Файл: Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин учеб. пособие для студентов вузов.pdf

В течение каждого из четырех тактов расходуется энергия на преодоление трения. Кроме этого, дополнительно затрачивается энергия механизма в первом такте на преодоление сопротивления при движении всасываемой рабочей смеси по каналам, во втором такте — на сжатие рабочего тела, в четвертом — на выталкивание отработавших газов. Если работа, затрачиваемая на сжатие газа в машине, частично возвращается при расширении, то работа в первом и четвертом тактах должна считаться полностью поте­ рянной.

Очевидно, что работа двигателя может быть использована для

рабочим телом, больше той, которая затрачивается в течение пер­ вого, второго и четвертого тактов.

Работа тепловых двигателей очень сложна, поэтому изучение всех тех законов, которым подчиняются процессы преобразования, потенциальной энергии топлива в механическую работу, выделены в специальный предмет — «Теорию тепловых двигателей».

Во вторичных двигателях движущая сила порождается произ­ водными источниками энергии. В этих двигателях используется энергия, полученная в результате работы первичных двигателей и переданная по проводам или трубопроводам. Ко вторичным относятся двигатели: электрические, пневматические и гидравли­ ческие. Легкость передачи-электрической энергии на расстояние, а также способность ее автоматически дробиться на любое"коли­ чество частей послужили причиной преимущественного распростра­ нения электрических машин в качестве индивидуальных двигателей для различного рода исполнительных механизмов.

Менее распространены пневматические и гидравлические вто­ ричные двигатели. В пневматических двигателях движущей силой является давление сжатого воздуха, получаемого от компрессоров, а в гидравлических — давление жидкости, чаще всего минерального масла, подаваемого специальными насосами, или воды. Вторичные пневматические и гидравлические двигателя применяют в тех слу­ чаях, когда требуется получить плавно изменяемое в широких пределах число оборотов ведомого звена рабочей машины или же для приведения в движение поступательно движущегося звена механизма, например стола шлифовального станка, стола продольнострогального станка, пневматического молотка, т. е. в тех слу­ чаях, когда применение электрических двигателей по каким-либо причинам неудобно.

На гидроэлектростанциях или теплоэлектроцентралях гидрав­ лические или паровые турбины (двигатели) приводят в движение генераторы электрического тока. Точно так же на компрессорных станциях электрический двигатель или двигатель внутреннего сгорания приводит в движение компрессоры, производящие сжатый воздух. В указанных случаях генератор электрического тока и

349

компрессор по отношению к двигателям являются рабочими маши­ нами, однако их основным назначением являются не технологиче­ ские трансформации материала, а получение нового вида энергии, используемого во вторичных двигателях, т. е. преобразование механической работы, производимой двигателями, в иной вид энергии (электрическую, потенциальную энергию сжатого воздуха и пр.).

Машины, в которых происходит преобразование механической работы, развиваемой двигателями, в какой-либо вид энергии, называются преобразователями, или трансформаторами.

Рабочими машинами при помощи инструментов, приводимых в действие исполнительными механизмами, производится обработка материала, т, е. изменение его формы путем резания, прессования, выгибания, дробления, истирания, вытягивания, скручивания, переплетения н т. д., изменение состояния или физических свойств.

Таким образом, назначением рабочей машины является выпол­ нение определенного комплекса механических воздействий на обра­ батываемый материал, в результате которых он получает требуемый вид. Комплекс операций по обработке материала на рабочей машине называется технологическим процессом. В более широком смысле технологический процесс представляют как совокупность всех операций, которым подвергается обрабатываемый материал с мо­ мента поступления на фабрику или завод до момента выхода его

ввиде готового изделия.

Впроцессе обработки материала затрачивается механическая рпбота, развиваемая двигателем, т. е. в процессе обработки про­ исходит преобразование энергии, например, электрической в меха­ ническую работу; однако было бы ошибочно полагать, что основной целью рабочей машины является преобразование энергии. Это явление сопутствующее. На практике стремятся к тому, чтобы в про­ цессе обработки было израсходовано возможно меньше энергии, на производство которой затрачивается человеческий труд. Это стрем­ ление связано также с тем, что естественные источники энергии ограничены, следовательно, нужно изыскивать такой процесс обработки, который привел бы к цели с наименьшими затратами энергии и средств.

Исходя из изложенного, рабочей машине можно дать следующее определение. Рабочей машиной называется приводимый в движение двигателем, силой человека или силой животного комплекс механиз­ мов, с помощью которого производится обработка данного мате­ риала, сопровождаемая преобразованием механической работы в теплоту..

Все многообразие рабочих машин можно разделить на полу­ автоматические и автоматические.

В полуавтоматических рабочих машинах исполнительные меха­ низмы полностью или частично обеспечивают движения инстру­ мента, которые производились рабочим при выполнении техноло-

350

гнческпх операций. Поясним это на примере поперечно-строгаль­ ного станка, предназначенного для обработки плоскостей. Резцу, закрепленному в резцовой головке долбяка, сообщается возвратно-

нию резца, — может производиться рабочим при помощи рукоятки на винте, ввинчивающемся в гайку, закрепленную на столе, или же при помощи специального механизма подачи с прерывистым дви­ жением. Таким образом, в поперечно-строгальном станке автомати­ зированы только операции, совершаемые при резании металла и подаче, но все вспомогательные операции, связанные с установкой изделия на столе, установкой инструмента на заданный размер (вер­ тикальная подача), пуск, остановка станка, наконец, установка инструмента в исходное положение, — выполняются непосредст­ венно рабочим. В ряде машин рабочим выполняется только уста­ новка изделия и инструмента и пуск машины. После выполнения всех технологических и вспомогательных операций рабочая машина автоматически останавливается. Такого типа полуавтоматические машины получили название полуавтоматов.

В автоматических машинах (автоматах) все операции, связан­ ные с установкой изделия или подачей материала, движения инстру­ ментов (рабочие и холостые), и все вспомогательные операции выполняются целевыми механизмами. Автоматы могут образовать автоматическую систему рабочих машин, предназначенную для выполнения всех технологических, вспомогательных, установочных и переместительных операций при обращении обрабатываемого материала в готовое изделие. Автоматическая машина тем более надежна в работе, чем проще исполнительные механизмы и система управления ими.

Заводы и фабрики, оборудованные автоматической системой машин, в которых наряду с механическими системами применяются электрические аппараты и счетно-решающие устройства для кон­ троля и регулирования технологических процессов и управления ими, это — будущее, к которому мы стремимся с целью облегчить

Приведенная здесь классификация машин охватывает лишь общие для данного класса машин признаки, которые могут быть более дифференцированы в пределах каждого класса. Например, рабочие машины могут быть разделены на группы по виду обраба­ тываемых на машинах изделий (текстильные машины, металло-

351

обрабатывающие станки, станы для горячей обработки металлов, полиграфические машины и пр.), которые, в свою очередь, могут быть разделены на известное количество типов и т. д.

Более детальное изучение рабочих машин и технологических операций, выполняемых на них, представляет собой задачу спе­ циальной технологии и, следовательно, выходит за пределы курса теории механизмов и машин. Необходимо указать также на то, что имеются такие машины, которые трудно отнести к тому или другому классу, т. е. трудно отделить, например, двигатель от рабочей машины, настолько они взаимно проникли .одна в другую. В каче­ стве примеров таких машин можно указать хотя бы на пневматиче­ ское сверло, пневматический или электрический отбойный моло­ ток, турбобур и др., в которых двигатель является в то же время и рабочей машиной.

§ 15.2. МЕХАНИЗМ И МАШИНА

Если обратиться к истории развития машины, то можно устано­ вить, что механизм, как таковой, приводимый в движение силами, имеющими потенциал, например силой упругости деформированной пружины пли силой тяжести грузов, оказал большое влияние на развитие машинной промышленности, потребности которой, в свою очередь, будили фантазию изобретателей, придумывающих все новые и новые механизмы. Идея самодвижущегося механизма впер­ вые была реализована в водяной мельнице для размола зерна и в часах — этом первом самодвижущемся механизме, приспособлен­ ном для практических целей, в котором получено равномерное движение ведомого звена при переменной движущей силе. Первые двигатели строились с целью замены силы животных или человека для приведения в движение кузнечных мехов, насосов, выкачиваю­ щих воду из шахт, и др.

Знаменитая паровая машина нашего соотечественника И. И. Ползунова, построенная в 1764—1765 гг. на Алтае, была, например, предназначена для приведения в действие воздуходувных установок металлургических заводов, однако, как это весьма хорошо понимал изобретатель, она могла быть использована и для других целей. Она явилась первой паровой машиной заводского типа. Однако до применения механизмов в рабочих машинах в качестве исполнитель­ ного органа, приводящего в движение инструменты или аппараты, развитие двигателей не имело успеха. Только после изобретения

Таким образом, рассматривая исторически развитие машины, можно констатировать, что исключительно сильный толчок разви­ тию машинного производства ^дала рабочая машина, в которой рабочий инструмент приводится в движение механизмом. Необхо-

352

1