Проектирование роботехнических средств для поточных линий прядильного производства (стр. 1 из 23)

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.

1. 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.

1.1 Разработка функциональной структуры робототехнических средств

В соответствии с теорией технических систем робототехнические средства текстильных машин относятся к сложным системам. Возможность обеспечения надежного функционирования такой системы связана с изучением ее структуры, т.е. совокупности элементов и отношений между ними, и тех взаимосвязей, которые определяют ее работоспособность. Выделим в технической системе «робототехническое средство текстильной машины» элементы, каждый из которых выполняет определенную функцию и находится во взаимодействии с другими элементами системы. К таким элементам относятся:

– привод ходовой секции, осуществляющий движение РС вдоль фронта текстильной машины и остановку его около рабочего места, где необходимо осуществить вспомогательную технологическую операцию;

– привод рабочей секции, осуществляющий передачу движения от привода ходовой секции к механизмам исполнительных органов РС или работающий автономно;

– исполнительные механизмы РС, выполняющие технологические операции по обслуживанию текстильной машины.

Определим отношения между этими элементами системы РС, которые задаются функциональным описанием способа действия технической системы, заключающегося в следующем: энергия вращательно-поступательного движения элемента 1 при остановке РС около требуемого рабочего места текстильной машины передается элементу 2, который преобразует ее и далее передает элементам 3, …, N соответственно. Более предпочтительным является вариант, когда элемент 2 самостоятельно включается в работу после поступления к нему соответствующего входного сигнала. В этом случае непосредственная механическая связь между элементами 1 и 2 отсутствует, что положительным образом будет сказываться на надежности работы РС, его точности и времени позиционирования около рабочего места текстильной машины. Элементы 3, …, N преобразуют эту энергию в движение исполнительных органов.

С целью построения функциональной структуры РС выявим максимальное количество элементов, которое может входить в данную техническую систему. Для эффективной эксплуатации РС большое значение имеет время позиционирования около рабочего места и передвижения вдоль фронта текстильной машины, поэтому исходя из условия отсутствия или наименьшего времени запаздывания сигнала передачи крутящего момента от одного элемента системы к другому имеем:

– максимальное количество приводов рабочей секции равно двум;

– максимальное количество исполнительных механизмов, приводимых в движение от привода рабочей секции, равно двум;

– максимальное количество исполнительных механизмов, имеющих движение от других исполнительных механизмов, также равно двум.

На основании вышеизложенного разработана схема взаимосвязей между элементами системы РС, представленная на рис. 1.

Рис. 1. Схема взаимосвязей между элементами системы «робототехническое средство»

Здесь: элемент 1 – привод ходовой секции РС; элементы 2, 7 – приводы рабочих секций; элементы 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 и 11 – исполнительные механизмы. Связь между элементами 1 и 7 обозначена пунктирной линией, т. к. она дублирует связь между элементами 1 и 2. Необходимо заметить, что при числе исполнительных механизмов больше 4, но меньше 8 следует произвести перераспределение связей в системе РС. По нашему мнению, наибольшее число исполнительных механизмов из РС текстильных машин будет иметь автомат присучивания ленты на пневмопрядильных машинах.

Из функционального описания способа действия технической системы РС и схемы взаимосвязей между ее элементами следует, что определенные выходы элемента 1 одновременно являются входами элемента 2; определенные выходы элемента 2 являются входами элементов 3 и 4; определенные выходы элемента 3 являются входами элемента 5 и определенные выходы элемента 4 являются входами элемента 6.

Отношения взаимозависимости между отдельными функциями рассматриваемых элементов относятся к категории связей. Рассмотрим выходные параметры каждого элемента, при изменении которых в процессе эксплуатации должны учитываться требования, предъявляемые к надежности всей системы.

Выходными параметрами всей системы РС являются

– точность позиционирования и – время позиционирования. Выходными параметрами элементов 1, 3, 4, 5 и 6 являются: – точность позиционирования, – кинематические характеристики и – прочностные характеристики. Выходными параметрами элемента 2 являются: – кинематические характеристики и – прочностные характеристики. Следует заметить, что важным выходным параметром являются динамические характеристики элементов, однако информация об этом уже заложена в их кинематических и прочностных характеристиках.