Библиотека Результаты поиска Ссылки
|
До сих пор хвастливо выставляют напоказ только
|
Эпиграф взят из "Диалектики природы", а именно из той части, где автор анализирует развитие отдельных
отраслей естествознания. Имея целью применение полученных знаний на практике, возникновение и развитие наук с необходимостью было направлено
на получение достоверных знаний об окружающем мире, то есть шло в конечном счете под влиянием интересов производства. Какое отношение это
имеет к роторным линиям? Такое же, как и к любым другим технологиям. Идея технологических систем непрерывного действия возникла не на пустом месте,
не сама по себе: это обусловлено,
прежде всего, закономерным развитием производительных сил, потребовавших в свое время принципиально новых технологий. Поэтому приведем
небольшой исторический очерк.
Итак, история знает пять общественно-экономических формаций, первые три из которых мы благополучно пропустим,
дабы не утомлять читателя,
поскольку Вы, вероятно, обратились к автореферату не (только) за этим. Заметим лишь, что каждая формация возникает на основе определенного способа
производства и характеризует степень развития производительных сил. Перейдем сразу к 16-17 векам, то есть к тому времени, когда в Западной Европе
произошла первая в истории успешная буржуазная революция (Нидерланды), а вслед за ней и в других странах. Почему они произошли? На определенном
этапе развитие производительных сил начинает тормозиться производственными отношениями, что проиводит к конфликту между ними, который по мере
развития все углубляется; средством его разрешения и является социальная революция, заменяющая устаревшие производственные отношения. Известно,
что наиболее подвижной частью производительных сил являются орудия производства, которые непрерывно совершенствуются. Этот процесс объясняется
желанием людей облегчить, улучшить свой труд, повысить его эффективность. Все это приведено к тому, что было сказано раньше, а именно: появление
новых технологий обусловлено развитием производительных сил.
Существует три различных способа производства, первый из которых - ручной - нас здесь не интересует. С появлением
машин (второй
способ) человек становится элементом технической системы. Этот процесс как раз и относится к вышеуказанному времени, когда в Западной Европе
начинают складываться капиталистические отношения. Именно в это время с необходимостью и начинают развиваться науки: необходимо было получить
новые достоверные знания, ибо только они действительно имели ценность. С тех пор развитие науки направлялось производством. Когда к XX веку
большинство европейских стран имело достаточно длительный опыт капиталистических отношений, в царской России были еще очень сильны пережитки
феодализма. Не будем вдаваться в тонкости, но для нас важно то, что в 1917 году в России произошла октябрьская революция, в результате которой к
власти пришли большевики, взяв курс на построение нового типа государства - социалистического.
Наш опыт в этом является уникальным. Гениальные мысли В. И. Ленина так и остались в большинстве своем
нереализованными: преждевременная
смерть лидера нанесла сильнейший удар по стране. В 20-е годы в партии развернулись дискуссии о путях построения социализма [1]. В этом месте мы снова
пропустим объяснения, но так или иначе к началу 30-х годов в нашей стране сложился режим личной власти И. В. Сталина. Несмотря на героические усилия
народа, наше отставание от развитых капиталистических стран было по-прежнему велико. Правда, И. В. Сталин ничем не подкреплял свои доказательства о
нашем отставании от наиболее развитых стран на 50-100 лет, но на этом основании в 1931 году он сделал, думается, ключевое заявление, определившее
судьбу страны на многие годы: "Мы должны пробежать это расстояние в десять лет. Либо мы это сделаем, либо нас сомнут". Гигантские масштабы
производства, характерные для сверхиндустриализации, потребовали принципиально новых технологий.
В 30-е годы Л. Н. Кошкин высказал идею роторных линий и сформулировал основные положения по их созданию [2],
которые в дальнейшем были усовершенствованы [3].
Конечно, различные
автоматические системы существовали и раньше, но эти технологии позволяли добиться очень высокой производительности, что в то время было
важнейшим. Не будем дальше анализировать, почему роторные линии, несмотря на все свои преимущества, не получили массового распространения:
вероятно, читатель и так утомлен приведенными рассуждениями.
Мы как раз подошли к нашей теме, то есть к роторным линиям.
Итак, что такое роторная линия? Автоматической роторной линией (АРЛ) называется совокупность технологических и транспортных роторов, расположенных
в технологической последовательности на общей станине и объединенных системами привода и управления. Как следует из названия, технологические
роторы нужны для реализации технологического процесса, а транспортные - для транспортировки предметов обработки. Ключевым понятием здесь
является ротор. Ротор - это многопозиционная технологическая машина, оснащенная устройствами загрузки и выгрузки и предназначенная для
технологического воздействия инструментом или средой на предметы обработки. Это определение надо дополнить: роторная машина при работе
вращается и имеет индивидуальные приводы вращения ротора и движения инструментов.
Достоинством роторных линий есть то, что они могут одновременно обрабатывать детали нескольких типоразмеров,
обеспечивая при
этом очень высокую производительность и низкую себестоимость. Не будем скрывать и недостатки: роторные линии проектируются лишь под массовое
производство, так как почти не поддаются переналадке при переходе на выпуск другого изделия. В современных условиях это существенно.
С точки зрения автоматизации [4] АРЛ представляет из себя совокупность машин параллельного действия, соединенных последовательно.
Параллельного действия - это значит, что на одном роторе одновременно (параллельно) обрабатываются несколько деталей, последовательно
соединенных - это значит, что предмет обработки последовательно проходит через всю технологическую цепочку. Л. Н. Кошкин предложил
классифицировать все технологические машины машины по отношению транспортного и технологического движений. Роторные машины в этой
классификации попадают в третий класс: обработка осуществляется в процессе непрерывного транспортирования предметов обработки совместно с
обрабатывающим инструментом через всю рабочую зону машины. Таким образом, заготовки обрабатываются при их транспортировке, что обеспечивает
совмещение основного и вспомогательного времен - в этом и кроется залог обеспечения очень высокой производительности роторных линий.
Так как на момент написания автореферата магистерская работа еще не была завершена, содержание этого раздела включает три части: выполненное, частично сделанное и невыполненное. Наиболее полно представим первые две части, а последнюю приведем для полноты картины.
Строительные гвозди являются одним из наиболее массовых видов изделий, используемых в народном
хозяйстве. Спрос на
эту продукцию всегда велик и мало зависит от различных колебаний в экономике. Сегодня же, когда производство находится в глубоком кризисе, такие
простые изделия как, например, гвозди играют значительно более важную роль, чем при подъеме экономики. Это можно объяснить регрессом в
производственной сфере: старое оборудование изношено, на новое нет средств. Поэтому повсеместно наблюдается возврат к самым простым и
дешевым способам преобразования окружающего мира.
Существует два способа наращивания производства: экстенсивный и интенсивный. Поэтому возможны оба варианта при
производстве
гвоздей. Если первый способ предполагает увеличить парк гвоздильных автоматов [5], то второй - использовать новые технологии, отличающиеся, прежде
всего, более высокой производительностью. Актуальность работы определяется тем, что она направлена на комплексную автоматизацию производства
гвоздей и существенное увеличение технико-экономических показателей.
Целью работы является многократное увеличение технико-экономических показателей производства гвоздей
путем
создания автоматической роторной линии. При этом должны быть решены следующие задачи:
- проанализирована возможность комплексной автоматизации производства, т. е. объединения всех операций на одной
линии,
начиная от подачи исходной заготовки, коей является проволока, и заканчивая накоплением готовых изделий;
- составлен технологический процесс изготовления гвоздей на роторной линии;
- определена возможность применения новой кинематики движения исполнительного органа при формообразовании шляпки, которая
позволит увеличить надежность технологического ротора;
- разработана схема автоматической роторной линии для производства гвоздей;
- спроектирован технологический ротор для высадки шляпки посредством новой кинематики.
Методика исследования заключается в том, что на основании информации о работе гвоздильных автоматов
проанализирована возможность
комплексной автоматизации производства, т. е. объединения всех операций на одной линии. На основе стандарта изучены технические требования на
изготовление гвоздей, среди которых выделены главные. Далее составлен перечень необходимых воздействий,
которые требуется осуществить, чтобы превратить исходную заготовку - проволоку - в готовое изделие - гвоздь. На основании этого перечня
разработана схема роторной линии, реализующей принцип комплексной автоматизации производства.
В работе исследуются процессы, происходящие при пластической деформации заготовки. При этом используется
компьютерное
моделирование. Проводятся исследования кинематики движения, особенностей работы линии, основных трудностей при проектировании автоматической
роторной линии.
В работе предложен новый способ высадки шляпки,
а именно высадка методом совмещения транспортного и технологического
движений. Это достигается небольшим прекосом осей главного вала ротора и вала, на котором установлена планшайба с расположенными на ней
равномерно по окружности пуансонами. Такая кинематика движения называется прецессионным качанием [6] и описывается тремя углами, введенными
Л. Эйлером в 1748 г. и носящими название углов Эйлера. К ним относятся угол прецессии (от позднелат. praecessio - движение впереди), угол нутации
(от лат. nutacio - колебание) и угол собственного вращения. Эти движения особенно распространены в астрономии: прецессия - это медленное движение
оси вращения Земли по круговому конусу, нутация - колебания земной оси, при котором изменяется угол между осью собственного вращения и осью,
вокруг которой происходит прецессия. Но это пример из астрономии. В механике же можно привести пример работы внутреннего пространственного
зацепления при наличии перекоса осей валов, то есть перекос осей обоймы и втулки при работе зубчатой муфты.
Когда мы разобрались с кинематикой, возникает вопрос: если есть перекос, то высадка ведь начинается под некоторым
углом. Выдавим
ли мы нормальную шляпку или при высадке пуансон сомнет ее в сторону? Сейчас нельзя сказать однозначно, как пойдет процесс: аналитически эту задачу
сегодня решить невозможно, а компьютерное моделирование предполагает всякие упрощения. Для ответа необходим эксперимент, причем максимально
приближенный к теории, так как угол перекоса невелик и каждая угловая минута играет роль. Интуиция подсказывает, что эта задача носит "экстремальный"
характер, то есть должен существовать экстремальный (наибольший, критический) угол перекоса осей, при котором еще шляпка гвоздя соответствует
заданным параметрам. Гарантировать же можно только одно: если угол, под которым начинается высадка, меньше угла трения для данной пары, то будущая
шляпка не выскользнет под действием давления со стороны пуансона, так как сила высадки будет лежать внутри конуса трения. Что касается магистерской
работы, то в ней представленная задача решается с помощью компьютерного моделирования.
Ценность работы для практики состоит в том, что спроектированная роторная линия при внедрении в производство дает возможность во много раз повысить технико-экономические показатели: увеличить производительность, уменьшить себестоимость. Становится возможным реализовать комплексную автоматизацию производства, что позволит сэкономить материальные и человеческие ресурсы. Технологический процесс предусматривает стопроцентный контроль изделий, что практически исключает возможность появления на выходе брака.
Разработка роторной линии начинается с того, что проанализированы технические требования на изготовление
проволочных строительных
гвоздей по ГОСТ 283 - 75.
Основные требования, предъявляемые к изделию по стандарту: сосность головки относительно стержня, круглость головки, минимальный прогиб стержня
гвоздя. К менее жестким относятся требования к длине гвоздя, углу заострения. Что касается метода контроля прогиба, то приведенный в стандарте метод
является неэффективным, предполагает ручной труд. В условиях массового производства этот факт имеет немаловажное значение: соосность, круглость
и прогиб можно контролировать по ходу технологического процесса на одном контрольном роторе, а соосность и прогиб - и вовсе в один прием.
Далее следует расчет высоты той части заготовки, которую необходимо расплющить, чтобы получить головку гвоздя. В
основу
положено равенство объемов головки гвоздя и части стержня искомой высоты. Этот метод предполагает, что металл при высадке заполнит весь
предоставленный ему объем под головку.
Результаты расчета требуемого усилия высадки разными методами дают значительную разницу значений. Наиболее
точным, но и
наиболее трудоемким является метод баланса мощностей. В работе, исходя из поставленной задачи исследования, расчет выполнен по Г. А. Навроцкому:
за исходную взята формула расчета силы при свободной осадке, в которую добавлены коэффициенты, учитывающие форму головки и вид штамповки [7].
На этом общая часть работы останавливается.
Технологический процесс изготовления гвоздей на роторной линии включает традиционные этапы: подачу проволоки,
ее правку, отрезку-заострение, которая производится одновременно. Далее штучные заготовки через трубчатый лоток поступают в транспортный ротор,
причем одновременно всех четырех номенклатур. В этом состоит отличительная особенность работы линии: загрузка в транспортный ротор происходит
порционно. Из транспортного заготовки следуют в рабочий ротор, где происходит высадка шляпки, после чего готовые изделия проходят контроль на
контрольном роторе. В результате бракованные гвозди отсекаются, а качественные поступают в накопители готовых изделий.
Наиболее интересным представляется новый способ высадки шляпки, о котором говорилось выше. При таком способе
пластическая деформация будет сопровождаться изгибом. Изгибающий момент создает вредная сила, равная геометрической сумме радиальной и
касательной сил. Примем допущения, что по линейному закону:
- увеличивается сила высадки;
- уменьшается угол наклона торца пуансона к торцу будущей шляпки;
- приближается некоторая точка на торце пуансона
Тогда изгибающий момент, действующий на шляпку в процессе ее формообразования, будет изменяться так, как показано на рис.1.
На графике по горизонтали отложен аргумент - угол наклона пуансона ( в радианах), по вертикали - изгибающий момент
(Нмм). График следует читать справа налево, так как процесс высадки сопровождается уменьшением угла наклона пуансона. Из графика видно, что
изгибающий момент при высадке уменьшается и наибольшее значение имеет в момент начала деформации. Аналогично изменяется и момент трения,
который является отражением изгибающего момента и не дает шляпке выскользнуть из-под пуансона. При этом очень важным и сложным является
расчет крутящего момента на валу ротора. Необходимо добавить, что конструкция
ротора, из-за которой возникают такие явления, позволяет совместить транспортное и технологическое движения и существенно повысить надежность
работы, так как механизм рабочего хода становится излишним.
Что касается исследования особенностей работы линии, то они заключаются в следующем: загрузка заготовок в
транспортный ротор носит порционный характер, т. е. через некоторый промежуток времени в транспортный ротор поступает по одной заготовке каждой
номенклатуры. Эта особенность является наиболее существенной для работы линии, так как предполагает решение двух задач:
- необходимо обеспечить поступление заготовок каждой номенклатуры к транспортному ротору через одинаковые
промежутки времени;
- эти промежутки времени должны быть совмещены по фазе;
Выполнение этих требований во многом решает проблему синхронизации работы линии.
В завершение отметим, что цикловая производительность линии составляет 2 шт/с и выведена из годовой потребности
Донецкой области в гвоздях.
Основные результаты работы докладывались на международных студенческих научно-технических конференциях в Донецке 23 октября 2002 года и в Севастополе 21 мая 2003 года, а также на всеукраинской студенческой научно-технической конференции в Краматорске 16 апреля 2003 года.
В настоящее время проблема экономии ресурсов очень актуальна, особенно в энерго- и материалоемких отраслях. В связи с этим перспективным является интенсивный путь развития производства, который предлагается осуществить при производстве гвоздей. Применение для этого автоматических роторных линий даст существенное увеличение производительности и других технико-экономических показателей, позволит уменьшить время простоев оборудования, увеличить коэффициент использования технологического пространства, а внедрение таких линий на практике позволит решить вопрос комплексной автоматизации производства.
1. Страницы истории советского общества: факты, проблемы, люди/ под общ. ред. А. Т. Кинкулькина; Сост. : Г. В. Клокова и др. - М. :
Политиздат, 1989. - 447 с.
2. Кошкин Л. Н. Роторные и роторно-конвейерные линии. - М. : Машиностроение,1986. - 320 с.
3. Клусов И. А. Проектирование роторных машин и линий. - М. : Машиностроение, 1990. - 320 с.
4. Шаумян Г. А. Комплексная автоматизация производственных процессов. - М. : Машиностроение, 1973. - 640 с.
5. А. А. Королев, Л. С. Кохан, И. И. Киреев. Высокопроизводительное оборудование для производства гвоздей. - М. : Черметинформация, 1971. - 78 с.
6. Михайлов А. Н. Основы синтеза поточно-пространственных технологических систем. - Донецк: ДонНТУ, 2002. - 379 с.
7. Г. А. Навроцкий. Холодная объемная штамповка. Справочник. М. : Маштностроение, 1973. - 628 с.