3. Принципиальное и конструктивное построение типовых машин и аппаратов

Принципиальное, а также структурное построение типовых машин и аппаратов бытового назначения определяется применяемым способом обработки материалов и изделий, физи­ческой сущностью процесса обработки, а также техническими требованиями, предъявляемыми к работе конструкций машин и аппаратов.

Основная роль машины и аппарата при осуществлении техно­логического процесса заключается в передаче энергии соответ­ствующего вида в этот процесс.

Поэтому- всякая технологическая машина (аппарат) состоит из двигателя (источника энергии), передаточных и ис­полнительных механизмов и рабочих органов (рабочих устройств или инструментов, предназначенных для не­посредственной обработки) и различного рода других устройств, применяемых для подачи и удержания обрабатываемых объек­тов во время обработки, для транспортирования объектов внут­ри машины (или аппарата) и после обработки.

Для ускорения протекания основных процессов технологи­ческие аппараты могут снабжаться, кроме основного рабочего устройства немеханического принципа действия, дополнитель­ными механизмами и вспомогательными рабочими устройства­ми для механических, гидромеханических и других процессов.

Двигатель и передаточный механизм объединяют под общим названием «привод».

Систему двигатель — машина называют машинным агрега­том, а основную часть этой системы — машину—рабочей ма­шиной.

Технологический процесс, выполняемый машиной или аппа­ратом, складывается из ряда операций. Различают основные или обработочные операции, вспомогательные, где произ­водят загрузку (установку) и съем обрабатываемых объектов, их перемещение внутри машины, аппарата и контрольные операции, где проверяют размеры и другие геометрические и физические параметры обрабатываемых объектов.

Важную роль в технологическом процессе играют рабочие (исполнительные) органы машин и рабочие (исполнительные) устройства аппаратов, непосредственно участвующие в этом процессе. Рабочие органы, получают движение от исполнитель­ных механизмов. Рабочие устройства аппаратов, как правила, неподвижны; иногда аппараты включают подвижные устройст­ва для транспортирования обрабатываемых объектов, интенси­фикации процессов и др.

В технологическом машинном (аппаратном) процессе пере­рабатываются взаимосвязанные материальные (в виде сырья, материалов, полуфабрикатов), энергетические и информацион­ные потоки управления и регулирования процессами.

Рабочие органы машины при осуществлении технологиче­ского процесса действуют в соответствии с определенными зако­нами движения, преодолевая соответствующие технологические усилия (полезные сопротивления), приложенные к ним со сто­роны обрабатываемого объекта. Для этого рабочие органы дол­жны иметь самостоятельные исполнительные механизмы, кото­рые получают движение от привода машины.

Наличие механизмов в машине (или аппарате) для выпол­нения вспомогательных операций характеризует уровень меха­низации процесса обработки машиной.

Прогресс в развитии современных машин и аппаратов состо­ит в том, что все большее число физических и умственных, т. е. логических и вычислительных, функций человека передается техническим средствам, благодаря чему человек освобождается от непосредственного участия в технологическом процессе.

Если основные и вспомогательные операции в машине вы­полняются механизмами без вмешательства рабочего, такая тех­нологическая машина называется автоматической, или ав­томатом.

Независимо от назначения и устройства все машины-авто­маты имеют общие структурные элементы, объединенные систе­мой управления циклом. У автоматов можно выделить несколько основных групп структурных элементов: двигатели, переда­точные механизмы, исполнительные механизмы, рабочие органы, вспомогательные механизмы, механизмы контроля, механизмы регулирования и управления.

В машинах полуавтоматического действия (полуав­томатах) все основные технологические и некоторые вспомога­тельные операции, например транспортные и контрольные, вы­полняются автоматически. На долю операций, выполняемых вручную, остаются загрузка, некоторые транспортные, контроль­ные и другие вспомогательные операции.

Соединение нескольких взаимодействующих технологических машин (аппаратов) называют производственным ма­шинным агрегатом. В классическом исполнении машин­ный агрегат включает соединение трех указанных выше частей: двигательную, передаточную и рабочую характеризующихся оп­ределенными энергетическими закономерностями.

Система машин, аппаратов и механизированных устройств, в которой процесс обработки осуществляется в заданной после­довательности, называется поточно-механизированной линией.

Автоматической линией называется система взаимо­связанных автоматических технологических машин и устройств, обрабатывающих вещества (или изделия) в заданной последо­вательности.

Рассмотрим кратко принцип устройства и работы, обуслов­ливающий конструктивное построение типовых подгрупп машин и аппаратов бытового назначения и особенности их проектиро­вания.

Машины химической чистки и стиральные предназначены для гидромеханической обработки изделий в спе­циальных жидких рабочих средах. Основной процесс обработки изделий — физико-химический, но для его интенсификации ис­пользуют гидромеханический фактор, создаваемый движением изделий в рабочем барабане и относительным движением жид­кости (в барабане либо в баке бытовой стиральной машины).

Рабочие органы машин представляют собой перфорирован­ный барабан с внутренними гребнями или с активаторами-ме­шалками в бытовых стиральных машинах.

Машины химической чистки конструктивно выполняют в ви­де системы агрегатов, обеспечивающих технологические перехо­ды по заданной 'программе — мойка, центробежный отжим и сушка в одном барабане (без перегрузки изделий). Характерные особенности работы машин химической чистки требуют специ­альных конструктивных решений: принципиальную схему уст­ройства и работы барабана, систему привода для осуществле­ния технологических режимов по заданной программе, регене­рацию растворителей и их паров, уравновешивание вращаю­щихся масс.

Сушильные машины барабанного типа по уст­ройству рабочего органа (барабана) близки к моечным бара­банам машин химической чистки и стиральных машин. Белье в сушильных машинах сушится подогретым воздухом, подаваемым вентилятором через калорифер и далее через перфорационные отверстия барабана к обрабатываемым изделиям.

Основным направлением совершенствования сушильных ма­шин является интенсификация процесса сушки и повышение их теплового КПД.

Центрифуги в качестве рабочего органа имеют быстро вращающийся перфорированный ротор, в который загружается белье для отжима под действием поля центробежных сил. При­вод осуществляется от электродвигателя к валу ротора через клиноременную передачу и разгонную муфту. Для уменьшения влияния динамической неуравновешенности, возникающей из-за неравномерной раскладки белья по внутреннему контуру ро­тора в центрифугах, применяются различные устройства (амор­тизаторы, упругие и скользящие опоры и др.).

Валковые машины (механизмы) применяют обычно для подсушки и глажения прямого белья — простыней, полоте­нец и т. д. (сушильно-гладильные вакуумные катки), а валко­вые отжимные машиньг—для отжима влаги из мокрого белья. В качестве подающих механизмов двоильных, швейных и дру­гих машин используют валковые или роликовые устройства.

Технологический эффект обработки достигается за счет де­формаций валками обрабатываемого материала, а в некото­рых случаях за счет сил трения при относительном движении валков и обрабатываемого материала (смесительные вальцы).

Основными направлениями конструктивного усовершенство­вания этих машин являются: создание эффективных упругих покрытий и обеспечение требуемой жесткости валков при изги­бе, разработка рациональных систем обогрева и теплообмена в рабочих валках и др.

Швейные машины для одежды и обуви — распростра­ненная группа машин, предназначенная для ниточного скрепле­ния материалов одежды и обуви способом челночного и цепно­го переплетения. Типовым представителем этой подгруппы ма­шин является универсальная челночная швейная машина, ма­териалы которой скрепляются при взаимодействии рабочих ор­ганов: иглы, челнока, нитепритягивателя и подающего механиз­ма, работающих по жесткому кинематическому циклу в процес­се образования стежка.

Конструктивные разработки машин связаны с проектирова­нием (синтезом) рациональных исполнительных механизмов в соответствии с требуемым видом стежка и качеством строчки, расширением технологических возможностей, повышением на­дежности и др.

Машины скрепления деталей обуви металлическими крепителями работают по жесткому кинематическому циклу несколькими рабочими органами, предназначенными для подачи крепителей к месту скрепления, осуществления ударной нагрузки на крепитель и загибания крепителя. В некоторых машинах крепители изготовляются из бухты подаваемой навинтованной проволоки.

Основное внимание при конструировании уделяют проектиро­ванию ударных механизмов, механизмов опорного устройства, подающих механизмов крепителей.

Гладильные прессы применяют для влажно-тепловой обработки в швейном производстве и производстве химической чистки одежды и стирки белья. В качестве рабочих органов слу­жат верхняя (обычно жесткая с гладкой поверхностью) и ниж­няя (обычно мягкая упругая) подушки (плиты). Работают по нежесткому и жесткому (с применением программоносителя) кинематическому циклам. Гладильные прессы в разных случаях оснащают различными видами приводов: электромеханическим, гидравлическим или пневматическим.

Основными нагрузками механизмов прессов являются Техно­логические нагрузки при прессовании.

Наряду с механическими расчетами прессы требуют тепло­вых расчетов, связанных с обогревом верхней плиты, а также технологических расчетов процессов тепловлажностной обра­ботки.

Клеевые и вулканизационные прессы — машины, предназначенные для обработки давлением деталей обуви с по­мощью рабочих органов: металлической колодки и пневмокамеры, колодки и матрицы. Применяются при склеивании и вулка­низации деталей (например, резиновой подошвы к валяной обу­ви). Работают по нежесткому и жесткому кинематическим цик­лам. В клеевых прессах применяют пневматический и гидравли­ческий приводы, в вулканизационных—электромеханический и гидравлический.

Основными нагрузками прессов являются нагрузки, вызван­ные технологическим процессом обработки.

При проектировании вулканизационных прессов наряду с прочностными расчетами делают тепловые расчеты по электро­обогреву рабочего органа — матрицы.

Затяжные машины и манекены — технологическое оборудование, применяемое для формования растяжением соот­ветственно верха обуви и одежды.

В ремонтно-обувном производстве верх обуви формуют на оборудовании с рабочими органами клещевого типа. Формова­ние производят на колодке (пуансоне). Край верха обуви при­крепляют к стельке тексами подающими механизмами. Ударная нагрузка в процессе крепления исходит от механизма ударника. Так как конструкция существующей затяжной машины слож­ная, то перед конструкторами стоит задача упрощения ее ки­нематики.

Манекены представляют собой устройства, оснащенные рас­ширителями, на которые надевают обрабатываемую одежду. Че­рез внутреннюю полость расширителей пропускают периодичес­ки увлажняющий и подсушивающий воздух. Основными расче­тами при проектировании являются расчеты, связанные с приго­товлением и подачей рабочей среды — воздуха, а также с затра­тами энергии.

Машины для обработки материалов деталей обуви и одежды резанием в качестве основных имеют соответствующей формы нож, работающий в различных режи­мах в зависимости от применяемого способа обработки. Режим обработки соответственно определяет и нагрузки на рабочий ор­ган и исполнительные механизмы. В вырубочных обувных прес­сах в процессе резания образуется динамическая нагрузка, соз­даваемая от электромеханического, либо от гидравлического привода.

В двоильно-ленточных обувных и раскройно-ленточных ма­шинах (швейного и обувного производства) в качестве рабоче­го органа применяется движущийся бесконечный ленточный нож, при помощи которого обрабатывают контуры выкраивае­мых деталей.

В двоильных машинах в качестве рабочих органов приме­няют неподвижный нож и подающий валковый механизм для подачи материала.

Типовым представителем механизмов резания, применяемых в бытовой технике, являются электробритвы, работающие по принципу ножниц.

При проектировании машин данной подгруппы особое ме­сто занимает проектирование исполнительных механизмов и ре­жущих инструментов повышение их надежности и производи­тельности машин.

Щеточные машины применяются в химчистке и в швей­ном производстве (механическая чистка одежды), в обувном производстве (полирование обуви) и в быту (натирание полов).. При проектировании этих машин решают задачи обеспечения производительности и требуемого качества обработки, опреде­ляющихся технологическим эффектом взаимодействия рабочих органов с обрабатываемым материалом.

Аппараты для хранения жидкостей и газов находят применение в различных системах специального техно­логического оборудования (химических станциях, устройствах для соответствующей обработки изделий распиливающей стру­ей жидкости), а также в составе другого технологического обо­рудования (машинах химической чистки, стиральных машинах, гладильных прессах с паровым обогревом и др.). В основе про­ектировочных расчетов этих аппаратов лежат конструктивные и прочностные расчеты.

Аппараты для обработки изделий струей жид­кости и воздуха применяют в составе оборудования для об­работки ковровых изделий, одежды (пятновыводные станки, пы­лесосы), обуви (окрасочные камеры). При проектировании этих аппаратов большое внимание уделяется расчету гидродинамики струй, обеспечивающей требуемые режимы обработки.

Аппараты для охлаждения применяют в составе машин химчистки (для охлаждения паров растворителей, дру­гих теплообменных аппаратов), стиральных машин (теплооб-менные аппараты), бытовых холодильников.

При проектировании основным вопросом является обеспече­ние эффективного теплообмена на основе тепловых и конструк­тивных расчетов.

Аппараты для нагревания применяют в .различных производствах для приготовления жидких и газообразных рабо­чих сред, для обогрева рабочих органов машин, в быту — для приготовления пищи и других целей.

Основными вопросами при проектировании этих аппаратов являются те же, что и при проектировании аппаратов для ох­лаждения.