Совершенствование машин для укладки в тару изделий рыбоконсервного производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Денисова, Елена Геннадьевна

• Денисова, Елена Геннадьевна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Денисова, Елена Геннадьевна

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И УРОВНЯ МЕХАНИЗАЦИИ ЗАВЕРШАЮЩИХ ОПЕРАЦИЙ РЫБОКОНСЕРВНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Характеристика технологического процесса линии приведения консервов в товарный вид

1.2. Анализ существующей укладочной техники. Классификация банкоукладочных машин

1.3. Основные результаты главы

2. СИНТЕЗ БАНКОУКЛАДОЧНОЙ МАШИНЫ С ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЗАХВАТОВ ПО ДУГАМ ПОСТОЯННОГО РАДИУСА

2.1. Описание устройства машины

2.2. Описание работы машины

2.3. Кинематический расчет машины

2.4. Исследование механизма перемещения захватов

2.4.1. Структурный анализ механизма перемещения захватов

2.4.2. Определение скорости и ускорения выходного звена аналитическим способом

2.4.3. Анализ силовой работоспособности механизма

2.5. Расчет циклограммы

2.6. Обоснование необходимости применения двух шестерен для перемещения захватов

2.7. Точность определения момента полезных сопротивлений

2.8. Исследование безнасосной вакуумной системы

2.8.1. Расчет усилия на удержание банки вакуум-присосом

2.8.2. Расчет остаточного рабочего давления в вакуум-присосах. Определение размеров присосов

2.8.3. Экспериментальное исследование безнасосной вакуумной системы захвата. Оценка погрешностей экспериментальных измерений

2.9. Основные результаты главы

3. СИНТЕЗ БАНКОУКЛАДОЧНОЙ МАШИНЫ С ПОСТОЯННЫМ ВРАЩЕНИЕ РОТОРА, НЕСУЩЕГО ЗАХВАТЫ

3.1. Описание устройства машины

3.2. Описание работы машины

3.3. Анализ производительности укладочной машины в функции взаимосвязанных аргументов: времени рабочего цикла и времени формирования слоя

3.4. Исследование центральных кривошипно-коромысловых механизмов в приводах банкоукладочных машин

3.4.1. Анализ характеристик и особенностей ЦККМ

3.4.2. Исследование ЦККМ на геометрическую проворачиваемость

3.4.3. Исследование ЦККМ на силовую работоспособность

3.4.4. Анализ интервалов движения ЦККМ по экстремальным значениям угла передачи

3.4.5. Экспериментальное подтверждение полученных результатов исследования центральных кривошипно-коромысловых механизмов

3.5. Основные результаты главы

4. СИНТЕЗ БАНКОУКЛАДОЧНОЙ МАШИНЫ С КУЛАЧКОВЫМИ МЕХАНИЗМАМИ ПОДЪЕМНО-ОПУСКНОГО И

ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЗАХВАТОВ

4.1. Описание устройства машины

4.2. Описание работы машины

4.3. Экспресс-метод определения силовой работоспособности кулачковых механизмов

4.4. Исследование спаренных кулачковых механизмов в составе привода захватов укладочной машины

4.5. Оценка точности определения угла давления

4.6. Анализ характеристик накопителя в питателях банкоукладочной машины

4.7. Основные результаты главы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование машин для укладки в тару изделий рыбоконсервного производства»

Актуальность темы. Актуальность темы диссертации обусловлена ее направленностью на решение проблем механизации рыбоконсервного производства на основе совершенствования машин для укладки банок в тару, осуществляющих одну из наиболее трудоемких операций технологического процесса [7, 24, 34, 36, 88, 121, 168, 185,227, 234, 239, 242, 252, 267, 277].

Важнейший вклад в рассматриваемом направлении внесли известные ученные: Артоболевский И.И., Белецкий В.Я., Благодарский В.А., Боренштейн Ю.Л., Бурляй Ю.В., Вульфсон И.И., Горбатов В.М., Горлатов А.С., Дикие М.Я., Соколов А.Я., Колчин Н.И., Маршалкин Г.А., Панфилов В.А., Попов Н.Н., Соколов В.И., Сурков В.Д., Сухой JI.A., Шувалов В.Н., Харламов С.В. и др [12, 13, 24, 25, 28, 31, 32, 36, 54, 61, 94, 131, 132, 186,201, 242, 247, 248, 263, 264, 288, 289].

В последние годы, в связи с ростом производства рыбных консервов и пресервов в мелкой расфасовке и нехваткой рабочей силы, задача механизированной укладки консервов в транспортную тару постоянно возникает в поле зрения производственников, требуя ее безотлагательного решения.

Одним из определяющих показателей эффективности операций на выходе рыбоконсервных (пресервных) линий является частота повторения рабочих циклов [15, 23, 28, 35, 48, 80, 108, 116, 126, 133, 145, 152, 158, 186, 190, 202, 221, 247, 248, 262, 281, 288]. Наиболее энергоемкой, утомительной и однообразной операцией в линиях приведения рыбных консервов в товарный вид является укладка банок в транспортную тару (в ящики и на поддоны). Однако существующая банкоукладочная техника не обеспечивает необходимой высокой производительности и не исключает применения ручного труда при укладке в тару изделий рыбоконсервного производства [3, 4, 26, 36, 279].

На рыбоконсервных предприятиях основные операции технологического процесса, включая стерилизацию консервов, как правило, механизированы и автоматизированы, а операция укладки банок в тару выполняется в основном вручную. Различие в уровнях оснащения основных и завершающих операций техническими средствами их реализации оказывается тормозом повышения производительности труда на рыбоконсервных линиях.

Многочисленные попытки использования в рыбоконсервном производстве банкоукладочных машин, созданных заводами продовольственного машиностроения для консервной промышленности, не дали положительных результатов. При выпуске рыбных консервов традиционно используется мелкая консервная тара (банки № 2, 3, 6, 8, 21 и др.), поэтому производительность рыбоконсервных линий, выраженная в штучном измерении (банок/мин), оказывается в 2-4 раза больше той, которую имеют линии, например, овощных или мясо- растительных консервов, при одинаковой с ними производительности по массе продукта [28, 39, 47, 61, 88, 135, 152, 158, 185, 190, 239, 241, 247, 253, 279]. В последнее десятилетие имели место попытки оснащения линий приведения рыбных консервов в товарный вид импортным укладочным оборудованием [2], но практика показала, что с экономической точки зрения это не оправдано. В таких условиях совершенствование банкоукладочных машин для рыбоконсервного производства на основе их синтеза, учитывающего достоинства и недостатки существующей укладочной техники, представляет собой проблему, решение которой предложено в данной работе. Очевидно, что задача может быть решена, если для реализации процесса укладки использовать машины, выходные (исполнительные) звенья которых способны совершать сложные движения, на отдельных операциях укладки состоящие из двух-трех простых движений. Этим условиям в полной мере удовлетворяют машины-манипуляторы.

Цель работы. Решение проблемы механизации укладки банок в транспортную тару на выходе рыбоконсервных и пресервных линий путем разработки новых банкоукладочных машин-манипуляторов со сложным движением выходных звеньев, осуществляющих «схват» изделий, удерживание изделий при переносе в позицию укладки, подачу изделий в ящики или на поддоны и освобождение изделий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) разработка классификации банкоукладочных машин с делением их на группы по характеру движения захватов;

2) исследование кинематических характеристик машин: с плоскопараллельным движением захватов по дугам постоянного радиуса, с постоянной частотой вращения ротора, несущего захваты; с кулачковыми механизмами вертикального и горизонтального перемещения захватов;

3) анализ геометрических характеристик накопителя и формирователя слоя банок и разработка конструктивного решения по совершенствованию их работы;

4) проведение экспериментального исследования работы безнасосных вакуум-захватов с использованием отсекателя вакуума, разработка методики расчета безнасосных вакуум-захватов;

5) проведение экспериментального исследования центральных кривошипно-коромысловых механизмов на геометрическую проворачиваемость и силовую работоспособность в приводе захватов роторной укладочной машины;

6) аналитическое исследование кулачковых механизмы в составе привода захватов банкоукладочной машины и разработка экспресс-метод по определению геометрических параметров кулачков в зависимости от силовой работоспособности;

7) анализ производительности укладочной машины в функции взаимосвязанных аргументов: периода рабочего цикла и продолжительности формирования слоя изделий с разработкой рекомендаций по ее повышению;

8) разработка технических решений по совершенствованию конструкций банкоукладочных машин.

Научная новизна. Разработана классификация банкоукладочных машин, обоснована целесообразность создания укладочной техники, предпочтительной для рыбоконсервного производства.

Аналитическими и экспериментальными исследованиями определены условия геометрической проворачиваемости и силовой работоспособности центральных кривошипно-коромысловых механизмов, получены закономерности, которые послужат дальнейшему развитию теории четырехшарнирных механизмов и методов их силового синтеза.

Получены математические зависимости для экспресс-определения конфигурации и геометрических параметров кулачков, используемых в машинах с учетом их силовой работоспособности.

Установлены закономерности изменения производительности банкоукладочных машин в зависимости от продолжительности формирования слоя изделий на формирователе питателя и периода рабочего цикла.

Новизна технических решений подтверждена: тремя патентами на изобретения укладочных машин-манипуляторов с различной структурой кинематической цепи (патенты № 2130410 РФ (1999 г.), 2151087 РФ (2000 г.), 2192996 РФ (2002 г.) [187, 188, 189], разработкой и исследованием конструкции питателя, разработкой и созданием конструкции отсекателя вакуума, разработкой инженерного метода расчета безнасосных вакуум-присосов, получением результатов для дальнейшего развития методов синтеза четырехшарнирных механизмов.

Практическая ценность. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования влияния геометрических размеров элементов вакуумной системы на величину вакуума в присосах.

Результаты исследований, содержащие методики расчета трех групп банкоукладочных машин-манипуляторов, а также исходные требования к техническому заданию на их проектирование, внедрены для практической реализации на предприятии ОАО НПО «Рыбтехцентр» (г. Калининград) (Приложение 1).

Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы КГТУ № 31.32.100.2 «Совершенствование технологического оборудования и линий на пищевых предприятиях региона» (2000-2005 гг.)

Результаты исследования внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов по специальности 260601.65 «Машины и аппараты пищевых производств» и используются в учебном процессе и при проведении НИРС на кафедре пищевых и холодильных машин Калининградском государственном техническом университете(Приложение 2).

Положения, выносимые на защиту:

1) научно обоснованную классификацию банкоукладочных машин;

2) результаты комплексных исследований безнасосной вакуумной системы банкоукладочных машины;

3) функциональные зависимости, характеризующие условия геометрической проворачиваемости и силовой работоспособности центральных кривошипно-коромысловых механизмов;

4) рекомендаций по повышению производительности укладочных машин в функции взаимосвязанных факторов: времени формирования слоя изделий на формирователе питателя и периода рабочего цикла машины.

5) математические зависимости экспресс-метода по определению конфигурации и геометрических параметров кулачков, используемых в машинах с учетом их силовой работоспособности;

6) технические решения по совершенствованию конструкций банкоукладочных машин-манипуляторов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научных конференциях в Калининградском государственном техническом университете (1998-2000, 2003 - 2005 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе три патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Ее содержание изложено на 201 странице машинописного текста, включает 71 рисунок и 29 таблиц. Список источников состоит из 296 наименований. Приложения представлены 3 5 страницах.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Денисова, Елена Геннадьевна

ВЫВОДЫ

1. Разработана и научно обоснованна классификация банкоукладочных машин в их эволюционном развитии с делением машин на группы по характеру движения захватов.

2. Осуществлен синтез банкоукладочных машин-манипуляторов трех групп, с различной структурой кинематической цепи, предпочтительных для изделий рыбоконсервного производства; проведен графоаналитический анализ их передаточных и исполнительных механизмов, подтвердивший эффективность их использования соответственно для укладки консервных банок и изделий удлиненной формы (бутылок, цилиндров, стаканчиков и т.д.).

3. Разработана инженерная методика расчета безнасосных вакуум-захватов банкоукладочных машин. Проведенные экспериментальные исследования вакуумной системы с различными геометрическими размерами элементов позволили определить условия надежного удержания банок присосами.

4. Впервые в результате аналитических и экспериментальных исследований получены закономерности, которые послужат дальнейшему развитию теории геометрического и силового синтеза четырехшарнирных механизмов.

5. Получены математические зависимости экспресс-метода по определению конфигурации и геометрических параметров кулачков, используемых в машинах с учетом их силовой работоспособности

6. Получены зависимости по определению производительности банкоукладочных машин в функции времени формирования слоя изделий на формирователе питателя и периода рабочего цикла машины и разработаны рекомендации по ее повышению.

7. Предложены технические решения по совершенствованию конструкций банкоукладочных машин-манипуляторов, подтвержденные тремя патентами на изобретения (патенты № 2130410 РФ, 2151087 РФ, 2192996 РФ). Разработаны и исследованы конструкции питателей изделий, разработана и создана конструкция отсекателя вакуума.

8. Инженерные методы расчетов трех банкоукладочных машин с различной структурой кинематической цепи, а также исходные требования к проектированию данных машин переданы для практического использования в ОАО НПО «Рыбтехцентр». Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс.

9. Промышленная реализация результатов работы позволит: устранить диспропорцию в техническом оснащении основных и завершающих операций на рыбоконсервных линиях; исключить ручной труд, улучшить условия труда при обслуживании линий приведения рыбных консервов в товарный вид, повысить производительность труда на рыбоконсервных линиях. Годовой экономический эффект от внедрения в производство одной из разработанных машин составит около 500 тыс руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Денисова, Елена Геннадьевна, 2006 год

1. Абезгауз Г.Г. и др. Справочник по вероятностным расчетам. -М.: Военное из-во МО, 1970. 536 с.

2. Автомат для укладки и извлечения бутылок из ящиков. Проспект фирмы Etablissements Remy Poissy, Франция. Машиностроение для пищевой промышленности. ЦНИИТЭИ легпищмаш, вып. 2, М., 1969. С. 11-12.

3. Авторское свидетельство СССР № 1006312, В 65 В 5/10, 1983.

4. Авторское свидетельство СССР № 996271, В 65 21/08, 1983.

5. Адамович Н.В. Управляемость машин. М.: Машиностроение, 1977. -280 с.

6. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. М.: Высшая школа, 1972.-503 с.

7. Алексеев E.JI., Пахомов В.Ф. Моделирование и оптимизация технологических процессов в пищевой промышленности. М.: ВО Агропромиздат, 1987 г., 272 с.

8. Амалитский В.В. Надежность деревообрабатывающих машин. М.: Лесная промышленность, 1974. - 134 с.

9. Андреев А.Ф. Грузозахватные устройства с автоматическим и дистанционным управлением. -М.: Стройиздат, 1979. 173 с.

10. Антовиль A.M. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1961.-254 с.

11. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. -М.: Машиностроение, 1978.

12. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. В 4-х т. -М.: Наука.

13. Артоболевский И.И., Лощин B.C. Динамика машинных агрегатов. -М.: Наука, 1977.-326 с.

14. Артоболевский С.И. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1968.- 366 с.

15. Артоболевский С.И. Технологические машины-автоматы. -М.: Машиностроение, 1964 г. 178 с.

16. Ассонов А.Д. Технология термической обработки деталей машин. -М.: Машиностроение, 1969. 262 с.

17. Ашавский A.M. и др. Силовые импульсные системы. -М.: Машиностроение, 1978. 198 с.

18. Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры. М.-Л.: Энергия, 1966. 312 с.

19. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1967,- 508 с.

20. Барсов Г.А. и др. Теория плоских механизмов и динамика машин. -М.: Высшая школа, 1961. 336 с.

21. Барташев Л.В. Конструктор и экономика. М.: Экономика, 1977. - 232 с.

22. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь, 1984.-248 с.

23. Бежанов В.Н., Бушунов В.Т. Производственные машины-автоматы. -JL: Машиностроение, 1973. 360 с.

24. Белецкий В.Я. и др. Машины-автоматы и автоматические линии пищевой промышленности. Киев: Техника, 1967. - 176 с.

25. Белецкий В.Я. Расчет механизмов машин-автоматов пищевых производств. Киев: Вища школа, 1974. - 228 с.

26. Беседина Т.В., Воробьев А.И. Тара и упаковка в рыбной пром-ти: Справочник. М.: Агропромиздат, 1987. - 255 с.

27. Бирюков М.П. Теория и расчет механизмов и их деталей. Минск: Вышэйшая школа, 1975. - 188 с.

28. Благодарский В.А. Исполнительные механизмы машин-автоматов для упаковки изделий. Справочник. М.: Машиностроение, 1980. - 302 с.

29. Боголюбов А.Н. Советская школа механики машин. М.: Наука, 1975. -174 с.

30. Боголюбов А.Н. Теория механизмов и машин в историческом развитии ее идей. М.: Наука, 1976. - 465 с.

31. Боренштейн Ю.П. Исполнительные механизмы со сложным движением рабочих органов. — Л.: Машиностроение, 1973. 120 с.

32. Боренштейн Ю.П. Механизмы для воспроизведения сложного профиля. JL: Машиностроение, 1978. - 232 с.

33. Боровков А.А. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1972. - 287 с.

34. Бранденбург Б., Кремер Г. Промышленная обработка рыбы. М.: Пищ. пром-сть, 1972. - 290 с.

35. Бройдо Б.Е., Бурляй Ю.В. и др. Основы расчета и конструирования заверточных и укладочных машин. М.: Машиностроение, 1969. - 286 с.

36. Бурляй Ю.В., Сухой J1.A. Оборудование для укладки и упаковки штучных изделий. М.: Машиностроение, 1975. - 280 с.

37. Буталов В.А. Технология металлов. М.: Машгиз, 1962. - 514 с.

38. Быданович А.Б. Художественное конструирование в машиностроении. -Киев.: Техника, 1976. 181 с.

39. Былинская Н.А. Механическое оборудование предприятий отечественного питания и торговли. М.: Экономика, 1980. - 272 с.

40. Вакуумная техника. Научно-техн. сб. Выпуск 1,2. Казань: Татарское книжное из-во, 1968, 1970.

41. Вакуумные системы и их элементы. Справочник-атлас. Под ред. В.Д. Лубенца. М.: Машиностроение, 1968. - 201 с.

42. Васильев В.З. и др. Справочные таблицы по деталям машин. М.: Машиностроение, 1966. - 394 с.

43. Веденятин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Голос, 1973. - 194 с.

44. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576 с.

45. Вентцель Е.С., Овчаров ДА. Теория вероятностей. М.: Наука, 1973.-363 с.

46. Вециков В.А. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1976.-479 с.47.