Горлатов А.С.

ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет», Россия

ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ МАШИНЫ ДЛЯ НАПОЛНЕНИЯ БАНОК ПРОДУКТОМ

Жгутоформующие дозировочно-наполнительные машины с прямой передачей доз продукта из рыбовода (жгутообразователя) в банки позволяют значительно повысить эффективность операций наполнения банок рыбой [1-4]. Машины карусельного типа, реализующие такой процесс, способны обеспечить заданную производительность без изменения интенсивности непосредственно процесса наполнения. Эти достоинства открывают возможность успешного использования карусельных наполнительных машин с прямой передачей доз в автоматизированных рыбоконсервных линиях.

Характерной особенностью карусельных жгутоформующих машин является наличие верхней и нижней заслонок, занимающих независимое положение относительно карусели, вращающейся вместе с рыбоводами [4]. При работе машины формируемая доза продукта контактирует с опорной поверхностью нижней заслонки в течение большей части периода кинематического цикла карусели. Это сопровождается "размазыванием" некоторой массы дозы по рабочим поверхностям, приводит к потере продукта и не способствует точности дозирования по массе. Для устранения недостатков предложена соответствующая конструктивная разработка [5].

Целью статьи является математическое обоснование размерной цепи разработанного устройства и точности его функционирования.

На рис. 1 предоставлена принципиальная схема технологической карусели (в плане) с обозначением основных конструктивных элементов. Данные, необходимые для расчета параметрических характеристик анализируемого устройства, содержит схема на рис. 2. Здесь OO₁=l₁ - расстояние между осями вращения карусели и качания коромысла; O₁B=l₂ - расстоянии от оси качания коромысла до центра заслонки; OC=l₃ - расстояние от центра вращения карусели до начальной точки рабочего профиля неподвижного копира; β - угол поворота коромысла, несущего заслонку, при котором последняя полностью освобождает выходное сечение мерного стакана; φ - угол поворота карусели, которому соответствует поворот коромысла с заслонкой на угол β.

Позиции: 1 – карусель, 2 – стакан мерный, 3 – заслонка поворотная,

4 – коромысло, 5 – копир неподвижный

Рис. 1. Схема карусели наполнительной машины

При работе наполнительной машины заслонка 3 перекрывает выходное сечение мерного стакана 2 в течение времени формирования дозы и последующего отрезания её от жгута. В момент окончания реза ролик коромысла 4 входит в контакт с рабочим профилем неподвижного копира 5. При этом, поскольку коромысло шарнирно связано с каруселью 1, ему сообщается сложное движение в направлении, противоположном вращению карусели. После поворота коромысла на угол β заслонка полностью освобождает выходное сечение мерного стакана. Далее следует передача дозы продукта из мерного стакана в банку. В процессе передачи дозы коромысло занимает относительно карусели фиксированное положение, поэтому угол β не изменяется. Возвращение заслонки в исходное положение (под стакан) обеспечивается действием пружины при движении ролика коромысла по соответствующему участку профиля неподвижного копира. Положение заслонки под мерным стаканом фиксируется силовым влиянием на коромысло пружины и упора.

- заслонка в момент начала ее движения относительно карусели;

- заслонка после поворота коромысла на угол b;

- мерный стакан в положении без заслонки

Рис. 2. Схема к расчету углов b, g, j

Найдем зависимость для определения угла β. Из схемы на рис. 2 получим , или

, (1)

где r – радиус заслонки.

В табл. 1 приведены значения углов β, полученные при постоянных значениях диаметров заслонок и l₂ = var.

Графики, построенные по данным табл. 1, представлены на рис. 3.

Таблица 1. Углы размаха заслонок, град

l2, мм	Диаметр заслонки d, мм
	52	78	106
200	14.940	22.490	30.734
250	11.940	17.950	24.480
300	9.944	14.940	20.351
350	8.520	12.794	17.420
400	7.454	11.940	15.230
450	6.624	9.944	13.530
500	5.961	8.950	12.170

При значениях d = const, mm: 1 – 52, 2 – 78, 3 – 106

Рис. 3. Графики функций b = f(r, L₂)

Анализ графиков на рис. 3 показывает, что увеличение аргумента l₂ при d = 2r = const, как и уменьшение d при l₂ = const, сопровождается уменьшением угла β.

Освобождение выходного сечения мерного стакана является результатом двух движений: сложного движения коромысла, несущего заслонку, и движения мерного стакана вместе с каруселью. Сложение этих движений ускоряет процесс освобождения сечения для прохода дозы в банку. Поэтому угол φ поворота карусели, при котором коромысло с заслонкой совершает поворот на угол β, является важной характеристикой анализируемого устройства, подлежащей вычислению.

Из треугольника OO₁C на рис. 2 получим ; или

. (2)

Для нахождения искомого угла φ по формуле (2) необходимо предварительно вычислить неизвестный угол γ, определяемый размерной цепью устройства.

По теореме синусов из треугольника OO₁C на рис. 2 будем иметь ; ; или

. (3)

Следовательно, угол поворота карусели, при котором заслонка полностью освобождает выходное сечение мерного стакана, равен

. (4)

Из выражения (4) следует, что при β = const угол φ поворота карусели зависит от значения параметров l₁ и l₃, которые неравнозначно влияют на величину угла. В табл. 2 приведены значения угла φ, полученные при постоянных значениях величин β и l₁ и варьировании l₃.

Таблица 2. Угол φ поворота карусели, град

l3, мм	Длина l1, мм
	400	550	700
436	2.696
454	3.862
472	4.930
490	5.910
508	6.815
586		2.012
604		2.916
622		3.760
640		4.552
658		5.296
736			1.605
754			2.342
772			3.040
790			3.702
808			4.331

Графики, построенные по данным табл. 2, представлены на рис. 4.

При значениях: b = 30, L₁ = const, mm: 1 – 400, 2 – 550, 3 – 700

Рис. 4. Графики функций j = f(L₃, b, L₁)

Анализ графиков на рис. 4 показывает, что при l₁ = const и равных интервалах варьирования l₃ меньшим значениям аргумента l₁ соответствуют большие интервалы значений угла φ поворота карусели.

В табл. 3 приведены значения угла φ, полученные при постоянных значениях β и l₃ и варьировании l₁.

Графики, построенные по данным табл. 3, представлены на рис. 5. Анализ графиков на рис. 5 показывает, что при l₃ = const и равных интервалах варьирования различных значений аргумента l₁ интервалы изменения угла j уменьшаются по мере увеличения значений l₁ и l₃.

В соответствии с целью статьи оценим точность срабатывания устройства, которая будет определяться точностью воспроизводства углов β и φ в функции параметров размерной цепи устройства с учетом первичных ошибок при определении этих параметров.

Таблица 3. Углы φ поворота карусели, град

l1, мм	Длина l3, мм
	466	616	766
358	7.411
376	6.210
394	4.992
412	3.764
430	2.524
508		5.648
526		4.726
544		3.797
562		2.860
580		1.915
658			4.564
676			3.816
694			3.064
712			2.306
730			1.543

При значениях: b = 30, L₃ = const, mm: 1 – 466, 2 – 616, 3 – 766

Рис. 5. Графики функций j = f (L₁, b, L₃)

Для определения погрешности угла поворота заслонки напишем полный дифференциал функции, представленной выражением (1)

. (5)

Заменим знаки дифференциала знаками первичных ошибок

. (6)

Определим частные производные при первичных ошибках Δr и Δl₂.

Соответственно получим

; (7)

, (8)

где r и l₂ − номинальное значение соответственно радиуса заслонки и длины O₁B (см. рис. 2);

Δr и Δl₂ - первичная ошибка в определении соответственно радиуса заслонки и длины O₁B.

Окончательно получим

. (9)

Здесь Δβ − максимально возможная ошибка в определении угла поворота заслонки при первичных ошибках Δr и Δl₂ в определении аргументов r и l₂.

Равенство (2) представим в виде суммы дифференциалов и выразим второе слагаемое второй части

; (10)

. (11)

Представим частные производные уравнения (11)

; (12)

; (13)

. (14)

Заменяя в уравнении (11) знаки дифференциалов знаками первичных ошибок, с учетом частных производных, представленных выражениями (12), (13) и (14), получим формулу для расчета максимально возможной ошибки в определении угла g

. (15)

Таким образом, максимально возможная ошибка Δφ в определении угла φ поворота карусели составит

, (16)

где Δβ − ошибка в определении угла β, вычисленная по формуле (9);

Δγ − ошибка в определении угла γ, вычисленная по формуле (15).

Выводы.

Получены зависимости для расчета размерной цепи устройства по значениям его линейных и угловых параметров.

Дан анализ угловых параметров устройства в функции его линейных характеристик.

Проведен анализ точности работы устройства и определены максимально возможные ошибки в значениях угловых параметров.

Литература:

1. Горлатов А. С. Совершенствование набивочных машин в рыбоконсервном производстве / А.С. Горлатов // Совершенствование процессов, машин и аппаратов рыбопереработывающих произв.: Сб. науч. тр. КТИРПХ. – Калининград, 1992. – С. 28-46.

2. А. с. 1785957 (СССР), МКИ В65В 25/06. Устройство для наполнения банок продуктом / А. С. Горлатов, М. И. Носов, Е. Н. Сесюк. – 4847404. – Заявл. 09.06.90. – Опубл. 07.01.93. − Бюл. № 1.

3. Патент № 2031817 (РФ), МКИ В65В 26/06. Устройство для наполнения банок продуктом / А. С. Горлатов, Е.Н. Сесюк, И. В. Архипова. – 5004392. – Заявл. 17.09.91. – Опубл. 27.03.95. – Бюл. № 9.

4. Патент № 2090471 (РФ), МКИ В65В 25/10, 3/00. Машина для наполнения банок продуктом / А. С. Горлатов, И. В. Архипова, Е. Н. Сесюк. – 5015288. – Заявл. 02.12.91. – Опубл. 20.09.97. – Бюл. № 26.

5. Патент № 2131834 (РФ), МКИ В65В 25/10. Машина для наполнения банок продуктом / А. С. Горлатов, А. А. Желнина. –98106493. – Заявл. 09.04.98. – Опубл. 20.06.99. – Бюл. № 17.