Имитационное моделирование пневмовихревого захватного устройства с плавающей базой

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Е. В. Стегачев, канд. техн. наук, М. Г. Кристаль, канд. техн. наук,
В. В. Медведев, К. Н. Палагушкина
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПНЕВМОВИХРЕВОГО ЗАХВАТНОГО УСТРОЙСТВА
С ПЛАВАЮЩЕЙ БАЗОЙ
Волгоградский государственный технический университет E-mail: app@vstu. ru
Разработано пневмовихревое захватное устройство (ПВЗУ) с плавающей базой, улучшающей условия захватывания профильных деталей. Методом имитационного моделирования установлено влияние основных параметров ПВЗУ на его грузоподъемность.
Ключевые слова: захватное устройство, пневмовихревая камера, плавающая база, имитационное моделирование, промышленный робот.
Pneumovortical gripping unit was designed with a floating base, which improves prehension conditions of profile parts. The simulated results of the pneumovortical gripping have drawed an influence of the main parameters on his weight-carrying capacity.
Keywords: capturing device, the pneumatic vortical robot.
В серийном и мелкосерийном производстве широко применяются пневмовихревые захватные устройства (ПВЗУ), содержащие вихревые камеры (ВК) в виде полуоткрытых цилиндров с тангенциальными питающими соплами. При подаче сжатого воздуха через сопловые отверстия в ВК в ее приосевой области образуется разряжение, определяющее подъемную силу захватного устройства (ЗУ).
Вследствие погрешности изготовления базовых поверхностей захватываемых деталей и питателей, а также наличия погрешностей позиционирования манипуляторов промышленных роботов возникает несоосность осей ПВЗУ и детали в процессе ее захвата, что приводит к снижению надежности работы устройства. Кроме того, известные конструкции ПВЗУ имеют ограничения по грузоподъемности из-за ограничения величины разряжения вследствие торможения вихревого потока о неподвижную стенку корпуса захватного устройства.
Для повышения грузоподъемности на кафедре автоматизации производственных процессов ВолгГТУ предложены ПВЗУ (патенты РФ № 2 199 432, № 2 202 466), снабженные вращающимися тангенциальными соплами. Вращение внутренних цилиндрических стенок и тангенциальных сопел вихревой камеры позволяет увеличить тангенциальную составляю-
chamber, floating base, imitating modelling, the industrial
щую скорости потока, что приводит к росту величины разряжения в приосевой области ЗУ. Кроме того, с целью компенсации несоосности осей ЗУ и захватываемой детали предложено использовать в нижней части ПВЗУ плавающую базу, конструктивно представляющую собой диск с профилированным отверстием, установленный в нижней части ПВЗУ с возможностью осевого и радиального смещения.
Захватное устройство с плавающей базой состоит из корпуса 1 (рис. 1), внутри которого установлен полый корпус 2 с возможностью вращения относительно центральной оси, в боковой поверхности которого выполнены тангенциальные отверстия 3 для подвода сжатого воздуха. В нижней части полого корпуса 2 жестко закреплена насадка 4, внутренняя поверхность которой выполнена в виде радиусного сопряжения, соединяющего цилиндрическую поверхность полого корпуса 2 и нижнюю коническую поверхность насадки 4, образующие полую вихревую камеру 5. В верхней части корпуса 1 закреплен кожух 6, внутренняя поверхность которого совместно с наружной цилиндрической поверхностью полого корпуса 2 образует кольцевую камеру нагнетания 7, соединенную с полой вихревой камерой 5 тангенциальными отверстиями 3, обеспечивающими создание вихревого воздушного потока в полой вихревой камере 5.
Рис. 1. ПВЗУ с плавающей базой
В верхней части полого корпуса 2 выполнен хвостовик 8, предназначенный для крепления ЗУ к приводу, обеспечивающему вращение полого корпуса 2 с жестко закрепленной насадкой 4. Усиление вихревого потока вращением полого корпуса 2 с насадкой 4 обеспечивает создание мощного вихревого потока, позволяющего получить высокую степень разрежения в при-осевой зоне ЗУ, обеспечивающую заданное усилие захвата. В основании корпуса 1 посредством держателя 9 установлен диск 10, являющийся плавающей базой, с комбинированным центральным отверстием 11, нижняя часть которого повторяет сложный профиль детали 12, а верхняя часть повторяет цилиндрический профиль. Габаритный размер диска 10 выполнен таким образом, чтобы диск 10 имел возможность ограниченного смещения в держателе 9 в осевом и радиальном направлениях.
Для обеспечения вращения полого корпуса 2 с насадкой 4 по наружной цилиндрической поверхности полого корпуса 2 и внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 установлены подшипники 13 и 14, фиксирующиеся друг относительно друга при помощи втулки 15. Для подвода питающего воздуха в кольцевую камеру нагнетания 7 в кожухе 6 выполнено отверстие 16.
Захватное устройство с плавающей базой работает следующим образом. При подаче потока сжатого воздуха через отверстие 16 в кольцевую камеру нагнетания 7 и далее посредством тангенциальных отверстий 3 в полую вихревую
камеру 5, образованную внутренней цилиндрической поверхностью полого корпуса 2 и внутренней поверхностью насадки 4, поток воздуха ударяется о стенки полой вихревой камеры 5, раскручивается в ней, образуя вихревой воздушный поток, создающий область разрежения в приосевой зоне ЗУ. Одновременно с подачей потока сжатого воздуха в кольцевую камеру нагнетания 7, за счет привода, подсоединенного к хвостовику 8, обеспечивается вращение полого корпуса 2 с насадкой 4 в направлении, совпадающем с направлением вращения вихревого потока в полой вихревой камере 5, за счет чего вихревой воздушный поток приобретает дополнительную величину тангенциальной составляющей скорости потока, тем самым обеспечивается высокая степень разрежения в при-осевой зоне ПВЗУ, что усиливает величину разрежения в центральном отверстии 11 диска 10.
При захватывании детали 12 диск 10 совместно с деталью имеет возможность отклоняться от оси ПВЗУ под случайным углом, а и смещаться в радиальном направлении на величину е, значение которой определяется разностью внутреннего диаметра В держателя 9 и диаметра й диска 10. Одновременно с этим возникает вращательное движение диска вокруг своей оси под действием вращающегося потока истекающих струй сжатого воздуха. Эти процессы формируют движение прецессии диска 10, устраняющей геометрическую несоосность захватного устройства и детали 12, что обеспечивает гарантированный захват детали.
Рис. 2. Гистограмма грузоподъемности
При разработке устройств на основе пнев-мовихревых камер важно учитывать влияние их конструктивных и технологических параметров на способность выполнять свои функции. Для разработанного пневмовихревого захватного устройства в инструментальной системе AnyLogic 6.0 была создана имитационная модель на основе существующей математической модели, разработанной на кафедре автоматизации производственных процессов ВолгГТУ [Кристаль, М. Г. Моделирование пневмовихре-вого захватного устройства с вращающейся вихревой камерой / М. Г. Кристаль, Е. В. Сте-гачев // Сборка в машиностроении, приборостроении. — 2004. — № 1.]. Имитационная модель позволила определить разброс значений грузоподъемности ПВЗУ в зависимости от размерных параметров, назначенных с установленными допусками, с учетом изменения во времени технологических параметров.
В ходе экспериментов получены номинальные значения давления Рвх =55,6 кПа и угловой скорости вращения ВК ю=1645 рад/с, при которых грузоподъемность ПВЗУ принимает максимальное значение. Диаметры тангенциальных сопел (ТС) й принимались равными 2,05±0,05 мм, количество сопел т = 4, диаметр стенки вихревой камеры В = 30 мм, расстояние от среза вихревой камеры до поверхности захва-
тывания предметов производства г = 0,14 мм, давление Рвх изменялось в пределах 55,6 ± 2 кПа, угловая скорость ю=1645±25 рад/с, количество измерений N = 1300. При одновременном изменении давления Рвх, частоты вращения вихревой камеры и величин диаметров ТС минимальное и максимальное значения грузоподъемности составили, соответственно, 6,280 Н и 12,748 Н (рис. 2).
Из полученных результатов видно, что конструктивные и технологические параметры, случайно изменяющиеся в заданных пределах, оказывают существенное влияние на грузоподъемность ПВЗУ, приводящее к двукратному росту ее величины. Поэтому при проектировании устройств на основе пневмовихревых камер большое значение имеет назначение допусков для конструктивных параметров и выбор технологического оборудования, определяющего диапазоны изменения давления Рвх и частоты вращения вихревой камеры.
Полученная модель позволяет сэкономить время на исследование процесса функционирования устройств на основе вихревых камер в широком диапазоне входных переменных, изменяющихся по различным вероятностным законам распределения, и упростить определение требуемых значений параметров модели, обеспечивающих их максимальную эффективность.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой