Универсальный горизонтальный питатель [88] рис. 1.21 состоит из рамы в виде направляющих 6 и 9, которые соединены между собой планками 2, 19. Рама установлена на оси 4 и прикреплена к кронштейну 12, в котором регулируется угол наклона. Отсекатель 7 с отверстиями под заготовки 21 движется в направляющих 6, 9. Отсекатель 7 через штифт 1 приводится в движение штоком 8 пневмоцилиндра 5. К планке 19 жёстко закреплены кулачки 18 и упор 16. Кулачки 18 взаимодействуют с двухплечевыми собачками 15, оси которых расположены в отверстиях отсекателя 7. Рычаги собачек 15 связаны между собой пружиной 20.
Рис. 1.21.
Питатель включает в себя магазин, нижняя часть которого выполнена в виде подвижной кассеты 3, установленной на подшипниках 10 в направляющих 6 и 9. Каретка состоит из стенок 11, соединённых между собой планками. Верхняя часть магазина состоит из съёмной кассеты 3.
К направляющим 6 и 9 прикреплён приёмник 17 с отверстиями под выпадаемые заготовки, к которому прикреплён приёмный лоток 14.
Питатель работает следующим образом. В исходном положении шток 8 пневмоцилиндра 5 отведён в крайнее левое положение. При этом двухплечевая собачка 15 упирается в первые выступы пазов стенок 11 магазина и препятствует его перемещению по направляющим 6, 9. Положение двухплечевой собачки 15 фиксируется таким образом, чтобы оси первых и вторых пазов кассеты 3 совпали с осями отверстий на отсекателе 7. Заготовки проваливаются в отверстия отсекателя и ложатся на поверхность приёмника 17.
При движении штока 8 пневмоцилиндра 5 вправо отсекатель 7 перемещается, а двухплечевые собачки 15 находят на кулачки 18 и разворачиваются к центру отсекателя, позволяя каретке магазина перемещаться под действием собственного веса по направляющим 6 и 9. Однако первая нижняя заготовка 21, упираясь в упор 16, стопорит движение магазина. При этом шток 8 занимает крайнее правое положение, а отверстия отсекателя 7 и приёмника 17 совмещаются. Из каждого отверстия отсекателя выпадает в приёмник и далее в лотки 14 по одной заготовке. Подаётся команда и шток занимает исходное положение.
Цикл повторяется до тех пор, пока последняя заготовка из первого пазамагазина не выпадет в отсекатель. После этого при очередном перемещении штока 8 в правое положение двухплечевые собачки 15 развернутся к центру отсекателя 7 и каретка магазина переместится по направляющим 6 и 9 до тех пор, пока заготовка из следующего паза не дойдёт до упора 16, предотвращая дальнейшее перемещение магазина.
Время срабатывания питателя равно сумме времён выполнения отдельных движений:
. (1.122)
1й этап движения. Выпадение заготовки в отсекатель.
По аналогии с (1.86) время выпадания запишется:
. (1.123)
2й этап движения. Перемещение отсекателя для выдачи заготовки в приёмник и возвращение его в исходное положение согласно рис. 1.21 показано на рис. 1.22.
Рис. 1.22.
Этап 2а. Перемещение отсекателя для выдачи заготовки.
Учитывая, что в качестве привода используется пневмоцилиндр, найдём предельную скорость движения поршня, штока и отсекателя, при которой удар в шарнире А рис.1.23 будет вызывать упругие деформации на поверхностях штифта и втулки.
Воспользуемся теоремой об изменении главного вектора количества движения системы в интегральной форме [13].
, (1.124)
где 
- векторы количества движения системы в конце и начале дви-
жения; 
- главный вектор импульса внешних сил (
).
Рис. 1.23.
Рассмотрим случай удара и запишем уравнение (1.124) в проекции на ось, направленную по движению системы:
,
где 
- масса системы; 
- конечная и начальная скорость системы при ударе; 
- сила удара штифта о втулку; 
- время удара.
Учитывая, что в конце удара скорость системы равна нулю, то последнее выражение запишется:
. (1.125)
Воспользуемся выражением работы, считая, что работы силы удара и силы при медленном сжатии (сдавливании) цилиндра (штифта) во внутреннюю цилиндрическую поверхность (втулку) при одинаковой деформации равны:
, (1.126)
где 
- величина деформации штифта и втулки при ударе; 
- сила вдавливания цилиндра (штифта) во внутреннюю цилиндрическую поверхность (втулку); 
- величина упругой деформации штифта и втулки.
Найдём составляющие выражения (1.126). Считая, что при ударе процесс упругого сжатия происходит равнозамедленно, имеем:
. (1.127)
Из теории прочности [54] имеем
, (1.128)
где 
- допустимое напряжение на сжатие материалов штифта и втулки; 
- площадь сжатия.
Согласно [25] полуось сжатия рис. 1.24 запишется:
, (1.129)
где 
- нагрузка на единицу длины полосы контакта сжимаемых (сдавливаемых) тел; 
- соответственно, радиусы втулки и штифта; 
- модули упругости материалов штифта и втулки.
Из [25] нагрузка на единицу длины полосы контакта сдавливаемых тел:
,
где 
- сила сдавливания тел (
); 
- длина полосы контакта согласно рис. 1.23 
.
Рис. 1.24.
С учётом (1.128) последнее выражение запишется:
. (1.130)
Полоса контакта или площадь сжатия равна:
. (1.131)
Подставляем в (1.129) значение (1.130), (1.131), возводим в квадрат и после преобразований получим:
. (1.132)
Из рис. 1.24 найдём величину деформации:
. (1.133)
Подставим составляющие (1.127, 1.128, 1.130, 1.133) в выражение (1.126), получим: 
.
Из последнего выражения выделим правую часть уравнения (1.125), подставим в него это выражение и найдём предельную скорость движения системы, при которой при ударе возникнут только упругие деформации в штифте и втулке:
. (1.134)
Значение полуоси находится из выражения (1.132).
Пример 1.2. Найти предельную скорость движения отсекателя, при которой при ударе возникают упругие деформации в штифте и втулке.
Данные для расчёта приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2.
| Материал стержня сталь 45 | Радиус втулки | Радиус штифта | Длина взаимодействия штифта и втулки | Масса отсекателя | |
| Предел прочности на сжатие | Модуль упругости материала | ||||
|
(кг/см2)
|
(кг/см2)
| 
(см)
| 
(см)
| 
(см)
|
кг×с2/см
|
| 2×106 | 0,31 | 0,30 | 0,5 | 0,0081 |
Определяем скорость движения отсекателя:
=23,37 см/с,
где 
=2,58 × 10-3 см.
Определение жёсткости пружины пневмоцилиндра
Для обеспечения требуемой (1.134) скорости движения системы в пневмоцилиндре на его штоке рис. 1.22 необходимо поставить пружину торможения.
Найдём жёсткость этой пружины.
Воспользуемся принципом Даламбера [13].
Расчётная схема представлена на рис. 1.25.
Рис. 1.25.
Запишем выражение проекций сил на ось 
.
. (1.135)
Сила пневмоцилиндра находится из выражения (1.104).
Сила инерции запишется:
,
где 
- суммарная масса подвижных элементов системы; 
- тангенциальное ускорение.
Считая процесс торможения равнозамедленным движением, имеем:
,
где 
- ход пневмоцилиндра (
); 
- берётся согласно выражения (1.134); - время движения.
Сила пружины запишется:
,
где 
- жёсткость пружины.
Сила трения подвижных элементов системы:
,
где 
- суммарный вес подвижных элементов системы; 
- коэффициент трения.
Сила трения заготовок об отсекатель:
,
где 
- число магазинов; 
- число заготовок в магазине; 
- вес заготовки.
Подставляя в выражение (1.135) составляющие силы и после преобразований получим жёсткость пружины пневмоцилиндра.
, (1.136)
где 
- ускорение свободного падения.
Учитывая, что сила пружины противостоит силе пневмоцилиндра, следовательно система может возвращаться в исходное положение под её действием.
.
Определение величины сечения дросселя для управления скоростью
движения поршня пневмоцилиндра
Управлять скоростью движения поршня можно при помощи пружины, поставленной в полость пневмоцилиндра, а можно путём установки дросселя на входной штуцер.
Найдём сечения дросселя, при котором будет обеспечена требуемая скорость движения поршня.
Воспользуемся основным уравнением движения [13].
.
Схема устройства представлена на рис. 1.22, а расчётная схема взаимодействия сил при движении приведена на рис. 1.26.
В проекции на ось уравнение запишется:
, (1.137)
где 
- сила воздействия на поршень полости цилиндра, в которую подаётся давление; 
- сила противодействия движению поршня от воздействия давления в противоположной полости; 
- сила вязкого трения.
Рис. 1.26.
,
где 
- давление воздуха в полостях пневмоцилиндра; 
- площади воздействия давления.
Площадь воздействия давления в бесштоковой полости цилиндра равна:
,
где 
- диаметр поршня.
Площадь в штоковой полости:
,
где 
- диаметр штока.
Подставляя составляющие члены в уравнение (1.137), получим:
.
Быстрота нарастания давления в полости, в которую подаётся воздух через дроссель, описывается выражением:
, (1.138)
где 
- коэффициент адиабаты; 
- коэффициент расхода газа ( =0,9); - площадь сечения дросселя; 
- постоянный коэффициент; - газовая постоянная; 
- температура газа по Кельвину; 
- объём полости цилиндра, в которую подают газ; 
- скорость перемещения поршня, которая находится из (1.134).
. (1.139)
При установившемся движении из уравнения (1.138) имеем:
.
Отсюда площадь се6чения дросселя, при которой будет обеспечена требуемая скорость равна:
. (1.140)
Определение времени срабатывания отсекателя при выдаче заготовки
Воспользуемся основным уравнением динамики [13].
Расчётная схема показана на рис. 1.27.
Рис. 1.27.
Спроектируем уравнение на ось .
, (1.141)
где 
( берётся из (1.140)); 
- сила вязкого трения; 
- коэффициент вязкого трения.
Подставим составляющие части в (1.141) и преобразуем уравнение.
Обозначим в уравнении: коэффициент при - 
; коэффициент при - 
; постоянный член правой части уравнения А, получим:
.
Решение данного уравнения аналогично решению уравнения (1.119).
Время срабатывания отсекателя соответствует перемещению 
.
Определение времени возвращения отсекателя в исходное положение
В исходном положении отсекатель возвращается под действием пружины.
Воспользуемся основным уравнением динамики [13].
Расчётная схема приведена на рис. 1.28.
Рис. 1.28.
В проекции на ось имеем:
,
где 
.
После подстановки составляющих уравнения и преобразования получим:
.
По аналогии с предыдущим введём обозначения.
Дифференциальное уравнение запишется:
.
Решение данного уравнения ищем по аналогии с уравнением (1.119).
Находим время возвращения отсекателя в исходное положение при перемещении на величину .
