RUS | UKR | EN || ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ

РЕФЕРАТ

Цель и задачи
Актуальность
1. Описание системы автоматического переворота изделий.
2. Поиск альтернативных методов решения поставленной задачи.
3. Составление математической модели движения системы.
Список литературы

Цели и задачи

Автоматизировать процесс переворота изделий для двухсторонней жарки.

Данная цель может быть достигнута путем решения следующих задач:

- разработать механизм переворота изделий;

- составить его пневматическую и электрическую схемы;

- подобрать соответсвующую аппаратуру.

Актуальность

В настоящее время все чаще для автоматизации производственных процессов и отдельных операций используется новая отрасль техники - мехатроника, которая включает в себя совокупность  механических, гидравлических, пневматических, электронных элементов. Широкое распространение в последнее время получает пневмоавтоматика  благодаря ряду существенных достоинств пневмосистем: легкое управление исполнительными  механизмами, сравнительно большая скорость рабочего перемещения и др. Электрогидравлические и электропневматические системы автоматического управления получают все более широкое распространение в самых различных областях техники, включая робототехнические и автоматизированные комплексы машиностроительной, космической, авиационной, химической, пищевой, атомной и других отраслей промышленности. Сочетая в себе известные достоинства электрической связи и управления с быстродействием и относительной легкостью мощных гидро- и пневмоприводов, эти системы вытесняют чисто механические и электрические системы управления и контроля.

Пневматические устройства играют важную роль в механизации производства. В последнее время они также широко используются при решении задач автоматизации.

1. Описание системы автоматического переворота изделия.

Для решения поставленной задачи я предлагаю использовать следующую схему:

Рис.1 Внешний вид механизма.

Данная система (рис.1) состоит из трех пневмоцилиндров: двух пневмоцилиндров поступательного действия (1.0 и 2.0) и одного поворотного пневмоцилиндра (3.0), а также исполнительного органа, в виде лопатки.

Данная система работает следующим образом: цилиндр горизонтального перемещения 2.0 перемещает систему таким образом, чтобы исполнительный орган оказался под изделием, затем цилиндр вертикального перемещения 1.0 поднимает систему, чтобы изделие оказалось над уровнем масла, после чего поворотный пневмоцилиндр 3.0 осуществляет переворот изделия. 

Для решения данной задачи составим пневмоэлектрическую схему автоматики, которая будет ее реализовать:

Рис.2 Принципиальные  пневматическая и электрическая схемы.

На рис.2 приняты следующие  обозначения:

      0.1 – блок подготовки воздуха;

      1.0 и 2.0 – двухсторонние пневмоцилиндры с концевыми датчиками;

      3.0 – поворотный пневмоцилиндр;

      1.1, 2.1 и 3.1 – 4/2         распределители         с        двухсторонним   электромагнитным пилотным управлением и ручным дублированием;

      К1 – реле;

      К2 – оптический датчик;

      D1 – D6 – магнитные датчики положения;

      Y1 – Y6 – электромагниты, управляющие пневмораспределителями.

Анимированный рисунок из 5 кадров

Данная схема работает следующим образом: воздух под давлением подается из блока подготовки воздуха 0.1 на  распределителя 1.1, 2.1 и 3.1; При прохождении изделия через оптический датчик К2 замыкается цепь и подается сигнал на электромагнит Y1 распределителя 1.1 и воздух под давлением поступает в исполнительный цилиндр 1.0. Он вертикально перемещает механизм (рис. 1).

Когда 1.0 доходит до крайнего положения срабатывает датчик D2, который замыкает цепь и подает сигнал на электромагнит Y3, распределителя 2.1 и воздух под давлением поступает в пневмоцилиндр 2.0. Он горизонтально перемещает механизм. Когда 2.0 доходит до крайнего положения срабатывает D4, подается сигнал на Y5 и воздух поступает в поворотный пневмоцилиндр 3.0, который осуществляет поворот исполнительного органа. После осуществления поворота система возвращается в исходное положение.[1]

2. Поиск альтернативных методов решения поставленной задачи.

На данный момент существует несколько решений поставленной задачи. Рассмотрим пару из них.

Рис. 3 Пончиковый автомат АП-3М (Техносфера-2000)

Аппарат предназначен для приготовления и жарки пончиков. Аппарат обеспечивает выполнение технологических операций по выработке пончиков жареных в растительном масле или фритюре в соответствии с технологической инструкцией. Основной несущей конструкцией аппарата является каркас, представляющий собой сварную конструкцию из стального профиля. В верхней части каркаса расположен жарочный бак и дозатор для теста.
         Внутри каркаса находятся вентилятор с закрепленным на нем электродвигателем, щит управления, компрессор и редуктор. Шкив на валу электродвигателя соединен со шкивом на входном валу редуктора при помощи ремня. На одном из выходных валов редуктора укреплен кулак с пазом, а на другом диск с лопатками. С кулаком взаимодействует рычаг, установленный на оси кронштейна. На рычаге установлена качающаяся планка, на конце которой имеется шарикоподшипник, входящий в паз кулака. Сердечник электромагнита, установленного на планке, соединяет рычаг с планкой и через тягу взаимодействует с дозатором.
Бак для теста установлен на дозаторе на байонетном зажиме. Диск с шарнирно закрепленными лопатками перемещается в жарочной ванне заполненной маслом. Внутри жарочной ванны закреплены блок электронагревателей (тэнов) и две горки. Одна служит для переворота пончиков необжаренной стороной вниз, а другая для выдачи обжаренного пончика. По склизу жарочной ванны пончик попадает в лоток, установленный на поворотных кронштейнах. Жарочная ванна сверху закрыта двумя откидными крышками. Для слива масла из жарочной ванны служит кран. Масло сливается через отстойник, снабженный фильтром. На переднюю панель крышки выведена ручка дросселя, служащего для регулирования величины давления воздуха в тестовом баке. Внутри каркаса установлена колодка для подключения электропитания. Аппарат имеет четыре регулируемые по высоте опоры.

Таблица 1. Технические характеристики АП-ЗМ

 [3]  

Назначение: производство пышек с максимальной эффективностью и минимальными трудозатратами.

Автоматическая установка состоит из фритюрницы с принудительной поверхностной циркуляцией фритюрного жира, делителя-дозатора с приводом, механизма переворота и выгрузки пончиков и программатора, осуществляющего их согласованное взаимодействие.

Особенности:

Пышки перемещаются с помощью принудительной поверхностной циркуляцией фритюрного жира, что позволяет увеличить производительность по сравнению с аппаратами других фирм близкими по размеру.

Автоматически выполняются следующие операции:

- формируется тестовая заготовка и опускается во фритюрную ванну
- обжаривается по очереди с двух сторон

- готовый пончик выгружается из ванны.

Основные достоинства:

- высокая производительность - до 600 штук в час

- широкий диапазон регулирования размеров и массы пышки - от 35 до 65 грамм

- малые размеры - настольный аппарат, занимает 0.6 кв. м

- оборудован защитным датчиком

Рис. 4 Пончиковый автомат ПРФ-11/900

Таблица 2. Технические характеристики ПРФ-11/900

[4]

Основным недостатком данных аппаратов является их дороговизна.

3. Составление математической модели движения системы.

Рассмотрим модель движения цилиндра. При перемещении пневмоцилиндру необходимо преодолеть усилие:

Необходимо найти скорость перемещения поршня. Согласно второму закону Ньютона:

Для определения скорости перемещения поршня необходимо рассмотреть силы действующие на него:

где S_i – площадь поршня, на которую действует давление p_i.

Причем , а    (), отсюда получим:

         Отсюда найдем скорость разделив данное выражение на массу перемещаемую цилиндром и проинтегрировав его по времени:

т.к. данные параметры не зависят от времени, получим:

         Из этого уравнения найдем диаметр и ход поршня пневмоцилиндра:

,

отсюда получаем:

,

где k_з – коэффициент запаса.

         Определим массы, которые будут перемещать пневмоцилиндры:

         - масса лопатки:

,

где k_mл – коэффициент, учитывающий металлоемкость;

         - масса, перемещаемая пневмоцилиндром вертикального перемещения:

;

         - масса, перемещаемая пневмоцилиндром горизонтального перемещения:

.[2,5]

Контрольный пример

Для контрольного расчета зададим произвольные исходные данные:

Таблица 3. Исходные данные

Подставим исходные данные в полученные ранее зависимости:

Масса лопатки:

Масса перемещаемая пневмоцилиндром 1.0:

Масса перемещаемая пневмоцилиндром 2.0:

Диаметр, скорость перемещения и ход поршня цилиндра 1.0:

Диаметр, скорость перемещения и ход поршня цилиндра 2.0:

Список литературы

1.        Электропневмоавтоматика в производственных процессах: Учебное пособие; под редакцией Е.В. Пашкова. – 2-е издание, переработанное и дополненное. – Севастополь: издательство СевНТУ, 2003. -496с., ил.

2.        Расчет пневмоприводов: Справочное пособие. Е.В. Герц, Г.В. Крейнин. – Москва: «Машиностроение», 1975. -274с.

3.        http://www.alternativaspb.ru

4.        http://www.sikom.com

5.        Механика жидкостей и газов. Л.Г. Лайцянский – Москва, 1987