Мануйлов Роман Євгенійович

Мета і завдання

Актуальність

1. Опис системи автоматичного перевороту виробів.

2. Пошук альтернативних методів рішення поставленої задачі.

3. Складання математичної моделі руху системи.

Список літератури

Мета і завдання

Автоматизувати процес перевороту виробів для двостороннього жаріння.

Дана мета може бути досягнута шляхом вирішення наступних завдань:

- розробити механізм перевороту виробів;

- скласти його пневматичну і електричну схеми;

- підібрати соответсвующую апаратуру.

Актуальність

В даний час все частіше для автоматизації виробничих процесів і окремих операцій використовується нова галузь техніки - мехатроніка, яка включає сукупність  механічних, гідравлічних, пневматичних, електронних елементів. Широке поширення останнім часом отримує пневмоавтоматика  завдяки ряду істотних переваг пневмосистем: легке управління виконавчими  механізмами, порівняно велика швидкість робочого переміщення і ін. Електрогідравлічні і електропневматичні системи автоматичного управління набувають усе більш широкого поширення в самих різних областях техніки, включаючи робототехнічні і автоматизовані комплекси машинобудівною, космічною, авіаційною, хімічною, харчовою, атомною і інших галузей промисловості. Поєднуючи в собі відомі достоїнства електричного зв'язку і управління з швидкодією і відносною легкістю потужних гидро- і пневмоприводів, ці системи витісняють чисто механічні і електричні системи управління і контролю.

Пневматичні пристрої грають важливу роль в механізації виробництва. Останнім часом вони також широко використовуються при вирішенні завдань автоматизації.

1. Опис системи автоматичного перевороту виробу.

Для вирішення поставленого завдання я пропоную використовувати наступну схему:

Рис. 1. Зовнішній вигляд механізму.

Дана система (рис.1) складається з трьох пневмоциліндрів: два пневмоциліндрів поступальної дії (1.0 і 2.0) і одного поворотного пневмоциліндра (3.0), а також виконавського органу, у вигляді лопатки.

Дана система працює таким чином: циліндр горизонтального переміщення 2.0 переміщає систему так, щоб виконавський орган опинився під виробом, потім циліндр вертикального переміщення 1.0 піднімає систему, щоб виріб опинився над рівнем масла, після чого поворотний пневмоциліндр 3.0 здійснює переворот виробу. 

Для вирішення даного завдання складемо пневмоелектрічну схему автоматики, яка буде її реалізувати:

Рис. 2.Принципові пневматична та електрична схеми.

На рис. 2 прийняті наступні  позначення:

      0.1 – блок підготовки повітря;

      1.0 і 2.0 – двосторонні пневмоциліндри з кінцевими датчиками;

      3.0 – поворотний пневмоциліндр;

      1.1, 2.1 і 3.1 – 4/2         розподільники         з        двостороннім   електромагнітним пілотним управлінням і ручним дублюванням;

      К1 – реле;

      К2 – оптичний датчик;

      D1 – D6 – магнітні датчики положення;

      Y1 – Y6 – електромагніти, керуючі пневморозподільниками.

Дана схема працює таким чином: повітря під тиском подається з блоку підготовки повітря 0.1 на  розподільника 1.1, 2.1 і 3.1; При проходженні виробу через оптичний датчик К2 замикається ланцюг і подається сигнал на електромагніт Y1 розподільника 1.1 і повітря під тиском поступає у виконавчий циліндр 1.0. Він вертикально переміщає механізм (рис. 1).

Коли 1.0 доходить до крайнього положення спрацьовує датчик D2, який замикає ланцюг і подає сигнал на електромагніт Y3, розподільника 2.1 і повітря під тиском поступає в пневмоциліндр 2.0. Він горизонтально переміщає механізм. Коли 2.0 доходить до крайнього положення спрацьовує D4 подається сигнал на Y5 і повітрі поступає в поворотний пневмоциліндр 3.0, який здійснює поворот виконавського органу. Після здійснення повороту система повертається в початкове положення. [1]

2. Пошук альтернативних методів рішення поставленої задачі.

На даний момент існує декілька рішень поставленої задачі. Розгледимо пару з них.

Рис. 3 Пончиковий автомат АП-3М (Техносфера-2000) [3]

Апарат призначений для приготування і жаріння пампушок. Апарат забезпечує виконання технологічних операцій по виробленню пампушок смажених в рослинній олії або фритюрі відповідно до технологічної інструкції. Основною несучою конструкцією апарату є каркас що є зварною конструкцією із сталевого профілю. У верхній частині каркаса розташований жарильний бак і дозатор для тесту.

         Усередині каркаса знаходяться вентилятор із закріпленим на нім електродвигуном, щит управління, компресор і редуктор. Шків на валу електродвигуна сполучений з шківом на вхідному валу редуктора за допомогою ременя. На одному з вихідних валів редуктора укріплений кулак з пазом, а на іншому диск з лопатками. З кулаком взаємодіє важіль, встановлений на осі кронштейна. На важелі встановлена планка, що коливається на кінці якої є шарикопідшипник, що входить в паз кулака. Сердечник електромагніту, встановленого на планці, сполучає важіль з планкою і через тягу взаємодіє з дозатором.

Бак для тесту встановлений на дозаторі на байонетном затиску. Диск з шарнірно закріпленими лопатками переміщається в жарильній ванні заповненої маслом. Усередині жарильної ванни закріплені блок електронагревачів (тенів) і дві гори. Одна служить для перевороту пампушок необжаренной стороною вниз а інша для видачі обсмаженої пампушки. По ськлізу жарильної ванни пампушка потрапляє в лоток, встановлений на поворотних кронштейнах. Жарильна ванна зверху закрита двома відкидними кришками. Для зливу масла з жарильної ванни служить кран. Масло зливається через відстійник, забезпечений фільтром. На передню панель кришки виведена ручка дроселя, службовця для регулювання величини тиску повітря в тестовому баку. Усередині каркаса встановлена колодка для підключення електроживлення. Апарат має чотири регульовані по висоті опори.

Призначення: виробництво пампушок з максимальною ефективністю і мінімальними трудовитратами.

Автоматична установка складається з фритюрниці з примусовою поверхневою циркуляцією фрітюрного жиру, делітеля-дозатора з приводом, механізму перевороту і вивантаження пампушок і програматора що здійснює їх погоджену взаємодію.

Особливості:

Пампушки переміщаються за допомогою примусовою поверхневою циркуляцією фрітюрного жиру, що дозволяє збільшити продуктивність в порівнянні з апаратами інших фірм близькими за розміром.

Автоматично виконуються наступні операції:

- формується тестова заготівка і опускається у фрітюрную ванну

- обсмажується по черзі з двох сторін

- готова пампушка вивантажується з ванни.

Основні достоїнства:

- висока продуктивність - до 600 штук в годину

- широкий діапазон регулювання розмірів і маси пампушки - від 35 до 65 грам

- малі розміри - настільний апарат, займає 0.6 кв. м

- обладнаний захисним датчиком

Рис. 4 Пончиковий автомат ПРФ-11/900

Рекомендована ціна: - 95 739 крб.

Технічні характеристики

Номінальна напруга, В - 220

Частота, Гц - 50

Номінальна потужність, Вт   - 5000

Місткість жарильного бака, л - 16

Час розігрівання, мін, не більш       20

Місткість бункера дозатора, л        7

Змінна плунжерная пара (діаметр), мм    30, 36

Маса пампушок г            35-65

Маса апарату, кг 35

Габаритних розмірів, мм      

- довжина   1200

- ширина    400

- висота з дозатором    700 [4]

Основним недоліком даних апаратів є їх дорожнеча.

3. Складання математичної моделі руху системи.

Розгледимо модель руху циліндра. При переміщенні пневмоциліндру необхідно здолати зусилля:

Необхідно знайти швидкість переміщення поршня. Згідно другому закону Ньютона:

Для визначення швидкості переміщення поршня необхідно розгледіти сили що діють на нього:

де Si – майдан поршня, на який діє тиск pi.

Звідси знайдемо швидкість розділивши дане вираження на масу переміщувану циліндром і проінтегрував його за часом:

оскільки дані параметри не залежать від часу, отримаємо:

         З цього рівняння знайдемо діаметр і хід поршня пневмоциліндра:

,

звідси отримуємо:

,

де kз – коефіцієнт запасу.

         Визначимо маси, які переміщатимуть пневмоциліндри:

         - маса лопатки:

,

де kmл – коефіцієнт, що враховує металоємність;

         - маса, переміщувана пневмоциліндром вертикального переміщення:

 ;

         - маса, переміщувана пневмоциліндром горизонтального переміщення:

. [2,5]

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