МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ГРАНИЧНОГО КУТА ТРАНСПОРТУВАННЯ ВІД ПАРАМЕТРІВ РЕЖИМУ ВІБРОТРАНСПОРТУВАННЯ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи № 5
з дисциплін „Основи автоматики та автоматизації в галузі”,
“Автоматизація виробничих процесів”, “Автоматизація процесу пакування”, “Автоматизація процесів легкої промисловості”
для студентів базового напряму
6.0902 „Інженерна механіка”
Затверджено
на засіданні кафедри
автоматизації та комплексної
механізації машинобудівної промисловості".
Протокол № 7 від 14.02.2007 р.
Львів - 2007
Експериментальне визначення залежності граничного кута транспортування від параметрів режиму вібротранспортування: Методичні вказівки та інструкція до лабораторної роботи № 5 з дисциплін “Основи автоматики та автоматизації в галузі”, “Автоматизація виробничих процесів”, “Автоматизація процесу пакування”, “Автоматизація процесів легкої промисловості” для студентів базового напряму: 6.0902 „Інженерна механіка” /Укл.: В.М. Боровець, В.С. Шенбор, Я.В. Шпак, О.Р. Серкіз. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка“, 2007. –12 с.
Укладачі
Боровець В.М., канд. техн. наук, доц.,
Шенбор В.С., ст. викл.,
Шпак Я.В., канд. техн. наук, доц.,
Серкіз О.Р., канд. техн. наук, доц.
Відповідальний за випуск Гаврильченко О.В., канд. техн. наук, доц.
Рецензент Грицай І.Є., д-р. техн. наук, проф.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ГРАНИЧНОГО КУТА ТРАНСПОРТУВАННЯ ВІД ПАРАМЕТРІВ РЕЖИМУ ВІБРОТРАНСПОРТУВАННЯ
Мета роботи – ознайомити студентів із призначенням, конструкцією та принципом роботи вібраційного лотка-транспортера. Експериментально визначити граничні кути транспортування для різних матеріалів та амплітуд коливань транспортера.
Обладнання, пристосування, інструмент: вібраційний лоток-транспортер з електромагнітним приводом, поворотний стіл (із шкалою для відліку кута нахилу транспортера до горизонту), мікрометричний пристрій, дослідні зразки циліндричної форми з різних матеріалів.
1. Короткі теоретичні відомості
Якщо вібраційний лоток-транспортер (рис. 1) здійснює гармонічні коливання за синусоїдальним законом під деяким кутом ( (кут вібрації) до площини транспортування, що нахилена під кутом до горизонту, то за певних умов виникає направлене вібраційне переміщення частинки (виробу) 1 по поверхні лотка 2 у напрямку осі ОХ [1, 2, 3].
Рис. 1. Модель вібротранспортування
Процес вібраційного переміщення частинки (виробу) може складатися з таких етапів: розгін, сумісний рух виробу і лотка, вільний політ частинки, гальмування. Наявність тих чи інших етапів, а також їх черговість якісно характеризує режим вібраційного переміщення.
Середня швидкість транспортування виробу залежить від таких вихідних параметрів:
А – амплітуди коливань лотка;
– кругової частоти коливань (, де ( – частота коливань в Гц);
– кута нахилу вектора амплітуди коливань до площини транспортування (кута вібрації);
– кута нахилу площини транспортування лотка до горизонту;
– коефіцієнта тертя.
Амплітуду коливань площини транспортування лотка А можна розкласти на повздовжню , що направлена вздовж осі О1Х1 у площині лотка, та нормальну , що направлена вздовж осі О1У1, складові. Нормальна і повздовжня складові амплітуди (рис. 1) пов'язані між собою співвідношенням
. (1)
Збільшення кута нахилу лотка і зменшення коефіцієнта тертя веде до зменшення середньої швидкості транспортування виробу [1, 2]. Це пояснюється тим, що збільшення кута забезпечує зростання повздовжньої складової сили земного тяжіння (ваги) , а відповідно і сили опору руху, яка перешкоджає переміщенню виробу вверх по лотку. Внаслідок дії повздовжньої складової ваги , вироби із матеріалів, що мають невеликі значення коефіцієнтів тертя ковзання , за певних значень кутів можуть зісковзувати вниз по лотку.
Кут нахилу лотка за якого швидкість транспортування виробу вверх по лотку рівна нулю, тобто , називається граничним кутом транспортування . Значення кута залежить від коефіцієнта тертя і нормальної складової амплітуди коливань лотка . Чим більше значення коефіцієнта тертя ковзання, тим більший граничний кут . Збільшення нормальної складової амплітуди коливань також веде до зростання граничного кута, але до певної межі, після якої значення не змінюється.
За певних умов можна отримати встановлений рух частинки (виробу) вверх по нахиленій площині з періодично змінною, але постійною середньою швидкістю транспортування відносно осі О1Х1 . Залежно від інтенсивності коливань лотка частинка (виріб) у напрямку осі О1У1 або рухається разом з площиною транспортування (безвідривний режим), або періодично відривається від неї і здійснює вільний політ (відривний режим). Параметр, що характеризує режим роботи (режим транспортування) вібраційного лотка-транспортера, називають параметром перевантаження (параметром режиму) і визначається виразом
. (2)
Параметр перевантаження показує у скільки разів нормальна складова пришвидшення площини транспортування більша за нормальну складову пришвидшення вільного падіння. З урахуванням (2) умова існування відривного режиму транспортування матиме вигляд W>1, а безвідривного W≤1. Даний параметр характеризує інтенсивність режиму вібротранспортування.
Повздовжню складову амплітуди коливань площини транспортування лотка , з урахуванням коефіцієнта перевантаження та формули (1), можна визначити за таким виразом
. (3)
2. Опис експериментальної установки
Експериментальна установка (рис. 2, а, б) складається із вібраційного лотка-транспортера 5, закріпленого на основі 3, який завдяки поворотному столу встановлюється на тумбі 6 під необхідним кутом до горизонту. Зміна кута нахилу площини транспортування лотка здійснюється вручну і відраховується по шкалі 2 поворотного столу, який у нахиленому положенні фіксується гвинтом 7. Амплітуда коливань вібраційного лотка-транспортера з електромагнітним приводом регулюється шляхом зміни напруги, що подається на котушку електромагніта, лабораторним автотрансформатором (ЛАТРом). Для вимірювання і встановлення заданої повздовжньої складової амплітуди коливань робочого органа (лотка) використовується мікрометричний пристрій 4. Мікрометричний пристрій (рис. 3) складається з мікрометра 2, корпус якого закріплений на нерухомій стійці 1, та прапорця 4 з підпружине -
а)
б)
Рис. 2. Експериментальна установка для дослідження роботи вібраційного лотка-транспортера: а – принципова конструктивна схема; б – фотографія експериментальної установки
Рис. 3. Мікрометричний пристрій
ним упором 3 (пружини на схемі не показані). Прапорець 4 жорстко з'єднаний із жолобом лотка-транспортера.
Для встановлення заданої амплітуди повздовжніх коливань лотка необхідно спочатку ввімкнути лоток-транспортер, подавши на котушку електромагніта мінімальну напругу (до 10 В). Повільно підвести мікрометричний гвинт до підпружиненого упора 3 до появи стуку (дотику) між ними і зняти покази шкали мікрометра 2. Потім мікрометричний гвинт відводять від упора на величину, що є рівна горизонтальній складовій амплітуди коливань лотка , яку необхідно встановити. Покази шкали мікрометра за цих умов будуть становити: . Повільно повертаючи ручку ЛАТРа, збільшують напругу, що подається на котушку електромагніта, а відповідно і амплітуду коливань лотка, до появи аналогічного стуку між гвинтом 2 і упором 3. Виникнення відчутного стуку означає, що амплітуда коливань лотка-транспортера досягла заданого значення . Напругу згідно показів шкали вольтметра на ЛАТРі 1 (рис. 2), що відповідає заданій амплітуді , занотовують у звіт (табл. 1). Аналогічно визначають напруги, що відповідають усім заданим горизонтальним складовим амплітуд коливань лотка.
Під час проведення експериментальних досліджень для заданої амплітуди коливань лотка, необхідно постійно слідкувати за напругою (згідно показів шкали вольтметра на ЛАТРі), а у випадку відхилення від заданого слід відновити необхідне значення напруги, повертаючи відповідну ручку регулювання ЛАТРа.
3. Опис конструкції та роботи вібраційного лотка-транспортера
Конструкція вібраційного лотка-транспортера (рис. 4) виконана за двомасовою схемою механічної коливальної системи (МКС), що налагоджена на дорезонансний режим роботи. Однією із коливальних мас (робочою масою) МКС є жолоб 1, що виконаний як зварна конструкція із двотавра і кутника. Інша – реактивна маса складається з двох щік 10 і 11, що жорстко з'єднані між собою розпірною втулкою 12, і корпусу 7 віброзбудника. Розпірна втулка 12 та корпус 7 встановлені із зазором у відповідних вікнах ребра двотавра. Обидві маси з'єднані між собою пружною системою, що складається із чотирьох пакетів плоских пружин 2, нахилених під кутом ( ((=10°) до нормалі жолоба у бік, протилежний до напрямку руху. Кут є конструктивно заданою величиною, а тому залишається постійним під час зміни кута нахилу лотка до горизонту (рис. 2, а).
Верхні кінці пружин через прокладки жорстко закріплені до щік 10 і 11 (рис. 4), а нижні, аналогічно, через башмаки 3 кріпляться до нижньої полиці двотавра робочої маси.
Обидві маси МКС розміщені таким чином, що їх центри мас збігаються, це усуває можливість виникнення "паразитних" кутових коливань і забезпечує рівномірне транспортування виробів по всій довжині жолоба 1 лотка-транспортера. Уся конструкція вібролотка виступами пружин, що виконані у точках, де коливання є мінімальні ("нульових точках") через гумові втулки-амортизатори 9 опирається на нерухомі стійки 8. Оскільки, існування "нульових точок" обумовлено обернено пропорційним співвідношенням мас та амплітуд їх коливань, то нижні кромки виступів виконані у точках ("нульових точках"), що ділять робочу довжину плоских пружин на ділянки обернено пропорційні співвідношенню їх мас.
Привід лотка-транспортера складається з електромагніта 6 з котушкою та якоря 5, що розташовані у спеціальному вікні ребра двотавра і закріплені, відповідно, до щік 10 і 11 реактивної маси та до робочої маси 1. Котушку електромагнітного віброзбудника під'єднують до мережі змінного струму через лабораторний автотрансформатор (ЛАТР), що забезпечує регулювання напруги, яка подається на котушку, і, як наслідок, збуджувальної сили та амплітуди коливання лотка. Внаслідок під'єднання котушки (без випрямлячів) до мережі живлення із стандартною частотою 50 Гц, частота робочих коливань лотка-транспортера становить (=100 Гц.
4. Послідовність виконання роботи
1. Для попередньо заданих значень повздовжньої складової амплітуди коливань лотка-транспортера : (0,11; 0,14; 0,17; 0,20; 0,23; 0,25) (10-3 м, за формулами (1) та (2) розрахувати відповідні значення нормальної складової амплітуди коливань та параметра перевантаження W (для ). Результати розрахунків занотувати у звіт (табл. 1).
Таблиця 1.
Результати експериментальних вимірювань та розрахунків
Повздовжня складова амплітуди коливань лотка
(10-3 м
Нормальна складова амплітуди коливань лотка
(10-3 м
Напруга
, В
Параметр переванта-ження W
(для ).
Матеріал
f=
, град
W
f=
, град
W
f=
, град
W
0,11
0,14
0,17
0,20
0,23
0,25
2. За допомогою мікрометричного пристрою встановити задану амплітуду повздовжніх коливань лотка і згідно показів шкали вольтметра на ЛАТРі 1 (рис. 2) визначити напругу , що відповідає заданій амплітуді. Аналогічно визначити напруги, що відповідають усім заданим горизонтальним складовим амплітуд коливань лотка. Результати вимірювань занотувати у звіт (табл. 1).
3. Відвести гвинт мікрометричного пристрою далі від підпружиненого упора 3 (рис. 3) на величину дещо більшу за максимальне задане значення та зафіксувати його положення.
4. За допомогою ЛАТРа подати на котушку електромагніта напругу , що відповідає першому заданому значенню горизонтальної складової амплітуди коливань лотка . На жолоб 1 лотка-транспортера (рис. 4) встановити дослідний зразок із певного матеріалу. Обертаючи поворотний стіл, виставити таке положення лотка-транспортера за якого швидкість транспортування зразка вверх по лотку стане рівною нулю (). Занотувати у відповідну графу (табл. 1) звіту значення встановленого (згідно показів кутової шкали 2) граничного кута транспортування для заданої амплітуди та коефіцієнта тертя (табл. 2) досліджуваного зразка.
Таблиця 2.
Коефіцієнти тертя матеріалів, які використовуються в експерименті
№
Матеріал зразка
Матеріал лотка
Коефіцієнт тертя
Сталь гартована
Сталь не гартована
0,19
Алюміній
Сталь не гартована
0,30
Латунь
Сталь не гартована
0,36
Ебоніт
Сталь не гартована
0,50
Свинець
Сталь не гартована
0,60
Текстоліт
Сталь не гартована
0,80
Гума
Сталь не гартована
0,93
5. Аналогічні (пункту 4) експериментальні дослідження виконати для трьох зразків із різних матеріалів (з відповідними коефіцієнтами тертя ) та для шести заданих значень амплітуд (всього 18 експериментів).
6. Для всіх експериментально визначених значень граничного кута транспортування за формулою (2) розрахувати дійсні значення параметрів перевантаження . Результати експериментальних вимірювань та розрахунків занотувати у звіт (табл. 1).
7. Для кожного із зразків (матеріалів) побудувати графіки залежностей в одній системі координат.
8. Для заданих значень горизонтальної складової амплітуд та граничних кутів побудувати графіки залежностей в одній системі координат.
9. За результатами виконаних розрахунків та експериментальних досліджень зробити висновки.
5. Вимоги до змісту і оформлення звіту
На титульній сторінці вказати назву університету, інституту, кафедри, на якій виконується робота, номер і назву роботи, прізвище та ініціали студента, а також викладача, який перевіряє роботу, рік виконання роботи.
1. Вказати мету роботи.
2. Показати схему експериментальної установки (рис. 2, а).
3. Навести необхідні теоретичні відомості та всі розрахунки, що здійснювались під час виконання лабораторної роботи.
4. Результати розрахунків та експериментальних вимірювань подати у вигляді таблиці 1.
5. Графічні залежності та зобразити на міліметровці.
6. Навести висновки з роботи.
6. Спеціальні вимоги з техніки безпеки
1. Не вмикати прилади і обладнання без дозволу викладача.
2. Усі вимірювання та експериментальні дослідження проводити тільки за умови надійного заземлення обладнання і приладів.
3. У разі виявлення несправності приладів чи обладнання негайно вимкнути їх від мережі живлення і повідомити викладача.
7. Контрольні запитання
1. Яка мета роботи ?
2. Яка послідовність виконання роботи ?
3. Від яких параметрів залежить швидкість вібротранспортування виробів ?
4. Яка залежність між повздовжньою і нормальною складовими амплітуди коливань вібраційного лотка-транспортера ?
5. Як і чому змінюється швидкість транспортування виробів із зміною коефіцієнта тертя та кута нахилу площини транспортування ?
6. За якою формулою розраховується параметр перевантаження ?
7. Поясніть фізичний зміст параметра перевантаження . Які умови існування відривного та безвідривного режиму вібротранспортування виробів ?
8. Опишіть будову і роботу вібраційного лотка-транспортера.
9. Як здійснюється встановлення і вимірювання повздовжньої складової амплітуди коливань лотка за допомогою мікрометричного пристрою ?
10. Які висновки можна зробити з результатів роботи ?
Список літератури
1. Вибрации в технике. Справочник. В 6-ти т. /Ред. совет. В. Н. Челомей (пред.). Т. 4. Вибрационные процессы и машины. /Под ред. Э. Э. Лавендела. – М.: Машиностроение, 1981. – 509 с.
2. Повидайло В. А. Расчет и конструирование вибрационных питателей. – М.: Машгиз, 1962. – 152 с.
3. Повідайло Володимир. Вібраційні процеси та обладнання. Навчальний посібник. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2004. – 248 с.
4. Cилин Р.И. Автоматизация загрузки оборудования в машиностроении. – Учебное пособие. – Хмельницкий: ТУП, 2003. –125 с.
НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ГРАНИЧНОГО КУТА ТРАНСПОРТУВАННЯ ВІД ПАРАМЕТРІВ РЕЖИМУ ВІБРОТРАНСПОРТУВАННЯ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи № 5
з дисциплін „Основи автоматики та автоматизації в галузі”,
“Автоматизація виробничих процесів”, “Автоматизація процесу пакування”, “Автоматизація процесів легкої промисловості”
для студентів базового напряму
6.0902 „Інженерна механіка”
Укладачі
Редактор
Комп’ютерне верстання
Боровець Володимир Михайлович
Шенбор В'ячеслав Станіславович
Шпак Ярослав Володимирович
Серкіз Орест Романович
Ольга Грабовська
Здано у видавництво 01.03.2007. Підписано до друку 10.03.2007.
Формат 70(100/16. Папір офсетний. Друк на різографі.
Умовн. друк. арк. . Обл.. –вид. Арк. .
Наклад 100 прим. Зам.
Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”
Реєстраційне свідоцтво серії ДК № 751 від 27.12.2001 р.
Поліграфічний центр Видавництва
Національного університету “Львівська політехніка”
Вул. Ф.Колеси, 2, Львів, 79000