6.5. Динамичность (эпд)

Мы живём в эпоху, когда расстояния

от самых безумных фантазий

до совершенно реальной действительности

сокращаются с невероятной быстротой

Максим Горький

Сущность правила состоит в том, что для решения задачи нужно статическую систему заменить динамической.

Приём ЭПД1 «Подвижность»: сделать неподвижный объект подвижным, увеличить число степеней свободы.

Задача 6.42. При обработке заготовок на токарном станке резец относительно зоны резания неподвижен. В результате в его поверхностном слое накапливается большое количество тепла, что ведёт к возникновению в зоне резания высоких температур. А высокая температура - причина деформации заготовки и изнашивания резца.

Как можно снизить температуру?

Решение. Предотвратить накопление тепла в поверхностном слое резца можно, непрерывно выводя нагретые его участки из контакта с заготовкой и вводя в контакт новые, ненагретые участки. Реализована такая схема в так называемом круглом вращающемся резце (КВР). Режущая часть КВР представляет собой круглую пластину, кромка которой в виде окружности является режущей кромкой. Пластина имеет отверстие, которым она посажена на ось подшипника с возможностью вращения. А сообщает ей вращение сходящая по передней поверхности пластины стружка. Подбирая соответствующий диаметр режущей пластины, мы можем регулировать температуру резания. По свидетельству очевидцев, применение КВР при обтачивании гребного вала диаметром 1,5 м и длиной 12 м позволило сократить время обработки с 24 ч до 4 ч, при одновременном уменьшении шероховатости поверхности.

Степень динамичности можно усилить, если снабдить КВР специальным приводом вращения режущей пластины, что позволяет регулировать скорость её вращения независимо от скорости резания.

Задача 6.43. Для повышения износостойкости поверхностей деталей их «обдувают» струёй стальной дроби – так называемая дробеструйная, или дробеударная, обработка. В камере для дробеструйной обработки должны быть смотровые окна. Если сделать их открытыми, есть опасность вылета дроби. Окна из броневого стекла быстро теряют прозрачность.

Как быть?

Решение. В открытом окне нужно установить винт с лопастями, как у вентилятора. При вращении лопасти будут отбрасывать дробь обратно в камеру. Сами же лопасти мы видеть не будем, зато через окно будет отлично видно зону обработки

Задача 6.44. При обработке деталей из вязких материалов на токарном станке стружка сходит в виде сплошной непрерывной ленты (так называемая сливная стружка, см.задачи 3.16, 3.37). Возникает необходимость дробления стружки. Для этого применяются различные приёмы, но все они кроме преимуществ имеют и недостатки. Так, создание стружколомающих порожков на передней поверхности резца на пути схода стружки не позволяет изменить условия резания. Наложение колебаний, как это предложено в решении задачи 3.16, требует серьёзной модернизации станка, а, кроме того, вследствие вибрации может снизиться качество обработки.

Предложите способ дробления стружки, лишённый этих недостатков.

Решение. Харьковские изобретатели предложили подавать СОЖ в виде пульсирующей струи. В моменты максимального давления струю подают на стружку, а в момент минимального давления – в зону резания. При этом СОЖ оказывает не только ударное, но и термическое воздействие на стружку, облегчая её дробление.

Для облегчения сверления отверстий в кирпичных и бетонных конструкциях вращающемуся сверлу сообщают дополнительно продольные колебания с помощью специального перфоратора–так называемое вибросверление

Металлический порошок получают путём распыления струи металлического расплава вихревым газовым потоком. Предложено с целью получения более мелкой фракции порошка придать струе расплава вращательное движение навстречу вращению газового потока.

Шарнирное соединение частей автобуса – «гармошка» делает его более маневренным при большой вместимости

Приём ЭПД2 «Адаптивность»: в процессе работы изменять характеристики объекта, приближая их к оптимальным в каждый данный момент.

Вспомним задачу 4.19 о самолёте с переменной геометрией крыла: во время взлёта крылья имеют максимальную площадь для создания опоры о воздух, а во время полёта они убираются, чтобы уменьшить сопротивление. Или задачу 3.32 о раздвижном катамаране.

Для посадки самолёту нужны шасси, и до поры до времени это никаких проблем не вызывало. Но вот скорости самолётов возросли, и шасси стали мешать во время полёта, создавая дополнительное сопротивление. Тут же возникло решение - сделать шасси убирающимися.

Задача 6.45. В задаче 2.6 мы столкнулись с опасностью недопустимого прогиба длинного вала при его токарной обработке. Чтобы уменьшить прогиб вала мы вынуждены уменьшить подачу, то есть снижать производительность обработки. Но ведь прогиб вала большой только тогда, когда резец находится близко к его середине. На концах же вала, около опор, он достаточно жёсткий и не прогибается даже при большой силе резания. А раз мы здесь не опасаемся прогиба, то и подачу при обработке вала вблизи опор можно увеличить.

Как это сделать на практике?

Решение. Регулировать подачу вручную сложно, так как трудно измерить прогиб вала в разных местах в процессе обработки, мы потеряем больше времени на переключения. Но современные станки позволяют управлять подачей в зависимости от изменения силы резания. Резец устанавливают в специальном динамометре с тензодатчиками, который измеряет величину деформации путём измерения изменения силы тока в цепи и даёт соответствующий сигнал на блок управления. В зависимости от рассогласования этого сигнала с заданным даётся команда на увеличение или уменьшение подачи. Такая схема управления процессом обработки называется адаптивной.

Вот ещё задача на адаптивное управление.

Задача 6.46. При плоском фасонном шлифовании, например, при шлифовании стружечных канавок в осевом инструменте (свёрла, зенкеры, развёртки, фрезы) температура в контакте шлифовального круга с заготовкой зависит от подачи: чем больше скорость движения подачи, тем выше температура. При большой подаче есть опасность возникновения прижогов на обработанной поверхности, при малой подаче производительность получается низкой.

Как быть?

Решение. Из предыдущей задачи мы видим, что для адаптивного управления параметрами процесса нам нужно знать характер изменения каких-то показателей этого процесса, которые зависят от этих параметров. В данной задаче таким показателем может быть поток искр из-под шлифовального круга. Харьковские изобретатели предложили управлять подачей в зависимости от яркости искр, фиксируемой фотодатчиками.

Задача 6.47. В задаче 6.44 (так же, как и в задачах 3.16, 3.37) мы уже говорили о проблеме дробления сливной стружки при обработке резанием. Самый простой способ дробления стружки – порожек на передней поверхности инструмента. Упираясь в этот порожек, стружка ломается. Но дело в том, что сходящая стружка завивается в спираль. Радиус этой спирали зависит от многих условий – свойств обрабатываемого материала, угла наклона передней поверхности, толщины стружки, скорости резания и др. Если порожек находится далеко от режущей кромки, а радиус завивания стружки мал, то стружка будет сходить поверх порожка. Если поместить порожек около режущей кромки, а радиус завивания велик, стружка упирается в порожек ещё до завивания, возможна авария. Делать сменные порожки нерационально.

Как быть?

Решение. Значит нужно сделать порожек, расстояние до которого от режущей кромки можно быстро изменить в зависимости от условий обработки. Например, сделать его в виде эксцентрика. Поворачивая эксцентрик на оси, мы меняем радиус той его части, которая обращена к режущей кромке. Можно также выполнить стружколом в виде пластинки с рифлениями на нижней поверхности. Такие же рифления делают и на резце. Передвигая пластину на определенное число рифлений, мы устанавливаем нужное расстояние её до режущей кромки.

В качестве примера адаптивности можно привести изобретённые в Германии светозащитные очки переменной плотности – «хамелеоны», прозрачность которых меняется в зависимости от освещения благодаря наличию в стёклах солей серебра.

В Донецке изобретатели предложили в пистолете для сварки термопластиков механизм подачи присадочного прутка связать с приводом миниатюрного вентилятора, подающего горячий воздух для разогрева кромок свариваемого изделия. Чем быстрее подаётся пруток в зону сварки, тем больше поступает в неё горячего воздуха.

Это интересно:

Способ печати – литографию изобрёл чешский драматург Алозий Сенефельдер. Паровую машину – французский врач Дени Папен. Железобетон – французский садовник Жозеф Монтье. Азбуку Морзе – профессор живописи Самюэл Морзе. Хлопкоочистительную машину – американский квакер Эли Уитни. Парашют – артист и композитор Г.Е. Котельников. Очки – философ Френсис Бэкон. Компас со светящейся стрелкой изобрёл художник В.Н.Андрианов - автор государственного герба СССР.