CC BY
48
УДК 621.002
СТРУКТУРА БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ КАК РАБОЧЕЙ МАШИНЫ
Л.А. Оборин1, В.А. Хотулёв2 Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7
Составлена обобщенная структурная схема бытовой техники как рабочей машины. Схема в равной степени пригодна для анализа и синтеза бытовой и промышленной техники. Особенностью схемы является ее избыточность, которая позволяет ускорить процессы анализа и синтеза конструкций бытовой и промышленной техники, выбором целесообразных решений.
Ключевые слова: рабочая машина; обобщенная структурная схема; устройства; автоматизированное проектирование.
HOME APPLIANCES STRUCTURE AS A WORKING CAR
L.F. Oborin, V.A. Hotulyov
The generalized superfluous block diagram of home appliances as a working car is made. The scheme is equally suitable for the analysis and synthesis of household and industrial techniques. Feature of the scheme is its redundancy which allows to accelerate processes of the analysis and synthesis of designs of household and industrial techniques, a choice of expedient decisions. Keywords: the working car; the generalized block diagram; devices; the automated designing.
Традиционно было принято называть 'рабочими машинами' те, которые выполняют за человека какую-либо работу (т.е. технологические операции). На сегодня производственные функции трудящихся постоянно высвобождаются от многих операций, которые берут на себя машины.
Например, уходят в прошлое транспортные операции, выполняемые вручную. Поэтому транспортные машины (особенно автомобильные, железнодорожные и т.п.) всё реже относят к категории 'рабочих машин', выделяя им особое положение в классификациях. Парадоксально редко сейчас также говорят ЭВМ (электронновычислительная машина), заменяя это понятие более модными и популярными названиями. Выделяют понятие 'вычислительная техника', показывая тем самым нецелесообразность использования компьютеров там, где достаточно калькулятора. Это приводит к дифферентации множества операций технологических процессов, выполняемых с помощью различных машин.
В сфере бытового обслуживания, особенно там, где применяется бытовая техника, замена ручного труда машинным происходит более интенсивно, чем в любой другой отрасли экономики. Если в СССР проблемы жизнеобеспечения и сервиса населения считали второстепенными задачами, то в настоящее время они полностью переложены на частные фирмы и иностран-
ный бизнес. Вентиляторы, холодильники, отопительные устройства, кухонные печи и т.д. всё реже считают 'рабочими машинами'. Забываются профессии людей, труд которых заменила бытовая техника; а материальные и трудовые бытовые затраты обывателей чаще не учитывают. Например, сервис ЖКХ упорно не подчиняют практике технологической подготовки производства, оставляя загадочными все норморасценки, тарифы и стоимости энерго- и трудозатрат.
Социальные аспекты такого отношения не наносят видимого вреда обществу, но вытеснение технических методик рассмотрения многих устройств с позиций 'рабочий машины' уже сегодня приводит к таким ситуациям, как: сбои энергетических систем; их 'цепные реакции'; сложность и даже невозможность управления человеком некоторыми агрегатами вручную,
Поэтому мы составили избыточную обобщенную структурную схему 'рабочей машины' (рис.1), которая может быть использована как при анализе существующей техники любого назначения, так и при её проектировании. (Что и является непосредственной задачей структурных схем).
Рассматривая бытовую технику как рабочую машину, мы стремились учесть аналогичный опыт передовых отраслей производства, и в первую очередь - машиностроения. В соответствии с нормативными требованиями структурная схема пред-
ставляет полный перечень элементов какого-либо устройства, даёт описание назначения каждого элемента и указывает на взаимодействие этих элементов между собой. Так проявляются взаимосвязи, соподчинен-ность и иерархичность структурных схем, что лежит в основе системного подхода.
Механизмы
обработки
Механизмы
подачи
|9
£2
Устройства и системы смазки
Устройства и системы охлаждения
Устройства и системы . удаления отходов
» С а о и а
В
нов
►У £2 8
Вспомогательные механизмы
Система
управления
~1
Основание
(станина,
каркас,
корпус,
остов)
Ограждения
I
Устройства безопасности работ
|я
2 я
—б
я й
сЗ Г) т
Дополнительные
механизмы
Сопутствующие механизмы и устройства
Несущие базовые элементы
Направляющие
базовые
элементы
Фиксирующие
базовые
элементы
Устройства электро безопасности
Против овыбрасывающие устройства
Тамбурные
завесы
Сигналы, знаки, надписи, индикаторы
Тормозные
устройства
Блокировочные
устройства
Рисунок 1 - Избыточная обобщенная структурная схема бытовой техники как рабочей машины
В структуру любой рабочей машины входят следующие основные элементы:
1. Основание (станина, каркас, корпус, остов, скелет - для андроида), который служит для двух основных задач:
- расположения, установки, закрепления всех механизмом и систем машины,
- крепления самой машины на рабочем месте (фундаменте, столе и т.п.).
2. Главные механизмы (устройства) -обеспечивают непосредственное функциональное назначение машины. Их можно разделить на две группы:
2.1. Преобразовательного воздействия на предмет труда (обработки). Например: резания, охлаждения, окраски, шитья.
2.2. Подачи предметов труда, если таковая необходима.
Механизмы обработки приводят в движение главные рабочие органы, обрабатывающие предмет труда. Например: инструменты: головки вентиляторов, швейные иглы, ножи, измельчители, клее- и красконаносящие валики и т.п.
Механизмы подачи приводят в движение главные рабочие органы, перемещающие предмет труда в процессе обработки. Например: толкатели; подающие вальцы; транспортёры; толкатели цепей, гидро-или пневмоцилиндров и т.п.
3. Базирующие элементы - для расположения, закрепления и перемещения предмета труда (заготовки, изделия). Их, обычно, подразделяют на 3 класса:
3.1. Несущие базовые поверхности -те, на которые воздействует вес заготовки.
Чаще всего, это столы, по которым перемещаются заготовки при обработке. Однако, например, если заготовки перемещаются по подающим вальцам, то эти вальцы одновременно являются подающими и базирующими устройствами;
3.2. Направляющие базовые поверхности - это, например, линейки, обеспечивающие нужную траекторию движения заготовок в горизонтальной плоскости;
3.3. Фиксирующие базовые элементы - это прижимы и упоры, которые обеспечивают надежный контакт заготовок с базовыми поверхностями.
4. Вспомогательные механизмы и устройства - помогают правильной работе главных механизмов. Они обеспечивают:
- прижим легких заготовок;
- наладку машин: перемещение и установку инструментов и базовых элементов в нужном положении; изменение режимов работы: скоростей, температур, времени воздействия и т.п.
5. Дополнительные механизмы и устройства - выполняют дополнительные функции. Например, загрузку или выгрузку предметов труда; их переворачивание, измерение, сортировку, и т.д.
6. Сопутствующие механизмы и устройства - являются необходимыми сопутствующими элементами других механизмов и устройств. Например, замковые звенья для соединения цепей и плоских ремней; устройства для натяжения ременных и цепных передач; муфты соосных валов и т.п.
7. Системы управления в бытовой технике могут быть простыми выключателями или сложными автоматическими системами. В последнем случае должен быть предусмотрен механизм ручного управления; или хотя бы аварийного отключения машины. Как правило, сложные автоматические системы управления машинами связаны с различными её механизмами и устройствами посредством датчиков. Эти датчики информируют системы управления о состоянии элементов машины в режиме реального времени. Другие датчики контролируют состояние предмета труда, окружающей среды и т.п. Следует отметить, что в настоящее время автоматами называют те машины, которые требуют вмешательства человека только для ремонта. Машины, требующие от рабочих хотя бы постоянного наблюдения, относят к полуавтоматам. Спорное положение в этом вопросе занимает периодичность и объем работ по обслуживанию машины.
Коэффициент автоматизации рассчитывается по зависимости: Кавт=Гавт/Гобщ , где: Тавт - время автоматической работы машины без участия человека; Тобщ - общее сум-
марное время работы оборудования.
Нормативы для Кавт в настоящее время пока не установлены и являются своеобразным показателем в состязаниях творческих достижений.
8. Устройства жизнеобеспечения машины - традиционно носят такое необычное название, т.к. обеспечивают работоспособность и другие показатели надежности. К ним относятся:
8.1. Устройства и системы смазки -различны по степени централизации и конструктивному исполнению. Поэтому здесь подробно не рассматриваются.
8.2. Устройства и системы охлаждения. Здесь следует отметить тенденцию усложнения охлаждения крупных электродвигателей: Раньше для них ограничивались вспомогательным устройством - встроенной крыльчаткой. Теперь, с целью экономии меди, промышленные электродвигатели часто работают с перегрузкой и требуют даже "водяного охлаждения" с радиаторами, как у автомобилей. По тем же причинам проблема перегрева давно известна для многих ручных машин. Их целесообразно оснащать датчиками перегрева, чтобы пользователь вовремя прекратил работу, остудил, предотвратил порчу такой машины
8.3. Устройства и системы удаления отходов. Обеспечивают работоспособность и производительность многих машин. Различны по сложности, поэтому здесь подробно не рассматриваются.
9. Устройства безопасности работ имеют наибольшую значимость для пользователей бытовой техники. Анализ литературы по бытовой технике показал большую рассеянность этих вопросов. Поэтому мы концентрируем их ниже.
9.1. Ограждения, как правило, служат для трёх целей.
Первая цель - предотвратить попадание человека, его соприкосновения с подвижными частями машины. Особенно это опасно для режущих инструментов, но и другие движущиеся детали могут травмировать. Поэтому ограждения должны располагаться на соответствующем расстоянии, как от опасных элементов машины, так и от рабочих. По тем же соображениям часто ставят дополнительные ограждения, (например, перила), ограничивающие доступ людей в опасную зону.
Вторая цель - ограничить вылет в рабочих отходов (или брызг влаги), возникающих при обработке. Поэтому ограждения должны надежно окружать инструменты, оставляя свободной только зону обработки. При этом свободная зона должна быть дополнительно перекрыта дополни-
тельными ограждениями.
Третья цель - ограничить вылет кусков поломанных деталей в рабочих. Поэтому сами ограждения должны быть изготовлены из прочных и вязких материалов, чтобы они не разбились и не травмировали рабочих.
Ограждения бывают неподвижные, съемные и открывающиеся. Неподвижные часто являются элементами корпуса или наглухо установленными кожухами. Съемные кожухи надежно закреплены и снимаются только на время ремонта.
Открывающиеся ограждения (дверки, люки, смотровые окна и т.п.) используются при наладке и обслуживании оборудования. Например, при мойке, протирке, замене инструмента и т.п. Большинство открывающихся ограждений оснащаются блокировочными устройствами, предотвращающими включение машины при их открытом состоянии.
9.2. Блокировочные устройства являются вторыми по важности элементами безопасности. Их применяют на случай, если произойдет попытка включить опасный механизм при открытом или снятом ограждении. Блокировка не допустит включения. Также, могут пытаться открыть ограждение, когда опасный механизм работает. В этом случае блокировка отключит механизм.
Другим назначением блокировочных устройств является обеспечение нужной последовательности работы механизмов. Например, при выключенном механизме резания, нельзя включить механизм подачи, т.к. он заблокирован. Этим избегают поломок инструментов при безграмотном включении.
9.3. Тормозные устройства, чаще всего, быстро останавливают скоростные инструменты. Это происходит при нажатии кнопки «стоп». Подробно конструкции и принцип действия тормозных устройств может быть рассмотрен отдельно.
9.4. Сигнальные знаки, надписи и индикаторы являются дополнительными элементами безопасности, которые напоминают правила работы, позволяют видеть и знать, какой из механизмов работает, в каком состоянии находится.
Кроме того, звуковые сигналы напоминают пользователям о необходимых действиях. При запуске крупногабаритных промышленных машин и линий звуковые и световые сигналы подаются, чтобы избежать травмирования людей, которые в этот момент обслуживают оборудование и невидимы для рабочего.
9.5. Противовыбрасывающие устройства препятствуют вылету обрабатываемых
материалов при работе, когда подающие механизмы удерживают их не надежно. Примером таких устройств является когте-вая завеса. Она представляет собой набор острозаточенных пластинок (когтей), нависающих над заготовками так, что пропускают их только в направлении подачи. При обратном движении заготовки, т.е. её выбросе, острия пластинок её удерживают. Для заготовок малой прочности вместо когтей применяют резиновые наконечники.
9.6. Наряду с противовыбрасываю-щими завесами широко известны тамбурные завесы, которые пропускают предметы обработки и закрываются над ними, сберегая тепло, снижая шум, препятствуя выходу испарений, газов, пыли, возникающих при работе машин. Такие устройства применяются, например, в машинах пищевой промышленности, окрасочных установках и т.п.
9.7. Устройства электробезопасности любой техники также являются одним из главных условий их работоспособности. К ним относятся:
- изоляция токоведущих проводов и элементов управления;
-предохранители в бытовой технике имеют различное назначение;
-традиционные плавкие вставки обеспечивают наиболее быстрое отключение при коротком замыкании и перегрузках. Однако, они считаются невосстанавливае-мым элементом, поэтому сейчас используются только в радио- и телевизионной аппаратуре;
- тепловые и индуктивные предохранительные реле срабатывают медленнее плавких вставок, но зато просто и дёшево восстанавливают свою работоспособность, позволяют регулировать силу тока срабатывания. Поэтому они давно заменили плавкие вставки ('пробки') в жилье в большинстве машин. Для безопасности детей и для личной безопасности используют предохранители дифференциального тока. Эти сложные устройства контролируют индуктивность и ёмкость электролиний, и при незначительных их изменениях отключают ток. Как заявляют изготовители, при их использовании можно безбоязненно прикасаться к оголенным проводам, т.к. обеспечивается мгновенное отключение электроэнергии. Однако, эти предохранители не получили широкого применения не столько из-за высокой стоимости, сколько по причине частых
ложных отключений по причине случайных отклонений параметров проводки.
Для нагревательной бытовой техники (обогревателей, чайников, кофеварок, и т.п.), как правило, дополнительно применяют легкоплавкие предохранители, расположенные вблизи нагревательных элементов. Они расплавляются не столько под действием тока, сколько в результате перегрева. Например, по причине поломки основных температурных реле. В народе их часто называют 'противопожарные' предохранители.
Заземление в бытовой технике раньше применялось не часто. Теперь, после перехода на Европейские стандарты, это обязательно. Однако, при установке современной бытовой техники и при переоборудовании проводки в квартире, надо убедиться, что для дома существует заземляющий контур. Наладчики бытовой техники из разных фирм просто подключают провод "земля" к основаниям щитков, т.к. считают, что заземление быть должно. То же самое делают за оплату местные электрики, причем, по согласованию с ЖЭК (жилищноэксплуатационной конторой). Но, на деле часто оказывается, что заземляющий контур отсутствует, а ток уходит по водопроводным трубам, что недопустимо.
Т.о. составлена обобщенная избыточная структурная схема рабочей машины. Эта схема в равной степени пригодна для анализа и синтеза бытовой и промышленной техники. Линии связей элементов структуры на схеме показывают их принадлежность (привязку; крепление) к основанию - корпусу. Предусматриваются также связи большинства элементов машин с системой управления, что обуславливает высокую степень механизации и автоматизации. Избыточность обобщенной структурной схемы рабочей машины позволяет ускорить процессы анализа и синтеза конструкций бытовой и промышленной техники, выбором целесообразных решений.
Число главных механизмов (устройств) определяется назначением машины и выполняемых ею функций. Остальные устройства находятся в зависимости от этого выбора принятого и коэффициента автоматизации.
Методика представления рабочей машины может быть положена в основу программирования САПР (систем автоматизированного проектирования).
1 Оборин Лев Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовой техники», тел.:(812) 3624289
2 Хотулёв Вадим Александрович - студент 5 курса специальности 230300 - Бытовые машины и приборы, моб.: +7 9523507025
