ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Данная разработка является результатом выполнения технологических работ.

В Калининградском Государственном Техническом Университете разработана машина для укладки банок в тару, на которую был получен патент № 2176973.

Предлагаемое изобретение может быть использовано преимущественно в линиях приведения консервов в товарный вид на операциях укладки банок в транспортную тару.

Сущность данной разработки состоит в следующем.

Машина содержит накопитель-формирователь для изделий, опорное приспособление для тары, магазин-питатель для прокладок, механизм с захватами для изделий и прокладок. Механизм с захватами выполнен в виде рычажно-кулачкового механизма, выходное звено которого снабжено роликом для взаимодействия с неподвижным копиром. Изобретение позволяет упростить конструкцию и повысить эффективность работы машины для укладки в тару изделий удлинённой формы.

Известно устройство для укладки в тару штучных изделий (Авт.св. СССР № 707849). Оно содержит накопитель-формирователь слоя изделий и магазин-питатель для прокладок, опорное приспособление для тары и механизм с захватами для изделий и прокладок. Возможно возвратно- поступательное перемещение захватов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Основным недостатком устройства является ударные нагрузки, возникающие на границах интервалов движения захватов, что приводит к необходимости уменьшения скорости движения захватов и соответственно к снижению производительности. Из-за наличия ударов период рабочего цикла устройства не может быть меньше 7,5 с. При схеме укладки 3х4 банки в слое, наиболее распространённой в рыбоконсервном производстве, производительность такого устройства составляет 96 банок/мин, что значительно меньше производительности автоматизированной рыбоконсервной линии.

Известна также машина для укладки штучных изделий в тару, содержащая накопитель-формирователь слоя изделий, магазин-питатель для прокладок, опорное приспособление для тары, механизм с захватами для изделий и прокладок. Он выполнен в виде совокупности механизмов, имеющей общее единое выходное звено с укреплёнными на нём захватами, совершающее сложное плоское движение, и привод (Патент РФ № 2118274).

Основным недостатком данной машины является усложнённость привода механизма перемещения захватов и связанный с этим завышенный расход мощности на реализацию процесса укладки. Это следует из того, что для горизонтального перемещения захватов применён многозвенный кулачково-рычажный механизм с пространственным ведущим кулачком, в условиях практической компоновки представляющий собой пятизвенный механизм (4 подвижных звена и 6 кинематических пар). Увеличение же числа промежуточных подвижных звеньев и кинематических пар не способствует улучшению динамических и энергетических характеристик машины. Кроме увеличения расхода мощности, усложнённость привода негативно сказывается на точности и надёжности функционирования машины, что особенно ощутимо при износе элементов кинематических пар.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в этой машине механизм с захватами выполнен в виде рычажно-кулачкового механизма, выходное звено которого снабжено роликом для взаимодействия с неподвижным копиром.

К тому же рычажно-кулачковый механизм включает кривошипно-ползунный механизм и связанную с ползуном последнего группу Асура, которую образуют выходное звено с роликом и неподвижный копир, при этом кривошипно-ползунный механизм выполнен с нулевым эксцентриситетом.

Копир имеет форму плиты с фигурным пазом для ролика, при этом плита установлена в вертикальной плоскости параллельно выходному звену.

Причём фигурный паз для ролика в теле плиты выполнен в виде совмещённых равновеликих трапеций, основания каждой из которых расположены перпендикулярно выходному звену рычажно-кулачкового механизма.

Кроме того, длина кривошипа кривошипно-ползунного механизма соответствует условию

r(h_я+h_из) / 2, (1)

гдеr- длина кривошипа, т.е. входного или ведущего звена;

h_я- высота ящика, в который укладываются изделия;

h_из- высота изделия.

Совмещение трапеций выполнено в виде параллельного наложения меньшего основания одной трапеции на большее основание другой, и наоборот, при этом большие боковины сторон трапеций пересекаются.

Вместе с тем угол наклона большей боковины каждой из трапеций относительно выходного звена в вертикальной плоскости удовлетворяет условию

аrctg((l_б-l_м) /s_м) (µ= 40 ^о), (2)

гдеl_б,l_м- длина соответственно большего и меньшего основания трапеции;

s_м- длина меньшей боковой стороны трапеции;

µ- угол наклона большой боковой стороны трапеции, равный углу передачи.

К тому же фигурный паз в точках сопряжения трапеций снабжён направляющими заслонками.

Заявляемая машина отличается от известной наличием новых конструктивных элементов и наличием иной связи между конструктивными элементами, обеспечивающими вертикальное и горизонтальное перемещение захватов. Вместо двух кулачковых механизмов с единым общим выходным звеном, используемых в известной машине, в предлагаемой машине применён рычажно-кулачковый механизм с одним выходным звеном, построенный на базе центрального кривошипно-ползунного механизма. Замена двух кулачковых механизмов одним рычажно-кулачковым механизмом со сложным движением выходного звена позволяет свести к минимуму число конструктивных элементов (звеньев и кинематических пар), необходимых для вертикального и горизонтального перемещения захватов, упрощает конструкцию исполнительного механизма и машины в целом. В результате улучшаются динамические характеристики машины, и уменьшается мощность привода, необходимая для реализации процесса укладки изделий.

Применение рычажно-кулачкового механизма вместо двух кулачковых механизмов упрощает конструкцию, повышает силовую работоспособность, надёжность и точность функционирования машины. Использование (в патенте РФ № 2118274) для вертикального перемещения выходного звена двухдисковых кулачков с равновеликими профилями имеет существенный недостаток. Из-за неравномерного износа рабочих профилей кулачков и возникновения при этом перескоков в направляющих не обеспечивается необходимое плоскопараллельное перемещение выходного звена с захватами; более того, при перекосах конструктивных элементов в направляющих не исключается возможность их заклинивания. В предлагаемой же машине возможность перекосов выходного звена в направляющих исключается, поскольку они жёстко закреплены на стержнях, укреплённых на ползуне кривошипно-ползунного механизма.

Предлагаемый рычажно-кулачковый механизм включает базовый механизм (таким является центральный кривошипно-ползунный механизм) и кинематически связанную с ним группу Ассура, состоящую из выходного звена с захватами и с роликом для взаимодействия с фигурным пазом неподвижного копира. Данный механизм удовлетворяет структурной формуле кинематической цепи, т.е. формуле Чебышева

w= 3n- 2p₅-p₄= 3x4 - 2x5 - 1 = 1,

гдеw- степень подвижности при одном ведущем звене;

n- число подвижных звеньев,n= 4;

p₅- число низших кинематических пар,p₅= 5;

p₄- число высших кинематических пар,p₄= 1.

Выбор центрального кривошипно-ползунного механизма является наиболее целесообразным, поскольку в таком механизме обеспечивается равенство интервалов прямого и обратного ходов (вверх и вниз) по времени и наиболее предпочтительные по сравнению с дезаксиальным механизмом значения углов передачи, которые определяют силовую работоспособность механизма. Предлагаемый рычажно-кулачковый механизм прост, надёжен в работе, хорошо сопротивляется износу, он способен передавать большие усилия.

Копир (плита) с фигурным пазом установлен стационарно в вертикальной плоскости, параллельной плоскости подъёмно-опускного перемещения выходного звена с захватами. При такой компоновке обеспечивается надёжная кинематическая связь выходного звена с фигурным пазом в теле плиты, что гарантирует выполнение плоскопараллельного движения выходного звена с захватами.

Выполнение фигурного паза для ролика в виде двух неравнобочных трапеций, имеющих разновеликие основания, имеет определённые преимущества. При прямом и обратном ходах захватов обеспечиваются одинаково благоприятные условия для передачи полезной технологической нагрузки. В конце каждого прямого хода захвата для изделий (движение захвата вниз) технологическая нагрузка при предложенной форме паза способствует уменьшению необходимого движущего момента на приводном валу машины.

Условие (1), определяющее длину кривошипа базового кривошипно-ползунного механизма, даёт возможность выбора кривошипа оптимальной длины, при которой обеспечивается минимально необходимое вертикальное перемещение выходного звена с захватами.

Предлагаемое совмещение трапеций фигурного паза при их параллельном наложении способствует эффективности функционирования машины при работе с двумя захватами для изделий (без захвата для прокладок).

Условие (2) определяет силовую работоспособность рычажно-кулачкового механизма. Здесь угол передачи, удовлетворяющий выражениюµ40 ^о, представлен в функции геометрических размеров фигурного паза для ролика, т.е. в функции размеров разновеликих оснований и боковин трапеций фигурного паза. Это означает, что фактический угол наклона большей боковины любой из трапеций относительно выходного звена в вертикальной плоскости должен быть не меньше заданного или допустимого угла передачи.

Направляющие заслонки в точках сопряжения трапеций фигурного паза включены для того, чтобы исключить возможный самопроизвольный переход ролика на другой участок паза при его движении.

Предлагаемая машина поясняется кинематической схемой (рис.1).

Рис.1. Кинематическая схема машины для укладки в тару изделий удлиненной формы.

1- накопитель(8)-формирователь(10) слоя изделий, 2- опорное приспособление для тары, 3- магазин-питатель для прокладок, 6- механизм с захватами для изделий и прокладок, 7- привод машины, 9- ворошитель, 12, 13- отсекатель вакуума, 15, 16- направляющие, 21- приводной вал.

Выполнение механизма, обеспечивающего вертикальное и горизонтальное перемещение захватов, в виде рычажно-кулачкового механизма со сложным движением выходного звена упрощает конструкцию исполнительного механизма и машины в целом, повышает надёжность и точность функционирования, даёт возможность повысить производительность, т.е. позволяет улучшить показатели, повышающие эффективность реализации процесса укладки изделий в тару.

Выполнение фигурного паза для ролика выходного звена с захватами в форме двух совмещенных равновеликих трапеций обеспечивает плоскопараллельное перемещение захватов, предпочтительное при укладке изделий удлинённой формы. При однослойной укладке (без прокладок), характерной для изделий удлиненной формы, оба захвата целесообразно использовать в функции захватов для изделий.

Выполнены необходимые проектные расчёты на уровне техно-рабочего проекта, подтверждающие работоспособность. Производительность машины возросла с 96 до 144 изделий в минуту. При схеме укладки 3х4 изделия в слое теоретическая (проектная) производительность составит 144 изд./мин.

Машина обеспечивает подачу картонных прокладок между слоями изделий, ее обслуживает один оператор вместо двоих.

Проведена апробация предложенного решения: по данному патенту разработан дипломный проект (автор Рей А.Б.), который защищен перед ГАК по специальности «Машины и аппараты пищевых производств» и рекомендован для внедрения в производство. Данное изобретение признано экспертным отделом ФИПС достаточно перспективным. Его предполагается включить в базу данных перспективных российских разработок с целью содействия по продвижению как на отечественный, так и на мировой рынок (письмо ФИПС № 41-177-12 от 15.02.2002г.).

Машина может быть эффективна в составе автоматизированной рыбоконсервной линии. Повышение производительности машины с 96 до 144 изделий в минуту и снижение живого труда могут дать несомненный экономический эффект.