УДК 664:621.798 ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ БАНКОУКЛАДОЧНЫХ МАШИН НА КАФЕДРЕ «ПИЩЕВЫЕ И ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ» ФГОУ ВПО «КГТУ» Р.С. Веселов, студент 5-го курса механико-технологического факультета ФГОУ ВПО «КГТУ» Рассмотрен процесс укладки банок на рыбоконсервных предприятиях. Проведен анализ существующей банкоукладочной техники. Описаны банкоукладочные машины с различной структурой кинематической цепи, выявлены их достоинства и недостатки. Проблеме укладки консервных банок в транспортную тару уделялось мало внимания, поэтому на сегодня это является актуальной проблемой. На многих предприятиях данная операция выполняется вручную по причине непрактичности использования существующих машин. укладка, банкокладочная машина, захват, консервная банка, транспортная тара, прокладка Одной из наиболее однообразных, монотонных и утомительных операций в фабрикатных цехах рыбоконсервных предприятий является операция укладки наполненных консервных банок в транспортную тару. С точки зрения затрат живого труда указанная операция оказывается слабым местом рыбоконсервного производства. На многих предприятиях, выпускающих консервы, основные операции технологического процесса механизированы и автоматизированы, а операция укладки банок в ящики выполняется в основном вручную [1, 2]. Банкоукладочные машины (БУМ) отечественного производства и машины зарубежных фирм, применяемые на отдельных рыбоконсервных предприятиях, имеют сравнительно низкую производительность. При схеме укладки 3х4 изделия в слое, т.е. при формировании слоя из 12 банок, они обеспечивают укладку в ящики около 100 банок/мин [3]. Однако на основных операциях рыбоконсервных линий достигается производительность 130 и более банок/мин. При таком несоответствии ручная укладка сохраняется даже на тех предприятиях, которые оснащены банкоукладочными машинами. Попытки внедрения БУМ консервной промышленности в рыбоконсервное производство также не могут решить задачу оснащения автоматизированных рыбоконсервных линий высокопроизводительными банкоукладочными машинами. В рыбоконсервном производстве традиционно используется мелкая жестяная тара (банки номеров 2, 3, 8, 21 и др.), поэтому производительность машин на выходе рыбоконсервных линий в 2-4 раза выше по сравнению с линиями производства, например, овощных и мясных консервов [4]. Широкий анализ литературных, патентных и нормативных источников, непосредственно связанных с БУМ, проводимый на кафедре ПХМ «КГТУ» с 1973 г., показывает, что в развитии банкоукладочной техники отображаются тенденции, характерные для развития машин различного целевого назначения. Начало развития банкоукладочной техники положили БУМ с возвратнопоступательным и возвратно-поворотным движением захватов. Машины этой группы отличаются простотой кинематической цепи, их недостаток – низкая производительность (не более 100 банок/мин при схеме укладки 3х4 банки в слое). Последовательным развитием БУМ являются машины с прерывистым вращательным движением захватов, что достигается путем компоновки элементов кинематической цепи в форме карусели или ротора. Такие машины выпускаются некоторыми зарубежными фирмами, их существенный недостаток – большие габариты. БУМ данной группы имеют более высокую производительность, что обеспечивается увеличением числа захватов. 274 Практический интерес для рыбоконсервного производства представляют БУМ с плоскопараллельным (качательным) движением захватов. При компоновке машин этой группы двумя захватами можно успешно решить задачу укладки картонных прокладок между слоями банок. Совершенствование БУМ с целью повышения их производительности привело к созданию машин с движением захватов по пространственным кривым. Характерная черта машин этой группы – синхронность движения захватов, формирователя слоя и ящика. Недостаток БУМ данной группы – сложность реализации процесса многослойной укладки банок. Особенность дальнейшего развития БУМ – непрерывность их рабочих ходов, что находит свое выражение в замене механизмов циклического действия механизмами, обеспечивающими в периоде кинематического цикла равномерное движение исполнительных органов. В этом аспекте можно выделить роторные БУМ с постоянной скоростью вращения ротора, оснащенные поворотными радиальными захватами. Такие машины не имеют потерь времени на выполнение холостых ходов, при их работе нет разрыва непрерывности в передаче банок от формирователя к ящику. Производительность машин данной группы в 3-4 раза выше производительности известных БУМ циклического действия, характеризующихся наличием холостых ходов и возвратным движением захватов. Патентный анализ в диапазоне поиска за последние 45 лет показал, что роторные БУМ не имеют аналогов в зарубежной банкоукладочной технике. Одним из направлений развития БУМ на современном этапе являются машины, которые в отличие от рассмотренных выше не имеют захватов с индивидуальными исполнительными органами. Отсутствием захватов предопределяется высокая надежность беззахватных БУМ в работе, их недостаток – цикличность движения выходных звеньев и соответствующая ей большая длительность рабочего цикла. Производительность беззахватных БУМ (120-140 банок/мин) близка к производительности современных рыбоконсервных линий, поэтому они остаются машинами сегодняшнего дня. Упомянутые БУМ, имитирующие двигательные функции рук человека, по характеру движения захватов представляют собой манипуляторы, предназначенные для выполнения многократно повторяющихся операций, в которых объектом манипулирования являются консервные банки. Различием исполнительных механизмов, на базе которых построены манипуляторы, определяются различия в значениях производительности и других показателей работы БУМ. Очевидно, что разработку рациональных схем процесса укладки банок в тару и создание эффективных механизмов для БУМ следует рассматривать в ключе необходимости совершенствования существующей банкоукладочной техники [5]. На кафедре ПХМ «КГТУ» работы, связанные с созданием средств укладки банок в тару, ведутся в двух направлениях: совершенствование известных схем и конструкций БУМ циклического действия; создание новых БУМ, обеспечивающих непрерывность процесса передачи банок из позиции в позицию. В свете дальнейшего развития рыбоконсервного производства и повышения производительности линий приведения консервов в товарный вид практический интерес для специалистов представляют роторные БУМ с постоянной частотой вращения ротора. Обеспечивая непрерывность процесса передачи банок из позиции в позицию, роторные БУМ отличаются одна от другой исполнительными механизмами, осуществляющими отвод захватов (после укладки банок в ящик) и возвращение их в рабочее положение до подхода к формирователю. Кинетические и динамические характеристики роторных БУМ, а следовательно, и производительность последних зависят от структуры кинематической цепи указанных исполнительных механизмов. Другими словами, надёжной работе механизмов привода захватов в значительной мере определяется надежность и силовая работоспособность роторных БУМ. 275 Роторные банкоукладочные машины могут иметь 2-, 3-, 4- и 6-захватные исполнения. С точки зрения динамических условий работы, предпочтительными являются машины с четырьмя и шестью захватами. В общем случае производительность роторных БУМ является функцией нескольких переменных: G f (n, m, z , ф ) , (1) -1 где n – частота вращения ротора, с ; m – число захватов; z – число исполнительных органов (вакуум-присосов) на одном захвате; τф – продолжительность комплектования слоя банок на формирователе, с. Расчетная формула определения производительности роторной БУМ имеет вид: z 60 z , (2) G 60 n m z 60 m р где τ – время одного оборота ротора (период кинематического цикла), с; τр = τ/m – период рабочего цикла машины, с. В соответствии с формулой (2) производительность роторной БУМ с четырьмя захватами при схеме укладки 3х4 банки в слое и частота вращения ротора 0,125 с -1 (7,5 об/мин) составит 360 банок/мин. Такую производительность машина обеспечивает при условии, если время образования слоя банок на формирователе не превышает 2 с. Проектирование и конструирование банкоукладочных машин на кафедре ПХМ ведется много лет, при этом все упомянутые работы выполняются с участием студентов. Первый патент был получен в 1975 г. Как видно из таблицы, на сегодня получено 38 патентов на изобретения, каждый из которых разработан в соответствующем дипломном проекте. Таблица. Авторские свидетельства и патенты на устройства для укладки банок Номер авторского свидеГод получения Номер патента РФ Год получения тельства (патента) Авт. свид. СССР 19. 2130410 1999 1. 501015 1975 20. 2137686 1999 2. 527341 1976 21. 2138425 1999 3. 648468 1978 22. 2142391 1999 4. 729104 1979 23. 2142392 1999 5. 737299 1980 24. 2143384 1999 6. 757394 1980 25. 2146212 2000 7. 878654 1981 26. 2146213 2000 8. 939316 1982 27. 2151087 2000 9. 1138346 1984 28. 2176973 2001 10. 1359200 1987 29. 2188146 2002 11. 1724520 1991 30. 2184057 2002 Патенты РФ 31. 2192996 2002 12. 2085441 1997 32. 2198831 2003 13. 2086481 1997 33. 220888 2004 14. 2089474 1997 34. 2248313 2005 15. 2091276 1997 35. 2278804 2006 16. 2091277 1997 36. 2303560 2007 17. 2118274 1998 37. 2313478 2007 18. 2125954 1999 38. 2375271 2009 Разработки велись с целью совершенствования линий приведения рыбных консервов и пресервов в товарный вид [6]. Определяющая цель разработок: полное исключение ручно276 го труда при укладке изделий в тару, повышение производительности укладочных машин, снижение энергозатрат на процесс укладки, послойное разделение банок в таре и повышение качества укладки. Литература 1. Романов А.А. Механизация производства рыбной продукции. – М.: Пищ. пром-ть, 1974. – 200 с. 2. Дикинс М.Я., Мальский М.Я. Технологическое оборудование консервных заводов. – М.: Пищ. пром-ть, 1969. – 777 с. 3. Горлатов А.С. Сравнительная оценка банкоукладочных машин // Технологические процессы и оборудование рыбоперерабатывающих предприятий Западного бассейна: сборник научных трудов. – Калининград, 1978. – Вып. 76. – С. 40-48. 4. Горлатов А.С. Совершенствование банкоукладочных машин для консервного производства // Совершенствование процессов, машин и аппаратов рыбоперерабатывающих производств: сборник научных трудов / КТИРПХ. – Калининград, 1992. – С. 60-75. 5. Горлатов А.С. Повышение производительности технологических поточных линий // Совершенствование механизмов и машин рыбообрабатывающих производств: сборник научных трудов / КТИРПХ. – Калининград, 1992. – С. 60-75. 6. Осипова Н.Н., Будина В.Г. Оборудование рыбоперерабатывающих предприятий. – М.: Пищ. пром-сть, 1980. – 656 с. EXPEDIENCY SUBSTANTIATION AND RESULTS OF CAN PACKING MACHINES DEVELOPMENT AT FOOD AND REFRIGERATING MACHINES DEPARTMENT OF «KSTU» R. Veselov Can packing process on the fish canning establishments was considered. Was made an analysis of existing can packing technics. Can packing machines with different kinematic range were described, were revealed their advantages and disadvantages. Can packing in transport package problem was paid low attention, that is why it becomes issue of the day. A lot of establishments have this operation manually performed, because of unefficiency of using existing machines. 277