Какие бывают технологические машины
Технологические машины и аппараты. Общие понятия и определения
В обувном производстве механические и химические процессы осуществляются на технологических машинах и аппаратах разного технического уровня и степени автоматизации.
В теории механизмов и машин сформулированы определения понятий «машина» и «механизм машины». Машина— механизм или сочетание механизмов, осуществляющих заданные целесообразные движения для преобразования энергии или производства работы. Механизм — система тел, предназначенная для преобразования движения нескольких тел в требуемое движение других тел. Если в преобразовании движения участвуют жидкости или газообразные тела, механизм называется гидравлическим или пневматическим. Обычно механизм имеет входное звено» получающее движение от двигателя, и выходное звено, соединенное с рабочим органом машины. Различают плоские и пространственные механизмы. К плоским относятся механизмы, у которых точки звеньев описывают траектории, лежащие в одной плоскости (или параллельных плоскостях); к пространственным — механизмы, у которых точки звеньев описывают траектории в пространстве. Выделяют два основных класса машин: машины-двигатели, с помощью которых один вид энергии преобразуется в другой, удобный для эксплуатации (например, электродвигатель); рабочие (технологические) машины — орудия труда, с помощью которых обрабатывается объект труда, осуществляется технологический процесс.
Машина возникла из простейших орудий труда человека, которыми он воздействовал на природу. С развитием человеческого общества орудия труда усложнялись и совершенствовались.
На современном этапе развития науки и техники понятию «машина» придают более широкий смысл и рассматривают ее как устройство, выполняющее механические движения с целью преобразования энергии, материалов и информации. При этом к первым двум классам машин (двигателям и рабочим) добавляют еще три класса:
1.транспортные, преобразующие положение обрабатываемого предмета;
2.информационные, преобразующие информацию (арифмометры, индикаторы и др.);
3.электронно-вычислительные (не являются машинами, название за ними сохранилось в порядке преемственности от простых счетных машин).
Для выполнения технологических процессов в обувном производстве применяют в основном рабочие (технологические) машины. В автоматизированных системах управления технологическим оборудованием (АСУ ТО) используют и другие виды машин.
Технологическая машина состоит из трех основных групп механизмов: двигательных, передаточных и исполнительных.
Основой технологической машины являются исполнительные механизмы, которые, получив соответствующие движения, производят своими орудиями (рабочими органами) операции, ранее совершаемые рабочим при выполнении того же технологического процесса вручную. Поэтому исполнительные механизмы и их рабочие органы отражают специфические особенности технологических машин, а также данного производства.
Двигательные и передаточные механизмы обеспечивают передачу движения исполнительным механизмам, они общетипичны для машин всех видов производств.
Автомат (от. греч. automates — самодействующий) — рабочая машина, или машина-орудие, самостоятельно производящая все рабочие и холостые (вспомогательные) движения, необходимые для выполнения данного технологического процесса, включая управление этим процессом, а иногда и автоматический контроль, а также устройство (совокупность устройств), производящее по заданной программе все операции обработки изделий без непосредственного участия человека. Программа задается автомату в конструкции (жесткая программа) либо извне посредством ЭВМ и АСУ.
Полуавтомат — машина, самостоятельно выполняющая рабочий цикл, для повторения которого требуется вмешательство рабочего (включение и пуск машины). Агрегат (от лат. aggrego — присоединение) — соединение нескольких разнотипных машин, устройств и аппаратов в одно целое для эффективной совместной работы. В обувном производстве широко применяют многооперационные агрегаты, обеспечивающие экономическую эффективность за счет сокращения технологического цикла обработки и числа занятых в процессе производства рабочих.
Аппарат (от лат. apparatus — оборудование) в обувном производстве применяют для осуществления гидротермической обработки обувных изделий (увлажнения, сушки, термофиксации формы обуви).
Автоматическая линия — группа машин, автоматически выполняющих в технологической последовательности цикл операций по обработке изделий, объединенных автоматическим транспортным устройством, перемещающим объект обработки от одной машины к другой, с единым для всей линии темпом и механизмом управления.
Полуавтоматическая линия отличается от автоматической тем, что в некоторых операциях линии принимает участие рабочий.
Автоматические и полуавтоматические линии по своей структуре близки к робототехническим комплексам (РТК), в которые входят технологические машины и промышленные роботы (ПР), обслуживающие машины вместо человека.
Специфическая особенность машин и аппаратов обувного производства — многообразие конструкций, отражающее многооперационность технологии изготовления обуви. Для обувных машин характерно перемещение рабочих ор- га ов и обрабатываемых изделий по сложным траекториям в пространстве как следствие оригинальности выполняемых технологических процессов по созданию изделий сложных форм (обуви) из плоских материалов нестабильных свойств. Результатом этой особенности является сложность конструкций машин, их кинематики и работы, а также трудность автоматизации загрузки — разгрузки машин. Автоматизация процессов, выполняемых обувными машинами, усложнена необходимостью пооперационного контроля за качеством их выполнения, проводимого рабочим визуально.
Изучать конструкции обувных машин и аппаратов следует поэтапно — в соответствии с их функциональным назначением и классификацией по технологическому признаку. Для такой классификации целесообразно применить метод системного подхода, согласно которому всю совокуп ность технологического оборудования обувного производства можно рассматривать как систему, состоящую из множества подсистем, связанных между собой последовательностью технологического процесса. Примененный метод системного подхода к классификации оборудования позволяет расширять и углублять ее дальнейшей детализацией каждой подсистемы, представляющей собой конструктивные ряды однофункциональных машин разной модификации. Классификация представляет собой восьми ступенчатую иерархию и состоит из 34 блоков.
К ступени I относится оборудование для изготовления деталей, узлов и самой обуви в одном процессе (блок 1). Традиционные методы изготовления деталей обуви — раскрой резаками из плоских материалов в основном на вы- рубочных прессах и прессах-автоматах. Изготавливаются детали обуви также методом литья под давлением из термопластических материалов и компонентов жидкого литья, осуществляемого на литьевых агрегатах. Кроме деталей литьем под давлением можно получать также узлы обуви и цельнолитую обувь.
К ступени II относится оборудование для обработки деталей и узлов обуви, а также подготовки их к сборочным процессам (блок 2). В этой группе оборудования однооперационные машины для обработки резанием: двоения, шлифования, взъерошивания, спускания края, фрезерования, а также для выполнения различных предсборочных процессов: нанесения клеевой пленки, клеймения идр.; многооперационные агрегаты для комплексной обработки, включающие и другие операции (например, двоение, клеймение, нанесение клеевой пленки, сушка клеевой пленки 5.2); системы однооперационных машин для комплексной обработки, включающие отделочные и другие операции (например, фрезерование уреза, окраску ипр.).
К ступени III принадлежит большая группа оборудования для сборки узлов обуви (блок 3) — низа и верха. В эту группу входит оборудование, которое осуществляет сборку как механическими, так и физикохимическими методами.
К ступени IV относится значительная и разнообразная группа оборудования для формования деталей и узлов обуви (блок 4). В эту группу входят обтяжно-затяжные машины, осуществляющие формование со сложной деформационной картиной (растяжением, сопровождающимся изгибом и сжатием), формовочные машины для предварительного формования сжатием деталей и узлов обуви и другие, например загибочные.
В отдельную ступень V выделены аппараты для гидротермической обработки деталей, узлов и самой обуви (блок 5): аппараты для увлажнения, сушильные аппараты и аппараты для термофиксации формы обуви.
К ступени VI отнесено подошвокрепительное оборудование (блок 6), осуществляющее крепление низа обуви механическими способами — гвоздевым, ниточными и физико-химическими — клеевым, горячей вулканизацией, литьевым.
В ступень VII выделено оборудование для выполнения отделочных операций (блок 7). Следует отметить, что прогрессивным направлением является совмещение (агрегатирование) процессов отделки со сборочными процессами и процессами изготовления деталей и узлов. Однако для многих видов обуви отделочные операции применяются как самостоятельные. Оборудование для выполнения таких процессов, как фрезерование, полировка и окраска уреза подошв, прикрепленных к верху обуви, несовершенно и представляет собой в основном механизированный инструмент.
Отдельно выделена ступень VIII качественно нового оборудования агрегатированного и автоматического действия (блок 8): сборочные агрегаты, полуавтоматические линии для сборки обуви, робототехнические комплексы. В состав этого оборудования входят машины разных ступеней, обозначенные линиями внешних связей — ступеней IV, V, VI и др.
Каждый из блоков классификации при изучении входящих в него машин можно рассматривать как самостоятельную систему и классифицировать их по наиболее характерному для каждой группы машин признаку.
Для производства любых товаров (за исключением интеллектуального труда) требуются специальные механизмы. Иначе – технологическое оборудование. Это могут быть станки для обработки металлов резанием, кузнечно-прессовое оборудование, литейные, ткацкие и другие виды станков, а также оборудование для пищевой, химической, фармацевтической и других видов промышленности. Перечень можно продлить до бесконечности. Технологическое оборудование предприятия определяет его конкурентоспособность и востребованность производимой продукции.
Общие понятия
Исходное сырье и материалы загружаются и подвергаются обработке на оборудовании технологического процесса. После завершения определенной операции материал либо заготовка претерпевают существенные изменения. Так, например, при загрузке стальных изделий в печь, дальнейшего нагрева их до критических температур и охлаждения свойства материала изменяются скачкообразно. В качестве среды охлаждения может выступать воздух, промышленное масло, вода (как в чистом виде, так и с разнообразными присадками) и даже легкоплавкий металл. В зависимости от преследуемых целей, потребуется наличие конкретного технологического оборудования. Это зачастую дорогая импортная техника. С техническим обслуживанием такого оборудования едва ли сможет справиться слесарь без специальной подготовки.
Классификация оборудования
Прежде всего все станки, аппараты и механизмы, которые принимают участие в технологическом процессе производства изделий, классифицируют по характеру влияния на сырье (заготовку). Еще одним важным параметром является структура цикла изготовления изделий. Кроме того, оборудование можно классифицировать по производительности (количеству выполняемых операций в единицу времени), по назначению и по степени автоматизации и механизации.
Авторы различных учебных пособий придерживаются разных методологий при классификации технологического оборудования. Это создает определенные трудности для самостоятельного изучения ряда инженерных дисциплин. Особым разнообразием подходов характеризуются зарубежные учебники. В условиях России рекомендуется брать за основу приведенный перечень.
Классификация по степени автоматизации
По данному критерию технологическое оборудование делят на механизмы с ручным управлением, полуавтоматы и автоматы.
Следует сказать, что оборудование с ручным управлением постепенно исчезает из обихода. В соответствии с современными представлениями, человек не должен выполнять физически тяжелую работу, которую могут выполнять роботы. Однако в некоторых случаях универсальные станки применяются. Причем в ближайшей перспективе они не будут вытеснены автоматикой. Это, прежде всего, касается ремонтных мастерских, которые занимаются вспомогательным обслуживанием производств.
Воздействие на обрабатываемое сырье или заготовку
По данному признаку принято все машины и аппараты делить на две большие группы. Это технологическое оборудование, которое в процессе обработки меняет геометрию (размеры, формы) заготовки. Ко второй же группе относятся машины, которые при воздействии на сырье и материалы изменяют их физические и химические свойства.
Примерами технологического оборудования первого вида могут служить токарные, фрезерные и другие металлообрабатывающие станки, а также оборудование литейной группы, машины для горячей и холодной ковки металла и т.д.
Вторая группа – это промышленные печи для термообработки металлов и сплавов, оборудование для варки сахара и другие аналогичные аппараты.
Следует отметить, что у оборудования первой группы, как правило, гораздо больше движущихся частей. К тому же оно испытывает значительные нагрузки. Поэтому ремонт технологического оборудования данного класса осуществляется гораздо более часто. Машины, которые не участвуют в формообразовании поверхностей изделий, работают стабильно и выходят из строя крайне редко. Так, например, промышленные печи чаще всего выходят из строя по причине перегорания нагревателей.
Встречаются редкие высокотехнологичные экземпляры оборудования, которые представляют собой машины универсального типа, способные обрабатывать изделия и придавать ему заданную форму и свойства. Такое оборудование может быть отнесено одновременно как к первому, так и ко второму виду.
Классификация оборудования по структуре цикла
Цикл процесса обработки – это не что иное, как время от начала загрузки исходного сырья или установки заготовки до завершения процесса обработки и отправки предметов труда на склад либо на следующую операцию.
Машины бывают периодического и непрерывного действия. Как те, так и другие обладают своими преимуществами и недостатками, которые отражаются на экономических показателях деятельности предприятия.
Оборудование периодического действия
В первом случае заготовка (сырье) обрабатывается машиной в течение определенного времени, после чего она снимается с приспособления и отправляется на дальнейшие операции, а машина обрабатывает очередное изделие (порцию сырья). Примером таких машин служат металлообрабатывающие станки, доменные печи, промышленные мясорубки и другие. Такие машины относятся к основному технологическому оборудованию. Хотя и из этого правила есть исключения.
Эксплуатация технологического оборудования периодического действия требует от исполнителя работ специальной подготовки и навыков. В противном случае такие машины будут постоянно выходить из строя.
Оборудование непрерывного действия
Отличительная особенность таких машин – одновременная выгрузка готового сырья (изделий) и поступление полуфабрикатов (установка заготовок) в машину. Таким образом, организован непрерывный цикл производства. Технологическое оборудование работает в режиме нон-стоп. Отсутствие технологических перерывов негативно сказывается на работе оборудования. С течением времени случаи выхода его из строя учащаются.
Примером машины непрерывного действия является автомат по производству изделий из полиэтилена: на вход поступают гранулы пластика, при этом постоянно выходит и наматывается на бобину полиэтиленовая лента. Также к такому оборудованию относятся автоматы роторного типа.
Преимущество от использования такого оборудования заключается в его просто невероятной производительности. Она подчас превышает производительность традиционных машин прерывного цикла в несколько десятков раз.
Классификация по количеству выполняемых операций
По данному признаку все оборудование можно поделить на многооперационное и однооперационное.
Каждый из двух типов имеет свои показания к применению для разных видов производств, а также достоинства с недостатками. Не всегда более дорогое оборудование будет выполнять свою работу лучше, чем гораздо более дешевые отечественные аналоги.
Однооперационные машины
Из названия понятно, что к данному классу технологического оборудования относят машины и механизмы, которым отведена задача выполнять лишь одну технологическую операцию.
Примерами такого технологического оборудования могут служить ленточные пилы. Данный станок может выполнять сугубо одну функцию – нарезку проката на заготовки разной длины. Примеры из другой отрасли промышленности – мясорубка в мясоперерабатывающем цеху мясокомбината, аппарат для нарезания хлеба на ровные куски и т.д.
Многооперационные машины
На таком оборудовании может выполняться огромное количество операций. Оно считается универсальным.
Возможность осуществления выпуска большой номенклатуры изделий весьма привлекательна. Однако в массовом и крупносерийном производстве такие машины применять крайне нежелательно по причине их «капризности». Такое оборудование является очень высокотехнологичным, поэтому за ним требуется тщательный уход и техническое обслуживание. В условиях массового производства этим мерам предупреждения поломок, откровенно говоря, не уделяется внимания вообще. Как правило, станки и механизмы ремонтируются по требованию (при возникновении поломок и выходе из строя). Ведь основное технологическое оборудование часто работает в три смены, а порой и семь дней в неделю. Поэтому оно должно быть надежным. Для таких целей используют специальное оборудование. Да, его технологические возможности ограничены, но и конструкция таких станков максимально упрощена, а значит они работают надежно и без поломок. Необходимо лишь следить за уровнем масла в коробке передач и за подачей охлаждающей жидкости в зону резания.
При таких условиях большинство высокотехнологичных решений окажутся невостребованными и будут лишь мешать.
Технология. 5 класс
Конспект урока
Технология, 5 класс
Урок 8. Машины, их классификация
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
Машина – это техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов, информации.
Аппарат и прибор – технические устройства, служащие для выполнения какой-либо работы.
Агрегат, или машинный агрегат – это техническая система, состоящая из соединённых между собой машин, механизмов, аппаратов и приборов.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Технология. 5 класс: учеб. пособие для общеобразовательных организаций / [В.М. Казакевич, Г.В. Пичугина, Г.Ю. Семенова и др.]; под ред. В.М. Казакевича. — М.: Просвещение, 2017.
2. Технология. Обслуживающий труд. 5 кл.: учеб. Для общеобразоват. учреждений/О. А.Кожина, Е. Н. Кудакова, С. Э. Маркуцкая.- М.: Дрофа, 2014.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Производственную и непроизводственную технику можно разделить на пассивную и активную. Пассивная техника – это здания заводов, фабрик, трубопроводы, линии электропередач, железнодорожные пути и средства связи. Активная техника – это орудия труда, к ней относятся инструменты и механизмы, машины, аппараты, приборы, агрегаты, установки.
Инструменты и механизмы делятся на средства ручного труда, средства умственного труда и средства жизнеобеспечения.
Машиной называется техническое устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов, информации.
По своему назначению машины делятся на энергетические, рабочие и информационные.
Энергетические машины преобразуют один вид энергии в другой.
Рабочие машины используют механическую энергию для преобразования формы, свойств и положения обрабатываемого материала.
Информационные машины преобразуют и передают информацию.
По функциям машины можно разделить на производственные, транспортные, военные.
Аппаратами и приборами называют технические устройства, служащие для выполнения какой-либо работы.
Приборы могут служить для проведения измерений и наблюдений.
К аппаратам относятся устройства, не являющиеся механизмами или машинами, но осуществляющие какие-то технологические операции.
Агрегат, или машинный агрегат – это техническая система, состоящая из соединённых между собой машин, механизмов, аппаратов и приборов. Агрегат предназначен для решения какой-либо определённой технологической задачи.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Распределите примеры машин по группам.
Основные характеристики технологических машин
Понятие технологической машины. Назначение механического оборудования.
Технологическое оборудование предназначено для реализации различных технологических процессов производства.по характеру протекающих в нём процессов подразделяется на следующие классы: оборудование для механических процессов; оборудование для гидромеханических процессов; оборудование для тепловых процессов; оборудование для массообменных процессов; оборудование для химических процессов.
Оборудование для механических процессов по функциональному назначению подразделяется на грохоты, классификаторы, дробилки, мельницы, смесители, питатели, дозаторы.
К оборудованию для гидромеханическихпроцессовотносятся отстойники, центрифуги, сепараторы, гидроциклоны, циклоны, скрубберы, фильтры, электрофильтры, аппараты для механического и циркуляционного перемешивания жидких сред.
Оборудование для тепловых процессов включает в себя рекуперативные, регенеративные и контактные теплообменники, тепловые трубы, тепловые печи, плазматроны, а также выпарные и кристаллизационные аппараты.
К оборудованию для массообменных процессов относятся абсорбционные и ректификационные колонны, экстракционные аппараты, адсорберы, ионообменные аппараты, аппараты для баромембранных и диффузионных процессов, сушилки, аппараты для растворения и выщелачивания и др.
К оборудованию для проведения химических процессов относятся химические реакторы и печи для осуществления химических процессов.
Вспомогательное оборудование предназначено для реализации в нём вспомогательных процессов производства, в частности, хранения и транспортировки жидкостей, сжиженных газов, паров и газов, сыпучих материалов в требуемом для технологического процесса направлении. К вспомогательному оборудованию химических производств относятся:
насосы и компрессоры, резервуары для хранения жидкостей и сжиженных газов, газгольдеры, бункеры и силосы для сыпучих материалов.
Технологическое оборудование по характеру воздействия на сырьё или полуфабрикаты может быть разделено на аппараты и машины.
Машина– механическое устройство, состоящее из согласованно работающих частей и осуществляющее определённые целесообразные движения для преобразования энергии, материала или информации.
Аппаратом— называют инженерное сооружение, несущее в себе реакционное пространство (рабочий объём) и снабжённое энергетическими и контрольно-измерительными средствами ведения и управления технологическим процессом.
По степени автоматизации технологические машины можно разделить на следующие группы:
простые – машины, с помощью которых человек-оператор совершает заданные технологические операции по регламенту, инструкции или программе, которую «держит в голове»;
полуавтоматические (автоматизированные) – машины, которые выполняют основные технологические операции согласно заложенной в них программе без непосредственного участия оператора, в функции которого входят лишь загрузка, разгрузка, контроль и регулирование машины;
автоматические – машины, выполняющие после загрузки и выключения все рабочие операции по заданной программе без участия оператора (машина-автомат).
Основные характеристики технологических машин.
Процессы обработки сырья и материалов, осуществляемые искусственным воздействием на них с целью получения определенных качественных и количественных изменений обрабатываемых объектов (изменения формы, размеров, свойств и т. д.), называются технологическими процессами. Способы искусственного воздействия на обрабатываемые объекты крайне разнообразны, но каждый технологический процесс совершается за счет затраты и преобразования энергии, поступающей от ее источника.
Технологические процессы, основанные на механической работе по изменению формы, размеров, структуры и других свойств обрабатываемых объектов, называются механическими; если они совершаются при помощи машин — машинными. Если технологические процессы протекают в силовом поле (электрическом, тепловом и т. д.) без затраты механической энергии, то такие процессы называются аппаратными.
Технологическое оборудование можно классифицировать по двум признакам: относительному движению обрабатываемого объекта, а также степени и видам системы автоматизации.
Машины I класса — циклические, однопозиционные, непроходные; в них продукт в течение всей обработки занимает одну позицию или совершает в пределах ее ограниченное перемещение.
Машины II класса — многопозиционные, прерывно-поточные, обычно с циклическими механизмами, объект в них периодически переносится от позиции к позиции, а во время остановок подвергается обработке.
Машины III класса — это машины непрерывно-поточные. Принцип их действия основан на совмещении технологических операций с непрерывным и равномерным продвижением обрабатываемых объектов.
Любую технологическую машину необходимо оценить по качеству. Все показатели оценки конструкций машин можно разбить на три группы.
Конструкция как объект эксплуатации оценивается по первой группе показателей: производительность, степень автоматизации, непрерывность работы, мощность, КПД, габаритные размеры, надежность, долговечность, удобство обслуживания, простота конструкции и эстетическое оформление.
Конструкция как объект производства оценивается по второй группе показателей: технологичность и конструктивная преемственность, материалоемкость, масса и стоимость.
Конструкцияс экономической точки зрения оценивается по третьей группе показателей: степень экономической целесообразности производства и использования машины, эффективность капитальных затрат на приобретение и установку ее.