылки для
механизации и автоматизации загрузки:
а — установочный штифт; б — диск компенсатора;
в — батарея из элементов
7

На рис. 2, в приведен пример изменения конструкции батареи, собираемой из
нескольких химических источников тока-элементов. Обычно два элемента
соединялись с помощью пластинки, привариваемой к ним по очереди (на рисунке точка-
ми показаны места сварки). Такая сборка трудно механизируется. Замена пластинки
соединительной чашечкой не только упрощает сборку, но и улучшает качество
батареи, так как элементы точнее центрируются, жесткость батареи возрастает и
упрощается способ электооизоляции. И хотя при изготовлении такой батареи
возрастает расход металла, зато сокращается число рабочих вследствие повышения
производительности труда, что в итоге приводит к уменьшению себестоимости
продукции.
Иногда при рациональной конструкции заготовки может быть
неудовлетворительна ее форма на промежуточных операциях. Например, для получения
высокого стаканчика необходимо выполнение нескольких последовательных операций
вытяжки. Технолог, стремясь спроектировать процесс с минимальным числом
оперций, задается максимальными степенями деформации, и в результате после
первой операции вытяжки получается колпачок с отношением l/d » 1,
механизированное ориентирование которого чрезвычайно сложно. Если же на первой операции
снизить степень деформации, то при меньшей высоте колпачка облегчится его
ориентирование.
Из приведенных примеров видно, какое важное значение имеет
технологичность заготовки или изделия.
В общем случае технологичной следует считать такую заготовку, которая в
сравнении с другой может быть изготовлена с наибольшей экономией
общественного труда и наименьшими материальными затратами. При этом.для ее
изготовления должен быть принят наиболее прогрессивный технологический процесс,
базирующийся на современном технологическом оборудовании и средствах
механизации и автоматизации.
Технологичность заготовки (изделия) оценивается множеством критериев,
часть из которых должны характеризовать пригодность ее" для механизации и
автоматизации.
При создании таких критериев можно выделить несколько задач: выявление
видов связей, от которых зависят качество процесса автоматической загрузки,
себестоимость изделия, точность и производительность загрузочных устройств;
выяснение качественных и количественных характеристик закономерностей
связей в процессе загрузки; разработка общей теории оценки технологичности
заготовок; создание методики изменения заготовки для достижения наилучшей
технологичности; разработка общей методики оценки технической возможности и
экономической целесообразности применения автоматической загрузки для
штучных заготовок; изыскание путей и методов создания принципиально новых
средств высокопроизводительной автоматической загрузки штучных заготовок.
В настоящее время в нашей стране разрабатывают системы критериальной
оценки технологичности; здесь можно привести некоторые рекомендации по
проектированию заготовок, технологичных для автоматической загрузки.
Требования, предъявляемые к заготовкам, можно разделить на две группы:
требования к заготовкам как объекту загрузки в любом БЗУ и требования с точки
зрения эффективности их ориентирования в БЗУ. Отметим некоторые требования
первой группы.
Заготовки не должны сцепляться друг с другом, что достигается, если полные
заготовки типа тел вращения имеют несопрягаемые размеры; в заготовках с
пазами и выступами размеры последних больше размеров пазов; в заготовках с
криволинейными поверхностями предусматриваются различные радиусы кривизны,
чтобы заготовки не сопрягались; в полых заготовках со сквозным пазом толщина
стенки должна быть больше ширины паза; радиус перехода сопряженных
поверхностей минимален; заготовка не имеет крючков или им подобных элементов. При
подборе материала заготовок необходимо исключить возможность слипания, намаг-
8

ничивания, воспламенения их от взаимного трения или соударения, а также
появления царапин, трещин, сколов на поверхности.
Целесообразно, чтобы заготовки были твердыми, жесткими, прочными и не
имели острых выступов, кромок, заусенцев, препятствующих перемещению или
способствующих заклиниванию в БЗУ.
Особое место в требованиях второй группы занимает симметрия заготовок.
Чем больше осей и плоскостей сисметрии, тем легче обеспечить ориентирование
заготовки. Если же заготовка имеет элементы асимметрии, необходимо вводить
дополнительные конструктивные ("ложные") элементы, ненужные в заготовке
для ее функционирования, но увеличивающие общее число плоскостей и осей
симметрии. В заготовках желательно предусмотреть ярко выраженную асимметрию,
причем предпочтительнее ассиметрия по наружному контуру, чем по внутреннему.
В случае ассиметрии по внутреннему контуру целесообразно предусмотреть
асимметрию центра масс. Если же необходимо ориентировать заготовку по одной из
поверхностей, то они должны существенно отличаться. Заготовка должна иметь
форму, близкую к эталонно-классификационной, и иметь соотношение длины I
к ширине в = 1,2-5-2 (для плоских заготовок). Если l/в = 1, то необходимо
предусмотреть в заготовке конструктивные элементы, позволяющие улучшить
различимость положений.
В заготовке должны быть предусмотрены поверхности, которые можно
использовать в качестве надежных ориентирующих и установочных баз.
Такие рекомендации могут быть полезны конструктору новых узлов и
заготовок.
ГЛАВА 2.
БУНКЕРНЫЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
(БЗУ) С МЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
ПРИНЦИП РАБОТЫ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
ДЕЙСТВИЯ В БЗУ
К БЗУ предъявляют ряд требований: БЗУ должно иметь производи-
ельность на 25-30% больше, чем производительность технологического
>борудования; заготовки не должны менять в БЗУ своих свойств; БЗУ
должно обладать свойством самовосстановления работоспособности в
случае возникновения застреваний рабочих органов; колебания
производительности БЗУ должны быть минимальными во избежание
увеличения вместимости лотка-магазина и др.
Принцип действия БЗУ рассмотрим на нескольких примерах.
Дисковое БЗУ (рис. 3, а) с захватными органами типа
карманов представляет собой емкость-бункер 2, в которой размещены
все необходимые рабочие органы и накоплен определенный запас
заготовок.
Захват заготовок, т.е. отделение одной или нескольких заготовок от
общей массы, осуществляется карманами //, причем заготовка может
быть захвачена в двух положениях. Так как в общем случае вероятность
захвата заготовки карманом мала, то в конструкции принят ряд мер,
обеспечивающих благоприятное для захвата расположение заготовок в
9

Рис. 3. Дисковые БЗУ с ориентированием в захватных органах
бункере. Прежде всего БЗУ установлено так, что и диск 3 с захватными
органами, и боковая стенка бункера наклонены к горизонту под углом
45° и заготовки, двигаясь к захватным органам, приобретают
определенные положения. Кроме того, в БЗУ предусмотрен второй
диск-ворошитель 4, вращающийся в противоположном направлении. Благодаря этим
двум вращениям заготовки занимают положение, параллельное
захватному органу. Все эти действия для обеспечения определенного
благоприятного для захвата положения заготовок получили название подготовки к
захвату.
Захваченные заготовки должны быть переведены из двух положений
в одно требуемое. Процесс перевода заготовок из нескольких положений в
одно определенное называется ориентированием. В рассматриваемом
ю

устройстве это будет происходить в специальном ориентаторе,
расположенном в захватном органе и представляющем собой призму 7 и
два радиальных кармана 8, в один из которых в зависимости от
расположения центра массы заготовки она и попадает. Однако прежде чем
приступить к ориентированию, следует выполнить подготовку, т.е. создать
необходимые для ориентирования условия. Для этого, во-первых, из
захватного органа удаляются все лишние заготовки с помощью пружин
12, установленных на стенке бункера; во-вторых, заготовка, скользя
по торцовому кулачку 1 переменной высоты (рис. 3, б), опускается на
ориентирующую призму, расположенную в другой плоскости по
отношению к захватному органу.
Для ускорения процесса ориентирования в опорном диске
установлена подпружиненная кнопка 10, уменьшающая силы трения между
заготовкой и опорным диском 5. В обечайке бункера предусмотрен
специальный вырез, позволяющий заготовке беспрепятственно поворачиваться.
Если тем не менее процесс ориентирования затянулся, то он будет ускорен
пружиной 9, установленной на бункере. Если же ориентирования
заготовки по какой-либо причине не произошло, то та же пружина 9
развернет заготовку в захватном органе таким образом, что она останется в
нем до следующего цикла ориентирования.
Важное функциональное действие в Б ЗУ — выдача сориентированной
заготовки в лоток-магазин. Однако предварительно необходима
подготовка к выдаче. В рассматриваемом устройстве с помощью торцового
кулачка на другом его участке происходит закрывание радиальных
карманов, в которых находятся ориентированные заготовки. Выдача в БЗУ
происходит под действием сил тяжести в окно 13, соединенное с лотком-
магазином 15.
Оба диска (как захватный, так и ворошильный) приводятся в
движение от одного привода через червячные передачи 6. Диск с захватными
органами получает вращение от привода через амортизатор-вибратор,
состоящий из звездочки 17, зубчатого рычага 16 и пружин 18. В
нормальных условиях звездочка воздействует на рычаг, и диск с захватными
органами вращается. Если же по каким-либо причинам возникло
заклинивание заготовки, например, под пружиной 12, и на диске с захватными
органами возрос крутящий момент, диск останавливается, рычаг
поворачивается вращающейся звездочкой и пружина сжимается. Когда же
вершина зуба звездочки пройдет вершину зуба рычага, пружина,
воздействуя на рычаг, энергично повернет диск с захватными органами в обратном
направлении, и тем самым будут созданы предпосылки для
самовосстановления работоспособности БЗУ. Иногда амортизатор-вибратор
срабатывает несколько раз, прежде чем БЗУ начнет работать в нормальном
режиме.
Так как БЗУ работает с производительностью большей , чем
производительность технологического оборудования, то лоток-магазин
периодически будет полностью заполняться заготовками,и поступающие заготовки
не смогут быть приняты в лоток. В связи с этим устанавливают
специальный отводной лоток 14.
11

В дисковом устройстве с захватными органами 2 в виде крючков
(рис. 4) заготовки расположены в бункере 5, снабженном пред бункером
4. Благодаря последнему можно иметь большой запас заготовок, однако
он не мешает выполнению фунциональных действий в БЗУ, так как с
помощью задвижки 3 к рабочим органам поступает лишь
дозированный поток заготовок.
Наклон дна бункера, изменяющееся поперечное сечение бункера,
силы трения и тяжести позволяют заготовкам к моменту захвата занять
благоприятное для захвата положение — открытой частью вперед,что и
определяет высокую вероятность захвата. В данном устройстве заготовки
захватыбаются лишь в одном положении, т.е. захват совмещен с
ориентированием, а подготовка к ориентированию и ориентирование как таковые
отсутствуют.
Захваченные крючками заготовки транспортируются к
лотку-магазину 6, причем правильное положение заготовок сохраняется с помощью
специальной трубки /. Если перед входом в трубку по какой-либо причине
Рис. 4. Дисковое БЗУ с крючками
12

заготовка не занимает требуемого положения, то под действием
амортизатора-вибратора она сбрасывается или меняет положение. Выдача
заготовок происходит под действием силы тяжести в лоток.
Если лоток будет переполнен, то заготовка останется на захватном
органе и совершит еще один цикл движения до выдачи, либо упрется в
заготовки в лотке, тогда захватный орган остановится и начнет работать
амортизатор-вибратор. Амортизатор-вибратор будет работать и в том
случае, если заготовка застрянет, например на входе трубки /.
Шиберное БЗУ (рис. 5) в отличие от предыдущих может быть
применено для крупногабаритных заготовок (массой до 100 кг). Заготовки
в большом количестве (до 6 т) загружаются в предбункер /, откуда они
при помощи вибропривода 2 медленно ссыпаются в бункер 5,
образованный двумя наклонными полками 6. Последние, а также шибер 4
расположены с некоторым наклоном, что обусловливает подготовку заготовки к
захвату. Шибер, проходя через массу заготовок, способствует их
ворошению, т.е. подготовке к захвату.
Захватным органом является дорожка, расположенная на верхнем
срезе шибера, причем она имеет такую форму, что заготовка при
подъеме шибера не занимает устойчивого положения поперек него. В связи
с этим заготовки занимают положение параллельно шиберу, движущемуся
плоскопараллельно по круговой траектории. Захватывая заготовку,
шибер выносит ее из общей массы и переносит вперед. Опускаясь ниже
уровня полок, шибер оставляет заготовку в щели между полками. Затем
цикл повторяется. В этом устройстве захват и ориентирование совмещены.
Подготовка к выдаче осуществляется путем выноса заготовки из
общей массы шибером. В дальнейшем шибер транспортирует заготовку
до лотка-магазина 3. Так как в данном устройстве приходится иметь
дело с большим количеством заготовок и, следовательно, большими
массами, то несколько своеобразно решается вопрос о
самовосстановлении работоспособности: в бункере приняты меры, чтобы не происходило
застреваний, а масса загружаемых заготовок строго дозируется. Если
Рис. 5. Шиберное БЗУ
13

лоток переполнен, то заготовки остаются в дорожке шибера до тех пор,
пока не появится возможность их дальнейшего движения.
Для относительно крупных заготовок (массой от сотен граммов до
15 кг) перспективно элеваторное БЗУ (рис. 6). Заготовки засыпаются в
бункер /, форма которого способствует подготовке к захвату. Захватные
органы - планки 3 смонтированы на бесконечной транспортной ленте
или цепи 2. Проходя через массу заготовок, планки захватывают
заготовки и выносят их из общей массы. До начала процесса ориентирования
заготовка находится на планках, что служит подготовкой к
ориентированию.
Ориентрование заготовок происходит за счет сил тяжести в
специальных ориентаторах 6 с крючком, после чего в процессе падения заготовки
выдаются в лоток 5. Если лоток переполнен, то заготовки по специальным
14

трубам 4 отводятся назад в бункер. Так как застревание в таком БЗУ
нигде произойти не может, то амортизатор-вибратор не предусмотрен.
Широкое использование автоматических роторных линий привело
к появлению нового направления в бункерной загрузке — роторных
БЗУ.
В высокопроизводительных автоматических роторных линиях
при окружной скорости вращения роторов 50-60 м/мин затрудняется
передача заготовок из стационарного питателя во вращающийся
транспортный ротор. Простои линий из-за механизмов загрузки могут достигать
10-15% общего времени работы оборудования. В атом случае
применяют более совершенные и надежные роторные БЗУ. В них бункер,
механизмы захвата и ориентирования заготовок, лотки-магазины, механизмы
передачи заготовок в транспортный ротор или в транспортную цепь
расположены в самом роторе и вращаются вместе с ним. Роторные БЗУ по
сравнению со стационарными более производительны, удобно
компонуются в линии. Для заготовок, имеющих форму тел вращения, применяют
загрузочно-питающие роторы, в которых поштучный отбор заготовок
производится либо поступательно перемещающимися трубками, либо
вращающимися втулками.
На рис. 7 представлен
загрузочно-питающий
ротор с трубчатыми
захватами органами и
механизмами вторичного
ориентирования с призмой.
Несущий вал 2 вращается в
подшипниках 1 и 5. В
верхней части рЬтора
закреплен бункер 18,
заполненный подаваемыми
заготовками 3. Равномерно
по окружности ротора,
соответственно числу его
позиций, расположены
подвижные захватные
трубки /7, которые
сочленяются с ползунами 14,
взаимодействующими
посредством роликов 16 с
неподвижным кулачком 15.
Последний при вращении
ротора задает захватным
трубкам
возвратно-поступательное движение.
Внутри захватных трубок
Рис. 7. Роторное БЗУ
15

Функциональные действия в БЗУ различных типов
Функциональное ]
действие*
Элементы для выполнения
Дисковое БЗУ (рис. 3)
с карманами
Дисковое БЗУ (рис. 4)
с крючками
Подготовка к за
хвату
Захват
заготовок
Подготовка к
ориентированию
Ориентирование
Подготовка к
выдаче
Выдача
заготовок

Самовосстановление
работоспособности БЗУ
Накопление
запаса заготовок
Предохранение
лотка от
переполнения
Ворошильный диск 4,
наклонные стенки БЗУ
Карманы 11
Пружины 12,
торцовый кулачок 1
Призма 7 и кнопка 10
Торцовый кулачок /
Окно 13 в опорном
диске5

Амортизатор-вибратор 16, 17, 18
Бункер 2
Отводной лоток 14
Наклонное дно БЗУ, поперечное
сечение бункера
Крючки 2
Трубка /
Приемная часть
лотка-магазина 6

Амортизатор-вибратор
Бу н кер 5 с предбун-
кером 4
Амортизатор-вибратор
установлены неподвижно относительно ротора приемные трубки 13. У
выходных окон трубок смонтированы ведущие приемники 70, приемные
воронки 8, охват 7.
При вращении ротора заготовки из бункера захватываются
перемещающимися захватными трубками и поступают в приемник. Заготовка
рычагом // опрокидывается на неподвижный поддон 9, по которому
перемещается по окружности в горизонтальном положении ведущим
приемником 10. С поддона 9 заготовка за счет смещенного положения
центра тяжести падает в приемную воронку 8 и поддерживаемая охватом
7 перемещается далее в транспортную цепь 6 для передачи в
технологический ротор.
Чтобы не произошло заклинивания опрокидываемой заготовки? в
приемной трубке/ последующая заготовка зажимается над пердыдущей
рычагом 12, который в нужный момент отводится кулачком 4.
Деформирование заготовок при заклинивании исключено, так как
последние обладают достаточной жесткостью, кроме того, рычаги 11
подпружинены. Производительность ротора 800 шт/мин.
Для каждого функционального действия в БЗУ должен быть
предусмотрен конкретный механизм (рис. 3—7 и табл. 1). В общем случае
любым БЗУ должны быть выполнены десять функциональных действий.
Только в частных случаях некоторые механизмы отсутствуют, и то лишь
тогда, когда функции этих механизмов выполняют другие механизмы.
16

Таблица 1
действии
Шиберное БЗУ
(рис. 5)
Элеваторное БЗУ (рис. 6]
Роторное БЗУ (рис. 7)
Наклонный шибер 4, Форма бункера
наклонные полки 8
Дорожка шибера Планки 3
Шибер
Шибер
Дно бункера 18
Трубки 17
Трубки 77
Трубки 13
Ориентатор б с крючком Поддон 9
— Охват 7
Приемная часть лотка 5 Цепь 6
— Подпружиненные рычаги 11
Бункер 5 с пред-
бункером /
Дорожка шибера
Бункер /
Трубы возврата 4
Бункер 18
Рычаг 12, кулачок 4
*Во всех рассматриваемых БЗУ выполняется еще одно функциональное
действие с помощью механического привода.
КЛАССИФИКАЦИЯ БЗУ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
ДЕЙСТВИЙ В НИХ
В настоящее время создано большое количество различных БЗУ,
существенно отличающихся как по принципу действия, так и по
производительности, универсальности, кинематической сложности и другим
признакам.
Исходя из основных тенденций развития средств автоматизированной
загрузки, наиболее важным считается признак, характеризующий БЗУ
как гибкую технологическую систему: характер совмещенности
захвата и ориентирования в БЗУ. Если эти функции совмещены (табл. 2),
т.е. захват и ориентирование происходят одновременно, то устройство
узкоспециализировано,предназначено для одной конкретной заготовки.
Как правило, при переходе к новой заготовке необходимо создание
нового БЗУ. Естественно, что производительность БЗУ по захвату и
ориентированию одинакова.
Более перспективны БЗУ, в которых функции захвата и
ориентирования разделены, но зависят друг от друга. Это значит, что в каждом
захватном органе последовательно происходит захват, а затем ориентиро-
17

Классификация БЗУ
Т а 6 л и ца 2
Движение
исполнительных органов
Совмещенность функций захвата и ориентирования
Совмещены
Однозах ватное
БЗУ
Многозахватное
БЗУ
Разделены, но
зависимы

Многозахватное БЗУ
Разделены и
независимы

Многозахватное БЗУ

Непрерывно-поступательное

Непрерывно-вращательное
Трубчатое
(рис. 8, а)
Пневмовихре-
вое (рис. 8,5)
Прерывисто-
вращательное
Возвратно-
поступательное
Возвратно-
качательное
Сложное-
комбинированное (рис. 8, е)
Элеваторное —
Шнековое (рис. 9, а) Дисковое
Дисковое: (рис. 10, а—д)
с крючками (рис. —
9,5)
щеловое (рис. 9,в ) —
с карманами (рис.9,г) —
Дисковое с кармана-
Элеваторное
(рис. 6)
Шиберное
(рис. 11, а)
Барабанное
(рис. 11, б)

Центробежное (рис.11 в)
Лопастное
(рис. 11, г)
ми (рис. 9, д)
Лопастное (рис. 9, е)
Трубчатое Шиберное (рис.9,ж)
(рис. 8,в )
Однокрючковое Секторное (рис. 9,з)
(рис. 8, д)
Трубчатое Роторное (рис. 9,
и—м)
Роторное
(рис. 10, е, ж)

Вибрационное (рис.
11, д)
Роторное
(рис. 11,е)

Вибророторное (рис.
11,ж)
вание. Благодаря этому лучше организуется захват заготовок, но
возможности БЗУ по захвату и ориентированию не одинаковы.
Наилучшие условия с точки зрения ГТС имеют БЗУ, в которых
функции захвата и ориентирования не только разделены, но и не зависят
друг от друга. В таких устройствах захват и ориентирование
производятся независимо в своих механизмах. При этом могут быть приняты меры
для выравнивания производительностеи этих механизмов. Так как захват
и ориентирование разделены и независимы, то расширяются возможности
замены одних устройств для захвата или ориентирования другими при
переходе на новые заготовки, что и требуется для гибких технологических
систем.
18

При создании БЗУ немаловажное значение имеет его кинематическая
сложность, обусловленная характером движения исполнительных органов.
В создаваемых ранее устройствах стремились к использованию простых
движений или таких, которые выполнены классическими
преобразовательными механизмами: кривошипно-ползунным или кулисным,
храповым, мальтийским и др.
Однако в последнее время для достижения более высоких
результатов используют кинематически сложные механизмы, когда складывают-,
ся несколько различных движений, что, естественно, открывает
неограниченные возможности для создания новых БЗУ.
Из классификации БЗУ (см. табл. 2) видно, что кинематически
сложные виды движений (прерывисто-вращательное, возвратно-качатель-
ное) широкого распространения не получили, в то время как
кинематически простое непрерывно-вращательное движение используется широко.
Отметим также, что тенденция создания устройств с комбинированными
движениями исполнительных органов начала проявляться в последние
годы.
В табл. 2 введена еще одна характеристика: число захватных органов
в БЗУ. Однозахватные БЗУ широкого распространения не получили из-за
низкой вероятности захвата.
Рассмотрим принцип действия БЗУ, приведенных в табл. 2.
В трубчатых БЗУ (рис. 8, а, в, е) захват и одновременно
ориентирование заготовок типа роликов, валиков, стаканчиков, шариков и т.п.
происходят в результате относительного движения трубки и бункера. При
этом трубка либо вращается, либо совершает возвратно-поступательное
движение, а бункер стоит неподвижно. Аналогичные движения может
совершать бункер, при этом трубка будет неподвижна. Возможны и
различные комбинации этих движений (рис. 8, е).
Пневмовихревые БЗУ (рис. 8, б) в некотором роде аналогичны
трубчатым БЗУ, но в них нет подвижных частей. Захват и ориентирование
осуществляются в результате вихревого движения воздуха, создающего в
центре бункера и в трубке полость низкого давления, куда втягиваются
заготовки. Дополнительное силовое воздействие существенно ускоряет
процесс захвата.
Стержневые БЗУ (рис. 8, г) применяют для заготовок типа
стаканчиков, которые захватываются и одновременно ориентируются,
надеваясь на стержень, движущийся возвратно-поступательно и выносящий
заготовки из общей массы в приемник, соединенный с лотком.
Если стержень для захвата, например, колец
заставить совершать возвратно-качательное движение, то получим однокрюч-
ковое БЗУ (рис.8, д). Такое устройство можно использовать лишь для
узкого круга аналогичных заготовок.
Рассмотрим примеры многозахватных БЗУ. Если в элеваторном
БЗУ (см. рис. 6) вместо планок установить крючки, то ими можно
захватывать и одновременно ориентировать полые стаканчики,
трубчатые заготовки и т.п. Шнековые БЗУ (рис. 9, а) применяют для заготовок
типа подшипниковых роликов, иголок, а иногда коротких винтов.
Захват заготовок осуществляется карманами, образующимися между двумя
19

Рис. 8. Однозахватные БЗУ с совмещенными функциями захвата и ориентирования
вращающимися валками, на которых нарезаны невысокие (пологие)
винтовые выступы. Ориентирование происходит в тех же карманах, что и
захват.
К группе многозахватных БЗУ относятся устройства с захватом
поштучно в несколько последовательно работающих захватных органов
(дисковые БЗУ с крючками и карманами, рис. 9, б, г), или с захватом
партиями (дисковое щелевое, рис. 9, в), причем захват заготовок может
происходить за наружную, внутреннюю или обе поверхности
одновременно. Особенность таких загрузочных устройств состоит в том, что все они
специального назначения, т. е. для каждой новой заготовки создается
свое БЗУ.
В некоторых многозахватных БЗУ необходимо чередовать движение
исполнительных органов с остановками, так как захват и ориентирование
заготовок происходят при вращении захватных органов, а для выдачи
заготовок в лоток-магазин необходимо захваченные заготовки совместить
с одним или несколькими приемниками. Примером таких устройств
является лопастное устройство (рис. 9, е) для загрузки П-образных
20

Рис. 9. Многозахватные БЗУ с совмещенными функциями захвата и ориентирования
21

пластин и дисковое (рис. 9, д) с фигурными карманами для заготовок
типа колпачков с l/d»1, в котором диск расположен горизонтально, а
выдача захваченных сориентированных заготовок происходит в несколько
вертикально установленных приемников.
Достаточно широкое распространение получили шиберные (ножевые)
БЗУ (рис. 9, ж) с периодически поднимающимся и опускающимся
шибером. 8 этом БЗУ одновременно захватывается несколько заготовок.
В зависимости от сложности заготовок профиль шибера может меняться,
и тогда удается во время захвата обеспечить ориентирование заготовок.
Естественно, что номенклатура заготовок, которые можно ориентировать
в таком БЗУ, невелика: болты, винты, кольца, шайбы, диски.
Секторные БЗУ (рис. 9, з) отличаются от шиберных лишь характером
движения исполнительного органа. Возможности же их по захвату и
ориентированию одни и те же.
В роторных БЗУ (рис. 99 и—м) захватные и одновременно
ориентирующие органы кроме непрерывного транспортного вращательного
движения получают дополнительные движения: возвратно-поступательное
для захвата стаканчиков стержней; возвратно-качательное движение дна
или специальной решетки — для колпачков. Хотя благодаря большому
числу захватных органов удается достичь высокой производительности,
такие устройства находят лишь специальное применение.
Рассмотрим БЗУ, в которых функции захвата и ориентирования
разделены, но зависят друг от друга.
К группе многозахватных БЗУ с непрерывным вращательным
движением относится большая группа дисковых БЗУ (рис. 10, а—д). Для
них характерно то, что захват заготовок производится в нескольких
различных положениях. Благодаря интенсивной подготовке к захвату
(о чем будет сказано ниже) вероятность захвата может быть достаточно
большой, и поэтому создаются предпосылки для получения высокой
производительности БЗУ. Ориентирование же может происходить либо в
приемнике (рис. 10, а), либо в самих захватных органах в специально
отведенной зоне (рис. 10, б) или в специальном ориентаторе: с помощью
вращающегося диска со штырьками (рис. 10, д), ориентирующим
плужком (рис. 10, в) или с использованием смещения центра масс и выреза в
обечайке (рис. 10, г). В процессе ориентирования возможно удаление
некоторых заготовок из общего потока, что скажется на
производительности БЗУ. Особенностью БЗУ этой группы является то, что
затруднительно изменить конструкцию захватного органа и особенно ориента-
тора, чтобы перейти на другую заготовку. Поэтому обычно эти устройства
носят специальный характер и число их разновидностей велико.
В роторных БЗУ с разделением функции захвата и ориентирования
(рис. 10, е, ж), так же как и в дисковых, производительность будет
определяться медленно работающим органом, а это, как правило, ориеи-
татор.
В устройстве, показанном на рис. 10, et ориентирование
производится в гравитационном ориентаторе, а в устройстве, показанном на рис.
10, ж, — в механическом. И тот и другой ориентатор требуют при создании
ротора гораздо больше места, чем захватывающие трубки.Это приводит к
22

Рис. 10. БЗУ с разделенными, но зависимыми функциями захвата и ориентирования

увеличению размеров ротора и его окружной скорости вращения,
ухудшению динамики работы. Такие роторные БЗУ трудно переводить но
новые заготовки.
В бункерных загрузочных устройствах с разделенными и
независимыми функциями захвата и ориентирования сначала производится захват,
в основном за наружную поверхность, а затем ориентирование в
специальных устройствах, находящихся либо в непосредственной близости
от захватных органов, либо вдали от них, либо в других устройствах.
Ориентаторы в этих БЗУ, а также плотность потока движущихся
заготовок в них могут быстро меняться, что очеспечивает максимальную
производительность и быструю переналадку БЗУ.
На рис. 6 было представлено элеваторное БЗУ, в котором из общей
массы могут быть захвачены заготовки, существенно отличающиеся
друг от друга. Переделке необходимо подвергнуть лишь ориентатор,
который можно либо регулировать при использовании аналогичных
заготовок, либо полностью заменить на ориентатор другого типа.
Многорядный захват и возможность передачи заготовок к любому ориен-
татору из разных рядов очеспечивают высокую плотность потока
сориентированных заготовок даже при незначительной вероятности захвата в
одном ряду. Шиберное БЗУ (рис. 11, а) может с минимальными
переналадками использоваться для заготовок, различных как по
геометрическим размерам, так и по массе. В барабанном БЗУ (рис. 11,6)
может достигаться интенсивный захват в несколько вибролотков,
проходящих через БЗУ, на выходной части которых устанавливаются сменные
ориентаторы. В центробежных БЗУ (рис. 11, в), получивших широкое
распространение в пищевой промышленности [10], сменные ориентаторы
могут устанавливаться на периферии вращающего диска. Лопастное БЗУ
(рис. 11, г) позволяет, в отличие от барабанного, обойтись без
вибролотков, используя для доставки заготовок к ориентатору транспортер.
Широкое распространение вибрационных БЗУ (рис. 11,д)
обусловлено именно возможностью резделения процессов захвата и ориентирования.
Если первый процесс происходит в нижней части чаши БЗУ, то второй
может быть вынесен в ее верхнюю часть. Возрастание числа витков при
этом может быть использовано для изменения плотности потока
заготовок после захвата, при этом сменные ориентаторы устанавливают
на дорожке БЗУ. Простота управления скоростью движения заготовок,
определяющей производительность БЗУ, создает предпосылки для
использования их в высокоавтоматизированных системах. В роторном
БЗУ (рис. 11, в) захват и ориентирование могут выполняться в различных
роторах, причем в ориентирующем роторе можно заполнять "дырки" в
потоке захваченных заготовок из внутрироторного запаса. Вибророторное
БЗУ (рис. 11, ж), имея достоинства центробежных и вибрационных БЗУ,
обеспечивает рост производительности до 3 тыс. заготовок в минуту»
Успех в создании БЗУ во многом зависит от правильного выбора
способа захвата заготовок и особенно от подготовки к захвату.
Все захватные органы БЗУ можно разделить (табл. 3) по массовости
захвата (поштучный, партионный и непрерывный) и характеру захвата
(за наружную, внутреннюю или обе поверхности одновременно). Наибо-
24

Рис. 11. БЗУ с разделенными н независимыми функциями захвата и ориентирования
лее распространен захват за наружную поверхность, так как он более
производителен и универсален, что соответствует требованиям ГТС.
Захват за наружную поверхность осуществляется захватными
органами типа карманов (рис. 12, а, б; 13, а,б). Щель, лопасть (рис. 13, в, г),
трубка, дорожка могут быть представлены как разновидности кармана,
отличающиеся от него и друг от друга соотношением длины /к, ширины
вк и глубины tK. Если /K^eK, fK, то это дорожка (рис. 14, б),
например, вибробункера. Если tK> /к, вк, карман превращается в трубку
(рис. 14, а), а если fK,/K > вк - в щель (рис. 13, в). Иногда трудно
провести грань между той или иной разновидностью захватного органа.
Так, лопасть, производящая захват нескольких заготовок, может быть
выполнена как с соотношением /к, eK >JK, так и/к >вк, tK. Отметим,
что один и тот же тип захватных органов может быть применен в
различных типах БЗУ (по табл. 2).
25

Захватные органы БЗУ
ТаблицаЗ
Характер захвата
Массовость захвата
Поштучный
Партионный
Непрерывный
За наружную
поверхность
За внутреннюю
поверхность
За внутреннюю и
наружную
поверхности
Карманы (рис.
12, а, б)
Вакуумные при-
сосы (рис.
12,е)
Крючок (рис.
12, г)
Стержень (рис.
12,д)
Карман с
крючком (рис. 12, е)
Карманы (рис.
13, а, б)
Щель (рис.
13, в)
Лопасть (рис.
13, г)
Магнитные
захваты (рис.
13, а)
Лопасть (рис.
13, е)
Трубка (рис.
14, а)
Дорожка (рис.
14, б)
Диск
фрикционный (рис.
14, в)
Среди захватных органов особое место занимают вакуумные присосы
(рис. 12, в), магнитные захваты (рис. 13, б) и фрикционные диски
(рис. 14, в). Первые два могут быть использованы для захвата поштучно,
и партией, и потоком. Захват с использованием сил трения широко
применяется в центробежных питателях [10].
Захват за внутреннюю или обе поверхности менее распротранен, что
обусловлено специализированным и специальным характером устройств.
Действительно, крючками (рис. 12, г), стержнями (рис. 12, д) и т.п.
можно захватывать лишь заготовки с внутренними полостями. Партионно
* д)
Рис. 12. БЗУ с поштучным захватом
26

27

Рис. 14. БЗУ с непрерывным захватом
за внутренние поверхности можно захватывать только некоторые
заготовки — типа скоб (рис. 13, е). За обе поверхности можно захватывать
невысокие колпачки. Для этих целей можно использовать БЗУ, схема
которого изображена на рис. 12, е или на рис. 9, д.
Качество работы БЗУ во многом зависит от правильного выбора
способа подготовки заготовок к захвату. В противном случае вероятность
захвата и, следовательно, производительность БЗУ будут низкими. При
проектировании БЗУ правильная разработка подготовки заготовок к
захвату гарантирует удовлетворительные характеристики его работы.
Разнообразные способы подготовки заготовок к захвату отличаются
по виду сил, осуществляющих подготовительное движение;
геометрическим особенностям заготовок; конструктивным особенностям бункера;
характеру подготовительного движения заготовок и направлению
подготовительного движения.
Силами, осуществляющими подготовительное движение заготовок,
являются силы: 1) тяжести, 2) трения, 3) инерции и 4) внешние силы.
К геометрическим особенностям заготовки относятся: 5) форма,
6) смещение центра масс и 7) соотношение размеров. Конструктивные
особенности бункера — 8) наклон и 9) форма дна, 10) форма захватных
органов. Подготовительное движение заготовок по характеру может
быть 11) скольжением, 12) пересыпанием, 13) качением и 14) полетом, а
по направлению - 15) попутным, 16) встречным и 17) поперечным.
Нумерация введена для того, чтобы при рассмотрении примеров указать,
какие из способов используются.
На рис. 15 приведены примеры, иллюстрирующие подготовку к
захвату.
На рис. 15, а показано БЗУ с наклонным дном, по которому
заготовки под действием сил тяжести передвигаются от места засыпки к
захватным органам (скользят, катятся и пересыпаются). Интересно
28 ,.

Рис. 15. Способы подготовки к захвату
29

отметить, что заготовки типа стакана с центром масс, смещенным ближе к
дну, и длиной, большей ее диаметра, при свободном движении одной
штуки стремятся двигаться лежа. При движении в общей массе каждая
заготовка, выбирая путь наименьшего сопротивления, стремится
перемещаться стоя, дном вниз.
Наклон дна бункера к горизонту под углом ад, большим угла трения,
создает возможность движения заготовок под действием силы тяжести
из бункера к захватным органам. Разложив силу тяжести заготовки на
две составляющие, видим, что составляющая GsinaA будет перемещать
заготовку к захватным органам, а составляющая G cos ад — прижимать ее
к дну бункера. Если длина заготовки типа стакана больше ее диаметра и
центр масс смещен к дну, то заготовка при движении в общей массе
будет стремиться "встать", а под действием пары сил G sin ад и /xGcos ад
(где fi — коэффициент трения скольжения) и давления последующих
заготовок будет стремиться опрокинуться открытой частью к захватному
органу, т.е. принять положение, благоприятное для захвата крючком.
Если длина заготовки типа стакана меньше ее диаметра и центр масс
смещен к дну, то такая заготовка будет скользить дном. В этом случае,
очевидно, благоприятным окажется захват заготовок за наружную
поверхность карманом.
Изменение конфигурации дна от плоского в сечении /—/ к
полукруглому в сечении //—// и полукруглому с канавкой в сечении ///—///
заставляет заготовки укладываться на образующую. Заготовки, которые
приняли вертикальное положение (дном вниз), вследствие давления
последующих движущихся заготовок опрокидываются и ложатся
открытой частью к захватному органу — крючку. Такое положение заготовок
благоприятно для захвата. Эксперименты показывают, что для стаканов с
отношением lid = 3 благоприятное положение занимают до 70—80%
заготовок, чем обеспечивается высокая вероятность захвата. В этом примере
использованы следующие способы подготовки к захвату: 1, 2, 5—9,
11-13,16,17.
Если заготовки насыпать на вращающийся горизонтальный диск
(рис. 15, д), то под действием сил трения и центробежных сил они будут
перемещаться к периферии, поштучно отделяясь от общей массы. В
расположенные по периферии захватные органы типа окон или
карманов заготовки будут забрасываться с большой силой. При этом центр
масс заготовки будет стремиться занять низшее положение, "стоячая"
заготовка будет стремиться "лечь", плоская заготовка — расположиться на
диске своей большей поверхностью, заготовка со смещенным центром
масс относительно середины — двигайся центром масс вперед. В
соответствии с этими положениями заготовок и следует располагать
захватные органы. Использованы 1, 2, 3, 5, 11 и 15 способы подготовки к
захвату.
При вращении барабана (рис. 15, б), у которого захватные органы
расположены на внутренней поверхности, происходит непрерывное
пересыпание заготовок. Это пересыпание и ворошение заготовок захватными
органами используется почти во всех БЗУ как способ подготовки к
захвату. Если перемешивание заготовок захватными органами недо-
30

статочно, то применяют специальные ворошилки. На рис. 15, з, к
показаны установленные на спицах или диске специальные лапки и угольники,
которые разбрасывают заготовки в бункере. В результате заготовки
движутся к захватным органам широким потоком и с большей скоростью,
что увеличивает вероятность захвата.
При свободном полете с вращением заготовка преимущественно
стремится занять в пространстве положение, соответствующее
наибольшему значению статистического момента инерции ее массы. Это
положение заготовки и является благоприятным для захвата.
В БЗУ, особенно имеющих коническую форму, могут возникать
трудноразрушаемые своды. Для устранения этих сводов прибегают к
определенным мерам. На рис. 15, в показан электромагнитный вибратор,
который встряхивает заготовки, побуждая их к движению, и приводит в
положение, благоприятное для захвата. Для встряхивания заготовок
применяют механические и электромагнитные вибраторы с малыми
амплитудами колебаний (до 1 мм) и частотой до 100 Гц.
Установка БЗУ непосредственно на станке или на прессе благоприятно
сказывается на процессе подготовки к захвату, так как возникающие при
работе вибрации станин вызывают встряхивание бункера. С этой точки
зрения установка БЗУ на отдельном фундаменте менее рациональна.
Хорошие результаты по подготовке к захвату полученые в БЗУ с
двумя вращающимися в противоположные стороны дисками (рис.
15, г - способы 1,2,4—8,11-13,15-17). Нижний диск с захватными
органами вращается в одном направлении, а специальный ворошильный
диск — в противоположную сторону. Благодаря этим движениям своды
разрушаются, заготовки пересыпаются и побуждаются к дополнительному
движению, увеличивается зона захвата, заготовки переводятся в
положение, паралельное захватному органу, благоприятное для захвата. Наклон
дисков и обечайки бункера к горизонту под определенными углами
создает предпосылки для подготовки к захвату как с диска, так и со
стенки бункера.
Для улучшения захвата на диске БЗУ наряду с захватными
органами / могут быть нанесены дополнительные пазы 2 (рис. 15, е), в
которых размещаются захваченные заготовки. В нижней части БЗУ
заготовки по пазам перемещаются под действием силы тяжести в захватные
органы. В пазы может поместиться большое число заготовок, и поэтому
большинство захватных органов будет заполнено заготовками
(использованы способы 1, 2, 5-8,10, 11,17).
Геометрическая форма заготовок определяет как способ захвата, так
и способы подговтовки заготовок к захвату. Например, при наличии
удобной для захвата внутренней полости подготовка к захвату должна
способствовать движению заготовки открытой частью навстречу
захватному органу.
В одних случаях захват за наружную поверхность осуществляется
карманами, имеющими большие внутренние размеры и способными
вместить заготовки в любых положениях. Здесь подготовка к захвату
сводится к ворошению заготовок для поштучного разделения и подаче
их к захватным органам чаще всего по наклонному дну бункера. В других
31

случаях захват за наружную поверхность обеспечивается карманами
простейшей геометрической формы с габаритными размерами,
позволяющими вместить заготовку в двух или трех возможных положениях,
чаще всего лежащих в одной из геометрических плоскостей, с последую-.
щим ориентированием или удалением заготовок, захваченных в
неправильном положении.
Если в БЗУ захват заготовок за наружную поверхность необходим
только в одном положении заготовки, то форма и размеры кармана
должны соответствовать форме и размеру сечения заготовки в
благоприятном для захвата положении.
Так, заготовки с массивным дном и с / < d (рис. 15, ж) благодаря
наличию скоса в диске при западайии в карман опрокидываются на 90°.
Если в общей массе часть заготовок будет прижата к стенке /
вращающегося диска, то те заготовки, которые окажутся прижатыми плоской
частью, будут скользить не меняя ориентации и западут в карман.
Заготовки, прижатые к стенке 1 донной частью, будут стремиться
перевернуться силами трения и принять положение, благоприятное для захвата.
Заготовки, попавшие на скошенную часть диска 2, получат за счет сил
трения вращательный импульс, способствующий закатыванию их в карманы.
В этом БЗУ использованы 1, 2, 4—8, 10—13, 15 и 17 способы подготовки
к захвату.
При захвате заготовок с l>d (рис. 15, и) движущиеся по
полукруглой стенке бункера заготовки преимущественно располагаются
вдоль его образующих и в этом положении западают в карман. Заготовки
из положения 2 скользят по диску и опрокидываются через его край в
карманы. Заготовки из положения 3 попадают на выступающие
зубья-призмы и, опрокидываясь на них, западают в карманы. Таким
образом, даже если заготовка подошла к захватному органу в
неблагоприятном для захвата положении, переворачиваясь под действием сил
тяжести на зубьях-призмах, она западает в карман. Чтобы правильно
вставшая заготовка не выпала, толщину диска принимают несколько
больше, чем расстояние от дна заготовки до ее центра масс,-но меньше,
чем расстояние от верха заготовки до ее центра масс. В БЗУ использованы
1,2,4—8,10—12,15 и 17 способы подготовки к захвату.
Характер подготовительного движения заготовок в бункере
существенно влияет на вероятность захвата. Пересыпание заготовок (рис. 15,
з, и) и свободный полет (рис. 15, к) создают более высокую скорость
движения заготовок и наибольшую зону захвата, но менее точное
направление движения к захватному органу. При скольжении заготовок (рис.
15, г, ж) скорость подготовительного движения меньше, чем при
пересыпании, но направление движения более точное. Качение шаровых и
цилиндрических заготовок обеспечивает значительную скорость и точное
направление подготовительного движения, что создает условия для
хорошего захвата и повышает производительность БЗУ.
В некоторых конструкциях БЗУ заготовки, пересыпаясь по диску
(рис. 15, з) с помощью ворошилок, могут быть направлены в ту зону
БЗУ, где на диске отсутствуют заготовки. Так как заготовки движутся
32

в определенном положении, то они беспрепятственно попадают в
захватные органы.
Выбор направления относительного движения захватных органов и
заготовок оказывает значительное влияние на длительность и вероятность
захвата. На рис. 15, а показан пример использования способа поперечного
подготовительного движения (закатывание) заготовки на позицию захвата.
Очевидно, что скорость движения захватного органа-крючка здесь не
может быть слишком большой, так как заготовка должна успеть
закатиться на позицию захвата до подхода следующего крючка. В этом же
примере при встречном движении заготовок и захватных органов большая
вероятность захвата будет достигнута при большей относительной
скорости.
Попутное подготовительное движение заготовок и захватных
органов — карманов или окон показано на рис. 15, з, к. Система угольников
на диске расположена так, что разбрасываемые заготовки получают
движение, совпадающее с направлением движения захватных органов, и
одновременно радиальное движение в захватные органы. Этим
обеспечивается наивысшая вероятность захвата при малых скоростях захватных
органов и возможность повышения производительности БЗУ при больших
скоростях.
Однако при больших относительных скоростях заготовок и
захватных органов возможно повреждение поверхности заготовок при
соударениях, что вынуждает снижать скорости.
При проектировании БЗУ необходимо стремиться к использованию
максимального числа способов подготовки к захвату в одном
устройстве, так как в этом случае могут быть получены высокие результаты.
Так, в БЗУ на рис. 15, г удается достигнуть очень производительного
захвата заготовок (до 85 шт. из 100) благодаря большому числу
подготовительных факторов. То же самое можно сказать и о конструкции
крючкового БЗУ (рис. 15, а).
Процесс выдачи заготовок из БЗУ — один из сложнейших, так как
заготовки, находящиеся в движении вместе с захватными органами
или относительно них, должны быть выданы в неподвижный
лоток-магазин. Все конструкции БЗУ можно разделить на группы в зависимости от
расположения входной части лотка-магазина, сил, с помощью которых
выдаются заготовки, и характера траектории движения заготовок из
захватных органов в лоток-магазин.
Выдача заготовок возможна внутрь конструктивного элемента,
передающего движение захватным органом, или во внешнюю часть
конструктивного элемента.
БЗУ делят на три группы: с выдачей заготовок под действием сил
тяжести; под действием сил тяжести и сил инерции; под действием
внешних сосредоточенных сил.
По характеру траектории движения заготовок из захватных органов
в приемник существуют БЗУ с плавной, непрерывной и с ломаной
траекториями движения заготовок.
На рис. 16, б, е, м показаны БЗУ с выдачей заготовок во внутреннюю
часть конструктивного элемента, передающего движение захватным
33

Рис. 16. Способы выдачи заготовок из захватных органов
34

органам. Размеры БЗУ при этом уменьшаются, но усложняется
эксплуатация. Остальные БЗУ, показанные на рис. 16, - с выдачей заготовок во
внешнюю часть — более распространены, так как удобны в эксплуатации.
В конструкциях, представленных на рис. 16, а, л, м заготовки
выдаются под действием сил тяжести, а в конструкциях, представленных на
рис. 16, е-и, — под действием не только сил тяжести, но и сил инерции.
В конструкциях, показанных на рис. 16, г, д, к, заготовки из захватных
органов выдаются подпружиненными собачками, т.е. под действием
сосредоточенных внешних сил. Выдача под действием сил тяжести и сил.
инерции конструктивно проще, но производительность ограничена. Выдача
под действием сосредоточенных внешних сил требует более
фундаментальной теоретической и конструктивной проработки, но позволяет
получить большую производительность.
В конструкциях, изображенных на рис. 16, г, е,ж, и, выдача заготовок
из захватных органов происходит по плавной непрерывной траектории,
а в конструкциях на рис. 16, в, з, к, л — по ломаной траектории. Ясно,
что непрерывная плавная криволинейная траектория обеспечивает лучшее
движение заготовок и более высокую производительность процесса.
При необходимости подачи заготовок на многопозиционное
оборудование БЗУ могут выдавать заготовки последовательно или
одновременно в несколько приемников. Например, некоторые БЗУ обеспечивают
одновременную подачу заготовок в два, три, четыре приемника, а БЗУ,
показанное на рис. 9, д, подает заготовки одновременно в десять
приемников.
. Подготовка к ориентированию состоит в том, чтобы захваченным
заготовкам (систематизированному потоку) придать некоторую свободу
в пространстве, так как в процессе ориентирования должно быть
изменено положение заготовок. Для этого применяют всевозможные вырезы
в обечайках БЗУ, расширяют дорожки вибрационных БЗУ, а для сброса
лишних слоев заготовок с захваченных используют пружины, сталки-
ватели, карнизы и другие приспособления. Естественно, что подготовка
к ориентированию возможна лишь в тех БЗУ, где функции захвата и
ориентирования разделены. При совмещении этих функций подготовка к
ориентированию отсутствует, как это видно из примера дискового БЗУ
с крючками (см. рис. 4).
Подготовка к выдаче заключается в том, чтобы сориентированные
заготовки лишить тех степеней свободы, которые были сообщены для.
выполнения ориентирования. Это могут быть всевозможные
ограничители, охваты, трубки, проходные полости, выполненные в соответствии
с размерами и конфигурацией заготовок, и т.п. В некоторых устройствах
достаточно бывает действия силы тяжести, сохраняющей положение
заготовки в захватном или транспортирующем органе.
Для приведения в движение захватных органов или самих заготовок
как, например, в пневмовихревом БЗУ, могут быть использованы все
имеющиеся приводы: механические/пневматические, электромагнитные,
гидравлические, инерционные и т.п.
Тип выбранного привода непосредственно влияет и на тип
устройства для самовосстановления работоспособности БЗУ. Это функциональное
35

действие особенно важно, так как средства автоматизированной загрузки,
в частности БЗУ, должны обеспечить работу технологического
устройства в режиме с минимальным участием человека в обслуживании
оборудования и средств автозагрузки. С другой стороны, из-за
вероятностного принципа работы БЗУ в нем могут довольно часто возникать
всевозможные отклонения, в том числе приводящие к заклиниваниям,
застреваниям и т. п. Установка предохранительных муфт, не
позволяющих передавать на рабочие органы предельные крутящий момент, усилия,
мощность и др., не дает эффекта, так как в этом случае движение рабочих
органов или заготовок прекратится и возобновится только после
вмешательства человека, что противоречит требованиям автоматизации. Поэтому
необходимо не только избегать поломки рабочих органов БЗУ при
застреваниях, заклиниваниях и подобных явлениях, но и добиться устранения
возникших отклонений без участия человека.
Этот вопрос можно решить двумя путями. Первый путь —
проектирование таких БЗУ, которые позволяют полностью избежать
застреваний заготовок в них [шиберные (см. рис. 5) и элеваторные (см. рис. 6)
БЗУ]. Такие решения немногочисленны, хотя и возможны. Второй
путь — использование амортизаторов-вибраторов — устройств, которые, с
одной стороны, не позволяют деформировать заготовки или захватные
органы в критических ситуациях (функция предохранительной муфты
или амортизатора), а с другой стороны заставляют рабочие органы с
захватными устройствами совершать возвратные движения, благодаря
чему создается предпосылка для изменения положения застрявшей
заготовки (функция вибратора). В БЗУ с механическим приводом применяют
такие же устройства, как и в дисковом (см. рис. 3). В других случаях
решения могут быть иными: в вибрационных БЗУ — это привод,
создающий колебательное движение органов; в пневмовихревом — это
воздух, оказывающий силовое воздействие на застрявшую заготовку; в
щелевых — подпружиненные собачки и др. Так или иначе функция
самовосстановления работоспособности БЗУ очень йажна, и конструктор
должен обратить на это действие особое внимание.
Запас заготовок накапливается в бункерах и предбункерах. В
бункерах наряду с запасом заготовок находятся и захватные органы.
Вместимость бункера должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить
непрерывную работу в течение 10—15 мин и создать условия для обслуживания
одновременно нескольких единиц оборудования. В предбункере находится
только дополнительный запас заготовок.
Использование предбункеров обусловлено тем, что в некоторых
случаях в бункере нельзя создавать очень большой запас заготовок из-за
возможности потери заготовками своих свойств или из-за чрезмерно
большой массы накопленных заготовок и, следовательно, больших
нагрузок на рабочие органы, или из-за помех, которые создают лишние
заготовки процессам, происходящим в БЗУ.
Формы бункеров и предбункеров весьма разнообразны и в
большинстве случаев представляют собой сочетание различных поверхностей
со сложными переходами, причем наиболее распространены ковшеобраз-
ные и цилиндрические поверхности (рис. 17). Движению заготовок в
36

Рис. 17. Бункера и пред бункера в Б ЗУ
бункерах содействуют движущиеся подвижные органы. В предбункерах
во избежание образования сводов и заторов необходимо устанавливать
дополнительные устройства, побуждающие заготовки к движению. Иногда
(см. рис. 39) удается передать движение к предбункеру от основного
привода БЗУ.
При работе БЗУ обязательно возникают моменты? когда
принимающий заготовки лоток переполнен и необходимо прекратить выдачу
заготовок в лоток. В этом случае БЗУ может быть либо остановлено (такой
вариант эксплуатации встречается чрезвычайно редко), либо
продолжать работать. При этом: а) заготовки остаются в захватных органах,
совершают в них движение и после освобождения места в лотке
начинают выдаваться (см. рис. 16, д); б) заготовки остаются в захватных
органах, но за счет работы амортизатрра-вибратора захватные органы
находятся в постоянной готовности выдавать заготовки в лоток (см.
рис. 4); в) заготовки транспортируются мимо лотка-магазина и
удаляются из захватных органов в бункер (см. рис. 16, е); г) заготовки
транспортируются мимо лотка и удаляются в запасную тару вне бункера
(см. рис. 3). Наиболее распространены варианты а и б, а менее — вариант г.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЗУ
Циклограмма работы БЗУ. Производительность работы БЗУ
определяется числом заготовок, выдаваемых в единицу времени, и
устойчивостью этой величины во времени. Проектирование БЗУ включает
проектирование циклограммы и расчет ее интервалов.
37

Технологический цикл 7"техн одного захватного органа БЗУ равен
сумме интервалов функциональных действий:
гтехн= 2 h = * 1 + f2 + *з + U + f5 + U + 17,
где 11 — время подготовки к захвату, с; t2 — время захвата, с; f3 — время
подготовки к ориетированию, с; f4 — время ориентирования, с; f5 —время
подготовки к выдаче, с; t6 - время выдачи в лоток-магазин, с;
tn - время холостого хода, с.
Графически циклограмму для одного захватного органа 0 можно
изобразить в виде кругового (рис. 18, а) или линейного (рис. 18, б)
графика, в котором интервал подготовки к захвату чаще всего
перекрывает все остальные интервалы (рис. 18, в). Для нескольких захватных
органов циклограмма может быть построена только линейной со
смещением циклограмм каждой следующей заготовки на время рабочего цикла
7"Раб (Рис. 18,г).
Так выглядит циклограмма в общем случае; во многих частных
случаях некоторые интервалы могут отсутствовать, а некоторые
перекрываться во времени и выполняться одновременно. Но для каждого из них
требуется время. При недостатке этого времени та или иная функция
не будет выполнена, и БЗУ либо совсем не выполнит своего назначения,
либо производительность его станет мала.
Производительность БЗУ. Рабочий цикл 7"ра6 - время между выдачей
в лоток-магазин двух следующих друг за другом заготовок — равен
технологическому, деленному на число захватных органов к:
'раб ~ *¦техн'*'
Теоретическая минутная производительность /7Т (шт/мин) равна
частному от деления 60 с на рабочий цикл в секундах:
/7г = 60/Граб = 60А:/Гтвхн.
О)
Действительная минутная производительность /7Д (шт/мин) равна
теоретической, умноженной на коэффициент выдачи г\, учитывающий
возможные потери производительности:
Из B) следует, что
Т7= /7Д//7Г. C)
Пользуясь выражением C), можно экспериментально определить
коэффициент выдачи работающих БЗУ как отношение
среднестатистической действительной производительности к теоретической.
Рабочий цикл равен частному от деления шага захватных органов
Ь на среднюю скорость движения захватных органов v:
граб=^-

рг
h
ь
t,
is
'техн
S)
V
*r\
h
Ь
ti
t4
is
'теки
В)
*$
1
t?\
¦*-=?
Tpa6
>->r
i
i
i
i
г)
Рис. 18. Циклограмма бункерного загрузочного устройства:
а — круговая; б—г — линейная
После подстановки Траб в выражения A) и B) получим исходное
выражение для производительности:
/7д = 60ит?/6.
Для многопоточных, многозахватных БЗУ с выдачей в несколько
приемников за один оборот исполнительных органов, с учетом влияния на
производительность различных дополнительных факторов, универсальная
формула для вычисления действительной производительности может
быть записана в виде
Па=а1а2аъа^а5 ... /60 vr\lb,
D)
где аг - коэффициент, учитывающий число заготовок, которое может
одновременно захватить каждый захватный орган; а2 - коэффициент,
учитывающий, сколько раз могут возобновиться захват и выдача
заготовок каждым захватным органом за время одного оборота; аъ —
коэффициент, учитывающий влияние на производительность относительных
размеров заготовок; а4 — коэффициент, учитывающий влияние на
производительность степени заполнения бункера; а5,а6 — коэффициенты,
учитывающие влияние на производительность других факторов,
специфических для различных типов БЗУ, различных заготовок или различных
условий эксплуатации; / — число параллельных рядов захватных органов.
Если обозначить R — радиус захватных органов, м; b — шаг захватных
органов, м; v— окружная скорость захватных органов, м/с; /? — число
оборотов в минуту захватных органов или число их ходов в минуту,
заменить v = nRn/30 и b = 2л7?/ к , то после подстановки в формулу D)
можно получить выражение действительной производительности
/7Д -аха2аъа^а5 ... /к п г\.
E)
39

Следует отметить, что зависимости D) и E) не очень удобны при
проектировании БЗУ. Если коэффициенты аг,а2 . . . не зависят от других
величин, входящих в формулы, то Ь, например, в формуле D) зависит от
v. Действительно, при увеличении скорости захватных органов шаг
захватных органов должен быть увеличен, так как для захвата заготовки
необходимо больше времени и, следовательно, большие размеры кармана,
т.е. очевидно, что 6 есть функция от v. В зависимости E) увеличение
числа захватных органов приведет к увеличению и радиуса захватных
органов, а это в свою очередь может потребовать уменьшения угловой
скорости, а следовательно, и числа оборотов для получения наилучших
условий захвата.
Экспериментальные исследования показали, что коэффициент выдачи
является нелинейно-убывающей функцией от окружной скорости
захватных органов, а его наибольшее значение r?max соответствует малым
скоростям захватных органов. Эта функция может быть
аппроксимирована на основании экспериментов в виде зависимости
f^max-^ F)
где т?тах, € и ф — некоторые коэффициенты.
Из литературных данных [1] известно, что характер изменения т?
и /7Д можно описать двумя типовыми кривыми (рис, 19),
свидетельствующими о-следующем.
1. В большинстве случаев с увеличением скорости захватных органов
сначала почти пропорционально увеличивается (до некоторого предела)
производительность. Значение окружной скорости, до которого
сохраняется прямая пропорциональность, можно принять как
рекомендуемое. До этой скорости захватных органов БЗУ работает с устойчивой
производительностью.
2. При дальнейшем увеличении окружной скорости прямая
пропорциональность нарушается. Производительность хотя и продолжает расти,
достигая максимума, но ее рост отстает от увеличения скорости. При
таких скоростях производительность БЗУ довольно резко колеблется и
работа его становится менее стабильной.
3. При еще большем увеличении окружной скорости захватных
органов производительность резко падает, вследствие того, что заготовки
не успевают либо захватываться, либо выдаваться в лоток-магазин, либо
ориентироваться, или начинают застревать.
4. Дальнейшее повышение производительности возможно только при
кардинальном изменении конструкции БЗУ.
Конкретные значения т?тах и е, ф можно определить из литературных
данных [1].
Исходя из зависимости F), формулу D) можно записать как
"д =3ia2333435 -.. / ( \ах - б ^) 60 v.fb
или, опуская коэффициенты,
^д" (T?max-ei^) 60 v/b. О)
40

пд\Ч
Рис. 19. Зависимость производительности /7Д и коэффициента выдачи 1? от скорости
захватных ораганов
Зависимость h = f (v) может быть получена из рассмотрения условий
захвата заготовки захватным органом.
Захватные органы БЗУ представляют собой карманы, крючки, щели,
окна, пазы, стержни, лопасти и подобные органы, движущиеся с
постоянной угловой скоростью. В зависимости от формы заготовки, конструкции
загрузочного устройства и характера движения заготовки в БЗУ условия
западания будут различными. Рассмотрим решение типичной задачи
западания призматических заготовок в захватные органы дисковых
загрузочных устройств и установим зависимости между размерами
деталей и карманов, скоростями движения заготовок и карманов.
Предположим, что заготовка, имеющая призматическую форму
с плоским дном (рис. 20), скользит к движущемуся захватному органу
в виде окна под влиянием силы тяжести по плоскости, наклонной к
горизонту под углом ад, и имеет линейную скорость при подходе к окну,
равную vQ, окно движется с постоянной окружной скоростью vb
плоскости, перпендикулярной направлению скорости у0. Пусть высота
заготовки /?. Для возможного западания заготовки в окно необходимо,
чтобы длина его была больше длины заготовки на некоторую величину
Д6. Величина ДЬ должна быть такой, чтобы при движении окна на
протяжении пути Д6 заготовки успели войти в него на глубину ДЛ,
обеспечивающую захват заготовки.
Пусть за время f0Kp окно, имеющее размер 6 = / + 6 + ДЬ F — ширина
перемычки) и движущееся со скоростью v, пройдет по горизонтали
путь, равный Ыэ, тогда
Д* = "окр»'"окр==Л*М
41

GsUlcLjj
GcoscLg
Г'
l+Ab
в
Рис. 20. Схема западания призматической заготовки, скользящей по наклонной
плоскости, в движущийся захватный орган
С другой стороны, заготовка, двигаясь под действием силы тяжести,
должна пройти по наклонной плоскости путь, равный Л/?, за время,
меньшее или равное Гокр:
*<*окр=Ш*.
(8)
Составляя дифференциальное уравнение движения заготовки по
наклонной плоскости, решая его и полагая в нем 5= ДЛ, получим
выражения для времени и скорости в конце западания
v-yj v% + 2 Lhg (sin aA-McosaA),
f=(-^oV^o2+2Mflr(sinaA~iLicosaA)') /0{sinaA-juCos<*A),
где ju - коэффициент трения между заготовкой и поверхностью
скольжения.
Подставляя значение f в выражение (8), получим
-и0 +\/у02+2ДЛу Ыпскд-jucosaA) • ЛЬ
¦ ^ ———
д (sinaA— /LicosaA) v
После преобразований получим окружную скорость захватных
органов, при которой возможно западание заготовки в движущееся окно,
i< (ШШ [ (v012) V^o2/4)-(A/?flr/2) (^inaA-/icosaA) \
Если предположить, что западание заготовки в окно происходит
при начальной скорости движения v0=0, что чаще всего имеет место
в БЗУ, то
v<Ab\/g (s ina —jucosaj I2bti,
42
bb>vsjlbhlg (s i пад —jucos<*a)'.
(9)

Исходя из сказанного, формулу G) можно переписать
ntT fomax-ei^) B0v/U + S+v\/2dJ>/g (sinafl - jucos ад) ). A0)
Полученное выражение показывает, как важно влияние v на главную
характеристику БЗУ — производительность.
Методика проектирования БЗУ. Проектирование начинают с выбора
типа БЗУ. Для этого может быть использована научно-техническая
литература, патенты и авторские свидетельства. Выбрав тип БЗУ, а также
получив сведения о значениях г|тах,еи ф, соответствующих этому типу,
/ (из задания на проектирование), 5 и ад (из конструктивных
особенностей БЗУ) и м (исходя из фрикционной пары), можно определить влияние
у на /7Д. В формуле A0) неизвестна лишь величина Л/7, которая согласно
работе [1 ] может быть принята в пределах @,&Ю,23) h (d - для
цилиндрических заготовок).
Получив путем расчета график /7Д= f(v), можно подобрать рабочее
значение v. По формулам F) и (9) соответственно вычисляют коэффициент
выдачи г? и зазор по шагу Д6, а следовательно, и шаг захватных органов
6 = / + 5+Д6.
Остальные необходимые для проектирования БЗУ характеристики
можно получить лишь после выбора радиуса диска с захватными
органами. Для заготовок с длиной не более 8—10 диаметров принято
руководствоваться эмпирической рекомендацией; /?= E-МО) /. При выборе
радиуса БЗУ необходимо иметь в виду, что его малое значение приводит
к уменьшению числа заготовок в бункере, а следовательно, к ухудшению
условия подготовки к захвату, и возникает необходимость в предбункере.
Большой радиус приводит к резкому возрастанию занимаемой площади
около технологического оборудования, увеличению массы
расположенных в БЗУ заготовок, большим крутящим моментам, ухудшению
подготовки к захвату и работы амортизатора-вибратора, деформированию
заготовок.
Выбрав радиус /?, можно вычислить следующие величины:
* = 2тгЯ/(/ + 6+ДЬ), A1)
со = и/Я, A2)
п =30 со/тг и Гтехн= 60/л. A3)
Полученное значение 7"техн позволяет приступить к построению
циклограммы работы проектируемого БЗУ. Для этого необходимо
определить ti -f7, прежде всего tx и t2 — время интервалов подготовки к
захвату и захвата. При выборе этих величин необходимо
руководствоваться не только расчетами. Например, t2 можно определить из
выражений (8) и (9). Но в этих расчетах t2 будет характеризовать захват
лишь одной заготовки в один захватный орган. В БЗУ картина иная
(рис.21).
Перед началом вращения диска 2 заготовки располагаются в бункере
43

Вид А
Рис. 21. Расположение заготовок в бункере БЗУ
/ симметрично вертикальной плоскости сечения ее, занимая положение
acb с наклоном верхней поверхности заготовок под углом /30 к
горизонту. В процессе вращения диска по направлению стрелки заготовки
увлекаются им, и их поверхность а'Ь'с' располагается под углом
пересыпания /?! к горизонту. Так как во всех дисковых БЗУ в наивысшей
точке диска — точке е происходит или доориентирование заготовок, или
выпадение неправильно захваченных, или выдача заготовок в
лоток-магазин, то в начальный момент в бункер можно засыпать только такое
число заготовок, которое при вращении диска не сможет подняться
до точки ей не будет мешать ориентированию или выдаче заготовок в
этой точке. Практически наивысшее положение заготовок должно
отстоять от точки е не ближе, чем на 1/4 длины дуги окружности.
Угол естественного откоса рх зависит от формы и размеров
заготовок и степени их загрязнения, точнее, от коэффициента трения между
отдельными заготовками. Угол Рг для каждого конкретного случая
определяется экспериментально следующим образом (рис. 22): на
площадь, ограниченную кольцом А, насыпают заготовки до тех пор, пока
они не будут ссыпаться через борт кольца. Затем измеряют угол при
вершине в двух взаимно перпендикулярных направлениях и выбирают
среднее арифметическое из них. Диаметр кольца должен быть больше
длины исследуемой заготовки по крайней мере в 10 раз.
Например, на рис. 22 представлены данные для латунных
стаканчиков диаметром 10 мм, полученные в зависимости от отношения длины
заготовок к их диаметру и в зависимости от состояния поверхности
заготовок (чистая и сухая; смоченная мыльной эмульсией и
загрязненная — с налетом коррозии). Результаты исследования показывают,
что с увеличением отношения длины к диаметру и степени загрязнения
заготовок естественного откоса увеличивается от минимального значения
A7°) до максимального D0°). При встряхивании бункера с
заготовками этот угол значительно уменьшается.
Из рис. 21 видно, что каждый захватный орган может в пределе
находиться под слоем заготовок начиная с точки b и кончая точкой а'.
Процессы подготовки к захвату идут в течение всей работы БЗУ.
Таким образом, при проектировании циклограммы БЗУ первым
должно быть выбрано время t2, а оставшееся время от Гтехн будет отве-
44

Рис. 22. Схема экспериментальной установки и график экспериметнальных
значений углов естественного откоса:
7 — для загрязненных заготовок; 2 — для чистых сухих заготовок; 3 — для
заготовок, смоченных мыльной эмульсией
дено для величин U,U,ts,Ut t7. При подборе t2 необходимо учесть
влияние уровня засыпки. Чем больше уровень засыпки заготовок, тем
выше будут подниматься точки b и а' и возрастать время t2,
следовательно, уменьшается время f3 — *7# что скажется на выполнении
остальных функциональных действий. Именно по этой причине уровень засыпки
заготовок в бункер не должен превышать 2/3 /?. Исходя из этого и зная
/3i, вычисляют t2.
Из оставшихся t, входящих в циклограмму, особенно важны времена
ориентирования f4 и выдачи t6;t3f t$ и f7 чаще всего определяют в
зависимости от U wt6, кроме того, обычно эти процессы не требуют
больших затрат времени.
Конструктор, проектируя БЗУ, может задать f3—f7* надеясь на
свой опыт и инструкцию, но гораздо более рационально определение
этих величин расчетным путем.
Расчет процесса ориентирования. В каждом койкретном БЗУ способ
ориентирования может быть своеобразным. Наиболее распространен
способ ориентирования за счет сил тяжести — гравитационного
ориентирования (рис. 23).
Заготовка типа стакана (рис. 23, а), движущаяся открытой частью
вперед, натыкается на эксцентрично, установленный штырь со скосом и
опрокидывается дном вниз. Заготовка, движущаяся дном вниз,
скользит по скосу штыря так же дном вниз. Заготовка, заостренная на одном
конце (рис. 23, б), падает на лапки, имеющие форму вилок. Заготовка
узкой частью свободно пройдет через вилку, а широкой частью
задержится ею, благодаря чему заготовка опрокинется острием вниз.
Заготовки, имеющие Смещенный центр тяжести относительно середины
(рис. 23, в - д), опираясь на призму, установленную в середине по длине
лотка, будут опрокидываться тяжелой частью вниз или в правый, или в
левый карман. Идея ориентирования на призме использована в
конструкции на рис. 23, е, где призмы размещены на наклонно вращающемся
диске, относительно которых и происходит ориентирование заготовок
в правый или левый карман. В конструкции на рис. 23, ж на вращающемся
наклонном диске размещены карманы такой глубины, что заготовки,
45

д) е)
Рис. 23. Способы ориентирования заготовок в БЗУ
попавшие дном вниз, удерживаются в них/ а заготовки, попавшие дном
вверх, опрокидываются относительно ребра кармана.
Рассмотрим процесс ориентирования в БЗУ по рис. 3.
В тангенциальные карманы / (рис. 24) наклонного вращающегося
диска 2 западает заготовка. При некотором положении кармана 1,
определяемом углом if, заготовка повернется на призме 3 и опрокинется в
радиальный карман 4. Ясно, что после захвата заготовка в кармане может
оказаться в одном из двух положений: дном вправо или влево. Условия
ориентирования в каждом из этих случаев будут не одинаковы (рис. 25).
В варианте / процесс ориентирования начнется гораздо позже, так как
составляющая Gx = G$jnaA, являющаяся ориентирующей силой, действует
на гораздо меньшем плече, чем в варианте II .Не рассматривая теорию этого
вопроса [1], отметим, что для варианта/ получим конкретное ifF\p\,
а для варианта 11<р = </>2 • Одно из полученных значений угла q = V2
определяет начало интервала t4 на циклограмме БЗУ.
Для определения длительности интервала ориентирования необходимо
определить время поворота заготовки на призме. Часто эту задачу
приходится решать поэтапно, так как весь процесс поворота может быть разбит
на несколько фаз. Например, в рассматриваемом случае заготовка
сначала только поворачивается на призме (нужно узнать время и конечные
условия этого поворота), а затем одновременно поворачивается и скользит
в радиальный карман (нужно вычислить время до завершения
ориентирования). Может оказаться, что суммы этих двух времен в вариантах
46

Рис. 24. Схема ориентирования заготов- Рис. 25. Расчетные схемы для определе-
ки на призме, расположенной на вра- ния начала ориентирования заготовки
щающемся диске
/ и //будут различны,и, таким образом, на проектируемой циклограмме
получим два момента окончания процесса ориентирования. Конструктор же
должен будет принять одно решение. С точки зрения получения
максимальной производительности желательно добиться ориентирования заготовки из
неблагоприятного варианта, но процесс ориентирования может затянуться, и
на остальные интервалы цикла не останется времени. В таких
случаях необходимо ускорить процесс ориентирования, что достигается
дополнительной вибрацией, встряхиванием, воздействием пружинных
подбрасывателей, поддувом воздуха и другими приемами. В дисковом
БЗУ с карманами (см. рис. 3) для этих цепей установлена
подпружиненная кнопка 10.
Расчет процесса выдачи. Правильно спроектированный узел выдачи
заготовок должен обеспечить беспрепятственное непрерывное их движение
из захватных органов в лоток-магазин с заданной производительностью.
Недостаточная скорость движения заготовок из захватных органов в
приемник часто ограничивает производительность БЗУ. Процессы выдачи
заготовок из захватных органов вследствие большого разнообразия
конструкций весьма различны, но можно найти некоторые общие решения.
Расчет выдачи заготовок из захватных органов в лоток-магазин
47

Рис. 26. Расчетная схема
движения заготовки по лопасти
барабанного Б ЗУ
необходим как для
правильного проектирования
циклограммы (когда
начинается и кончается процесс
выдачи), так и с позиций
компоновки и
конструирования БЗУ (где должен
быть установлен
лоток-магазин для приема
заготовок, какова траектория
движения заготовки в
процессе выдачи).
В качестве примера
рассмотрим процесс выдачи
заготовок из
барабанно-лопастного 63У (рис. 26). Заготовка массой т, находящаяся в точке М0 на лопасти длиной
/, вращается вместе с барабаном с постоянной угловой скоростью а>. Плоскость
лопасти составляет с линией ОА угол, равный у. В начальный момент заготовка
лежит на расстоянии а от начала лопасти А. Величина а зависит от длины
заготовки, толщины ее B г), радиуса барабана Я и угла наклона лопасти у. В
произвольном положении лопасти, определяемой углом а, заготовка на лопасти
находится также в произвольном положении, определяемом текущей координатой
в+х. Барабан с лопастями вращается, и на заготовку действуют сила тяжести
G - тд, сила инерции в относительном движении Л = тх. центробежная сила
инерции </ц = т w *г, кориолисова сила инерции J ' = Ттых, нормальная сила
реакции N и сила трения F где хих- скорость и ускорение заготовки в
относительном движении.
После составления уравнений движения заготовки и необходимых
преобразовании получим дифференциальное уравнение движения заготовки по лопасти
x-2Mcox-a>8x=flr$ina- цд cos a ~ w8 (а +м R sin у -A? cost + М2). A4)
В jtom уравнении м - коэффициент трения, определяемый по уравнению A4)
при «> - о, х - 0,# - 0, х= 0 и а = а0, что соответствует положению покоя. Тогда
О =д sin а0 - д д cos <*0 и м0= tga0.
гпииЛ°ЭФФИЦИеНТ ТрвНИЯ ПОКОЯ м° может *ыть 0ПРеАелен для каждого частного
случая экспериментальным путем по статистическому углу трения покоя a
Если же лопасти вращаются с угловой скоростью о>, то вследствие наличия
Z^Z'Z^Lr0^3 НаЧНвТ СК°ЛЬЗИТЬ С Л0ЛаС™ "»» *л. - "еклонГ;
ZZ Г УД ЬШе статистического угла трения покоя <*0. Назовем угол а,
динамически^ углом трения покоя. Для его определения положим в уравнении (иГ
miu х — и, a=u» х=и, а о)^ О. Тогда
O^smaj -Moflr cos о^ - со2 (а+Мо/?smT~/?cos7+Mj).
Решая это уравнение относительно at, получим
tgo^ =-VU2 ~S2)V>*VH2-aa)-A-?2)/U*--?2)',
48

где
А = -1/ м0; В = cj2 (а +м0 Я sin 7 - flcos 7 + До* * Л*0 9-
Экспериментальные исследования показывают, что коэффициент трения
скольжения д не равен коэффициенту трения покоя д0. В общем случае он может быть и
больше, и меньше м0. Для задач автоматической загрузки на основе
экспериментальных исследований можно принять д = 0,7 д0.
Уравнение A4) после подстановки значения динамического угла трения примет
вид
х - 2 м со х - cj2 х =д sin (а, + u>f) - д 0 cos (а, + wf) +
A5)
+ u>2 (a + д /? sin 7 — R cos 7 + д2).
Уравнение A5) является линейным дифференциальным уравнением второго
порядка. Решение этого уравнения будет иметь вид
x = C1e/,iw^+ Cf^»wr+ lrl + *а sin (at +"wf) + к3 cos (a, + wf), 06)
где
С, = {h2kl + ih2k2+kz) sin a, +{h2kz — k2) cos al)f(hi — /?,);
С, = M»^ - (/»jЛга +Ar3 ) sin.at + (Л,*, -*2) cos a, )/'(*, -ла );
^i=m + n/m2 + i'; л2=д -Vm'+I;'
/r, = - (а + д Я sin 7 - Я cos 7 + д2) ;
k* = -9 0 -д2)/2а>2 A+д2);
*,=M*/wa A+д2).
Значение at оценивает начало интервала ориентирования в циклограмме.
Конечная точка этого интервала может быть получена в том случае, если из уравнения
A6) определить значение t, соответствующее моменту схода заготовки с лопасти,
т.е. когда х = / — а. Решить уравнение A6) относительно можно численными
методами, используя для этих целей ЭВМ.
Для решения вопросов, связанных с компоновкой БЗУ и конструкцией
устройства для передачи заготовок в лоток-магазин, необходимо рассчитать движение
•заготовки после схода ее с лопасти. Для нахождения координат точки схода
заготовки с лопасти можно пользоваться следующими равенствами (при условии, что оси
координат проходят через центр барабана) (рис. 27):
и0 = z cos (oij +' wf + 0); y0=z sin (at +' wf + 0),
где
0 = arctg ((Я sin 7 + r) I (R cos 7 — a — x)); г = {R sin 7 + r) / sin 0.
Относительная скорость движения заготовки в точке схода с лопасти
определиться как первая производная из уравнения A6):
vOJ*=hlb>Cl<tti"t+h2u)C2 e/,»wt + oj*a cos (a, +'wf) -w/r8 sin (at +'wf).
Относительную скорость желательно разложить вдоль осей ?/ и у:
„oth=1,othcos ( +wf); „отн = 1,отн8!п ( +i0t)
у 49

Заготовка участвует и в переносном движении — врщении вместе с бункером и
лопастью. Скорость заготовки в переносном движении определяется как ипер = и>г.
После необходимых преобразований'получим полные значения составляющих
скорости заготовки
vu = vOTH cos («J + cot) + ипеР cos [90° -0- (с^ +ojt)];
vy = v°™ sin К + wf) + ипеР sin [90° - 0 -Aat + cot) ].
После схода с лопасти заготовка движется в воздухе под действием начальной
скорости (составляющие vu и v ) и ускорения свободного падения. Полет
заготовки может быть описан системой уравнений
У,—У о - V "~<7f2/2; uf-=-u0+vut.
Исключая t и преобразуя эту систему, получим уравнение параболы, по которой
летит заготовка:
yj = axuf +blui + cl,
где
аг =q/2vf; bx =q/vj -vylvu; cx = y0 +v^fjvu-qu02/2vj.
Расчеты по приведенной методике можно быстро выполнить с помощью ЭВМ,
составив программу в соответствии с блок-схемой расчета (рис. 28). В итоге будут
получены величины at иа3, характеризующие начало и конец процесса выдачи из
захватных органов, и0 и /0 - координаты точки, в которой заготовка покинула
захватный Орган, и alv bl9 сх — коэффициенты параболы — траектории двежения.
Если приемную часть лотка выполнить в точном соответствии с параболой, по
которой летит заготовка, то процесс выдачи будет наиболее производительным.
Подобные расчеты позволяют получить наиболее достоверные результаты при
проектировании БЗУ. Использование ЭВМ для ускорения таких расчетов открывает
новые возможности и перспективны в деле создания новых типов БЗУ.
Остановимся на вопросе проектирования амортизаторов-вибраторов
(рис. 29), в частности, на выборе пружины, которая должна срабатывать
при крутящем моменте, равном 2Мкр, где 2 - коэффициент возможной
перегрузки, аМкр — номинальный крутящий момент.;
Если одновременно работают две собачки, то можно записать
уравнение равновесия в виде
^ ^кр ~* "окр^зв
или
^KP"V(t9a303B><
где 0ЗВ - диаметр
звездочки; Р — сила
давления на рычаг собачки;
a3 ~ Угол 3Уба звездочки.
Рис. 27. Расчетная схема
полета заготовки после схода с
лопасти
Лопасть
50

1 У
r2 - j—*——¦•
Г^-^[-^^^-.1^
r-J-
I у
.A = 47/fo; Kf^-fa^jiRsinjf -Rcosp *ji2); h, ~ji *y/jJt2+1
2cj2 Ujj2 ' 3 cj2 1+ji2
r- Г
С = hzKl +(h2*z +Kj)scndf + (h2K3-K2)cosdi
hj-hz
r ^*iKi" (^Кг +Kj)sindt- (h1K3-K2)cosd1
2 h,-h2
Co ¦
x « de*""** fye"*"***, * K2 sin(df+cjt)i-Kjsin(d7i-U)
Rcosf-a-x sinfi
Г13 >
Uo^zcosfa-i+ojt+j}); t/0 = zsin(dj+cJt+j?)
r-15
\ootjfo' /*
v omN=fi1uC1e/,'6/t * hzuCe "*ыЬ+ыК2 cos(d1 +ut)-uK3sln(uf(A
I
r-16
vu^vmHcos(d1 +ut)+ vnepcos \90°-fif(dj +cjt)]
n \
0 0 Vu Vu Q 9
[
С Конец J
Рис. 28. Блок-схема расчета процесса выдачи из БЗУ

Рис. 29. Расчетная схема
амортизатора-вибратора с подгруженными рычагами
Необходимое усилие поджатия
пружины.
/>пруж=2^кр/1^аз/(^зв^).
Практически принимают угол зуба
(*т= 45°, тогда tg45°= 1 и
^пРуж=2^кр/1/@зв/2).
Так так изготовить пружину с
заданным усилием достаточно трудно и,
кроме того, сам расчет носит ориен- I i J
тировочный характер, то в Б ЗУ ^ *'
необходимо предусматривать
регулировку рабочего усилия пружины.
Число зубьев ведущей звездочки также имеет немаловажное значение,
ибо если число зубьев будет очень велико, то частота срабатывания
амортизатора-вибратора будет большой, времени на "отдачу" захватных
органов будет мало и застрявшая заготовка может не успеть изменить
свое неправильное положение. Малое же число зубьев приведет к большим
потерям времени от момента срабатывания амортизатора-вибратора до
следующего взаимодействия рычагов и звездочки, что вызовет снижение
производительности.
ОЦЕНКА СОЗДАННОГО БЗУ
Работоспособность спроектированного и изготовленного БЗУ
оценивается опытной эксплуатацией, и нередко полученные результаты не
устраивают разработчиков. Такое явление в некотором роде закономерно, так
как работа БЗУ основана на законах вероятности и не всегда, приступая
к проектированию, конструктор знает их. Исправить создавшееся
положение не всегда удается, так как из-за многообразия и взаимосвязанности
функциональных действий в БЗУ определить причину неудачи
затруднительно.
Целесообразным следует считать более планомерный и строгий поиск
причин неудовлетворительной работы БЗУ. Для этого можно использовать
коэффициенты т?1,7?2,т?з, ??4# которые связаны с коэффициентом выдачи
7? зависимостью т?= г\\ щ г\ъ щ.
Численно коэффициенты определятся из следующих соотношений:
^в/7захв^твоР; ^2= П09/Пзахв;
Ъ = /7ВЬ| д/ /70р; щ = fpa6/ (fpa6 + fOCT),
где /7теор - число заготовок, которое может быть захвачено в идеальном
случае, т.е. это теоретическая производительность БЗУ; /7захв - число
52

захваченных заготовок в реально работающем БЗУ; /70р — число заготовок,
находящихся в захватных органах после прохождения ими ориентатора;
/7ВЫД — число заготовок, выданных из захватных органов в лоток-магазин.
Величины, /7теор, /7захв, /7ор, /7ВЫД определяются подсчетом
заготовок, причем время остановок БЗУ не учитывается. /7захв определяется
перед началом ориентирования; /7ор - перед выдачей в лоток-магазин,
а ПВЫА - после выдачи заготовок в лоток. /7теор определяется расчетом по
известным зависимостям в соответствии с замеренным fpa6. Необходимо
замерять и fOCT — время, в течение которого захватные органы или
заготовки в них не имели требуемого движения, т.е. наблюдалась либо
остановка, либо движение их в обратном направлении.
Каждый коэффициент характеризует определенный процесс в БЗУ.
Коэффициент t?i характеризует процесс захвата. Если г? г <0,3, то
либо избран не лучший метод захвата, либо плохо организована подготовка
к захвату. Желательно, чтобы 77!= 0,6 -г0,8 для захвата за наружную
поверхность и hi =¦ 0,35 -г 0,5 для захвата за внутреннюю поверхность. Малое
значение т?! не обеспечивает высоких /7пр и т?. Чем больше г}х, тем
работоспособнее БЗУ.
Коэффициент т?2 характеризует процесс ориентирования. Наилучшим
вариантом считается 7?2 » 1, как это имеет место в дисковом БЗУ с
карманами (см. рис. 3). Даже если т}2 = 0,7 -г 0,8, такой вариант ориентирования
следует признать удовлетворительным. Если т?2<0,6, то необходимо
изменить способ ориентирования.
Коэффициент 77з характеризует процесс выдачи из БЗУ. Желетельно,
чтобы т/з ^ 1- Могут наблюдаться случаи, когда при пустом лотке-магазине
заготовки не выдаются, а проходят вместе с захватными органами мимо
механизма выдачи. В таком случае т?3 мал, и, следовательно, механизм
выдачи спроектирован не лучшим образом.
Коэффициент щ характеризует стабильность работы БЗУ во времени,
т.е. застревания, сбои в работе, остановки. Желательно, чтобы щ^ 1.
Причинами частных остановок могут быть слабые пружины
амортизатора-вибратора, неудачно спроектированная выдача заготовок и т.п.
Оценка работоспособности созданного БЗУ с помощью перечисленных
коэффициентов позволяет , добиться наилучшего результата в наиболее
короткое время.
ГЛАВА III.
БУНКЕРНЫЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА С
ВИБРАЦИОННЫМ ПРИВОДОМ (ВЗУ)
ПРИНЦИП ВИБРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ.
ОСОБЕННОСТЬ СТРУКТУРЫ ВЗУ
В машиностроительной, приборостроительной, легкой и
радиотехнической промышленности широкое распространение получили вибрационные
загрузочные устройства (ВЗУ) и вибрационные технологические машины
(ВТМ). ВЗУ совместили в себе достоинства вибротранспортеров и БЗУ.
53

Широкое (по сравнению с другими конструкциями БЗУ)
распространение ВЗУ в промышленности объясняется простотой конструкции,
отсутствием движущихся захватно-ориентирующих органов, исключением
заклинивания заготовок, падения и ударов заготовок друг о друга, приводящих
к дефектам поверхности и ухудшению качества покрытий заготовок и т.п.
В часовой, радиотехнической промышленности, где заготовки весьма
малы, имеют малую прочность и склонны к взаимному сцеплению, ВЗУ
являются иногда единственным средством автоматической загрузки.
В основу работы ВЗУ положен принцип вибротранспортирования
(рис. 30), заключающийся в следующем. Пусть плоскость / совершает
гармонические симметрические колебания в направлении оси х с
амплитудой Ах. Если амплитуда колебаний невелика, то заготовка 2
может, находясь в колебательном движении вместе с плоскостью,
оставаться в покое относительно плоскости. В таком случае процесс
вибротранспортирования относительно плоскости не возникает. Если же
колебания плоскости будут достаточно интенсивными (рис. 30, а),
заготовка начнет совершать относительное движение по-плоскости то в
положительном, то в отрицательном направлении вдоль оси х. Так как колебания
плоскости симметричны и силы трения, препятствующие движению
заготовки, одинаковы на обоих участках относительного движения, то суммарное
перемещение заготовки за цикл будет равно нулю.
Если плоскость будет колебаться по асимметричному закону и на
разных ^интервалах движения плоскости на заготовку будут действовать
различные силы инерции (J+Ф J), в то время как силы трения
одинаковы, то перемещения за различные, интервалы колебания плоскости
будут различные и возникнет вибротранспортирование. Такой способ
возбуждения вибротранспортирования распространения не получил, так
W
*
Frp
Л
\n+Hn.\
it
-^ А.. Г »
В)
Не '
N+mp-i
Рис. 30. Принцип ¦иврвпмнепорпфвммми
54
F \\ л П*
3
1
\FrpMFrp-\

как работа вибропривода характеризуется тяжелыми динамическими
условиями. Большее распространение имеют способы возбуждения
гармонических колебаний.
Вибротранспортирование можно получить, создавая различные силы
трения на различных интервалах движения колеблющейся плоскости.
Так как F =д Л/, то влиять на силу трения можно, изменяя либо
коэффициент трения (рис. 30, в), либо нормальную реакцию (рис. 30, г). Первый
случай может быть применен в основном для недостаточно жестких
материалов. В противном случае кардолента быстро изнашивается, и эффект либо
исчезает, либо уменьшается. Второй вариант более надежен и в связи с
этим получил широкое распространение.
ВЗУ обладают большой универсальностью. Для привода одного
типоразмера можно иметь бункера с различными диаметрами, с иной
шириной дорожки или шагом, однозаходные или многозаходные и т.п.
Момент инерции и масса бункера для привода одного типоразмера должны
быть одинаковыми.
Согласно рис. 31 ВЗУ могут иметь два исполнения: со спиральным
лотком, закрепленным на стенке круглого бункера, и с прямолинейным
лотком. Бункер ВЗУ может иметь цилиндрическую или коническую форму.
Спиральный лоток на внутренней или внешней поверхности бункера может
быть нарезан, припаян или приварен. Спиральный лоток в цилиндрических
бункерах в зоне выдачи обычно переходит в лоток, выполненный по
спирали Архимеда.
Бункер может быть выполнен одно-, двух- и трехзаходным, а каждый
заход может иметь один ручей или более. Для ВЗУ с многозаходными и
многоручьевыми бункерами вопрос подготовки Заготовок к захвату
особенно важен. Например, у трехзаходного бункера угол, на котором
происходит захват заготовок, уменьшается более чем в 3 раза, по
сравнению с однозаходным бункером. Поэтому дно бункера должно иметь
необходимую конусность или быть плоским с выполненными на нем
дорожками по спирали Архимеда, заканчивающимися у каждого витка.
Кроме того, бункер должен быть оптимально заполнен заготовками.
ВЗУ с прямолинейным лотком также имеют одно- и многоручьевое
исполнение.
Привод ВЗУ может быть механический (эксцентриковый, кулачковый,
кривошипно-ползунный), дебалансный (инерционный), пневматический,
гидравлический, электромагнитный. В зависимости от этого будет иметь
место одно из трех ограничений: ускорения, давления и перемещения.
Каждый из указанных приводов может быть применен для однокомпонент-
ного возбуждения колебаний — вдоль лотка; двухкомпонентного
возбуждения синхронных колебаний - в продольном и поперечном
направлениях по отношению к лотку; трех компонентного возбуждения
раздельных колебаний — в продольном и поперечном направлениях по
отношению к лотку с регулировкой фазы колебаний и изменением закона
колебаний; четырехкомпонентного возбуждения раздельных
колебаний — в продольном и поперечном направлениях по отношению к лотку с
регулировкой амплитуд, фазы и частоты колебаний. Закон и частота
55

?
ВЗУ
Со спиральным лотком
Прямолинейные
L
Привод
бункер
L
Привод
С одним
центральным
Вибратором
С броневым
электромагнитом
Раздельный Синхронный ЩилиндрическшА Конический
1
Однозаходный
Многозаходный
Раздельный
Поток
Одноручьевой I ХПногоручьевой
Синхронный
—i—
Стремя и более
тангенциальными
Вибраторами
С одним тангенци
альным инерцион-\
ным Вибратором
С одним
тангенциальным
Вибратором
С двумя и более
тангенциальными
вибраторами
Одноручьевой I Умногоручьевой
ОдномассоВый
ДдухпассоВый
С Ш-образным
электромагнитом
Рис. 31. Классификация структурных элементов ВЗУ

колебаний могут изменяться независимо для каждого из направлений
колебаний.
В ВЗУ не используют приводы с ограниченным ускорением. Их чаще
применяют для вибротранспортеров. Из приводов с ограниченным
давлением применяют кулачковые. Однако эти приводы работают обычно с
большими амплитудами колебаний и малыми частотами. Это обусловлено
тем, что амплитуды колебаний рабочего органа должны быть во много
раз больше погрешности изготовления и износа кулачка, что
трудновыполнимо на практике. Режим работы ВЗУ с большой амплитудой колебаний и
малой частотой менее приемлем, так как в этом случае условия для
ориентирования заготовок на лотке бункера хуже.
Кулачковый привод используют в тех случаях, когда необходимо для
заготовок простой геометрической формы обеспечить высокую скорость
вибротранспортирования за счет оптимального закона колебаний и при
этом не требуются специальные ориентирующие устройства.
Приводы с ограниченным перемещением, т.е. с ограниченной
амплитудой колебания, чаще других применяют для ВЗУ. Наиболее совершенный
привод в этой группе — электромагнитный, с помощью которого
необходимое возвратно-поступательное движение получают непосредственно без
каких-либо промежуточных механизмов. Электромагнитный привод не
имеет трущихся деталей, подвергаемых изнашиванию, производительность
и режимы вибротранспортирования заготовок регулируются в широких
пределах.
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся схемы электромагнитных
вибраторов, применяемых в приводах ВЗУ (рис. 32).
Реактивный наиболее простой вибратор (рис. 32, а) состоит из магнито-
провода (сердечника) с обмоткой, подсоединенной к сети переменного
тока, и якоря, укрепленного на пружинах. При достижении максимальной
силы тока как в положительный, так и в отрицательный полупериод
напряжения якорь притягивается к сердечнику, а при малых силах тока
отталкивается под действием упругих (восстанавливающих) сил пружины.
Вследствие этого число колебаний вдвое больше частоты питающего тока.
Так, при питании обмотки электромагнита от сети 50 Гц такие вибраторы
создают 6000 колебаний в минуту. Регулируя силу тока в обмотке, можно
управлять амплитудой колебаний вибратора.
Вибратор с выпрямителем (рис. 32, б) отличается от реактивного
наличием вентиля, включенного последовательно с обмоткой
электромагнита (т.е. по однополупериодной схеме). Так как при такой схеме
отрицательный полупериод тока срезается, то притяжение якоря к сердечнику
происходит один раз в период, т.е. число колебаний якоря равно частоте
сети. В сети с частотой 50 Гц такой вибратор дает 3000 колебаний в минуту.
Амплитуда колебаний регулируется с помощью изменения силы тока в
обмотке.
Электромагнитный привод, в электрическую цепь которого включен
регулятор частоты переменного тока, позволяет изменять частоты
колебаний устройства (рис. 32, в). Этот привод в вибрационных загрузочных
и транспортных устройствах применяется редко, так как необходимо
иметь дорогостоящий и сравнительно сложный частотный регулятор. Регу-
57

UWM
'50Гц
Ы?Ы
Ж
50Гц
г§н>
:»
тШ
к-«ч
ш^
г;
dw
7
iHWWl
tp
UTr4 ~50/i<
п^=
~JWM
tAMW4l
3S
7?
V-Tl
Ш№
?М№ГЧ
t
И
¦«—с
-w-
гшТреп
.ад
-ц^ i ъ#
гж\Т%
а)
u>=Var
w=Var
Ъ7>
7*У
mm
у%Ь
*)
-о = о-
А/
w;
Рис 32. Схемы электромагнитных вибраторов,
применяемых в приводах ВЗУ
лировка амплитуды колебаний рабочего органа возможна с помощью
автотрансформатора или реостата.
Электромагнитный привод, питаемый от источника постоянного тока
(рис. 32, г), имеет коллектор с двумя парами секторов: одна пара —
проводящая электрический ток, другая — не проводящая. При вращении
коллектора от индивидуального электродвигателя цепь электромагнита
прерывается и в его обмотку поступают импульсы тока, частота следования
которых в 2 раза больше числа оборотов коллектора. Варьируя скорость
58

вращения коллектора, можно изменять частоту вынужденных колебаний
якоря. Регулировка амплитуды колебаний возможна с помощью реостата.
Якорь электромагнитного привода жестко связан с контактами в
цепи электромагнита, питаемого постоянным током (рис. 32, д). При
движении якоря к магнитопроводу разрывается цепь питания обмотки
электромагнита, якорь под действием восстанавливающей силы упругих
элементов возвращается в исходное положение и замыкает электрическую
цепь обмотки. Частота колебаний обусловлена частотой собственных
колебаний рабочего органа Амплитуду колебаний регулируют реостатом.
В электромагнитном вибраторе (рис. 32, е), одна обмотка которого
питается от сети переменного тока, а другая предназначена для создания
постоянного магнитного поля (обмотка подмагничивания), сложение
переменного и постоянного магнитных потоков приводит к тому, что за
период колебания напряжения результирующий магнитный поток один раз
достигает максимального значения и один раз принимает нулевое значение.
Частота вынужденных колебаний такого вибратора 50 Гц. Этот вибратор
обладает высоким коэффициентом мощности (вплоть до cosy? = 1) в
противоположность обычным вибраторам переменного тока, у которых
cos<p=0,1 -r 0,3. Амплитуда колебаний регулируется с помощью
автотрансформатора. Частота колебаний не регулируется.
Электромагнитный вибратор с постоянным магнитом состоит из
Ш- образного магнитопровода с обмоткой переменного тока,
подковообразного магнита и упругой системы (рис. 32, ж). Магнитопровод
прикреплен к рабочему органу вибрационной машины. Постоянный магнит
(питаемый постоянным током) и связанные с ним части являются
реактивной массой. Вибратор устроен таким образом, что полюсы
постоянного магнита помещены в воздушные зазоры электромагнита. При этом
вследствие того, что полярность постоянного магнита всегда одна и та же,
а полярность электромагнита меняется с частотой питающего тока,
происходит периодическое взаимное притяжение и отталкивание магнитов.
Сила притяжения полюсов по мере перемещения магнитов возрастает
вследствие уменьшения воздушного зазора, а сила отталкивания
уменьшается в результате его увеличения. Частота колебаний не регулируется.
Возможна регулировка амплитуды колебаний с помощью
автотрансформатора или реостата.
Электромагнитный вибратор с использованием ферромеханического
резонанса (рис. 32, з) позволяет получать механические колебания якоря
электромагнита и управлять ими. Сущность ферромеханического
резонанса заключается в возбуждении автоколебаний изменяемой частоты в
схемах, в которых последовательно с обмоткой электромагнита
переменного тока включается конденсатор, подобранный так, что при некотором
воздушном зазоре возникает резонанс напряжений. Поскольку в обеих
системах (электрической и механической) происходят колебательные
процессы, нетрудно заметить, что при соответствующем подборе
параметров системы может наступить явление сложного резонанса, названного
ферромеханическим (феррорезонанс напряжений и механический
резонанс) . Если в системе, состоящей из электромагнита переменного тока и
последовательно включенного с ним конденсатора, емкость последнего
59

выбрана так, что при некотором воздушном зазоре наступает резонанс
напряжений, то при определенном напряжении сети возникает
колебательное движение якоря, причем частота его колебаний может отличаться
от частоты сети.
Конденсатор в цепи электромагнита находится под переменным
напряжением. Процесс увеличения и уменьшения энергии,
накапливаемой емкостью, происходит с частотой, отличной от частоты питающей
сети. Собственная частота колебаний энергии зависит как от емкости
конденсатора, так и от ее соотношения с меняющейся индуктивностью, а
также от собственной частоты колебаний механической системы. Это и
обусловливает влияние включения емкости на изменение частоты
колебаний якоря. Если последовательно или параллельно основным элементам
включить катушки с выдвижным магнитопроводом, то можно менять
ход и частоту колебаний якоря, изменяя только положение магнитопро-
вода.
Электромагнитный вибратор, работающий по двухтактной схеме
(рис. 32, и), наиболее совершенный, так как позволяет сохранить
симметричность тока, исключает возможность внесения искажений в питающую
сеть и повышает мощность вибрации. Двухтактные вибраторы с
выпрямителем разработаны ВНИИстройдормашем. Статор такого вибратора
состоит из двух электромагнитов, жестко укрепленных в корпусе
питателя. Магнитопровод электромагнитов имеет Ш-образную форму, причем
катушку каждого электромагнита охватывает средний стержень магнито-
провода. Питание электромагнитов осуществляется от сети переменного
тока по схеме с однополупериодным выпрямителем, благодаря чему в
один полупериод срабатывает первый, а в другой полупериод — второй
электромагнит. Электромагниты попеременно притягивают и отпускают
якорь, заставляя его колебаться с частотой, равной частоте переменного
тока. Частота колебаний такого вибратора не регулируется, амплитуда
изменяется с помощью автотрансформатора или реостата.
Двухтактный вибратор отличается от предыдущего тем, что
предназначен для создания крутильных колебаний системы относительно
ее центра (рис. 32, к).
Электромагнитный вибратор, обмотка которого питается от сети
постоянного тока, имеет П-образный магнитопровод (рис. 32, л). Якорь
электромагнита вращается от какого-либо двигателя с регулируемой
скоростью. За один оборот якоря относительно магнитопровода
происходит двукратное замыкание и размыкание магнитного поля. Благодаря
этому колебания рабочего органа происходят с частотой в 2 раза больше
частоты вращения якоря. Амплитуту колебаний регулируют, изменяя
силу тока в обмотке электромагнита с помощью реостата. Отсутствие
контактов в цепях привода и простота регулировки частоты
вынужденных колебаний выгодно отличают эту схему от описанных схем
возбуждения колебаний с регулируемой частотой.
Двухтактный электромагнитный вибратор постоянного тока с
вращающимся якорем (рис. 32, м) предназначен для создания
крутильных колебаний. П-образный сердечник с обмоткой укреплен на рабочем
органе ВЗУ. Когда якорь движется в направлении к магнитопроводу,.то
60

последний притягивается к якорю.Через определенный угол якорь начинает
удаляться от магнитопровода, и силы электромагнитного притяжения
вызывают его смещение вслед за удаляющимся якорем. Амплитуда и
частота колебаний могут регулироваться.
В настоящее время в схемах управления электромагнитными
вибраторами стали применяться тиристоры (управляемые вентили), которыми
можно (рис. 32, н) в широких пределах регулировать амплитуду и частоту
вынужденных колебаний рабочего органа. Электромагнитные процессы,
протекающие в виброприводе при питании от тиристоров, отличаются
от электромагнитных процессов при использовании неуправляемых
диодов.
ВЗУ в основном являются двухмассовыми колебательными
системами и лишь в редких случаях одномассовыми, когда отсутствуют
условия ограничения передачи реактивных колебаний на
обслуживаемое оборудование. В качестве упругих элементов в ВЗУ применяют в
основном пружины, рессоры и т.п.
Упругие элементы занимают особое положение в системе привода
ВЗУ. В ряде случаев с помощью упругих элементов возможна настройка
на заданный режим работы привода (дорезонансный, резонансный, за-
резонансный); задается закон колебаний рабочего органа; реализуется
заданный режим вибротранспортирования. В двухкомпонентных
приводах с помощью упругих элементов можно устанавливать заданный сдвиг
фаз между вертикальными и горизонтальными колебаниями. В ВЗУ
применяют упругие элементы, выполненные в виде стержневых
пластинчатых пружин или витых пружин круглого, квадратного, прямоугольного
сечений; реже в ВЗУ используют резиновые и резинометаллические
упругие элементы, которые, как правило, выполняют поль амортизаторов. .
Рассмотрим некоторые наиболее часто встречающиеся конструкции
упругих систем ВЗУ.
В упругих системах на наклонных пружинах в виде круглых или
прямоугольных стержней один конец стержня жестко закреплен в
основании под некоторым углом к последнему, а на другом конце расположен
рабочий орган (рис. 33, а). Рабочей длиной L упругого элемента,
определяющей его жесткость с, является расстояние между нижней и верхней
заделками. Изменяя рабочую длину упругого элемента, можно изменять
его жесткость и тем самым осуществлять настройку ВЗУ на заданный
режим. Колебания рабочего органа при такой упругой системе происходят
в плоскости, перпендикулярной продольной оси упругого стрержня,
которая расположена под некоторым углом к горизонту.
При увеличении амплитуды колебаний х пропорционально растут
амплитуды колебаний рабочего органа в горизонтальном хг и
вертикальном хь направлениях, что не позволяет получить больших скоростей
вибротранспортирования.
Описанная упругая система характерна для ВЗУ с нераздельным
(синфазным) приводом. Фазовый сдвиг между вертикальными и
горизонтальными колебаниями равен нулю, а траектория движения рабочего
органа прямолинейна.
Упругая система в виде установленных парами стержней круглого или
61

0>
го
в
I ро
Ы
а)
6)
IcnaMZZZKm^i |w<620Qwto2§ |ш\ллГ^1уу^1
*
1* У.
З-3 о Р
¦^
4»
^ н*—-—»н т _„__
«?
к;
М)
С с
_» Т4 Ту ^_
Рис. 33. Схемы упругих систем ВЗУ

какого-либо сечения со свободной заделкой концов позволяет
регулировать жесткость перемещением крайних опор, в результате чего
изменяется рабочая длина упругих элементов (рис. 33, б). Колебания
происходят в плоскости, перпендикулярной продольной оси стержня. Данную
упругую систему применяют в двухкомпонентных приводах для
возбуждения вертикальных колебаний.
В упругой системе в виде устанавливаемых парами стержней
круглого или прямоугольного сечения с жесткой заделкой концов стержней
(рис. 33, в) регулировка жесткости может осуществляться как
перемещением опор (величиной L), так и изменением расстояния Ь.В остальном
данная упругая система аналогична предыдущей.
Упругая система в виде стержней круглого или прямоугольного
поперечного сечения, устанавливаемых парами и свободно расположенных
на трех опорах, предусматривает возможность поджатия свободных
концов стержней вплоть до жесткого их защемления (рис. 33, г). В
данной упругой системе можно изменять жесткость в широких пределах
путем изменения расстояния L между опорами. Область применения -
привод вертикальных колебаний.
Упругая система в виде двух цилиндрических витых пружин
растяжения обеспечивает незначительную регулировку жесткости за счет
натяжения пружин усилием Ян. Колебания рабочего органа происходят как
вдоль продольной оси пружины, так и перпендикулярно к ней (рис. 33,д).
Упругая система в виде двух цилиндрических витых пружин с
пробками используется для создания колебаний рабочего органа в
направлении продольной оси пружин и перпендикулярно к ней (рис. 33,е).
Для регулирования жесткости необходимо с помощью ввинчивающихся
пробок изменять число рабочих витков пружинь! /?р. Жесткость может
быть изменена и за счет усилия натяжения пружин Ри
В упругой системе в виде Двух цилиндрических витых пружин сжатия
колебания рабочего органа могут происходить в направлении как
продольной оси пружины, так и перпендикулярно к ней (рис. 33, ж). В данной
системе поперечная жесткость регулируется путем изменения силы
поджатия пружины Рп. Если для заделки пружины применяют
ввинчивающиеся пробки, то возможно регулирование и продольной жесткости.
В упругой системе на витых цилиндрических пружинах сжатия с
ввинчивающимися пробками колебания рабочего органа (рис. 33, з)
происходят в двух взаимноперпендикулярных направлениях при
возбуждении их от горизонтального и вертикального приводов.
Усложнение упругой системы связано с тем, что поперечной жесткости
горизонтальных пружин для вертикального привода часто недостает.
Кроме того, постоянная составляющая вертикального привода
значительно выбирает рабочий зазор между якорем и ярмом вертикального
привода.
По аналогии со схемой на рис. 33, е жесткость можно регулировать
усилием натяжения пружины Рн и Рн' и числом рабочих витков пружин
Назначение третьей пружины в упругой системе на витых
цилиндрических пружинах (рис. 33, и) — компенсировать реакцию опор вала
63

(на котором расположен рабочий орган), вызываемую упругими
элементами С\ и с2. При этом изменяется сила трения в опорах, что приводит
к изменению фазы колебаний вследствие изменения коэффициента
затухания системы.
Регулирование жесткости системы возможно за счет натяжения
пружин (PHi, Рн2, Р*) и изменения радиуса Я к крепления пружин с\ и с2 на
коромысле рабочего органа.
В упругой системе на рис. 33, к в качестве упругих элементов
используют конические витые пружины круглого или какого-либо иного
сечения. Продольную жесткость таких пружин регулируют путем
изменения поджатия. Нелинейный характер пружины существенно влияет
на колебательный процесс.
При поджатии витых цилиндрических пружин с переменным шагом
намотки (рис. 33, л) часть витков с малым шагом приходит в
соприкосновение друг с другом и тем самым исключается из работы, что
приводит к,нелинейному увеличению жесткости.
Упругая система на пружине торсионного типа (рис. 33, м)
предназначена для создания крутильных колебаний в плоскости,
перпендикулярной продольной оси торсиона. Жесткость упругого элемента
регулируется изменением расстояния между опорами.
С целью уменьшения передачи колебаний технологическому
оборудованию при конструировании ВЗУ соотношение между массой и
моментом инерции активной колеблющейся части (бункера) и реактивной
массой (основание ВЗУ) должно быть в пределах 5—10. При этом
достигается обратно пропорциональное соотношение амплитуд колебаний
рабочих частей ВЗУ и основания. ВЗУ монтируют непосредственно на
станине технологической машины с помощью кронштейна или на
специальной тумбе, стойке и т.п., жесткость которых имеет также
важное значение. Основание ВЗУ устанавливают на амортизационных
резиновых или винтовых цилиндрических пружинах.
Приконструированииамортизаторов следует учитывать их продольную
и поперечную жесткость, которая должна обеспечить при заданных
приведенных массе и моменте инерции частоту собственных колебаний всей
системы ВЗУ в 8—10 раз меньше частоты вынужденных колебаний.
Особое внимание слудует обращать на точность изготовления деталей
ВЗУ и их сборки. При конструировании и эксплуатации ВЗУ
необходимо исключить возникновение паразитных колебаний. Это достигается
благодаря высокому качеству: изготовления и сборки ВЗУ и отсутсвию
асимметрии в колебательной системе.
ВЗУ С РАЗДЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ
Согласно рис. 34, процесс виброперемещения заготовки по лотку
зависит от соотношения силы инерции заготовки и силы трения в паре
заготовка — лоток. В том случае, когда сила инерции превосходит силу
трения, заготовка начинает скользить по лотку или совершать
микрополет над плоскостью.
64

Рис. 34. Расчетная схема
вибротранспортирования заготовки по
колеблющемуся лотку
'/////////////////////////////////////
Пусть плоскость лотка, наклонная к горизонту под углом, совершает
поступательные колебания по закону
x-Ar sin (cot + €X); y=^Bsin (cot + e2),
A7)
где Ar и Ав — амплитуды колебаний лотка в горизонтальной и
вертикальной плоскостях; ех и е2 — фазовые углы колебаний в
горизонтальной и вертикальной плоскостях.
, На заготовку действуют силы тяжести G, инерции (в составляющих
по осям Рх ин и Ру ин), трения FTp и нормальная реакция N.
Дифференциальные уравнения относительного движения заготовки
(материальной частицы ) по отношению к вибрирующей плоскости лотка
тхх=тдsin0 + FTp+m>4rco2 cos0sin (cot+€i) +
+ mAB sin 0 sin (cof+e2);
1Г>'уг=тд cosft + N-mArco2s\r\ 0cos (cof+ei) +
+ m^Bco2cos/3sin (cof+€2),
A8)
где X! и /i - координаты частиц относительно вибрирующей плоскости.
В случае ех = €2 получим уравнение относительного движения
частицы по лотку при синхронном возбуждении двухкомпонентных колебаний.
Если €Х Ф е2, то при сложении гармонических колебаний лотка,
описанных уравнениями A7), получим уравнение эллипса с центром в начале
координат 0г:
х2 х1А?+у2 Х1А2 -2ххУ\ cose1 2/Иг>4в) -sin2€|f2,
A9)
где ех,2 = ех —е2 - фазовый угол между перемещениями хх \лух.
Направление основной оси эллипса по отношению к горизонту
tg 2вэ=2АгАв cos eXt2l(Ar2- AB2),
^i.»2=arctg 2сопг/(ооог2- со2) - arctg 2conJ (со 2 -со2),
B0)
B1)
65

где со- угловая частота вынужденных колебаний; соог, со0 в _ уГЛОвые
частоты собственных колебаний системы ВЗУ в горизонтальной и
вертикальной плоскостях; пг, пв - коэффициенты затухания для колебаю-
щихся систем ВЗУ в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
На рис. 35 представлены частотно-фазовые характеристики для
у3 = 0,01 -г 0,1 ( 73 = л/ wo — степень затухания). Для случая дорезонансной
настройки ВЗУ при изменении отношения вынужденной частоты
колебаний со к частоте собственных колебаний соог и соов в пределах 0,93—0,98
и 73 в пределах 0,01-0,1 фазовый угол сдвига между вертикальными и
горизонтальными колебаниями может быть обеспечен в пределах 0—60°.
Целесообразность независимого возбуждения колебаний в горизонтальной
и вертикальной плоскостях с различными амплитудами колебаний и
наличием фазового сдвига (трехкомпонентный привод) обусловлена
возможностью значительного увеличения скорости
вибротранспортирования.
На рис. 36 представлены результаты экспериментальных
исследований зависимости скорости вибротранспортирования от фазового сдвига
колебаний при постоянной амплитуде колебаний в вертикальной
плоскости, равной 0,1 мм (режим с проскальзыванием заготовки
относительно вибрирующего лотка с коэффициентом трения 0,58), и при
амплитудах колебаний в горизонтальной плоскости 0,25-3 мм. Для данных
условий эксперимента оптимальный фазовый угол сдвига колебаний 60°,
причем скорость вибротранспортирования увеличивается примерно в 5
раз при независимом
возбуждении колебаний по сравнению
с синхронным возбуждением
колебаний e%t 2- 0.
ВЗУ с раздельным
возбуждением колебаний
спирального лотка. В отличие от
обычных ВЗУ с
прямолинейной траекторией колебания
лотка, имеющих один
регулируемый параметр —
амплитуду колебания, на рис. 37
показана схема ВЗУ, в
которой возможно получение
эллиптических траекторий
колеблющихся частей и
раздельного регулирования трех
параметров: амплитуды
горизонтальных (круговых) и
вертикальных (осевых) сос-
Рис. 35. Частотно-фазовая
характеристика колебательной системы
0,95 ш/ш0 1,05 ш/аH ВЗУ
66

Рис. 36. Зависимость скорости
внбротранспортировання от
фазового сдвига колебаний
тавляющих колебаний и
фазового угла сдвига между
ними. Это позволяет
получать высокие скорости
перемещения заготовок: при
безотрывном режиме (с
проскальзыванием) до 20—
25 м/мик и при отрывном
режиме (с подбрасыванием)
до 40 м/мин и выше.
Колебание частей ВЗУ
при раздельном
возбуждении в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях с
фазовым сдвигом
достигается по любой траектории
семейства эллипсов, что
расширяет технические возможности ВЗУ. Кроме того, рассматриваемое ВЗУ
по сравнению с существующими конструкциями дополнительно
обеспечивает возможность установки бункера с правым и левым направлением
(заходом) подъема лотка; ^мгновенное или по заданной программе
реверсирование направления перемещения заготовок; устойчивое перемещение
заготовок в жидких средах (при различных химических операциях,
ультразвуковой очистке и др.); интенсификацию термохимических и прочих операций
при работе только одного вертикального привода; увеличение времени
пребывания заготовок в бункере путем реверсивного перемещения без
выдачи в приемный лоток (выдача заготовок из бункера происходит по
окончании времени обработки).
ВЗУ состоит из привода горизонтальных колебаний ЭМХ — ЭМ4,
привода вертикальных колебаний ЭМ5, бункера 1, основания 3,
совмещенной для горизонтального и вертикального приводов упругой
подвески сг — cs vi амортизационных упругих элементов с9 — с;-. В системе
горизонтального привода применен двухтактный электромагнитный
привод, а в системе вертикального привода — однотактный (рис. 38).
ВЗУ имеет вал 4, на котором жестко смонтирован бункер / и якорь
вертикального электромагнита ЭМ5 (см. рис. 37). Вал 4 перемещается
в подшипниковых узлах, находящихся в тумбе, жестко связанной с
основанием 3. Подшипниковый узел включает в себя два кольца
(внутреннее и внешнее), между которыми заложены шарики. При возбуждении
колебаний вал перемещается вдоль своей оси, а в горизонтальной
плоскости совершает крутильные колебания. К валу 4 приварена крестовина 2.
К одному коромыслу крестовины прикреплены якори электромагнитов
3Mj — ЭМ4, а ко второму коромыслу — концы упругих элементов сх — с8.
Большая универсальность подобного БЗУ по сравнению с другими
67

Рис. 37. Схема ВЗУ с раздельным воз- Рис. 38. Электрическая схема ВЗУ с
буждением колебаний раздельным возбуждением колебаний:
а — горизонтального привода;
б — вертикального привода
конструкциями объясняется возможностью варьирования жесткостью
упругих элементов с% — с% путем их поджатия; изменения рабочего
числа витков; изменения числа упругих элементов (допустимы схемы
с исключением элементов с2 и с6, элементов Cx,c2,cSec1 или
сг, с4, с6, с8); изменения точек заделки концов упругих элементов
сх — Cs на коромысле (изменение /?к). Такие вариации необходимы для
настройки колебательной системы ближе к резонансу, если бункера
отличаются по моменту инерции и массе, а также в случае использования
различных масс загружаемых деталей.
Для расширения энергетических возможностей горизонтального
электромагнитного привода введены четыре электромагнита ЭМг — ЭМ4,
включенных параллельно (рис. 38, а) -ЭМ1,ЭМ4и ЭМ2, ЭМ3, с
изменением питающего напряжения в пределах возможностей трансформатора
Tpj. Электромагнит ЭМ5 вертикального привода, смонтированный в
основании 3, имеет, как правило, большой запас мощности.
Крутящий момент горизонтального привода может значительно
меняться при изменении радиуса г крепления якоря электромагнитов
ЭМг — ЭМ4 на основании 3 и ярма этих же электромагнитов на коромысле.
Такая схема упругих элементов позволяет разгрузить подшипниковые
узлы, тем самым обеспечивая их долговечность.
Эта конструкция ВЗУ наиболее приемлема для обслуживания
прессового оборудования, на котором производится частая смена
штампуемых деталей с различной программой.
ВЗУ имеют недостаток, связанный с изменением динамических
условий работы, так как масса заготовок в бункере все время меняется в
результате выгрузки на рабочую позицию пресса.
68

На Горьковском автомобильном заводе впервые применено ВЗУ с
неподвижным дном, связанное кинематически жестко с основанием
устройства, которое в 5—10 раз по моменту инерции и массе больше
колеблющихся частей ВЗУ. Введение неподвижного дна значительно
повысило стабильность амплитуды колебаний, а следовательно, и
скорости вибротранспортирования.
С возможностью повышения производительности ВЗУ за счет
увеличения скорости вибротранспортирования в конструкциях с раздельным
возбуждением колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскостях
появилась еще одна задача. Партия заготовок в бункере, которая
обеспечивает стабильные динамические условия работы ВЗУ, быстро
выгружается из бункера. Поэтому необходимо периодически и довольно часто
пополнять бункер заготовками, что обеспечивается предбункером
роторного типа (рис. 39), установленным на неподвижном дне ВЗУ с
раздельным приводом.
Пердбункер 3 представляет собой цилиндр или конус, разделенный
перегородками на несколько секций и установленный в углубление
тарели 2. Последняя шпильками 12 укреплена на неподвижном дне 9,
которое шпильками 11 крепится на неподвижном основании 10 ВЗУ.
При включении электромагнитного привода, предназначенного для
транспортирования заготовок в чаше /, в основании ВЗУ возникают
направленные реактивные колебания, которые через шпильки,
неподвижное дно и тарель передаются на предбункер. Благодаря этим колебаниям
предбункер вращается вокруг своей оси. Загрузка заготовок из предбун-
кера в бункер происходит в тот момент, когда сектор предбункера
совпадает с вырезом в тарели. Поверхность тарели, на которой стоит
вращающийся предбункер, покрыта резиной, это уменьшает шум,
увеличивает коэффициент трения и предохраняет от заклинивания заготовок на
выходе из предбункера. Загрузка заготовок из предбункера в чашу
производится из каждого последующего сектора предбункера при его
Рис. 39. Вращающийся
предбункер ВЗУ

совмещении с секторообразным вырезом в тарели в тот момент, когда
заготовок в чаше нет или их осталось очень мало.
Синхронизировать загрузку заготовок в чашу из предбункера
(в зависимости от загрузки бункера заготовками) можно одним из
способов: подбором скорости вращения предбункера, т.е. время его
поворота на один сектор должно совпадать со временем выгрузки
заготовок из бункера; созданием в некоторой степени обратной замкнутой
связи, т.е. предбункер получает возможность вращаться тогда, когда
заготовок в бункере недостаточно. Практически наиболее целесообразен
второй способ, так как первый требует тщательной настройки ВЗУ в
целом с учетом многих факторов (возможности изменения напряжения
в сети, изменения амплитуд и фазового угла сдвига колебаний и т.д.).
В бункере, представленном на рис. 39, использован один из вариантов
второго способа синхронизации. Под действием напора заготовок,
перемещающихся по дну бункера, подпружиненная заслонка 8, укрепленная
на коромысле 7, отводится в сторону и удерживается в отведенном
состоянии перемещающимися заготовками. Такое положение заслонки
8 сохраняется до тех пор, пока усилие ее восстанавливающей пружины
окажется больше усилия напора заготовок, уменьшающегося по мере
выгрузки заготовок из бункера. На конец коромысла 7 смонтирован
кулачок 6, с которым кинематически связан телескопический фиксатор
4 с находящейся внутри пружиной 5. Положение коромысла 7, отведенного
под действием массы заготовок, соответствует крайнему правому
положению фиксатора 4, стремящемуся войти в углубление на стенке
предбункера. Число углублений соответствует числу его секторов.
Таким образом, когда заготовки в достаточном количестве
находятся в бункере, предбункер зафиксирован. При опррожнении бункера
коромысло поворачивается в исходное положение, и жестко связанный с
ним кулачок 6 посредством пружины 5 отводит фиксатор 4 в крайнее
левое положение. При таком положении фиксатора 4 предбункер ^.н^чи-
нает вращаться, последующий сектор, заполненный-заготовками,
постепенно совпадает с вырезом в тарели, и заготовки поступают в бункер.
При движений заготовок по дну бункера с помощью заслонки 8 с
коромыслом 7 фиксатор отводится в крайнее правое положение, вновь
фиксируя предбункер.
Объем предбункера, объем каждого сектора и их число выбирают из
двух необходимых условий: двухмассовая колебательная система в
итоге должна обеспечивать необходимые амплитуды колебаний тарели 2
в вертикальной и горизонтальной плоскостях с целью обеспечения
требуемой скорости вращения предбункера 3; объем сектора должен
соответствовать такому числу загружаемых в него заготовок, которое
считается оптимальным с точки зрения подготовки к захвату высыпающихся
в бункер заготовок вибрирующим лотком.
ВЗУ с раздельным возбуждением колебавши прямолинейного лотка.
При автоматической загрузке штампованных деталей часто применяют
ВЗУ с прямолинейным лотком, которые могут выполнять функции
межоперационного транспорта с условием сохранения ориентации деталей
70

и без этого условия; вибратранспортера деталей с ориентацией их на
лотке; вибролоткового бункерного БЗУ.
Применение вибролотковых БЗУ ограничивалось тем, что в них
трудно обеспечить постоянство скорости перемещения деталей по всей
длине за счет паразитных колебаний, порождающих процесс
галопирования.
Исключить это явление или управлять им стало возможным с
применением вибролотка с раздельным электромагнитным приводом (рис. 40).
Вибролоток / вывешен относительно основания 2 на витых
цилиндрических пружинах сг - с4, у которых при работе устройства используется
поперечная жесткость. Для возбуждения колебаний в горизонтальной
плоскости применена двухтактная схема электромагнитного привода
(рис. 41) электромагнитов ЭМ! - ЭМ4, а в вертикальной плоскости
- однотакТная схема электромагнитного привода как для ЭМ5, так и
для ЭМ6, но независимо друг от друга. Такая компоновка
электромагнитного привода позволяет регулировать амплитуду колебаний в трех
приводах: горизонтальном (ЭМ х т ЭМ4) и двух вертикальных
(ЭМ5 и ЭМ6) независимо.
Возбуждение колебаний с различной амплитудой и фазой
электромагнитами ЭМ5 и ЭМ6 относительно привода ЭМ! 4-ЭМ4 позволило
добиться устранения галопирования; обеспечения
вибротранспортирования с постоянной скоростью по всей длине лотка с возможностью
реверсирования направления движения; ускорения или замедления
движения заготовок вдоль лотка с возможностью реверсирования; уско-
ЭМ1 ЭМ2
г5 С*Ж,
Рис. 40. Схема вибролотка с раздельным возбуждением колебаний
эмп
•эмз
1
эмг{ ' 1эмч л
1 5 J ol)
220В
220В
Рис. 41. Электрическая схема вибролотка с раздельным возбуждением колебаний:
а — горизонтального привода; б — вертикального привода
71

s
/ г
3 4
Рис. 42. БЗУ на базе вибролотка с раздельным приводом

ренного движения деталей от середины лотка к его концам или, наоборот,
замедленного движения от концов лотка к его середине.
Эта схема вибролотка может быть использована в компоновках
многручьевых лотков и в вибролотковых БЗУ в двухмассовой и трехмас-
совой колебательных системах (рис. 42).
На массивном основании // установлен коробчатый лоток 15,
собранный из пластин 16 и стяжных шпилек 17 с гайками. Упругая система
устройства собрана на четырех стержневых цилиндрических пружинах
2 и 13; 6 и 7, концевыми частями закрепленных в регулировочных
сухарях 5 четырех стоек 14, а средней частью проходящих через коробчатый
лоток. Колебания в горизонтальном направлении возбуждаются двумя
электромагнитами 12, а в вертикальном направлении — двумя
независимыми электромагнитами 9. Я кори горизонтального привода 4 и
вертикальных 8 крепятся к лотку. Бункер / с заготовками установлен на
основании с помощью четырех наклонных пружин 3, а все устройство —
на четырех амортизационных пружинах 10.
Заготовки по лотку движутся при помощи горизонтального D и 12)
и двух вертикальных (8 и 9) виброприводов. Колебания основания
через наклонные пружины 3 передаются бункеру /, что обеспечивает
медленную выгрузку заготовок из него.
РЕГУЛИРОВАНИЕ И СТАБИЛИЗАЦИЯ СКОРОСТИ
ВИБРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
Разработка и широкое распространение управляемых вентилей
(тиристоров), обладающих высокими энергетическими свойствами,
позволяют по-новому подойти к созданию управляемого и регулируемого
электромагнитного вибропривода Наиболее целесообразно использование
двухтактных схем, которые обладают повышенной мощностью и в
которых путем изменения угла отпирания тиристоров можно получать
различные законы колебания рабочего органа
Схема одного из возможных вариантов устройства управления 83У,
работающего на переменном токе, представлена на рис. 43. Устройство
состоит из блока питания, переключателя фаз и трех блоков управления
тиристорами (БУТ1, БУТ2, БУТЗ). Переключатель фаз служит для подачи
напряжения на электромагнит вертикального привода со сдвигом
относительно напряжения электромагнитов горизонтального привода. Блок
управления тиристором осуществляет формирование запускающего
импульса в момент, задаваемый временной цепью, состоящей из ЯС-эле-
ментов (рис. 44). При поступлении положительного напряжения
конденсатор заряжается до момента, когда потенциал эмиттера и2 станет
больше потенциала базы, тем самым отпирая его. Одновременно
отпирается и транзистор v3. Конденсатор разряжается через открытые транзисторы,
и с резистора R5 снимается напряжение на управляющий электрод
тиристора. Изменением сопротивления цепи заряда конденсатора с1
устанавливается момент включения тиристора, и в зависимости от этого
регулируется напряжение на электромагните.
73

\7л
\
'
\6УТ1
'
f
\СЭ1
}
f
\зм1
ПФ
\
вутг
\
'
С32
1
f
эмг
шз
—«*
ш
WJ]
Рис. 43. Структурная схема устройства
управления ОЗУ с раздельным приводом
(БП - блок питания; ПФ - переключатель
фаз; БУТ - блок управления тиристором;
СЗ — силовой управляемый элемент,
тиристор; 3SV8 — электромагнит)
Необходимость в трех блоках
управления тиристорами (рис. 45)
обусловлена тем, что устройство
предназначено для раздельного
вибропривода. При использовании
трехфазной сети напряжением 220 В диапазон
регулирования напряжения 0—200 В. Мощность нагрузки определяется
типом тиристора.
При создании частотно-управляемого электромагнитного
вибропривода необходимо прерывать прямой ток через тиристор с
определенной частотой. Известны два основных способа запирания: прерывание
анодного тока и принудительная коммутация. Сущность принудительной
коммутации состоит в том, чтобы путем подключения какого-либо
источника энергии к тиристору обеспечить протекание через него
обратного тока, превышающего прямой. Во многих случаях принудительная
коммутация более предпочтительна, так как при этом время
восстановления управляемости тиристора меньше.
Известные в настоящее время частотно-управляемые
электромагнитные виброприводы построены по принципу триггерных схем.
На рис. 46 показана силовая часть вибропривода, обмотка которого
питается от сети постоянного тока. Запуск схемы осуществляется подачей
сигнала на тиристор 77, при этом происходит заряд конденсатора с
полярностью, показанной на рисунке. Когда отпирается тиристор Т2,
конденсатор оказывается подключенным к тиристору 77, и ток разряда
конденсатора течет в направлении, противоположном прямому току через
1 VI R1 92
Рис. 44. Блок управления
тиристором (БУТ)
Рис. 45. Принципиальная
электрическая схема пульта
управления ВЗУ
74

Рис. 46. Силовая схема вибропривода
77, запирая его. Данная схема позволяет регулировать
амплитуду и частоту вынужденных колебаний
вибропривода в достаточно широких пределах.
Основные расчетные соотношения могут быть получены,
исходя из переходов работы: рабочего и коммутационного.
Сила тока на рачетном элементе может быть определена по
формуле
/ =гЧ1-е-г/т)/Я,
где Я — активное сопротивление; r=L//? — постоянная времени. Напряжение на
элементе определяется как UH = Ue ~~*'т. Средние значения тока и напряжения могут
быть определены по следующим зависимостям:
/r = Ut (e~r,?/t~1) / (TR) + UIR,
cp
<4P=^ (i-*-T/r>/r,
где Т — длительность периода. Напряжение на конденсаторе в период его заряда
С/с=<у A_в-7Ут)#
а в период перезаряда
UC=U-U A-<xf)e-ar,
где а = /?/?..
Приведенные выше соотношения дают возможность рассчитать среднюю силу
тока в каждом элементе схемы. При этом для определения средней силы тока через
вентиль следует учитывать как рабочие токи, так и коммутационные, суммируя
средние их значения.
Потери мощности в открытом вентиле
**= <ДОвк-Уа> 'а-
где A UaK — падение напряжения между анодом и катодом открытого вентиля при
малых токах; гд — динамическое сопротивление вентиля; /а — сила тока через
вентиль.
Как показывает экспериментальное исследование вольт-амперных
характеристик тиристоров, динамическое сопротивление их весьма мало. Поэтому с
достаточной для практических расчетов точностью можно считать, что падение
напряжения между анодом и катодом тиристора постоянно для всех значений силы тока
через тиристор. Таким образом, приведенные выше соотношения для средних
значений силы тока могут быть использованы для выбора тиристоров схемы по току.
Для силовой схемы следует выбирать тиристоры с наименьшим временем
восстановления запирающих свойств, ориентируясь на максимальное значение прямого и
обратного токов, предварительно рассчитав по номинальному напряжению привода,
напряжение источника питания силовой схемы. В качестве коммутирующих
конденсаторов следует использовать конденсаторы с малыми потерями в
диэлектрике при сравнительно большой емкости.
ВЗУ с раздельным возбуждением колебаний - высокоскоростные, а
следовательно, и высокопроизводительные, поэтому для них важна стабилизация режима
работы, которая может быть осуществлена путем конструктивных решений и
создания специальных схем управления. Один из возможных вариантов
схемных решений —стабилизация амплитуды колебаний путем поддержания
постоянным среднего за полупериод напряжения, поступающего на обмотку
возбуждения электромагнита вибрационного привода.
+<??
75

Среднее за полупериод напряжение
Ucp=iUJir)J sin ?!</*,
или
Ucp=(/H(C0S^+1)/7r,
где UH - напряжение на расчетном элементе.
Стабилизация среднего значения напряжения может быть осуществлена
изменением угла отпирания тиристора ух, т.е.
UH (cos^+1) /тг=1/н' (cos^+1) /тг,
откуда
«рр arccos [l/Hcos {<рх +1) / (CJ/-1)] .
Величина tfH (cos<pt + 1) = С - постоянная для данного вибропривода, т.е.
^'j=arccos (С/ (^H-D ) •
При разложении полученного выражения для *рх в ряд ограничимся двумя членами,
и тогда
arccos (С/ (С/н-1)) =тг/2-С/ (tfH-1).
Подставив это выражение в предыдущее, получим, что у>х = 2,57 — С/ 1/н.
Для практических целей целесообразно использовать линейный участок этой
характеристики:
где ^0 — начальный угол; к — коэффициент наклона линеаризованного участка.
Сила тока цепи управления тиристора
V='«V-t/o.c>"W
где U3 — задающее напряжение; UQC — напряжение обратной связи; /?экв —
эквивалентное сопротивление цепи управления тиристора.
Зависимость угла отпирания тиристора от тока управления при постоянном
анодном напряжении может быть записана в виде v[~—kxly + ?><>'• Коэффициенты
ку\лфъ определяются по характеристикам тиристора. Подставив кыражение для
тока в последнюю зависимость, получим
tf=-*t <Ц,-1'о.с>/*экв-
Приравняв оба выражения для <р', получим после преобразований
^о.с= <"*.> <*экв"н+*экв <*.-Н) > •
Таким образом, для того чтобы среднее значение напряжения на нагрузке
оставалось постоянным, необходимо изменять напряжение обратной связи по
линейному закону.
Разработанная схема управления представлена на рис. 47. Режим
работы устанавливается с помощью резистора R2. При изменении
питающего напряжения U с изменится напряжение на резисторе R4 и на
управляющий электрод тиристора поступит разность задающего напряжения
U3 и напряжения обратной связи UQ c. В результате изменится угол
отпирания тиристора, т.е. произойдет стабилизация среднего на полепериод
значения напряжения.
76

+ о
Рис. 47. Схема управления виброприводом
Схема другого устройства для
управления и стабилизации амплитуды
колебаний ВЗУ представлена на рис. 48.
Потенциометром режима R2 устанавливается
требуемая амплитуда колебаний чаши. По мере
того как детали будет выходить из чаши
вибробункера, амплитуда колебанийеебу-
дет возрастать, так как уменьшится
масса заготовок и сопротивление
электромагнитному полю вертикального
вибропривода. С увеличением амплитуды колебаний
якоря магнитосопротивление цепи
электромагнита изменяется, вследствие чего
увеличивается напряжение на обмотке
преобразователя L1. Увеличенный сигнал с преобразователя L1 после
выпрямления и фильтрации элементами VI ... V4 и С1, С2, R1 поступает на
схему сравнения (V6, R3, R4), т. е. производится анализ сигналов
напряжения питающей сети и сигнала с преобразователя L1. В данном случае
произойдет увеличение сопротивления току схемы сравнения, от которого
начнет заряжаться времязадающая цепь СЗ, V7, V8, R5, R6, R7, причем чем
больше сигнал с преобразователя, тем больше время заряда. После заряда
времязадающей цепи срабатывает пороговый каскад V7, V8, который
своим выходным импульсом включает тиристор V10, управляющий
током обмотки возбуждения электромагнита L2. Причем включение
тиристора V10 происходит позднее, чем было ранее при заданной
амплитуде.
+ о
Рис. 48. Электрическая схема устройства управления и стабилизации амплитуды
колебаний чаши ВЗУ
77

Вследствие этого изменяется сила тока в обмотке возбуждения,
силовое воздействие со стороны электромагнита на якорь, амплитуда
колебаний чаши, и процесс вибротранспортирования стабилизируется.
В случае увеличения напряжения в питающей сети увеличится сила
тока к обмотке возбуждения L2 и амплитуда колебаний чаши. Дальше
устройство начнет работать аналогично описанному ранее.
Если в чашу ВЗУ засыпать партию заготовок, амплитуда колебаний
и сигнал с преобразователя L1 уменьшатся. Вследствие этого время
заряда времязадающеи цепи уменьшается и пороговый каскад
сработает ранее прежних циклов. Тиристор V10 от импульса порогового
каскада откроется также раньше, и в результате увеличатся сила тока
в обмотке возбуждения и амплитуда колебаний чаши, что приведет к
стабилизаци процесса. При уменьшении напряжения питающей сети
уменьшается и сила тока в обмотке возбуждения, и амплитуда колебаний чаши.
По схеме обратной связи сработает пороговый каскад, тиристор
включится раньше, сила тока в обмотке возбуждения возрастет, и амплитуда
стабилизируется.
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВЗУ
Начальной стадией расчета и конструирования ВЗУ является анализ
заготовки, загружаемой на рабочую позицию пресса. Для конкретной
заготовки и заданной производительности оборудования необходимо
рассчитать и спроектировать бункер ВЗУ, определив шаг спирального
лотка, диаметр бункера, его момент инерции и массу. Составной элемент
бункера — его дно выполняет определенную роль в процессе подготовки
заготовок к захвату дорожкой спирального лотка и должно быть
достаточно жестким для передачи колебаний бункеру.
Диаметр бункера О выбирают в зависимости от длины заготовки /:
0= F-М2) /. Для заготовок длиной более 60—80 мм применять ВЗУ
нежелательно, так как диаметр бункера для ВЗУ с электромагнитным
приводом более 600 мм не рекомендуется.
Шаг спирального лотка ВЗУ назначают из условия благоприятного
режима вибратранспортирования и отсутствия заклинивания заготовок
между лотками. Учитывая, что наиболее приемлем угол наклона лотка
2—3°, шаг h определим из выражения
Н^Отя <*= @,1 *0,2) D.
Как правило, достаточно иметь два-три витка лотка. Следовательно,
высота бункера Н= B-гЗ) h = @,3-Ю,5) 0. Угол наклона дна бункера
принимают в пределах 1-5°.
Конструкция бункера может быть различной: точеной, сварной,
сборной и т.п., т.е. дорожка может быть выточена за одно целое с обечайкой
бункера, приварена или привинчена к обечайке. Дно бункера может быть
монолитным или составным, т.е. внешняя часть его связана
непосредственно с бункером, а внутренняя — с основанием ВЗУ, называемым
неподвижным дном. Диаметр неподвижного дна выбирают из условия, что площадь
78

дна, связана непосредственно с бункером, в 1,5 раза меньше площади
неподвижного дна. Геометрия дорожки и ее размеры выбирают в
зависимости от особенностей загружаемой заготовки. Дорожка может быть
плоской или фигурной в целях обеспечения устойчивого положения
заготовки.
Разнообразны материалы, из которых изготовляют бункера: сталь,
алюминий и его сплавы, латунь, капролон, обрезиненный металл, металл
и пластмассы, покрытые специальными сплавами, обеспечивающие
бесшумность в работе ВЗУ при одновременном пониженном износе
поверхности. Материал бункера назначают из условия обеспечения
необходимой жесткости, бесшумности, стойкости к износу и по возможности
минимальных масс и момента инерции бункера.
Массы и моменты инерции заготовок бункера, дна и всех остальных
элементов БЗУ, которые вывешены на упругих элементах, должны быть
в 5—10 раз меньше, чем у основания статоров электромагнитов
горизонтального и вертикального приводов, неподвижного дна и предбункера с
загруженными в него заготовками (см. рис. 39). После определения
геометрических и физических параметров бункера выбирают схему и
параметры упругой подвески — рабочих пружин и амортизационных пружин
при условии, чтобы колебательная система имела собственную частоту
колебаний, близкую к вынужденной частоте, т.е. со/со0 должно быть в
пределах 0,92 —0,95. Это соотношение обеспечивает максимальный
коэффициент динамичности системы (~5—8).
Для расчета пружин (рис. 49) необходимо определить суммарные жесткости
упругих элементов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Обозначим
с1г, С2Г соответсвенно суммарные жесткости амортизационных и рабочих пружин
в горизонтальной плоскости, С\в и <?2в — суммарные жесткости амортизационных
и рабочих пружин в вертикальной плоскости. Эти жесткости будут описываться
следующими зависимостями:
С1Г
с1в
с»г
/?-
а а
~ ci пр+ с2
^пр*^
= /» Р + /»
i
а ав
э п * с4 п'
а
сапр с4
р + <? р + с
пр^впр^
р+
P
** ^ 4. /»
а
пр'
Р + ~
, >Р
5П
Р,
с«п
.„ Р
С*В = С1П+^+*ЭП+*4П+*^
верхние индексы аир обозначают соответственно амортизационные и рабочие
пружины, нижние индексы п и пр - жесткость пружин в поперечном и продольном
направлениях оси пружины. Учитывая слабое демпфирование в механической
системе ВЗУ, трением в пружинах и опорах можно пренебречь.
Если известны массы ВЗУ тг и т2 и их моменты инерции JlnJ2, а также
заданы амплитуды вертикальных хх их, и круговых (горизонтальных) spx и>8
колебаний, то, используя выражения для перемещений
хх = -Рт2 w2/Дв; х2 =^(/7?,^ -с1В)/Дв;
*у=-Шас^/Дг; *>2=Л*Цо;3 -clrR*)l Дг,
можно найти значения жесткостей с1р с.2Г,с , е, исзв. В выражениях для
перемещений (aj .— круговая частота, рад/с.
Дв=тят3ш4-[с1в2 +^в(.тп1 + т2) ]и>2 + с1Вс2в ;
Дг = JxJ2u>* ~ [с, г/?!3 Л + с2 rR* U t+J2) ]ы* + с, Л г R* R* ,
79

где /?j и /?2 - радиусы заделки амортизационных и рабочих пружин; Р \лМ — усилие
и момент вертикального и горизонтального виброприводов.
Окончательные выражения для жесткостей пружин
с2Г= Ц^^2 -м/с/, -л* *32;
с1в= (/г»! +х2т2/х1)о;2; сав = {т2х2со2 -Я)/(х3 -х,|.
Объем партии заготовок, загружаемых в бункер ВЗУ, можно определить из
выражения
°п=0дет^з<
где Одет — объем одной заготовки; q — количество заготовок в
партии; к$ = 0,6-г 0,9 — коэффициент заполнения бункера; q = %т$/т$,
л?з — масса одной заготовки, 2)т3 —допустимая масса заготовок (из
условия стабильности работы ВЗУ не должна превышать активной части).
Объем одной партии загрузки должен быть в 3 раза меньше объема
бункера. Последнее соотношение определяется условиями подготовки
заготовок к захвату. Объем партии заготовок, подсчитанный по условию
стабильности динамики работы ВЗУ, должен быть меньше или равен
партии заготовок, подсчитанной по условию захвата заготовок.
Рис. 49. Расчетная схема для определения жесткости пружин
80

Диаметр предбункера роторного типа <см. рис. 28) 0пр ^DBH, где0вн
— внутренний диаметр бункера ВЗУ.
DBH=D-2(SC + B),
где D — внешний диаметр бункера; Sc — толщина стенки бункера; В —
ширина дорожки бункера.
Высоту предбункера назначают из соотношения Нп= B-г2,9) 0пр.
Зная диаметр предбункера 0пр и его высоту Ипр, определяют его объем.
Пред бункер, как правило, имеет форму цилиндра или обратного конуса.
Число секций в предбункере п = Qnp/0,5\/n. Коэффициент 0,5
свидетельствует о двухсекторной симметричной загрузке. Необходимая
скорость вращения предбункера может быть определена из зависимости.
e„p = /V0„p/(nq)<
где Пд - действительная производительность ВЗУ.
Скорость вибротранспортирования роторного предоункера зависит от
соотношения амплитуд колебаний активной и реактивной частей ВЗУ,
которое в свою очередь прямо пропорционально отношению масс и
моментов инерции. Амплитуды колебаний активной части — заданные
величины и используются для расчета амплитуд колебаний реактивной
части.
ГЛАВА IV.
УСТРОЙСТВО ВТОРИЧНОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ
ШТУЧНЫХ ЗАГОТОВОК
Процесс ориентирования в автоматизированной загрузке — один из
сложнейших. Объясняется это тем, что применяемые заготовки
чрезвычайно отличаются по геометрической форме, габаритным размерам,
массе, механическим и физическим свойствам, а также положениями,
в которых даже одна и та же заготовка может быть подана на рабочую
позицию технологического оборудования.
Процесс вторичного ориентирования, т.е. ориентирования заготовок,
движущихся после захвата систематизированным потоком, возможен в
БЗУ, выполненном с разделением функций захвата и ориентирования.
В общем случае вторичное ориентирвание включает в себя три этапа:
1) определение положения ориентируемой заготовки на базовой
поверхности; 2) сравнение определенного и требуемого положений заготовки и
выработка решения по достижении заданного положения; 3) перевод
заготовки в требуемое положение.
Каждому этапу соответсвует определенный механизм или устройство,
реализующий функцию своего этапа. В некоторых случаях все три этапа
могут выполняться одним мехнизмом или следовать друг за другом;
первый этап может начаться либо раньше, либо позже третьего, но так
или иначе функциональные действия этих трех этапов в любом ориента-
торе должны быть выполнены.
81

Для определения положения заготовки могут быть использованы
любые методы контроля: калибрами, контактные и бесконтактные,
пневматические, фотоэлектрические, телевизионные, оптические, а также
магнитные, электромагнитные и др.
Для сравнения и выборки управляющих сигналов могут быть
использованы релейные элементы, электронные лампы, полупроводниковые и
струйные логические элементы и т.п. В некоторых устройствах
вторичного ориентирования второй этап может в явном виде вообще ртоутст-
вовэть.
Для достижения результата на третьем этапе к ориентируемой
заготовке необходимо приложить какую-либо силу, которая и заставит
заготовку принять требуемое положение. В качестве таких сил могут.быть
использованы силы тяжести, инерции, трения, силы воздушного,
гидравлического или электромагнитного поля, а также сила со стороны
какого-либо механического органа (сосредоточенная сила).
Сочетая различные методы контроля на первом этапе с
воздействующими силами, можно получить разнообразие способов
ориентирования, приведенных в табл. 4. Рассмотрим примеры различных способов
ориентирования. Названия способа ориентирования определяется видом
ориентирующей силы: гравитационное ориентирование — сила тяжести;
инерционное — сила инерции; фрикционное — сила трения;
пневматическое — пневматическая сила; гидравлическое — гидравлическая сила;
электромагнитное — электромагнитная сила и механическое —
сосредоточенная сила.
Гравитационное ориентирование с механическим контролем —
калибрами ( рис. 50). Для пластинчатых ассиметричных заготовок
применяют колибры-трафареты, выделяющие из всех возможных положений
Способы ориентирования заготовок по
методу контроля и ориентирующей силе
Таблица 4

Ориентирующая сила
Метод контроля, применяемый для определения положения заготовки

механический—
калибром
электричес-|
кий
контактный

электрический

бесконтактный
пневматиче-1 гидравли-
скии
ческии

электромагнитный
Тяжести рис. 50
Инерции рис. 53
Трения

Пневматическая

Гидравлическая

Сосредоточенная


магнитная
рис. 54
рис. 56
рис. 61
рис. 51
рис. 52
рис. 55
см. с. 91
рис. 57 рис. 58 рис. 59
рис. 60
рис. 62
82

ж) з)
Рис. 50. Гравитационное ориентирование с механическим контролем (калибрами)
заготовок на дорожке вибробункера одно, заданное (рис. 50,з). Такое
ориентирование является пассивным в отличие от активного (рис. 50, б),
когда все заготовки благодаря смещению центра масс эффективно
ориентируются относительно калибров-упоров.
Активный способ ориентирования показан и на рис. 50, е. Колпачки
по одной штуке подают из лотка 2 на винт 7. Если колпачок повернут
отверстием вниз, то он надевается на винт, а затем опрокидывается и
падает в лоток 3 донышком вниз. Если колпачок падает на винт
донышком, то отскакивает вверх, а затем падает в лоток 3, сохраняя прежнее
положение, т.е. донышком вниз. Таким образом, все колпачки,
поступившие в лоток 3, будут сориентированы донышком вниз.
Планки, концы которых различны по форме (рис. 50, г), занимают
в систематизированном потоке два противоположных по направлению
S3

положения. Если планка / движется широким концом вперед, она
проваливается в окно, при этом вырез-калибр 2 не препятствует
повороту планки. В противоположном положении планка 3 не может
повернуться над окном, зависает узким концом на полке 4 и только после
этого, поворачиваясь по часовой стрелке, проваливается в окно. Этот
ориентагор применим для деталей толщиной не менее 0,3 мм. Чем
меньше толщина деталей, тем больше сказывается вредное влияние
заусенцев и поводки деталей [4].
Механизм ориентирования малых колпачков (/ > d) показан на рис.
50, д. Заготовки западают в пространство между крючками 3 донышком
или отверстием к крючку. Если колпачки надеты на крючок, то они
будут транспортироваться вверх, где и упадут в бункер /. Те колпачки,
которые расположены донышком к крючку, перемещаясь вверх,
выпадают в лоток 4. Вследствие малых размеров крючки выполняют заодно
с диском 2 [5].
Стрелки или контактные лепестки после систематизации на дорожке
движутся в двух положениях. Если смещение центра масс относительно
середины детали незначительно, то окончательное ориетирование
осуществляется с помощью трафаретного селектора (рис. 50, е),
представляющего собой дорожку 2 с низким бортиком 3. В дорожке имеется
сквозное окно / (трафарет), в которое падают неправильно
ориентированные заготовки. Заготовки же в требуемом положении проходят над
трафаретом на выходную часть дорожки селектора.
Преимуществами так называемого сквозного трафаретного
селектора являются его конструктивная простота и возможность
многократного дублирования его ориентирующих элементов (трафаретов), что
способствует повышению его надежности. Однако при переполнении
дорожки возможен пронос над трафаретом неправильно ориентированной
заготовки, зажатой под напором потока между соседними заготовками.
Этого можно избежать, применяя какое-либо устройство для сброса
напора.
Контролирующие калибры могут иметь вид не только трафаретов
или упоров. В устройстве на рис. 50, ж эту функцию выполняет лоток
с поперечным профилем, выполненным по радиусу /?*. Ориентируемая
заготовка 3 из вибробункера 4 попадает на качающийся лоток 2 таким
образом, что она первоначально перпендикулярна оси лотка. Затем лоток
наклоняется, отсекая следующую заготовку, а лежащая на лотке
заготовка начинает скатываться по профильной канавке /, касаясь ее концами
разного диаметра. После нескольких оборотов заготовки ее конец 6
меньшего диаметра отстает от конца 5, большего диаметра и заготовка
поворачивается. После разворота на некоторый угол заготовка
соскальзывает со стенок лотка и устанавливается осью вдоль оси
лотка. При этом конец заготовки большего диаметра будет направлен
вперед, и в таком положении заготовка будет скользить вдоль оси лотка.
* Батырь Ф.И. Устройство для ориентации деталей. Авторское
свидетельство СССР № 299329.
84

На рис. 50, з представлено устройство для ориентирования заготовок
типа колеса, диск которого смещен относительно середины обода*.
Неориентированные заготовки 4 по лотку 5 поступают на калибр 3.
Под действием силы тяжести они опускаются так, что калибр 3 упирается
своим краем в диск 8 заготовки. Если у заготовки 4 расстояние от края
обода колеса до диска 8 больше размера b от несущей поверхности
калибра 3 до верхней поверхности отсекателя 2, то заготовка упирается
ободом в скос 9 отсекателя 2 и, перемещаясь по скосу, попадает в
отводящий лоток 6, выполненный в виде полого полукольца, где заготовка
переориентируется на 180° и в правильном положении поступает на
общий лоток 7. Если заготовка 4 расположена на калибре 3 другой
стороной, то так как глубина от края обода колеса до диска 8 меньше
размера b или равна ему, заготовка беспрепятственно по верхней
поверхности отсекателя 2 поступит на отводящий лоток / и по нему на общий
лоток 7.
Во всех приведенных примерах второй этап процесса
ориентирования отсутствует, так как сила тяжести и контролирует, и ориентирует
заготовки.
Гравитационное ориентирование с электрическим контактным
методом контроля. В качестве примера рассмотрим механизм
вторичного ориентирования шайб диаметром 18—25 мм и толщиной
0,3—0,5 мм, покрытых селеновым слоем с одной стороны (рис. 51) [5].
Для ориентирования использовано различие электрической проводимости
непокрытой и покрытой селеном сторон. Из трубчатого магазина шайбы
поступают на вилку вверх или вниз селеновым покрытием. Если шайба
подана покрытием вверх, то электрощуп 2 включит электромагнит 4 и
полувилка / повернется влево. Тогда шайба, падая, развернется левым
краем 8 вниз, расположится селеновым покрытием влево и упадет в
лоток 6. Если шайба будет подана селеновым покрытием вниз, то
электрощуп включит электромагнит 3 и отведет полувилку 5 вправо.
Тогда шайба, падая, развернется правым краем 7 вниз, расположится
селеновым покрытием также влево и упадет в лоток 6.
Данное устройство является активным и в нем явно присутствуют
все три этапа ориентирования. В принципе его можно видоизменять,
используя для контроля не электрощуп, а какой-либо бесконтактный
электрический измеритель, и получить гравитационный способ
ориентирования с электрическим бесконтактным методом контроля.
Если заготовка может быть проконтролирована с помощью, например,
пневмощупа, то получим гравитационный способ ориентирования с
пневматическим контролем.
Гравитационное ориентирование с электромагнитным контролем.
В последние годы все большее применение находят электромагнитные
поля, в том числе и для контроля, как это имеет место в устройстве,
изображенном на рис. 52**
"Фрайзус Д.У., Фрейберг Г.К. Устройство для ориентирования детелей.
Авторское свидетельство СССР №680856.
**ТуркинВ.Н., Калинин Е.Е. Устройство для ориентации ферромагнитных
деталей. Авторское свидетельство СССР №601126.
85

3
Рис. 51. Гравитационное ориентирование Рис. 52. Гравитационное ориентирование
с электрическим контактным методом с электромагнитным контролем
контроля
Устройство работает следующим образом. Заготовки поступают
поштучно в подводящий лоток 4, по которому перемещаются под
действием силы тяжести в направлении одного из полюсов П-образного
магнитопровода 1, при этом катушка 2 через электрический контакт
6 включена в цепь постоянного тока.
В случае, если заготовка поступает на ориентирование прямым торцом
(рис 52, а), она удерживается за этот торец полюсом магнитопровода до
обесточивания катушки 2. Последняя отключается от сети электрическим
контактом 6 при повороте пластины 7 вокруг оси 3 в момент притяжения
заготовки. После обесточивания катушки заготовка падает в отводящий
лоток 5 вперед торцом, имеющим конус или сферу.
В случае, если заготовка посупает по подводящему лотку 4 на
ориентирование вперед торцом, имеющим конус или сферу (рис. 52, б), то,
стремясь занять устойчивое положение, она разворачивается прямым
торцом в направлении другого полюса магнитопровода и удерживается
в таком состоянии до обеспечивания катушки 2. При этом заготовка
оказывается сориентированной торцом, имеющим конус или сферу, в
сторону отводящего лотка 5, в который и поступает в таком положении.
Для поддержания магнитного поля на время, достаточное для
ориентирования заготовки после отключения катушки 2 от сети, применена
емкостная задержка. Немагнитная контактная пластина 7 ускоряет
отделение заготовки от катушки при отключении тока.
Как видно из примеров гравитационного ориентирования, только в
случае контроля калибром отсутствует второй этап ориентирования. Во
всех остальных случаях он существует.
Инерционное ориентирование с механическим контролем -
калибрами. Силы инерции, с помощью которых заготовки можно
разворачивать, можно получить, применяя вибрационные БЗУ.
Заготовки типа разрезных втулок или валиков с канавками (лыс-
ками) ориентируются в прямолинейном вибролотке, колеблющемся в
направлении А (рис. 53, а, б), на одном из участков которого встроена
планка 2, подвешенная на плоских пружинах (на рисунке не показаны).
86

/ ю
Рис. 53. Инерционное ориентирование с
механическим контролем - калибрами
Планка 2 совершает вибрационные колебания в направлении стрелки
В и сообщает заготовке 3, перемещающейся по вибролотку ^вращательное
движение по стрелке 5. Фиксация положения заготовки 3
осуществляется планкой 4, входящей в прорезь втулки (рис. 53, а) или
прикрывающей лыску (рис. 53, б) [1 2 ].
Другой пример устройства*, ориентирующего под действием сил
инерции, приведен на рис. 53, е. Устройство состоит из вибропривода 7,
состоящего из электромагнита 6 и плоских пружин 8, на которых
укреплен корпус 4. В корпусе 4 расположена базовая площадка /, выполненная
из пористого материала и расположенная над камерой Я соединенной
с магистралью 5 подачи сжатого воздуха.
Базовая площадка / имеет на верхней стороне углубления 10,
соответствующее профилю выступов 3 ориентируемой заготовки 2. При
включении вибропривода корпус 4 совершает круговые колебания. Сжатьн
воздух из камеры 9 проходит через поры площадки / и воздействует на
ориентируемую заготовку 2, при этом между площадкой и заготовкой
образуется воздушная подушка. В том случае, если выступы J заготовки
#Мотовилов Д.Н., Крупич Ю.Н. Устройство для ориентации деталей с
профилированной базовой поверхностью. Авторское свидетельство СССР №402453.
87

2 не совпадают с впадинами площадки 7, контакт заготовки с площадкой
не нарушается.
Круговые колебания площадки / передаются заготовке 2, и под их
воздействием она поворачивается. При совпадении выступов заготовки
с углублениями площадки / между площадкой и заготовкой
устанавливается равномерный воздушный зазор, заготовка теряет контакт с
площадкой, передача крутильных колебаний заготовке прекращается и
процесс ориентирования заканчивается.
В некоторых устройствах для достижения конечного результата
приходится применять несколько различных способов ориентирования
(рис. 53, г, д).
Заготовки, контур которых вписывается в квадрат, имеют после
систематизации восемь возможных положений (/—W//; рис. 53, г) —
по четыре на каждой из двух основных плоскостей. В зависимости от
ключа ориентации они могут быть ориентированы способом, описанным
выше (по выемке А трафаретным селектором с нижней дорожкой).
В целях повышения производительности селекторы для таких заготовок
снабжают кантователями, которые поворачивают подаваемые заготовки
в требуемое положение. Боковые кантователи служат для поворота за
счет сил трения заготовок на 90° с одной боковой стороны на другую.
Боковые кантователи имеют резкий уклон с последующим небольшим
разрывом на ограничительном бортике дорожки (рис. 53, д).
Установленные между трафаретами, они гарантируют достаточно большую
вероятность того, что каждая заготовка, если она лежит на требуемой плоскости,
упадет через один из трафаретов на нижнюю дорожку селектора. В этом
примере применен как гравитационный ориентатор (с трафаретом),
так и инерционный (контователь).
В инерционном способе ориентирования отсутствует второй этап.
Фрикционное ориентированнее механическим контролем — калибром.
Ориентирование под действием сил трения в настоящее время не
получило достаточно большого распространения. Этот способ основан на
неоднородности сил трения. Причем в одних случаях такую неоднородность
создают специально, а в других — используют неоднородность трения,
имеющуюся в любой заготовке.
Первый вариант иллюстрирован устройством*, приведенным на
рис. 54. Устройство содержит транспортер / с направляющими в виде
пластин 2 и 3. Пластины 2 изготовлены из дюралюминия, пластины 3 —
из стали.
Заготовки 4 попадают на транспортер торцовым пазом вверх. В
результате движения (на рисунке направление показано стрелкой)
заготовки попадают в зону, где установлены чередующиеся в продольном и
поперечном направлении направляющие пластины, и доходят до
ориентирующего ножа 5. Такое расположение пластин создает возможность
каждой последующей заготовке вращаться в направлении, противоположном
направлению вращения предыдущей, что увеличивает скорость вращения
* Рабинович А.Н., Пол ищу к В.И., Брунштейн Ю.Г., Ралдугин М.И. Устройство
для ориентации деталей. Авторское свидетельство СССР № 215705.
88

Рис. 54. Фрикционное ориентирование с
механическим контролем (калибром)
заготовки, находящейся у кромки
ориентирующего ножа 5, в отличие
от скорости, которую они имели до
поступления в зону чередующихся
пластин 2 и 5.
Заготовка 4 находящаяся у
вершины ориентирующего ножа 5,
вращается вокруг оси до тех пор,
пока нож не войдет в паз. Дальше
заготовка движется по транспортеру
в ориентированном положении.
В данном способе контроль
положения заготовки осуществляется механическим калибром; так как
калибр может либо пропустить заготовку либо нет, то сигналов для
выполнения второго этапа ориентирования получить неоткуда.
Пневматическое ориентирование. В последние годы этот способ
начинает находить все большее распространение, особенно в отраслях,
где приходится иметь дело с малыми заготовками: электронная техника,
приборостроение и др.
Эти устройства обладают высокой чувствительностью и применимы
для широкого класса заготовок с неявно выраженными геометрическими
признаками.
На рис. 55, а дана схема ориентирования заготовки 3 в виде диска
с двухсторонними кольцевыми проточками разного диаметра. На лотке
/ расположены формирующее сопло 4 и приемный канал 5 на расстоянии,
равном меньшему диаметру проточек.
При движении диска по лотку проточкой меньшего диаметра вниз
сжатый воздух из сопла 4 попадает через проточку в приемный канал 5
и отклоняет "силовую" струю сопла 2, при этом заготовка свободно
проходит по лотку. Если диск движется проточкой большего диаметра
вниз, то сопло 4 перекрывается, и струя сжатого воздуха из сопла 2
сбрасывает заготовку.
Цилиндрические заготовки с односторонним углублением движутся
по лотку 2, переходящему в Т-образное разветвление двух отводящих
лотков / и 4 (рис. 55, б). На пересечении лотков расположена
контрольно-ориентирующая позиция, в верхней и нижней плоскостях которой
установлены наклонные пневматические сопла 5 и 6. Соплом 5 заготовки
в положении 3 удаляются в лоток 4, а соплом 6 — в лоток / (заготовки
в положении 7). Таким образом, все заготовки в каждом лотке движутся
в одном положении.
Устройство для ориентирования заготовок типа втулки с прорезью*
(рис. 55, в) состоит из ориентирующего участка цилиндрического лотка 3,
на обоих концах которого выполнены аэростатические опоры для заго-
* Козловский М.А., Нагорняк С.Г., Козловский А.А. Устройство для
автоматической ориентации. Авторское свидетельство СССР № 499090.

§
Воздух \ущ у ^г_
Воздух
Рис. 55. Пневматическое ориентирование

товки детали 5 в виде радиальных отверстий а, сообщающихся с
источником сжатого воздуха посредством кольцевой наружной камеры Ь. Между
отверстиями а имеется кольцевая проточка / с постоянными кольцевыми
магнитами 2, связанная с источником сжатого воздуха ориентирующими
соплами 4, расположенными тангенциально и симметрично относительно
вертикальной диаметральной плоскости сечения цилиндрического лотка.
Заготовка 5, находящаяся на ориентирующем участке
цилиндрического лотка 3, удерживается от осевых перемещений кольцевыми
магнитами 2. При подаче сжатого воздуха в кольцевую камеру h и истечении
струй из радиальных отверстий а между наружной поверхностью
заготовки 5 и внутренней поверхностью лотка 3 исчезает контакт и создается
воздушный зазор.
Струи, истекающие из тангенциальных ориентирующих сопел 4 и
обтекающие цилиндрическую поверхность заготовки 5, осуществляют
путем воздействия на продольную щель заготовки ее поворот вокруг
продольной оси из произвольного положения в устойчивое,
характеризуемое тем, что продольная щель заготовки расположена в плоскости
симметрии ориентирующих сопел 4 выше оси лотка 3.
Пластинчатые заготовки / с односторонней фаской (рис. 55, г)
движутся по дорожке вибрационного загрузочного устройства 2 мимо
пневматического сопла 3. Если заготовка расположена фаской к борту
дорожки, то под действием воздушной струи она укладывается на
дорожку и продолжает движение в положении лежа. При другом
расположении заготовки на дорожке воздушная струя не может уложить
ее, и последняя движется в положении стоя. В дальнейшем производится
разделение заготовок на два потока, в каждом из которых положение
заготовок одинаково.
Ориентирование широких разновысоких уголков эффектно
осуществляется при помощи пневмоселектора (рис. 55, д), в котором
исключены какие-либо застревания подаваемых заготовок.
Рассмотренные примеры характерны тем, что как контроль, так и
непосредственно ориентирование производится в них с помощью воздуха.
В таком случае отпадает необходимость в устройстве для выполнения
второго этапа.
В принципе возможно создание ориентирующих устройств, в которых
для непосредственного воздействия на заготовку испольуются струи
воздуха, но управление этими струями осуществляется сигналами от
каких-либо контролирующих устройств.
Гидравлическое ориентирование. Использование свойства жидкости
для целей ориентирования пока ограничено, так как такой способ
целесообразно применять в тех случаях, где воздействие жидкости и заготовок
является необходимым условием для выполнения технологического
процесса. Известен способ ориентирования *, заключающийся в том, что
заготовки поштучно подаются в лоток, наполненный вязкой жидкостью и
* Лавандел Э.Э., Гулбе А.К. Способ ориентации штучных деталей. Авторское
свидетельство СССР № 250641.
91

совершающий продольные гармонические колебания в горизонтальной
плоскости.
Благодаря трению между заготовками и дном лотка колебания
лотка передаются заготовками, жидкость же практически не движется,
так как трение между жидкостью и лотком незначительно для того, чтобы
привести ее в колебательное движение. В результате заготовки сначала
поворачиваются так, что их оси становятся параллельными направлению
движения лотка. Тогда благодаря различной форме торцов заготовок
возникает различное гидравлическое сопротивление. При этом
заготовка будет двигаться вдоль лотка в том направлении, где ее движению
оказывается меньшее гидравлическое сопротивление. На основе этого
способа возможно создание промышленных устройств.
Механическое ориентирование с механическим контролем
(калибрами). Из бункерного устройства колпачки поступают в лоток 7
донышками вверх или вниз (рис. 56, а). Если колпачки поступают донышком
вверх, то они надеваются на штырь 3 и при движении толкателя 4 будут
опрокидываться донышком вниз и в таком положении поступать в лоток
2. В таком случае, если колпачки из лотка поступают к штырю донышком
вниз, то при движении толкателя они будут сталкиваться в лоток
донышком вниз. Таким образом, все заготовки будут расположены в лотке
2 донышком вниз.
В БЗУ (рис. 56, б) первичное ориентирование заготовок
производится радиальными пазами 2, выполненными на диске 3, а окончательное—
опрокидывателем 4, который скользит в пазу / диска. Если заготовка 5
запала неправильно, то она набегает на опрокидыватель, поворачивается
на 180° и занимает окончательно ориентированное положение 6 на диске.
При дальнейшем движении диска происходит выдача заготовок в лоток.
Конструкция механизма, ориентирующего колпачки (/ > d),
приведена на рис. 56, е. Этот механизм отличается плавностью работы. В нижней
части бункера колпачки западают в гнезда 2 кольца / и
транспортируются вверх к звездочке 4, где они проходят вторичное ориентирование.
Колпачки, запавшие отверстием вниз, надеваются на штырь звездочки
4 и передвигаются в лоток 5. Те колпачки, которые запали отверстием
вверх, остаются в гнезде кольца, так как штыри звездочки упираются в
донышки и сопровождают их до тех пор, пока они не зайдут за лоток.
Приводом вращения звездочки является диск /, в отверстие которого
входят штыри. Для предупреждения преждевременного выпадения
колпачков из отверстий предусмотрен щиток 3.
Характерной чертой следующего устройства ориентирования является
его высокая чувствительность, позволяющая определить
незначительную разницу в форме концов заготовки, например, плоских заготовок,
имеющих на одной из граней скос (рис. 56, г). Если заготовка движется
скосом вперед, то рычаг / вместе с планкой 4 поворачивается
относительно горизонтальной оси 3 и пропускает заготовку по лотку дальше. Если
же заготовка движется вперед плоской гранью, то рычаг /
поворачивается вокруг вертикальной оси 2 и концом А рычага / сбрасывает заготовку с
лотка [4].
92

Рис. 56. Механическое ориентированнее механическим контролем (калибрами)
Обеспечить воздействие на заготовку можно с помощью
вибровращательных преобразователей [12]^ которые существенно расширяют
возможности ориентирования заготовок в вибробункерах и позволяют
повысить их производительность, поскольку ориентирование заготовок
происходит в процессе их транспортирования.
Одна из конструкций вибровращательного устройства приведена
на рис. 56, д. Устройство представляет собой кольцо 2, свободно
лежащее на кольцевом бурте чаши бункера 3. Заготовки 5 (например, типа
валиков с торцовой прорезью) поступают из вибробункера в
радиальные пазы кольца 2, которые под действием вибрации вращается в
направлении движения заготовок на дорожке вибробункера. Если
находящиеся в пазах кольца заготовки расположены пазом наружу, то рано или
93

поздно зафиксируются им на ноже 4. Опираясь на этот нож, заготовки
транспортируются кольцом 2 над сквозным окном 1 к приемнику.
Заготовки, расположенные пазом внутрь, при прохождении над
окном / проваливаются в него и возвращаются обратно в чашу.
Применение вибровращательных устройств позволяет осуществлять
ориентирование заготовок непосредственно в вибробункерах при скоростях до
20 м/мин.
Приведенные на рис. 56 примеры не могут в полной мере охватить
накопленный опыт механического ориентирования, которое может быть
и активным, и пассивным, применяться и для простых, и для сложных
заготовок.
Как и в предыдущих примерах, когда контроль выполняется
калибрами, второй этап процесса ориентирования в явном виде отсутствует.
Механическое ориентирование с электрическим контактным
контролем. В качестве примера рассмотрим устройство (рис. 57) для
ориентирования плоской заготовки [12].
Заготовка в виде параллелепипеда с небольшим вырезом даже после
систематизации может иметь четыре различных положения т,п,р, nq
(рис. 57, а). На пути движения в конце лотка заготовка подводится к
контактам 7, 2, 3, расположенным так, что в разных положениях
заготовки получаются различные сочетания включения контактов: так, в
положении т включены контакты /, 2, 3; в положении п — / и\3; в
положении р — / и 2 и в положении q — 2 и 3, При разных комбинациях
включения контактов подаются различные команды на поворот заготовки в
тех или иных координатных плоскостях в соответствии с требованиями
ориентирования. Из транспортирующего лотка заготовка поступает во
втулку / (рис. 57, б).
В зависимости от сочетания включения контактов подаются команды
на вращение шестерен 10 или 8. При вращении шестерни 8 вместе с ней
0J
еханическое ориентирование с электрическим контактным контролем
94

вращается втулка 9 и коническая шестерня 6; последняя вращает
коническую шестерню 5 и вместе с ней втулку / с заготовкой. Втулка 1
совершает пол-оборота, и заготовка поворачивается в вертикальной плоскости
на 180°. При этом шестерня 10 заторможена стопором 11 \л втулка / с
заготовкой будет вращаться в неподвижной втулке 2.
Для того чтобы осуществить поворот в горизонтальной плоскости,
необходимо одновременно вращать шестерни 8 и 10. Тогда весь
механизм вместе с заготовкой будет вращаться на валике 4 в подшипниках
3 и 12 как одно целое и заготовка совершит поворот в горизонтальной
плоскости хок на 180°.
Если же контрольное устройство показало, что поворот должен быть
осуществлен в двух плоскостях (горизонтальной и вертикальной), то
вращение через шестерню 10 и валик 4 сообщается втулке 2; при этом
стопор 7 удерживает шестерню 8, а следовательно/коническую шестерню
S в неподвижном состоянии. Втулка 2, совершая поворот в
горизонтальной плоскости хоу, заставит укрепленную на ней коническую шестерню
5 обкатываться по неподвижной шестерне 6 и при этом вращаться
относительно собственной оси, т.е. в вертикальной плоскости zoy.
Таким образом команды от контактов включают и выключают
вращение шестерен 8 \л10 каждый раз на пол-оборота и управляют стопорами
7 \л 11. При этом представляется возможным осуществлять повороты
ориентируемой заготовки (вместе со втулкой / устройства) в
горизонтальной и вертикальной плоскостях на 180°.
В данном примере использованы электроконтактные датчики, но с
таким же успехом можно принять и датчики других типов, относящихся
к бесконтактным методам контроля.
Механическое ориентирование с электрическим бесконтактным
контролем. Большое разнообразие методов электрического
бесконтактного контроля обусловило и разнообразие способов механического
ориентирования с их использованием. Рассмотрим три примера (рис. 58).
Фотоэлектрическое устройство (рис. 58, а) предназначено для
непрерывного (без остановки на контрольной позиции) ориентирования
заготовки с вырезом. Устройство состоит из осветителя /, линзы 2,
диафрагмы со шторкой 4, экрана 5 с двумя соответственно расположенными
щелями и двух фотоэлементов ФЭ1 и ФЭ2.
Заготовка, двигаясь по транспортеру 3, бросает на экран тень, которая
также перемещается. Если заготовка движется в положении I, то
наступает такой момент, когда затемняются оба фотоэлемента; в положении
/Годин из фотоэлементов всегда засвечен. В соответствии с этим
исполнительный механизм производит сбрасывание или переориентирование
заготовки [12].
По иной схеме работает устройство с фотоэлектрическим контролем
для ориентирования пластин со сложным контуром (рис. 58, б).
Заготовка 2, пройдя отсекатель /, из лотка поступает на вращающееся кольцо/.
Над кольцом установлен источник света 8, а под кольцом —
фотоэлемент 4. Между фотоэлементом и кольцом расположен анализатор 3,
представляющий собой оптический клин. При вращении заготовки
световой поток от источника изменяется по силе соответственно геометри-
95

Рис. 58. Механическое ориентирование с электрическим бесконтактным контролем
ческим особенностям заготовки, и, проходя через анализатор, возбуждает
в цепи фотоэлемента электрический ток. Анализатор расположен таким
образом, чтобы ориентированному положению заготовки соответствовала
определенная сила тока в цепи фотоэлемента, при которой происходит
срабатывание исполнительных механизмов.
При повороте заготовки в требуемое прложение с помощью блока
управления 5 выключается электродвигатель 6, кольцо 7
затормаживается, а специальный рычаг-выталкиватель выдает заготовку в отводящий
лоток.
Вместо контроля заготовки с помощью фотоэлементов можно
применить контроль с помощью магнитной головки (рис. 58, в).
Ориентируемая заготовка 2 базирует на столе / устройства и вращается вместе с
ним. Так как конфигурация заготовки переменна, то и
продолжительность наведения ЭДС (длительность импульса) различна и зависит от
поперечной площади заготовки, проходящей над зазором магнитной
головки 3, установленной на некотором расстоянии от оси вращения.
Импульсы, полученные от этого вращения, поступают на электронное
сравнивающее устройство 4, которое включает генератор 6 эталонных
импульсов определенной длительности, равной длительности импульса,
получаемого от какого-либо ключа ориентации заготовки. При совпадении
этих двух импульсов сравнивающее устройство 4 подает команду на
электромагнит 7 выдачи, который с помощью выталкивателя 5 удаляет
заготовку из зоны ориентирования.
96

Совершенно ясно, что, применяя иные методы контроля, можно
получить другие, возможно, более эффективные решения.
Механическое ориентирование с пневматическим контролем. На
рис. 59 показано устройство с пневматическим преобразователем для
ориентирования заготовок типа дисков с нарезкой на одном из торцов.
Заготовка 3 поступает на контрольную позицию — на откидывающийся
лоток 2. На расстоянии h от заготовки расположено сопло 4
пневматического преобразователя 5. Сжатый воздух из сети через фильтр и
регулятор давления поступает к соплу 4 и выходит через кольцевой зазор.
Если заготовка обращена к соплу нарезкой, давление в системе довольно
существенно отличается от давления, когда заготовка обращена к соплу
гладким торцом. Электроконтактный манометр 5 срабатывает при одном
из значений давления и через усилитель 6 включает электромагнит /;
лоток 2 откидывается и сбрасывает заготовку. При другом положении
заготовки манометр не срабатывает и заготовка сходит с
откидывающегося лотка в том же положении, в котором она на него поступила.
Данный способ ориентирования достаточно универсален, однако
своеобразие и трудности в наладке и эксплуатации таких устройств
сдерживают их широкое применение.
Отметим, что в данном способе второй этап ориентирования
обязательно существует.
Механическое ориентирование с электромагнитным контролем.
В этом способе ориентирования обычно используют одну и ту же схему:
заготовки в разных положениях под воздействием магнита занимают
два положения: устойчивое и неустойчивое. С помощью механических
систем производится разделение заготовок.
Асимметричные заготовки типа стержней с массивными головками
можно ориентировать путем подмагничивания к плоскости магнитной
ленты (рис. 60, а). Заготовки 2, поданные головкой к магнитной ленте /,
будут удерживаться на ней и выдаваться в приемник 4, а заготовки 3,
поданные стержнем к ленте, будут отрываться от нее и собираться в
емкость.
Для контроля положения заготовок, заостренных с одного конца,
можно использовать магнит (рис. 60, б). Здесь в корпусе / смонтирован
постоянный магнит 2. Если заготовка заостренным концом обращена
к магниту, то магнитное притяжение
недостаточно и заготовка под действием силы
тяжести выпадает через отверстие в пробке J в
отводящую трубку. Если к магниту
обращен плоский торец заготовки, то она им
притягивается и при дальнейшем повороте
кольца 4 отрывается от магнита и поступает
в отводящую трубку правильно
ориентированной в нижнем положении. В этом
устройстве отводящая трубка должна бытьснабже-
Торви.
заготовки
ф=^-
Воздух
2-Е!
%
X
Рис. 59. Механическое ориентирование с
пневматическим контролем
'¦^ЧР
щ
97

на катушкой для размагничивания, а трубка и кольцо должны
изготовляться из немагнитных материалов.
Существуют такие заготовки, которые ввиду сравнительно
незначительных отличий форм при ориентировании могут занять ряд положений,
и обычного типа ориентирующие устройства не могут их распознать.
Часто асимметричны не наружные поверхности, а внутренние, что резко
усложняет возможность ориентирования. Примеры таких деталей
приведены на рис. 60, в (детали 1-7).
Для вторичного ориентирования заготовок такого типа можно
использовать влияние магнитного поля [13]. Если поместить в соленоидную
катушку / (рис. 60, г) симметричную цилиндрическую заготовку 2
из ферромагнетика, то при включении постоянного тока заготовка в
катушке будет перемещаться до тех пор, пока не займет среднего по
98

деоей оси положения. Однако в случае асимметричной заготовки
[рис. 60, д ) положение ее будет иное. Так, при перемещении в
соленоидную катушку заготовки 2 (рис. 60, в) разными концами последняя
$ ней будет устанавливаться в различных положениях, причем разница
положений может быть достаточно ощутимой (несколько миллиметров).
Питание катушки постоянным током нецелесообразно, так как
необходимое для целей ориентирования интенсивное магнитное поле
требует значительного числа ампер-витков и больших размеров катушки.
Кроме того, при незначительной ассимметрии смещение детали в одном и
другом положении относительно ее середины невелико. Более
рационально осуществлять питание катушки импульсным током. При этом размеры
катушки остаются небольшими, а смещение значительно увеличивается.
Расстояние между серединой заготовки и той точкой на ее оси,
которая, будучи совмещенной с серединой оси ориентирующей катушки,
определяет нейтральное положение заготовки в ней, обозначим ht. При
малой асимметрии заготовки значение 2ht может быть невелико. Но в
том случае, когда катушка питается импульсным током, заготовка,
испытав силовое воздействие магнитного поля, может переместиться по
инерции на расстояние, определяемое массой заготовки, импульсом
электромагнитной силы, силами сопротивления и т.д. Простейшая
импульсная схема изображена на рис. 60, е. Ее основой является конденсатор С,
который при левом положении переключателя П заряжается через
выпрямитель В и резистор Я до нормального напряжения Uc, а при правом
положении переключателя П разряжается на ориентирующую катушку К.
Схематически один из возможных механизмов ориентирования
изображен на рис. 60, ж. Он представляет собой диск J с ориентирующими
катушками 1, в которые устанавливаются ориентируемые заготовки 2,
поступающие из бункера. Смещение заготовки в магнитном поле
фиксируется тем или иным преобразователем, подающим команды на
исполнительный ориентирующий механизм. <
Здесь и далее под термином "электромагнитный" предполагается;
что могут быть использованы магнитные поля, возбужденные
постоянными магнитами или магнитами, питающимися постоянным или
переменным током, и электрические поля. В приведенных выше
примерах использованы контролирующие магнитные поля. Применение
контролирующих электрических полей связано с определенными трудностями
и пока не распространено, хотя в принципе и возможно.
Ориентирование электромагнитным способом может быть
пассивным и активным.
Электромагнитное ориентирование с механическим контролем
(калибром).Как и в предыдущих случаях, при контроле положения
заготовки калибрами первый и второй этап ориентирования совмещены.
Для ориентирования заготовок из ферромагнитных материалов
может быть применен следующий принцип (рис. 61, а). Валик / из
ферромагнитного материала укладывают на диамагнитную призму 4, где он
должен быть сориентирован относительно паза 3. Над заготовкой с
зазором 1 мм помещают постоянньт магнит 2 так, чтобы его магнитное
поле замыкалось по длине заготовки. Затем это магнитное поле переме-
99

14 2 3
^^^»й^
Рис. 61. Электромагнитное ориентирование с механическим контролем (калибром)
щают в направлении, перпендикулярном к оси заготовки (можно
перемещать магнит относительно детали или наоборот). При этом заготовка
будет увлекаться магнитным полем и вращаться вогруг своей оси до тех
пор, пока подпружиненный ловитель не зафиксирует заготовку в нужном
положении.
Устройство*, в котором разворот заготовки осуществляется
электрическим полем, представлено на рис. 61, б-д. Устройство представляет
собой ручьевой вибролоток 7, в основании которого по всей линии
вмонтирована высоковольтная контактная шина 2. Вибролоток / снабжен
симметричными карманами 3 для разворота заготовок 4 в процессе
их ориентирования. Ширина вибролотка меньше длины заготовки, что
обеспечивает устойчивое ее положение в процессе перемещения.
Вибролоток / заканчивается Т-образным разветвлением, в зоне
которого основание вибролотка резко сужено, а боковые стенки
переходят в отводящие лотки 5 для рассортированных заготовок. Основание
отводящих лотков 5 расположено с уступом вниз по отношению к
основанию вибролотка 7. Высоковольтная контактная шина 2 соединена
с источником напряжения и заканчивается перед Т-образным
разветвлением.
Работает устрйство следующим образом. На вибролоток 1 заготовки
4 могут поступать в четырех различных положениях. Контактируя с ши-
*Зубок Э.К. Устройство для ориентирования деталей.
ствоССС №521114.
Авторское свидетель-
100

ной 2, заготовки заряжаются одноименным зарядом и под действием
электростатических сил рассредотачиваются по вибролотку.
Со скругленного выступа 6 заготовки начинается истечение зарядов.
Возникает реактивный момент, который стремится развернуть заготовку.
Но благодаря ограниченной ширине вибролотка 7 заготовка только
прижимается выступом в к стенке вибролотка / и так перемещается по нему
до зоны карманов 3. Заготовки 4, перемещающиеся по вибролотку / в
положении выступом 6 назад, противоположным своим концом заходят в
карман и разворачиваются до тех пор, пока не упрутся выступом в стенку
вибролотка /, продолжая дальше перемещаться в положении выступом
вперед. Заготовки 4, перемещающиеся в положении выступом 6 вперед, в
зоне карманов 3 наползают на скошенную стенку и движутся в ручье
вибролотка / не разворачиваясь. Далее заготовки перемещаются по
вибролотку /, прижимаясь выступом 6 к стенке вибролотка /. Таким образом
после зоны карманов заготовки 4 движутся по вибролотку / только
выступом 6 вперед и в двух различных положениях: к одной или другой
стенке. Выходя на участок вибролотка /, где его основание резко сужено
и не имеет боковых стенок, заготовка 4 получает возможность "дораз-
вернуться". Центр масс ее при этом смещается, и в зависимости от того,
какой плоскостью она поступила на вибролоток /, заготовка 4 попадает
в тот или иной отводящий лоток 5,
Электромагнитное ориентирование. Механизм возникновения сил,
движущихся на немагнитное и ферромагнитное токопроводящие тела в
переменном магнитном поле, основан на взаимодействии внешнего
поля с индуцированным (наведенным) вторичным полем, создаваемым
самими телами.
Для ориентирования асимметричных заготовок типа скоб
(рис. 62, а) в процессе их непрерывного перемещения можно применять
устройство, представленное на рис. 62, б.
Индуцируемые в вертикальных частях скобы токи
взаимодействуют с внешним неоднородным полем таким образом, что заготовки
при своем движении через поле разворачиваются под действием
возникающих электродинамических сил ключом ориентации вперед (положение
Гна рис. 62, б).
Если обе вертикальные части скобы имеют одинаковые признаки,
например отверстия, но расположены на разной высоте (рис. 62, в), то
фокусировкой переменного магнитного поля относительно того признака,
по которому необходимо ориентировать заготовку, можно добиваться
поворота заготовки так, что необходимый признак будет по ходу движения.
Заготовки асимметричной формы, выполненные из диэлектрических
материалов и имеющие внешние или внутренние скрытые признаки,
успешно могут ориентироваться в электрическом поле.
Устойчивое, ориентированное положение заготовки в поле
соответствует минимуму потенциальной энергии системы поле —
заготовка. Поэтому продолговатые стержневые заготовки ориентируются
вдоль силовых линий электрического поля, если диэлектрическая
постоянная материала е больше диэлектрической постоянной среды (е > е0),
и поперек поля, если е < €0 (рис. 62, г).
101

г) д) е)
Рис. 62. Электромагнитное ориентирование
Заготовки / типа втулок с внутренней перегородкой при е > е0
ориентируются перегородкой вдоль силовых линий поля (рис. 62, д).
Заготовки 2 с асимметричным отверстием — массивной частью в
направлении движения (рис. 62, д), а заготовки 3 с прорезью — прорезью в
сторону, противоположную движению (рис. 62, д). Аналогичным образом
ориентируются и заготвки типа асимметричной скобы (рис. 62,. е). В
данных случаях электродную систему удобно выполнять в виде пластин
высотой, равной выстоте ориентируемой заготовки или немного
большей.
Для ориентирования плоских и стержневых заготовок необходимую
концентрацию электрического поля в плоскости расположения заготовок
можно обеспечить электродной системой в виде линейных проводников
с поперечным сечением по крайней мере на порядок меньшим, чем
расстояние между электродами.
Первичное ориентирование заготовок происходит эффективно в
однородном электрическом поле, вторичное — в неоднородном поле. Требуемую
неоднородность можно создать, применяя пространственные электродные
системы с линейными проводниками.
Способ электромагнитного ориентирования открывает очень большие
возможности особенно для заготовок, имеющих не ярко выраженные
признаки как внутренние, так и внешние: отверстия, фаски, пазы,
радиусы и др. Причем этим способом можно ориентировать и ферромагнит-
102

ные заготовки (в постоянном магнитном поле), и неферромагнитные,
но токопроводящие (в переменном магнитном поле) и нетокопро-
водящие — диэлектрики (в электрическом поле).
Из всего изложенного выше видно, какой богатый технический
арсенал может быть использован для решения задач ориентирования.
Одни и те же по форме детали можно ориентировать разными способами,
но с разными результатами по производительности (быстродействию),
кинематической сложности, стоимости, экономичности,
приспособленности к быстрой переналадке и другим признакам.
Если исходить из требований к гибким технологическим
системам (ГТС), наиболее перспективным следует считать электромагнитный
способ ориентирования, так как при переходе на новую заготовку
необходимо изменить параметры питающего тока и форму полюсных
наконечников. Однако этот способ более дорогостоящий, требует
использования мощных источников питания. При остановке заготовки в полюсном
пространстве возможна потеря свойств заготовки из-за интенсивного
нагрева, необходимы системы охлаждения полюсных наконечников и,
наконец, квалифицированный обслуживающий персонал.
Гравитационное ориентирование с калибрами, наоборот, наиболее
дешевое, достаточно надежное и удобное в эксплуатации.
Использование фрикционных ориентаторов могло бы дать хорошие
результаты, так как неоднородность сил трения имеет место во всех
заготовках, но, к сожалению, этот способ совершенно не исследован.
Пневматическое, а также гидравлическое ориентирование обладает
высокой универсальностью, но и требует высокой квалификации
обслуживающего персонала.
Механическое ориентирование, как правило, конструктивно сложно,
не всегда в нужной мере производительно и универсально.
При проектировании устройств вторичного ориентирования главным,
естественно, является выбор способа ориентирования и расчет
производительности способа. Подход к определению времени
ориентирования или других интервалов аналогичен рассмотренному в глЛГ
вопросу о проектировании циклограммы.
В заключение отметим, что все способы ориентирования основаны
на явлениях, описываемых классическими науками. Привлекая эти науки
и используя современные математические инженерные методы, с
известной степенью достоверности расчеты можно провести, даже если в
литературе нет удобного для применения материала.
ГЛАВА V.
ЛОТКИ-МАГАЗИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ПОШТУЧНОЙ
ВЫДАЧИ
Виды лотков. В лотке-магазине выполняются две функции:
накопление запаса заготовок с целью компенсации колебаний
производительности бункерного загрузочного устройства; транспортирование заготовок
к питателю. Поэтому лоток-магазин должен иметь определенную ем-
103

кость, причем любая заготовка, находящаяся в этом лотке, должна
двигаться к его выходу с такой скоростью, чтобы обеспечить работу
питателя с заданной производительностью. Кроме того, в случае, если
движение заготовок на выходе из лотка (в питатель) временно прекратилось,
заготовки должны остановиться, даже если силы, побуждающие
заготовку к движению, продолжают действовать. При этом сила не должна
привести ^-деформации заготовок.
В процессе перемещения в лотке-магазине заготовки должны
сохранять заданное им положение или в случае необходимости изменять его
по заданному закону.
Силовое воздействие на заготовку в лотке может быть
разнообразным, и многообразие этих сил определяет и многообразие типов лотков
(рис 63), которые могут быть гравитационными, инерционными
(вибрационными), фрикционными, пневматическими,
электромагнитными и с принудительным движением заготовок.
Гравитационные лотки (рис. 63, а) наиболее распространены, так
как для движения заготовок в них не нужно создавать приводов. Эти
лотки по конструктивному оформлению весьма разнообразны:
вертикальные и наклонные; прямолинейные и криволинейные, с осью,
расположенной в плоскости и в пространстве, открытые, закрытые и
полузакрытые по поперечному сечению.
С позиции ГТС чрезвычайно перспективны переналаживаемые лотки,
состоящие из нормальных деталей [12]. Такие лотки, при переходе на
новые заготовки относительно быстро переналаживаются без
дополнительных капитальных затрат.
Однако в гравитационных лотках нельзя передавать заготовки в
горизонтальном направлении или с подъемом вверх, а это приводит
иногда к трудностям в компоновке систем технологического
оборудования. Отсутствие простых способов регулировки скорости движения
заготовок в лотках не позволяет их использовать для хрупких, легко
деформируемых заготовок.
Интерционные или вибрационные (последний термин более
распространен) лотки-магазины (рис. 63, б) позволяют подавать заготовки
в горизонтальных, наклонных и вертикальных емкостях. Подбирая
различные законы колебаний рабочего органа и различные приводы, можно
обеспечить не только движение в различных направлениях, но и
регулирование в широких пределах скоростей движения. Последнее позволяет
создавать лотки-магазины высокой производительности. В случае
остановки заготовок в вибролотках не может произойти их деформирование
за счет воздействия рабочего органа.
Во фрикционных лотках (рис. 63, в) заготовки движутся под
действием сил трения. При переполнении лотка между остановившимися
заготовками и рабочим органом будет наблюдаться проскальзывание до тех
пор, пока не возобновится движение заготовок.
Пневматические лотки (рис. 63, г) могут быть выполнены по
нескольким конструктивным вариантам: с созданием воздушной подушки,
уменьшающей силу трения и побуждающей заготовки к движению;
пневмонагнетательные и пневмовсасывающие. Если первый принцип
104

105

может быть применен для сравнительно крупных заготовок, то второй
и третий — для легких заготовок. Использование пневматических
лотков связано с усиленным расходом воздуха, монотонным свистящим
шумом, а при движении заготовок в замкнутых лолостях — с
дополнительным шумом вследствие ударов заготовки о стенки путепровода.
Электромагнитные лотки (рис. 63, д) основаны на движении
заготовок под действием бегущего магнитного поля, И хотя
экспериментальные лотки такого типа созданы, распространения они не нашли из-за
значительной энергоемкости и интенсивного шума при движении
заготовок в путепроводе. Такие лотки, кроме того, могут быть
использованы лишь для ферромагнитных заготовок.
Заготовки в лотках можно перемещать, наконец, под действием
усилия со стороны пружины, груза, пневмотолкателя и т.п. В
последние годы лотки такого типа (рис. 63, е) широкого применения
не находят.
Лотки-магазины изготовляют из полосовой или листовой стали.
Поверхности, по которым скользят заготовки, тщательно
обрабатывают, а иногда хромируют или закаливают. Для удобства наблюдения за
движением и загрузкой заготовок две или одну стенку лотка-магазина
делают открытыми. Часто бывает целесообразно лотки-магазины
изготовлять регулируемыми, для чего предусматривают возможность
раздвигания и сдвигания боковых стенок. Форму поперечного сечения
магазина выбирают в соответствии с профилем подаваемых заготовок
с учетом зазора для обеспечения свободного перемещения их.
Проектирование лотков. При создании лотков-магазинов необходимо обратить
особое внимание на следующие моменты: определить геометрические размеры лотка
(ширину, глубину, радиусы кривизны, зазоры и т.п.) с тем, чтобы заготовки не
заклинивались в лотке (независимо от того, движется она одна или в потоке);
определить пропускную способность лотка, т.е. сколько заготовок в единицу
времени должно пройти через поперечное сечение лотка (пропускная способность
лотка должна быть выше, чем производительность технологического оборудования,
на 10—15%); определить скорость движения заготовки в конце лотка, чтобы знать,
возможно ли деформирование заготовки при ударе; определить, есть ли в лотке
участки, на которых заготовка может остановиться; определить целесообразную
емкость лотка для накопления заготовок. Методика определения размеров лотков
изложена для различных вариантов гравитационных и приводных лотков в
работе [3]. Это в основном эмпирические или геометрические расчеты, выполнение
которых не вызывает у инженеров особых трудностей.
Определение пропускной способности состоит в расчете движения одной
заготовки или их потока в лотке. Здесь могут быть применены законы механики для
составления уравнения движения заготовок, решения этих уравнений и получения
конечных формул [1, 10]. Цель таких расчетов — определение времени движения
заготовки от начальной точки лотка до конца (в случае движения единичной
заготовки) или на пути, равном шагу между заготовками (при движении потоком).
В процессе решения этой задачи одновременно определяют предельное и
минимальное значения скорости. Основная сложность при проведении таких расчетов
— их громоздкость.
В общем случае движение заготовок в лотке может быть представлено в
четырех вариантах (рис. 64, а — г) : движение единичной заготовки по
прямолинейным лоткам; движение потока заготовок по прямолинейным лоткам; движение
единичной заготовки по лотку, имеющему определенную кривизну, и движение
потока заготовок по криволинейному лотку. В первых двух вариантах определить
106

Рис. 64. Варианты расчетных схем движения заготовок в лотках
значения времени и скоростей движения относительно просто, во вторых двух
приходится прибегать к поэтапному решению: от участка к участку.
Использование ЭВМ для решния подобных задач позволяет получить в короткое
время необходимые результаты. В случае применения лотков переменного профиля
использование ЭВМ становится просто необходимым, так как весь лоток должен
быть разбит на участки (рис. 64, д) с одинаковым углом наклона или радиусом
кривизны. Сначала определяют все необходимые величины для движения заготовки
на первом участке, потом на втором, третьем и т.д. Конечные результаты при
движении на первом участке являются исходными данными для расчета движения
на втором участке и т.д. Такого рада расчеты трудоемки и длительны, хотя в
математическом отношении несложны. ЭВМ позволяют провести такие расчеты в
короткое время.
Вопрос о выборе размеров лотка до настоящего времени окончательно не
решен, хотя некоторые отдельные подходы к решению этой задачи есть в работах
[1, 5]. Не останавливаясь на этих теориях, отметим, что на размеры лотка
максимально влияет стабильность работы БЗУ. Если колебания производительности БЗУ
в процессе работы незначительны, то размеры лотка-магазина можно принять
максимальными, и наоборот.
Механизмы поштучной выдачи (МПВ). Назначение этих механизмов
состоит в отделении из общего потока заготовок, находящихся в
лотке-магазине, одной заготовки и передаче ее в питатель. Необходимость
установки механизма поштучной выдачи определяется в каждом
конкретном случае в зависимости от формы и размеров заготовки,
конструкции и формы лотка-магазина, а также конструкции технологического
оборудования, обслуживаемого загрузочным устройством.
Поштучную выдачу заготовок можно осуществлять специальными
механизмами поштучной выдачи и механизмами поштучной выдачи,
совмещенными с питателями.
107

Рис. 65. Механизмы поштучной л '/////*(/////
выдачи '
Специальные механизмы поштучной выдачи в свою очередь можно
разбить на механизмы простого действия и механизмы двойного действия.
Механизмы простого действия осуществляют поштучную выдачу в один
прием, а механизмы двойного действия - в два приема: сначала
отделение детали из общего потока, затем уже выдачу ее в питатель.
На рис. 65 показаны типовые схемы механизмов поштучной
выдачи, причем в случаях, изображенных на рис. 65, а, механизмов
поштучной выдачи фактически нет, так как их функцию берут на себя питатели,
отделяя при своем движении одну заготовку от другой. Такие схемы
применимы в основном для простых по форме заготовок.
На рис. 65, б показаны отсекатели простого действия, в которых
производится отделение заготовки от общего потока с помощью, напри-
108

мер, барабана или движка, барабанные механизмы очень удобны, так как
обеспечивают плавность работы, заготовки в них не подвержены
сильным ударам, вызывающим повреждение их поверхности.
Кинематически и конструктивно более сложны механизмы поштучной
выдачи двойного действия (рис. 65 в). Отличаясь друг от друга
конструктивным оформлением, они имеют одинаковый принцип действия. Работа
этих механизмов сводится к поочередному действию двух штифтов
(планок), расположенных на расстоянии друг от друга, выбираемом.в
соответствии с размером подаваемой заготовки. Один из штифтов выпускает
очередную заготовку из магазина в питатель, в то время как другой
штифт удерживает от перемещения остальные заготовки, находящиеся в
магазине. При возвращении в исходное положение, т.е. когда второй
штифт отойдет от заготовок, а первый штифт перекроет магазин,
заготовки получат возможность перемещаться до соприкосновения с первым
штифтом.
Механизм двойного действия для поштучной выдачи необходимо
применять в следующих случаях: когда заготовки в магазинах имеют
склонность к заклиниванию (образуя так называемые "карандаши");
когда по конструкции питателя необходим разрыв между заготовками
в лотке-магазине и подаваемой в питатель.
Работа механизма поштучной выдачи обязательно должна быть
синхронизирована с работой питателя. Поэтому чаще всего кинематические
механизмы поштучной выдачи связаны с питателем, который имеет
механическую связь с приводом технологического оборудования.
Реже для привода в действие МП В используются пневматические,
гидравлические, электромагнитные или другие механизмы. Но и в этих
случаях управление работой механизма поштучной выдачи обязательно
производится от общей системы управления рабочими органами
технологического оборудования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автоматизация загрузки прессов штучными заготовками/ В.Ф. Прейсг
И.С. Блях еров, В.В. Прейс, Н.А. У сен ко. М.: Машиностроение, 1975. 280 с.
2. Артоболевский СИ. Технологические машины-автоматы. М.:
Машиностроение, 1964. 179 с.
3. Бобров В.П. Проектирование загрузочно--фанспортных устройств к станкам
и автоматическим линиям. М.: Машиностроение, 1964. 291 с.
4. Гринштейн Я.Г., Вайсман Е.Г. Системы питания автоматов в
приборостроении. М.: Машиностроение, 1966.179 с.
5. Камышный И.И. Автоматизация загрузки станков. М.: Машиностроение,
1977.288 с.
6. Кошкин Л.Н. Комплексная автоматизация производства на базе роторных
линий. М.: Машиностроение, 1972. 352 с.
7. Кузнецов М.М., Волчкевич Л.И., Замчалов Ю.П. Автоматизация
производственных процессов. М.: Высшая школа, 1978. 431 с.
8. Малое А.Н. Загрузочные устройства металлорежущих станков. М.:
Машиностроение, 1972. 396 с.
9. Малое А.Н., Иванов KJ.B. Основы автоматики и автоматизации
производственных процессов. М.: Машиностроение, 1974. 365 с.
10. Шапран В.З. Автоматические питатели заверточных Ъдашин. Киев: Техника,
1969.235 с.
11. Шаумян Г.А. Комплексная автоматизация производственных процессов.
М.: Машиностроение, 1973. 637 с.
12. Шерешевский Н.И. Анализ и синтез многоярусной сборки. М.:
Машиностроение, 1971.248 с.
13. Яхимович В.А. Автоматическое ориентирование деталей в соленоидных
катушках. — Станки и инструмент, 1963, №11, с. 17—19.
110

ОГЛАВЛЕНИЕ
Г л а в а I. Загрузка штучных заготовок и совершенствование производства 3
Типовые устройства для автоматизации загрузки 3
Тенденции и перспективы развития механизации загрузки 5
Технологические рекомендации для механизации и автоматизации загрузки 7
Г л а в а II. Бункерные загрузочные устройства (БЗУ) с механическим
приводом 9
Принцип работы и функциональные действия в БЗУ 9
Классификация БЗУ и функциональных действий в них. . . 17
Проектирование БЗУ 37
Оценка созданного БЗУ 52
Г л а в a III. Бункерные загрузочные устройства с вибрационным приводом
(ВЗУ) . . . . . 53
Принцип вибротранспортирования. Особенность структуры ВЗУ 53
ВЗУ с раздельным электромагнитным приводом 64
Регулирование и стабилизация скорости вибротранспортирования 73
Расчет и конструирование ВЗУ , 78
Глава IV. Устройство вторичного ориентирования штучных заготовок .... 81
ГлаваУ. Лотки-магазины и механизмы поштучной выдачи 103
Список литературы 110
111

Николай Антонович Усеико, Игорь Соломонович Бляхеров
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЗАГРУЗОЧНО-ОРИЕНТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Редактор Т.Е. Черешнвва
Художественный редактор С.С. Водчиц
Технический редактор Н.В. Михайлова
Корректор С.Н.Львова
Обложка художника В.В. Калинина
ИБ№4394
Сдано в набор 29.08.83 Подписано в печать 6.09.84. Т-18803.
Формат 60X90/16. Бумага офсетная №2. Гарнитура Пресс Роман.
Печать офсетная. Усл.печ.л. 7,0. Усл.кр.-отт. 7,25. Уч.-изд.л. 7,95.
Тираж 4126 экз. Заказ 27 66 Цена 45 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство "Машиностроение",
107076, Москва, Стромынский пер., д. 4
Московская типография № 9 Союзполиграфлрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
109033, Москва, Волочаевская ул., 40