Вопрос 1.5 Машиной какого принципа действия является пресс с двумя пресс секциями?

По величине преодолеваемых усилий при движении рабочих органов (и по принципу расчета) все машины подразделяют на тихоходные, сильно нагруженные силами полезного сопротивления, и быстроходные – малонагруженные силами полезного сопротивления. Например, в швейной машине усилие прокола иглой составляет около 40 грамм, и натяжение нити тоже измеряется в граммах, то есть полезные нагрузки невелики. Однако скорость движения рабочих органов так велика, что величины ускорения звеньев механизмов достигают порядка 10-20 км/с². Такие огромные ускорения, умноженные даже на небольшую массу звеньев, создают большие силы инерции внутри машины, и звенья могут не выдержать такой инерциальной нагрузки и сломаться. То же самое возникает и центрифугах, сепараторах и прочем оборудовании. Поэтому подобного типа машины и являются быстроходными, малонагруженными внешними силами, а расчет их ведут при условии, что внешняя нагрузка равна нулю, принимая за основную только инерциальную нагрузку.

В прессах же, наоборот, усилия прессования достигают десятков тонн, то есть внешняя полезная нагрузка велика, но двигаться они могут лишь с небольшой скоростью, поэтому при их расчете отбрасывают инерционную нагрузку, считая за основную лишь полезную. Эти приемы облегчают расчеты машин, делают их возможными.

Вопрос 1.6 Как вы думаете, почему нельзя просто увеличить масштаб рабочих чертежей, например, в 10 раз и изготовить по ним огромный грузовик? Почему такой грузовик не сможет выполнять свое функциональное назначение?

1.3 Понятие о производительности машин, методах ее повышения и концепции развития оборудования

Так как машины предназначены для снижения трудозатрат при изготовлении изделий, то, очевидно, что основной характеристикой любой машины является такой показатель, как количество изделий в единицу времени. (По сути, ответ на вопрос, сколько людей она заменяет в процессе ручного, немеханизированного производства). Такой характеристикой (показателем) является производительность. Итак, под производительностью в настоящее время понимают количество изделий обрабатываемых машиной в единицу времени.

Заметим, что любая машина выполняет свою функцию, осуществляет обработку в процессе производства не одного, а многих изделий и поэтому работает с определенной цикличностью, т.е. повторяемостью или же периодичностью. Время нахождения изделия (полуфабриката) в машине называют технологическим циклом машины. Если задаться вопросом, сколько циклов (частей цикла) выполнит машина в одну секунду и найти этот показатель, то он будет являться теоретической (цикловой) производительностью машины, т.е.

Q_ц=1/T_ц, (1.1)

где длительность рабочего цикла определяют как рабочее время

Т_ц = t_р+t_ц.п.. (1.2)

Здесь t_р - время непосредственного воздействия рабочего органа на обрабатываемый в машине полуфабрикат, рабочее время; t_ц.п. – потери времени внутри цикла машины.

Посмотрим, например, что происходит при вырубании (формовании) деталей на прессах. На рисунке 1.3 показана схема для расчета производительности. Цикл работы вырубочного пресса должен заключаться в следующем. Для прорубания ударник 1, двигаясь вниз со скоростью V, должен приблизиться к резаку (к штампу при формовании) 4, преодолев расстояние Н ^п_хх совершив при этом холостой ход подхода к резаку 4, затем переместиться далее вниз уже вместе с резаком (штампом) 4, выполнив при этом рабочий ход - Н_рх, вырубая деталь из листового материала 3. Далее ударник должен вернуться в прежнее положение, то есть подняться вверх для того, чтобы рабочий цикл машины можно было бы повторить (при формовании перед возвратом необходимо еще время выдержки под давлением. Без учета этого времени если скорость движения ударника на всех участках перемещения одинакова, то время, затраченное им на преодоление участков, и полное время цикла Т_ц легко рассчитываются как

t^п_xx= Н^п_хх/V, t_рх= Н_рх/V, t^в_xx = Н^в_хх /V, (1.3)

или t_р = t^п_xx+ t_рх+ t^в_xx, (1.4)

тогда с учетом (1.4) выражение (1.2) будет

Т_ц = t_р+ t_ц.п.= t_рх +t ^п_xx+ t^в_xx + t_ц.п., (1.5)

и для вырубочного пресса цикловая производительность получается подстановкой в выражение (1) значения Т_ц, полученного из выражения (5), т.е.

Q_ц=(t^п_xx+ t_рх+ t^в_xx + t_ц.п)^-1. (1.6)

1. пуансон преса,

2. неподвижная плита,

3. формуемый материал

4. матрица

Рисунок 1.3 – Схема процесса формования на прессах

В выражениях (1.1) и (1.6) присутствуют цикловые потери времени t_ц.п. – это такие затраты времени, в течение которых непосредственная обработка изделия не производится, но полуфабрикат находится в машине. Цикловые потери в машинах с гидроприводом связаны со временем переключения золотников управления. К цикловым потерям относят также и время транспортных операций.

Если цикловые потери времени в машине отсутствуют, то есть t_ц.п.=0, то время цикла по выражению (1.2) будет Т_ц = t_р, а получаемую в этом случае производительность называют технологической или идеальной

Q_и=1/ t_р. (1.7)

Такие потери времени и такая производительность характерны для машин непрерывного действия.

Кроме цикловых потерь времени, присущих самому принципу построения машинного процесса (см. пример на рисунке 1.3), имеются также потери времени из-за простоев оборудования по различным причинам (смазка, уборка и мн. др.). Эти потери называют внецикловыми, так как они непосредственно не связаны с каждым технологическим циклом машины, а могут возникать или внутри какого-либо цикла, или между циклами без проявления определенной закономерности.

Знание удельной величины внецикловых потерь времени относительно единицы времени t_вц.п. позволяет нам определить фактическую производительность Q_ф как

Q_ф=1/(Т_ц+t_вц.п). (1.8)

Размерностью выражений (1.1), (1.7), (1.8) является с^-1. Следовательно, они показывают, сколько долей изделия машина может выпустить в одну секунду. Очевидно, для того, чтобы в результате расчета получить производительность машины с размерностью штук в час, надо числитель умножить на 3600.

Изложенное выше касается вопроса расчета производительности машин параллельного действия. Отметим, что производительность таких машин – величина постоянная. В машинах последовательного действия при выполнении технологических операций (они универсальны и могут выполнять различные операции) количество циклов на каждой операции различно, и поэтому их производительность будет зависеть от того, сколько циклов потребуется машине для выполнения конкретной операции (разливка жидких продуктов в разные емкости, герметизация и проч.). Этим и отличается расчет производительности машин последовательного действия от машин параллельного действия. Более подробные сведения о производительности машин можно найти в литературе /1/.

В общем случае связь между действительной, теоретической и технологической производительностью имеет вид

Q_ф=k_иQ_ц = k_иk_тхQ_и, (1.9)

где k_тх - коэффициент производительности или непрерывности обработки в машине. Он показывает долю производительно затраченного времени в цикле машины и характеризует степень совершенства машинного процесса, степень приближения его к непрерывному процессу. Чем ближе k_тх к единице, тем совершеннее в технологическом отношении машина.

Если выполнить анализ зависимостей (1.1), (1.7), (1.8) и (1.9), и внимательно рассмотреть рисунок 1.1, то можно наметить пути повышения производительности.

Итак, производительность машин можно повысить, если:

1. повышать скорость движения рабочих органов;

2. сокращать их перемещения (уменьшать Н_i на рисунок 1.3);

3. уменьшать (ликвидировать) холостые хода и цикловые потери времени;

4. уменьшать (ликвидировать) внецикловые потери времени.

Однако, даже успешно решив все эти вопросы, мы не сможем сказать, что достигли желаемого - максимально облегчили (снизили трудоемкость) выпуск тех или иных изделий.

До настоящего времени в обществе принято считать, что главным показателем производственной техники, определяющим весь уклад жизни является производительность труда. Однако это недостаточно точный показатель, он может приводить к грубейшим ошибкам. Вот, например, мы имеем две машины. Одна делает 100 деталей в час, другая – 200. Какая лучше? Напрашивается ответ – вторая. Но если первая стоит тысячу рублей, а вторая – миллион? Из этого примера видно, что надо менять стереотип мышления. Главным показателем, меняющим уклад жизни, является не просто производительность машин, то есть количество изделий в единицу времени, а суммарная выработка на рубль суммарных затрат. Если речь идет об обуви, то 100 миллионов операций - это, допустим миллион пар. Сама по себе эта цифра ничего не говорит. Надо еще учесть, какие необходимо суммарные затраты понести, чтобы их выпустить. То есть определить, какой ценой достигается желаемое. Это и есть главный экономический показатель, который нельзя обойти, говоря о технике.

Разные экономические формации различаются не тем, что производится, а тем как производится. Разные формации базируются на разных средствах труда. Одни дают десять тысяч операций на рубль затрат и вызывают необходимость работать по 8-10 часов, имея при этом небольшую материальную обеспеченность. Другие – миллион операций и короткий рабочий день, материальный достаток. Отсюда и видно, что наш уклад жизни напрямую связан с производственной техникой и ее главным экономическим показателем.

Академик Л.Н. Кошкин, создатель принципиально нового класса машин – роторных и роторно-конвейерных линий, считает, что существует определенная закономерность в развитии технологических процессов и технологических машин, которые выполняют эти процессы. Есть четыре класса процессов и соответственно четыре класса машин. Сущность любой машины в принципе – это отношение основных противоположных составляющих, а конкретно – отношение между транспортным и технологическим движениями. Транспортное движение – всего лишь перемещение полуфабриката через зону обработки, через машину. А технологическое – то движение, которое что-то делает с полуфабрикатом: меняет его форму, размеры, поверхность – движение ножа, фрезы, штампа. В машинах первого класса отношения между этими двумя движениями – прямое противоречие. Одно движение прерывает другое. Операции могут быть любыми: сшивание, приклеивание, формование. Но суть одна: пока полуфабрикат перемещается – ничего не делается. И наоборот.

У машин второго класса транспортная и технологическая функции совпадают. Пример наиболее важных из них – прокат. Без проката не было бы металлического листа, бумаги, рельсов, труб, проводов. В легкой промышленности имеются представители подобного класса оборудования при производстве искусственных кож и нетканых материалов. В обувной промышленности они отсутствуют.

Инженер (хитроумный изобретатель) в принципе должен понимать тенденцию развития оборудования, и поэтому перейдем сейчас к машинам третьего класса. Что может быть, кроме противоречия и единства, между транспортными и технологическими движениями? Быть может, компромисс? Нет - их независимость! Обработка в машинах такого класса ведется не во время остановки и не во время двух совпавших движений, как в прокате, а в процессе совместного движения полуфабриката и инструмента. Поэтому обрабатывать можно как угодно долго, а транспортировать как угодно быстро. Производительность перестает зависеть от времени обработки.

Она определяется скоростью движения полуфабриката. К третьему классу и относятся роторные и роторно-конвейерные машины и линии, которые нашли широкое применение в военной промышленности. Главный принцип создания таких машин – обработка должна вестись в процессе совместного движения полуфабриката и инструмента. Только такие машины имеют одинаковую производительность на всех операциях, поэтому их можно соединять в автоматические линии.

Но независимость в машинах третьего класса еще не полная. Пока еще невозможно организовать сплошной и сколь угодно широкий поток деталей, из которых состоит изделие. Вот этот остаток противоречия между транспортными и технологическими движениями исчезает в машинах четвертого класса. Но это очень далекое будущее…

Четвертый класс машин возможен только для процессов, в которых рабочие органы действуют пространством. Достаточно поместить полуфабрикат в пространство, чтобы он был обработан. Собственно в обувном производстве давно известны процессы четвертого класса: пропитка, окраска, сушка, закалка. Но пока мы умеем только преобразовывать поверхность, структуру полуфабриката. А вот формообразование, сборка… Это действительно дело далекого будущего. Робкими зародышами процессов четвертого класса являются процессы искусственного выращивания кристаллов. Подобие таких технологий – это рост дерева, рыбы и чего угодно – все это процессы четвертого класса. Их никто не вырезает, не вытачивает, не штампует. Они сами растут в пространстве. С общих позиций отметим, что машины первого класса - наихудшие, четвертого – идеальные.