ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КУРСА

Для того, чтобы подойти к формальному понятию (определению) машины-автомата, необходимо разобраться в том, какие же бывают машины.

Машиной в широком смысле слова называют сочетание механизмов и устройств, осуществляющих целесообразные действия для преобразования энергии или информации, а также для производства полезной работы.

Согласно этому определению можно выделить три основных класса машин: машины-двигатели, преобразующие один вид энергии в другой (электродвигатели, генераторы, турбины, дизели, ДВС и проч.); вычислительные машины, служащие для преобразования информации (цифровые и аналоговые); машины-орудия или рабочие машины, служащие для преобразования энергии в конкретную работу для обработки или получения продукции.

Рабочие машины изменяют форму, свойства, взаимное расположение и связи объектов производства. В общем случае все рабочие машины состоят из двигательных, передаточных и исполнительных механизмов.

Главной частью рабочей машины является исполнительный механизм, который определяет технологические возможности, степень универсальности и наименование машины (токарный станок, холодновысадочный пресс, печатная машина и т.д.).

Рабочий цикл. Большинству рабочих машин свойственна цикличность в работе, т.е. периодическая повторяемость отдельных действий и движений, связанная с выпуском дискретной продукции. В работе таких машин можно выделить чередование движений исполнительных (рабочих) механизмов, производящих обработку и вспомогательные движения, не связанные непосредственно с технологическими воздействиями, но подготавливающие условия для работы первых. Так, после пуска машины сначала осуществляются вспомогательные движения: подача и зажим заготовки, включение приводов, подвод инструмента и т.д. длительностью t_x1 (рис.1). Затем, в течение времени t_р происходит обработка, после чего вновь следуют вспомогательные движения длительностью t_х2 : отвод инструмента, разжим, выключение приводов, снятие обработанного изделия и т.д. Если машина функционирует нормально (не произошел отказ в работе), то такая последовательность действий осуществляется циклически. Причем, одинаковые операции как правило повторяются через постоянный промежуток времени, который называют рабочим циклом Т.

Рабочий цикл складывается из длительности рабочих и холостых ходов. Очевидно, что при определении времени рабочего цикла нельзя просто просуммировать все рабочие и холостые хода ее механизмов. Сказанное выше хорошо иллюстрируется на примере работы агрегата по фасовке йогурта, принципиальная схема которого представлена на рис. 2.

Пустой стаканчик 1 подается на позицию фасовки ленточным транспортером 2, где методом объемного дозирования дозатором 3 в него выдается порция йогурта. В дозатор йогурт поступает из бака 4 по трубопроводу 5 через обратный клапан 6. Стаканчик с йогуртом ленточным транспортером передается на следующую позицию (например, упаковки).

На рис.3 представлена кинематическая схема агрегата, обеспечивающая согласованную работу его механизмов. Электромотор 1 посредством муфты 2 и червячной пары 3, 4, и муфты 5 связан с валом I. На валу I установлены кулачок 6 и водило 10 мальтийского креста 11. Кулачок 6 связан посредством ролика 7 со штоком дозатора 8. Поджим ролика к кулачку осуществляется пружиной 9. Мальтийский крест установлен на валу II, который посредством зубчатой пары 12, 13 связан с валом III. На валу III установлен шкив 14, который совместно с бесконечным ремнем 15 и шкивом 16, расположенном на валу IV, образуют ленточный транспортер.

Упрощенные циклограммы работы представленного механизма изображены на рис.4.

Упрощенная линейная циклограмма представляет собой временную диаграмму работы механизмов. Т соответствует времени цикла, а вот t1 и t2 не соответствуют рабочему и холостому ходам, т.к. через t2 обозначено время прямого и обратного хода дозатора (рабочим ходом является только прямой ход дозатора). Н1 и Н2 - функции перемещения (координаты) ленты транспортера и поршня дозатора. В описаниях работы первых автоматов, когда довольно часто применялись кулачки, циклограммы выполняли круговыми (в полярной системе координат). Полярная система более наглядна при наладке кулачкового вала.

С целью более тщательного анализа работы машины имеет смысл рассмотреть более подробно движение механизмов, изображенных на рис.3. Для этого на первом этапе анализа достаточно выделить время движения механизмов. С учетом такого анализа рассмотренный механизм можно рассчитать таким образом, что он будет работать по циклограмме, представленной на рис.5.

Главным преимуществом такого механизма является то, что в нем совмещены по времени транспортировка стаканчика в рабочую зону и набор йогурта в дозатор. Благодаря этому согласно циклограмме производительность агрегата увеличена в полтора раза. Здесь следует обратить особое внимание на то обстоятельство, что повышение производительности, достигаемое за счет совершенствования алгоритма работы машины, не требует каких-либо дополнительных затрат, за исключением труда проектировщика. Поэтому, конструктора при создании высокопроизводительных машин часто при анализе алгоритма работы механизмов пользуются уточненными циклограммами, на которых не просто учитывается время срабатывания того или иного устройства, а учитываются законы движения подвижных частей и рабочих органов.

На рис.6 представлена уточненная циклограмма работы агрегата фасовки йогурта. На этой циклограмме величина цикла Т минимальна в сравнении с предыдущими вариантами. Это обеспечено благодаря тому, что наполнение стаканчика йогуртом начинается до остановки транспортера. Транспортер останавливается медленно (это обеспечивает устойчивость стаканчиков и не расплескивание фасуемого вещества) и заполнение стаканчика, имеющего много больший диаметр в сравнении с диаметром сопла дозатора, вполне можно начать еще в процессе его движения.

Кроме рабочего цикла во многих автоматах можно выделить кинематический цикл. Кинема

тический цикл может отличаться по длительности от рабочего цикла. Это обусловлено тем, что кинематический цикл механизмов определяется цикличностью движения звеньев механизмов. Кинематическим циклом для механизма называют минимальное время, за которое все звенья вернуться в исходное состояние. При работе машины обычно на один рабочий цикл может приходиться по несколько кинематических циклов различных механизмов.

Технологический цикл - это время, необходимое для производства одного конкретного изделия в машине, автомате или автоматической линии. Технологический цикл в простейших машинах совпадает с рабочим циклом. Однако в сложных машинах технологический цикл может в несколько десятков раз превосходить рабочий цикл, т.к. для них под рабочим циклом называют время между появлением двух ближайших по счету готовых изделий. Так, например, на сборочном конвейере современных автомобильных заводов рабочий цикл составляет несколько десятков секунд, а вот каждый конкретный автомобиль, двигаясь по многокилометровому конвейеру, собирается несколько часов.

Автоматом называют самоуправляющуюся рабочую машину, которая при осуществлении технологического процесса самостоятельно производит все рабочие и холостые ходы рабочего цикла и нуждается лишь в контроле и наладке.

Таким образом, конструктивным признаком автомата является наличие в машине полного комплекта механизмов рабочих и холостых ходов, осуществляющих все движения рабочего цикла, и механизмов (устройств) управления, координирующих их работу.

Полуавтоматом называется такая машина, в комплексе механизмов которой отсутствует один из основных механизмов и соответствующий элемент рабочего цикла выполняется вручную или с помощью средств механизации. Обычно в полуавтоматах оператор осуществляет съем готового изделия и установку заготовки. Однако, бывают и исключения, когда оператор выполняет одну из основных технологических операций.

В соответствии с принятой терминологией катапульту, машину для продажи газированной воды, капкан и проч. следует отнести к полуавтоматам, так как каждый цикл работы у них должен запускаться человеком или животным (нажать спусковой крючок, бросить монету, наступить на чувствительный элемент).

Автоматической линией называется автоматически действующая система машин, расположенных в технологической последовательности, объединенных средствами транспортировки, управления, накопления заделов, удаления отходов и др.

Автоматическим цехом называют цех, в котором основные производственные процессы осуществляются на автоматических линиях.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение машины в широком смысле слова.

2. Какие машины называются рабочими?

3. Что называют рабочим циклом машины?

4. Что называют технологическим циклом машины?

5. Что называют кинематическим циклом механизма?

6. Что такое циклограмма работы механизма?

7. С какой целью разрабатываются циклограммы работы машин?

8. Перечислите типы циклограмм и объясните, чем они отличаются?

9. Какие машины называются автоматами?

10. Какие машины называются полуавтоматами?

11. Дайте определения автоматической линии и автоматического цеха.