Автоматизация транспортных операций

При автоматизации технологического процесса неизбежно возникает задача транспортирования предмета обработки между технологическими операциями. Наиболее важна эта задача для автоматических линий. Решается задача с помощью автоматических транспортных устройств. Конструкции таких устройств разнообразны и, как правило, ориентированы на определенный тип объекта транспорта (например, тип детали при механической обработке).

При автоматизации массового производства достигается высокая производительность автоматических линий. Темп выпуска изделия с автоматической линии может составлять всего несколько секунд. Это значит, что транспортные устройства должны иметь высокую производительность, что влечет особенности конструктивного исполнения таких устройств.

В зависимости от наличия привода, автоматические транспортные устройства могут быть гравитационного действия (объект перемещается под действием силы тяжести) и с принудительным приводом. По характеру движения объекта транспортные устройства делятся на устройства с непрерывным движением и устройства с прерывистым движением (шаговые устройства). Представление о многообразии автоматических транспортных устройств дает классификационная схема на рис. 30.

Наиболее просты по конструкции транспортные устройства, в которых объекты транспортирования движутся под действием силы тяжести (гравитационные). Такие устройства обычно выполняются в виде наклонного лотка, в котором движется объект. Конструкция лотка такова, чтобы можно было обеспечить свободное движение объекта без его перекосов и заклиниваний в лотке. В процессе движения объект должен сохранять требуемую ориентацию. Кроме того, необходимо предотвратить непроизвольное выбрасывание объекта из лотка под действием сил, возникающих при его движении в процессе соударения объектов.

Схема лотков показана на рис. 31. Объект транспортировки 1 перемещается в направляющем наклонном лотке 2. Наклон лотка определяется силой трения.

Объект может катиться в лотке, если позволяет его форма, или скользить в лотке. Соответственно, используются названия лотков: лотки – скаты и лотки – склизы.

Зазоры между торцами объекта и боковыми стенками лотка играют важную роль и должны выбираться из условия предотвращения заклинивания и потери ориентации.

Для возможности переналадки лотка на другие размеры объектов транспорта лотки часто выполняют сборными. Такой лоток собирается из типовых направляющих и опорных деталей с использованием проставок 3, позволяющих регулировать размеры лотка.

При необходимости перемещать объекты значительной массы в одной плоскости широкое распространение получили приводные конвейеры. Конвейеры могут быть непрерывного действия и дискретного действия. К конвейерам непрерывного действия относятся, в первую очередь, роликовые и ленточные конвейеры.

Схема роликового конвейера приведена на рис. 32. Его основу составляют параллельно установленные ролики 2, которые принудительно вращаются с одинаковой скоростью от специального привода. Часто используется электромеханический привод с цепной передачей вращения на каждый ролик.

Конструктивно ролики закреплены в подшипниках, установленных на общем основании (или раме) 3. Объект транспортирования 1 устанавливается на вращающиеся ролики и за счет силы трения перемещается в направлении вращения роликов. При реверсировании вращения роликов направление движения изменяется.

При необходимости остановить объект используется внешний упор. Ролики при остановленном объекте вращаются с проскальзыванием относительно его опорной поверхности. Разгрузочный механизм (фрикционный механизм) может встраиваться в привод роликов. Тогда при остановке объекта останавливаются те ролики, на которые опирается объект транспортирования. Остальные ролики продолжают вращаться.

Несколько проще по конструкции ленточные конвейеры (рис. 33). Объект транспортирования 1 устанавливается на ленту 3 конвейера, которая протягивается ведущим барабаном 2 за счет специального привода. Поскольку жесткость ленты ограничена, то могут использоваться опорные ролики 4, не имеющие привода. Вместо непрерывной ленты могут использоваться шарнирно – соединенные пластины. В этом случае конвейер называют пластинчатым. К ленточным конвейерам близки цепные конвейеры.

Весьма многочисленны по конструктивному исполнению конвейеры дискретного действия. Часто такие конвейеры используются для объектов крупных габаритов и большой массы. Принцип действия такого конвейера поясняет схема на рис. 34.

Объекты транспортирования 1 установлены на неподвижную опорную поверхность 2. Сквозь прорезь в опорной поверхности выступает толкатель 3, связанный со штоком пневматического или гидравлического цилиндра 4.

При движении штока вправо толкатель упирается в объект и перемещает его на величину хода цилиндра 4. При обратном ходе цилиндра толкатель упирается в предыдущий объект. Поскольку толкатель может поворачиваться вокруг горизонтальной оси и удерживается в вертикальном положении пружиной, то он будет отжат и переместится под очередным объектом в крайнее левое положение.

Проскочив объект, толкатель снова займет вертикальное положение и упрется в следующий объект, подготовив очередной рабочий ход загрузочного устройства. Величина перемещения ограничена величиной рабочего хода цилиндра привода. В устройстве могут использоваться и другие типы приводов, например, электромеханические приводы.

Пример конструктивной схемы дискретного шагового транспортера приведен на рис. 35. Для направления перемещаемого объекта 7 служат нижние направляющие 2, 4 и боковые направляющие 1, 5. Перемещение осуществляется штангой 3, совершающей возвратно-поступательные движения.

На штанге 3 через равные промежутки шарнирно закреплены собачки 6 на осях 9. Под действием пружин 8 собачки прижимаются к упорам 10 и упираются в перемещаемый объект 7. При движении штанги вперед объект перемещается по направляющим на один шаг. При обратном движении штанги собачки утапливаются внутрь гнезд штанги за счет растяжения пружин 8. При дальнейшем движении штанги назад собачки, пройдя под объектом, поворачиваются в исходное положение и готовы для перемещения очередного объекта.

Необходимые перемещения шагового транспортера с собачками осуществляются от гидравлического привода.

Основной характеристикой транспортного устройства является его производительность, которую можно определить числом объектов, перемещаемых транспортным устройством в единицу времени

,

где v_сред – средняя скорость перемещения объекта транспорта в цикле транспортирования, l_сред – среднее расстояние перемещения в одном цикле транспортирования.

Рассмотрим ряд примеров конструктивных схем автоматических транспортных устройств, используемых при жесткой автоматизации производства массовой и крупносерийной штучной продукции. Каждое такое устройство специализировано для транспортирования конкретного объекта с определенными размерами. При изменении конфигурации транспортируемого объекта требуется переналадка транспортного устройства, которая обычно возможна только в ограниченных пределах.

Перемещение деталей в автоматических линиях для обработки типа колец, фланцев и т. п. осуществляется с помощью гибких лотков, конструкция которого показана на рис. 36. Особенностью гибких лотков является возможность их подгонки по месту установки за счет изменения изгиба лотка. Гибкий лоток изготовляют из полос нагартованной пружинной листовой стали (марки 65Г). Ширина полос определяется габаритами деталей.

Изображенный на рис. 6 гибкий лоток предназначен для перемещения наружного кольца подшипника. Лоток образован боковыми стенками 4, 5 и опорными полосами 11. Эти детали соединены между собой с помощью промежуточных втулок 10, шпилек 9, гаек 7 с шайбами 8. Боковые стенки 4 и 5 соединены вертикальными планками 6 (через определенный шаг), которые определяют высоту лотка (диаметр кольца подшипника).

Ширина лотка определяется длиной промежуточных втулок 10. При необходимости на гибких лотках устанавливают на кронштейнах 1 контактные датчики 2, контролирующие при помощи щупов 3 состояние заполнения лотков деталями, а также количество прошедших деталей.

Для перемещения крупных деталей (например, колец железнодорожных подшипников, диаметром 200–280 мм и др.) обычно используют приводные рольганговые транспортеры. Приводной рольганговый транспортер (рис. 37) состоит из отдельных секций – рольгангов. Секции могут располагаться под углом друг к другу. При транспортировании детали перемещаются с одной секции на другую с помощью специальных устройств.

Основу транспортера составляют рольганги в виде параллельных приводных валков 11. Транспортируемые детали 15 устанавливаются на рольганги и движутся за счет вращения валков в сторону вращения.

Оси валков 11 смонтированы в стойках 14 на шарикоподшипниках. Каждый транспортер состоит из унифицированных секций различных типов: приводной секции 27, разветвительных секций 18, промежуточных секций 20, 21, концевых секций 8 и 17 и др.

Секция транспортера представляет собой сварную конструкцию, в боковых стенках которой укреплены верхние и нижние валки 11. Чтобы предотвратить сползание деталей с рольгангов, в транспортере предусмотрены ограничители 10, закрепляемые в стойках 14 винтами 12 с гайками 13.

Разветвительная секция 18 обеспечивает взаимодействие двух транспортеров I и II, расположенных под прямым углом друг к другу. Передача с одного транспортера на другой выполняется укороченными валками 6, находящимися в местах стыка рольгангов. При вращении валков, расположенных перпендикулярно друг другу, в местах стыка возникает дополнительное усилие, которое изменяет направление движения деталей на 90°.

Рольганги расположены в двух ярусах (сеч. А–А), что позволяет одновременно подавать заготовки к технологическим автоматам и удалять обработанные детали. Взаимодействие между ярусами осуществляется автоматическими загружателями, служащими для загрузки и выгрузки деталей после обработки на технологических автоматах.

Валки приводятся во вращение от электрического привода (электродвигатель 3, редуктор 1) через цепную передачу, включающую цепь 19 и звездочки 16, насаженные на концы осей валков 11. Вращение валков верхнего и нижнего рольганга осуществляется цепью 19 посредством звездочек 22, 24, 25 и др.

Требуемое натяжение цепи 19 обеспечивается перемещением натяжной звездочки 24 при помощи винта 23. Движение цепи 19 передается от электродвигателя через звездочку 2, цепь 26 и звездочку 25. Необходимое натяжение цепи 26 производят поворотом плиты 4 (от винта). В боковом транспортере вращение роликам сообщается с помощью замкнутой цепи 7, приводимой в движение от конической пары зубчатых колес 5, связанных с цепью 19. Натяжение цепи 7 осуществляется перемещением звездочки 9.

Конструкция транспортного устройства в существенной мере определяется конфигурацией и характеристиками объекта транспортирования. Это обстоятельство существенно затрудняет создание универсальных автоматических транспортных средств. Использование типовых конструкций транспортеров возможно для объектов транспортирования с типовыми характеристиками.

Так, при механической обработке сложных деталей призматической формы, часто используются технологические приспособления – спутники унифицированной конструкции. Для транспортирования спутников, с установленными на них обрабатываемыми деталями, можно использовать типовые транспортеры. Пример конструкции транспортера приведен на рис. 38.

Транспортируемое приспособление-спутник состоит из опорной плиты 8 и технологического приспособления, устанавливаемого на плиту. Это приспособление на рис. 8 не показано. Опорные плиты (их собственно и называют спутниками) имеют типовую конструкцию с унифицированными размерами.

Плита устанавливается на штанги 2 транспортера, ее положение фиксируется пальцами 5. Плита 8 перемещается вместе со штангами 2. Штанги 2 катятся по опорным роликам 1.

После завершения рабочего хода штанги останавливаются, и спутник фиксируется на рабочей позиции автоматической линии фиксаторами 7 и 9, которые поднимаются с помощью штанги 3 и клинового механизма. После фиксации происходит закрепление спутника поджатием планок 6 и 10 к базовым поверхностям БП (рис. 38) стационарного технологического приспособления 4.

Гидроцилиндры 12 с помощью толкателей 11 обеспечивают подъем спутника, необходимый для обработки детали. Во время обработки транспортирующие штанги возвращаются в исходное состояние, для этого они поворачиваются в разные стороны и пальцы 5 выходят из гнезд плиты 8 спутника. Так как плита 8 поднята над штангами, то она не мешает их свободному движению. Для всех перемещений используется гидравлический привод.

Пример автоматического цепного транспортера для перемещения колец показан на рис. 39. Основу транспортера составляет лоток 1, в котором катятся транспортируемые кольца 2. Перемещение колец осуществляется замкнутой цепью, непрерывно движущейся с помощью привода. В дне 3 лотка имеются окна, через которые происходит управляемая выдача колец в отводящие лотки III и IV на позиции обработки.

Поштучная загрузка колец на транспортер производится на позициях I и II с помощью механизмов поштучной выдачи. Такой механизм управляется коромыслом 4, которое поворачивается при прохождении под его нижним концом пальца цепи. Коромысло 4 через тягу поворачивает рычаг 10, отводя отсекатель 5, который позволяет одному кольцу скатиться в лоток.

Произойдет это только в том случае, если место перед штырем цепи свободно. В противном случае, имеющееся кольцо прижмет собачку 6 и не даст загружаемому кольцу скатиться в лоток. Таким образом, в лоток кольцо может попасть только при наличии свободного места.

Выдача колец происходит в отводящие лотки, которые обычно перекрыты, запавшими в них кольцами 9. В том случае, когда в накопителе рабочей позиции появляется свободное место, отсекатель 8 поворачивается под действием коромысла 7 и дает возможность кольцу скатиться в накопитель рабочей позиции.

Транспортер позволяет обслуживать до 20 параллельно работающих технологических позиций. Работает он только с кольцами определенных размеров. Если изменится, например, ширина кольца, то необходимо изменить ширину лотка, что связано с необходимостью переналадки (если она предусмотрена конструкцией лотка). Необходима при этом и настройка других механизмов транспортера. Таким образом, описанное транспортное устройство является специальным и эффективно в массовом производстве.

На рис. 40 показано комплексное решение задачи автоматизации транспорта автоматической линии токарной обработки тел качения. Цилиндрические заготовки укладываются в приемный лоток 1. Захватами 2 транспортера-подъемника 3 элеваторного типа заготовки поднимаются в распределительный лоток 5. Движение элеваторного подъемника обеспечивается приводом 4.

Распределительный лоток 5 имеет отводящие лотки 9 к станкам 10. Движением катящихся по лотку 5 заготовок 6 управляют заслонки 7. Отводящие лотки 9 имеют электроконтактные датчики 8, позволяющие контролировать отсутствие заготовок в лотке и его заполнение.

Обработанные детали от станков удаляются с помощью отводящих лотков 11 и попадают на отводящий транспортер 12 с принудительным перемещением деталей роликовой цепью 13. Для движения цепи служит привод 14. Отводящий лоток 15 передает детали на следующий технологический участок.

Автоматическая линия обеспечивает высокую производительность при изготовлении деталей заданной конфигурации, но не позволяет обрабатывать детали иной (даже незначительно отличающейся) конфигурации. Высокая производительность достигается за счет исключения гибкости. И хотя известны разработки автоматических линий для обработки нескольких типоразмеров детали, в целом, автоматические линии используются для массового изготовления определенной продукции (однопредметные линии).