Метод проектирования робототехнических средств текстильных машин

Введение

Анализ развития приготовительно-прядильного оборудования зарубежных фирм и отечественного производства за последние годы показывает, что одним из основных направлений является освоение автоматизированного поточного способа производства пряжи, представляющего наиболее совершенную форму технологического процесса в организации производства. Использование поточного способа производства позволяет повысить эффективность последнего и сократить количество используемых в производстве вспомогательных изделий и материалов: тазов, катушек, тележек для транспортировки полуфабрикатов между технологическими переходами и др.

Применение автоматизированного поточного способа производства пряжи связано с обязательным использованием робототехнических средств. Широкое внедрение РС обеспечивает повышение производительности труда в основном и вспомогательном производствах, сокращение доли монотонного и непривлекательного труда, повышение мобильности производства, а также способствует улучшению качества вырабатываемой продукции за счет более точного соблюдения технологических режимов.

Активное использование РС в поточных линиях прядильного производства осложняется необходимостью самостоятельного изготовления предприятиями их составных элементов и периферийного оборудования, поскольку в нашей стране не выпускаются РС специально для немашиностроительных отраслей. Имеющийся на рынке большой набор РС не обеспечивает требований, обусловленных спецификой предприятий текстильной промышленности. Поэтому целесообразно сотрудничество с использованием международного разделения труда, а также различных форм международной кооперации.

Для ускорения внедрения РС в текстильную промышленность необходимы: существенное повышение их надежности; снижение цены; обеспечение производства и поставок полностью роботизированных участков; организация стимулирующих мероприятий у производителей и потребителей; международное разделение труда и т.д.

В качестве сферы международного разделения труда в области создания РС для текстильной промышленности России лучше всего выбрать в условиях современной экономической ситуации проектирование данных устройств по требованиям заказчика.

 

 

Метод проектирования робототехнических средств текстильных машин

 

В общем процессе создания высоконадежных систем этап проектирования является определяющим. На этом этапе имеются большие возможности расчетной и экспериментальной проверки принимаемых конструктивно-технических, структурных и схемных решений по обеспечиваемому уровню надежности, а также большие возможности по изменению этих решений в целях применения более надежных вариантов.

С целью снижения затрат на создание робототехнических устройств разработан метод их проектирования, который позволяет выявить различные технические решения РС по требованию потребителя независимо от конструктивных особенностей текстильной машины, а также произвести оценку надежности механизмов исполнительных органов и всего РС на стадии проектирования и конструкторской отработки опытного образца.

Данный метод включает в себя следующие шесть этапов:

– разработку функциональной структуры РС, состоящую из выявления максимально возможного количества элементов, входящих в РС и находящихся в функциональной взаимосвязи, определения выходных параметров всей системы РС и отдельных ее элементов, оказывающих влияние на ее надежность, и свойств данных параметров, выявления возможности изменения функциональной вза-имосвязи между элементами РС с целью повышения надежности работы последнего;

– моделирование структурных схем исполнительных органов РС, включающее определение основного критерия, по которому следует производить оценку получаемых технических решений, выявление направления решения проблемы увеличения надежности работы РС и разработку на основе принципа Ф. Цвики метода проектирования таких средств;

– алгоритм моделирования траектории выходного звена исполнительного органа РС, заключающийся в выявлении закона движения последнего по характерным точкам выполняемой им технологической операции и с учетом повторения требуемых участков траектории и синхронизации работы всех исполнительных механизмов;

– выбор критериев оптимизации при проектировании РС, включающий определение данных критериев, выявление необходимых предельных значений целевых функций всех критериев, введение приоритета целей и шкалы экспертных оценок;

– рассмотрение принципов разработки циклограммы РС, рекомендующих производить синхронизацию работы исполнительных органов манипулятора с учетом оценки их быстродействия и надежности;

– контроль надежности РС при испытаниях, заключающийся в выявлении характеристик и признаков состояний системы РС и их анализе на основе обобщенной формулы Байеса, позволяющей определить характерные состояния и детерминирующие признаки системы, а также в вычислении необходимого количества отрабатываемых РС циклов по обслуживанию им текстильных машин.

Следует отметить, что каждый этап разработанного метода может быть использован как самостоятельный способ проектирования РС, что повышает его мобильность и позволяет привязать к конкретным проблемам конструкторской практики и использовать в совокупности с другими имеющимися методами проектирования РС. Рассмотрим более детально все разработанные этапы проектирования РС.

 

Выводы

 

Одним из основных направлений развития текстильной промышленности является освоение автоматизированного поточного способа производства пряжи, связанного с обязательным использованием робототехнических средств. Активное использование РС в данных поточных линиях осложняется необходимостью самостоятельного изготовления предприятиями их составных элементов и периферийного оборудования, поэтому целесообразно сотрудничество с использованием международного разделения труда, а также различных форм международной кооперации. В качестве последнего России в сфере создания РС для текстильной промышленности в условиях современной экономической ситуации рекомендуется выбрать проектирование данных устройств по требованиям заказчика. Для ускорения внедрения РС в текстильную промышленность необходимо также существенно повысить их надежность и снизить себестоимость.

С целью снижения затрат на создание РС разработан метод их проектирования, который позволяет выявить различные технические решения данных устройств по требованию потребителя независимо от конструктивных особенностей текстильной машины, а также произвести оценку надежности механизмов исполнительных органов и всего РС на стадии проектирования и конструкторской отработки опытного образца. Данный метод включает в себя шесть этапов: разработку функциональной структуры РС; моделирование структурных схем исполнительных органов РС; алгоритм моделирования траектории выходного звена исполнительного органа РС; выбор критериев оптимизации р проектировании РС; выявление принципов разработки циклограммы РС и контроль надежности РС при испытаниях. Каждый этап разработанного метода может быть использован как самостоятельный способ проектирования РС.

Определено максимальное количество исполнительных механизмов робототехнического средства текстильной машины, на основании чего разработана схема взаимосвязей между элементами РС, с учетом которой выявлена функциональная структура последнего. Анализ и улучшение выявленной функциональной структуры позволяют повысить надежность работы РС.

На основе применения метода Ф. Цвики разработана морфологическая матрица моделирования структурных схем исполнительных механизмов РС машин поточной линии прядильного производства, позволяющая выявить все возможные варианты технических решений исполнительных механизмов.

Для РС текстильной машины разработан алгоритм моделирования траектории выходного звена исполнительного органа по характерным точкам последнего с учетом повторения участков траектории и синхронизации работы всех исполнительных механизмов. При реализации разработанного алгоритма выявлена универсальная структурная схема исполнительного механизма РС, позволяющая получить широкий спектр всевозможных траекторий выходного звена исполнительного органа.

С целью выбора критериев оптимизации при проектировании робототехнических средств текстильных машин определены целевые функции и их значения. Для уменьшения затрат машинного времени ЭВМ и учета конкретных требований заказчика на проектируемое РС введен приоритет целей. Для РС существующих текстильных машин в качестве приоритетов первого уровня целей целесообразно принять габаритные размеры РС, тип траектории и число характерных точек выходных звеньев исполнительных механизмов. Для критериев, имеющих информативно-смысловой характер, предложено ввести шкалу экспертных оценок. Выявлены принципы разработки циклограммы РС с учетом оценки быстродействия, синхронизации и надежности работы его исполнительных органов.

С целью дальнейшего повышения надежности работы РС текстильной машины рекомендовано функционирование данной системы на стадии отработки опытного образца исследовать методами технической диагностики на основе применения обобщенной формулы Байеса, что позволяет выявить «слабые» элементы системы. В качестве признаков системы РС предложено использовать следующие случаи нарушения нормального функционирования ее элементов: самопроизвольные остановки в точках их позиционирования; увеличение погрешности точности их позиционирования; увеличение погрешности времени их прохождения между характерными точками траектории.

С целью выявления новых технических решений РС для машин прядильного производства показано применение этапа моделирования структурных схем исполнительных органов РС как самостоятельного способа проектирования. При этом определено: 10 новых технических решений исполнительных органов автосъемника бобин для пневмопрядильной машины; техническое решение устройства нахождения и отматывания конца пряжи на бобине текстильной машины, предназначенное в основном для установки в автоприсучальщике пряжи; техническое решение механизма для воспроизведения сложного профиля, предназначенное для перемещения рабочих органов по сложным плоскостным траекториям.

Приведен пример методики проектирования робототехнического средства – автосъемника бобин для пневмопрядильной машины ППМ‑ 120. С этой целью составлены и проанализированы структурные схемы основных рабочих органов существующего автосъемника бобин АС‑ 120, к которым относятся: механизм захвата и смены патронов; механизм сопла и механизм управления рычагами бобинодержателя пневмопрядильной машины. Определены рациональные параметры наладки механизма захвата и смены патронов, при этом установлена неэффективность работы данного узла. Выявлена недостаточная надежность работы механизма сопла. Определены структурные схемы механизмов, которые могут быть применены в конструкции манипулятора данного назначения.

На основе разработанной морфологической матрицы моделирования структурных схем исполнительных механизмов РС машин поточной линии прядильного производства и с учетом граничных условий проектирования усовершенствована конструкция существующего автосъемника бобин АС‑ 120 с целью повышения надежности его работы. При этом изменены структурные схемы механизма захвата и смены патронов и механизма сопла.

Показано увеличение эффективности работы усовершенствованного механизма захвата и смены патронов. Определена траектория выходного звена механизма сопла. Проведена оптимизация конструктивных параметров коромысла усовершенствованного механизма сопла, что позволило после профилирования кулачка данного узла уменьшить угол размаха коромысла, длины коромысла и сопла, габаритные размеры и металлоемкость конструкции механизма сопла, а также повысить надежность работы данного узла и всего автосъемника бобин.

 

 

Библиографический список

 

1. Использование робототехнических средств в прядильном производстве. Обзорная информация. Хлопчатобумажная промышленность / ЦНИИТЭИлегпром. – М.: ЦНИИТЭИлегпром, 2009. – 40 с.

2. Хавкин, В.П. Автоматизация оборудования и технологических процессов на базе микропроцессорной техники / В.П. Хавкин, И.В. Горн // Текстильная промышленность. – 2008. – №11.

3. Расчет кинематических и динамических характеристик плоских рычажных механизмов: справочник / В.П. Хавкин. – М.: Машиностроение, 2008. – 312 с.

4. Решетов, Д.Н. Работоспособность и надежность деталей машин / Д.Н. Решетов. – М.: Машиностроение, 1974. – 206 с.

5. Решетов, Д.Н. Конструирование рациональных механизмов / Д.Н. Решетов. – Изд. 2‑ е, перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2007. – 256 с.

6. Хубка, В. Теория технических систем / В. Хубка. – М.: Мир, 2008. – 208 с.

7. Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи / В.Н. Волкова, В.А. Воронков, А.А. Денисов. – М.: Радио и связь, 2007. – 248 с.

8. Приводы машин: справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 2007. – 248 с.

9. Ушакова, Н.Л. Разработка функциональной структуры робототехнических средств текстильных машин / Н.Л. Ушакова // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. – 2008. – №2. – С. 79–83.

10. Проников, А.С. Надежность машин / А.С. Проников. – М.: Машиностроение, 2007. – 592 с.

11. Расторгуев, А.К. Анализ и разработка роботизированных устройств автосъемника паковок на прядильной машине / А.К. Расторгуев, В.И. Власов // Новые исследования по разработке и применению робототехнических систем в текстильной и легкой промышленности: межвуз. сб. науч.-техн. тр. – Л., 2007. – С. 111–120.

12. Ушакова, Н.Л. Повышение эффективности и надежности работы автосъемника бобин для прядильных пневмомеханических машин / Н.Л. Ушакова // Разработка и совершенствование технологических процессов и художественного оформления изделий в текстильной и легкой промышленности: межвуз. сб. науч. тр. – М., 2008. – С. 65–67.

13. Методы поиска новых технических решений / под. ред. д.т.н., проф. А.И. Половинкина. – Йошкар-Ола: Марийское книжное изд-во, 2008. – 308 с.

14. Ушакова, Н.Л. Моделирование структурных схем робототехнических средств машин прядильного производства / Н.Л. Ушакова // Теория и практика перспективных способов прядения: межвуз. сб. науч. тр. – Иваново, 2007. – С. 103–111.

15. Артоболевский, И.И. Механизмы в современной технике. В 4 т. Т. 2. Рычажные механизмы / И.И. Артоболевский. – М.: Наука, 2008. – 1007 с.

Введение

Анализ развития приготовительно-прядильного оборудования зарубежных фирм и отечественного производства за последние годы показывает, что одним из основных направлений является освоение автоматизированного поточного способа производства пряжи, представляющего наиболее совершенную форму технологического процесса в организации производства. Использование поточного способа производства позволяет повысить эффективность последнего и сократить количество используемых в производстве вспомогательных изделий и материалов: тазов, катушек, тележек для транспортировки полуфабрикатов между технологическими переходами и др.

Применение автоматизированного поточного способа производства пряжи связано с обязательным использованием робототехнических средств. Широкое внедрение РС обеспечивает повышение производительности труда в основном и вспомогательном производствах, сокращение доли монотонного и непривлекательного труда, повышение мобильности производства, а также способствует улучшению качества вырабатываемой продукции за счет более точного соблюдения технологических режимов.

Активное использование РС в поточных линиях прядильного производства осложняется необходимостью самостоятельного изготовления предприятиями их составных элементов и периферийного оборудования, поскольку в нашей стране не выпускаются РС специально для немашиностроительных отраслей. Имеющийся на рынке большой набор РС не обеспечивает требований, обусловленных спецификой предприятий текстильной промышленности. Поэтому целесообразно сотрудничество с использованием международного разделения труда, а также различных форм международной кооперации.

Для ускорения внедрения РС в текстильную промышленность необходимы: существенное повышение их надежности; снижение цены; обеспечение производства и поставок полностью роботизированных участков; организация стимулирующих мероприятий у производителей и потребителей; международное разделение труда и т.д.

В качестве сферы международного разделения труда в области создания РС для текстильной промышленности России лучше всего выбрать в условиях современной экономической ситуации проектирование данных устройств по требованиям заказчика.

 

 

Метод проектирования робототехнических средств текстильных машин

 

В общем процессе создания высоконадежных систем этап проектирования является определяющим. На этом этапе имеются большие возможности расчетной и экспериментальной проверки принимаемых конструктивно-технических, структурных и схемных решений по обеспечиваемому уровню надежности, а также большие возможности по изменению этих решений в целях применения более надежных вариантов.

С целью снижения затрат на создание робототехнических устройств разработан метод их проектирования, который позволяет выявить различные технические решения РС по требованию потребителя независимо от конструктивных особенностей текстильной машины, а также произвести оценку надежности механизмов исполнительных органов и всего РС на стадии проектирования и конструкторской отработки опытного образца.

Данный метод включает в себя следующие шесть этапов:

– разработку функциональной структуры РС, состоящую из выявления максимально возможного количества элементов, входящих в РС и находящихся в функциональной взаимосвязи, определения выходных параметров всей системы РС и отдельных ее элементов, оказывающих влияние на ее надежность, и свойств данных параметров, выявления возможности изменения функциональной вза-имосвязи между элементами РС с целью повышения надежности работы последнего;

– моделирование структурных схем исполнительных органов РС, включающее определение основного критерия, по которому следует производить оценку получаемых технических решений, выявление направления решения проблемы увеличения надежности работы РС и разработку на основе принципа Ф. Цвики метода проектирования таких средств;

– алгоритм моделирования траектории выходного звена исполнительного органа РС, заключающийся в выявлении закона движения последнего по характерным точкам выполняемой им технологической операции и с учетом повторения требуемых участков траектории и синхронизации работы всех исполнительных механизмов;

– выбор критериев оптимизации при проектировании РС, включающий определение данных критериев, выявление необходимых предельных значений целевых функций всех критериев, введение приоритета целей и шкалы экспертных оценок;

– рассмотрение принципов разработки циклограммы РС, рекомендующих производить синхронизацию работы исполнительных органов манипулятора с учетом оценки их быстродействия и надежности;

– контроль надежности РС при испытаниях, заключающийся в выявлении характеристик и признаков состояний системы РС и их анализе на основе обобщенной формулы Байеса, позволяющей определить характерные состояния и детерминирующие признаки системы, а также в вычислении необходимого количества отрабатываемых РС циклов по обслуживанию им текстильных машин.

Следует отметить, что каждый этап разработанного метода может быть использован как самостоятельный способ проектирования РС, что повышает его мобильность и позволяет привязать к конкретным проблемам конструкторской практики и использовать в совокупности с другими имеющимися методами проектирования РС. Рассмотрим более детально все разработанные этапы проектирования РС.

 

123456789Следующая ⇒

Поделиться: