CC BY
20
МАШИНЫ, АГРЕГА ТЫ И ПРОЦЕССЫ
УДК 658.2 (091); 621.9.06-133.2-52.001.2
ТЕОРИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ БУНКЕРНЫХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ШТУЧНЫХ ПРЕДМЕТОВ ОБРАБОТКИ В ТРУДАХ ТУЛЬСКОЙ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
(к 70-летию Тульской научной школы автоматизации производственных процессов)
ЕВ. Пантюхина, ВВ. Прейс, НА. Усенко
Рассмотрен семидесятилетний период развития Тульской научной школы автоматизации производственных процессов, возникшей на базе отечественного па-тронно-гильзового производства, в области создания теории механических бункерных загрузочных устройств для штучных предметов обработки, нашедшей отражение в научных трудах ее создателей, последователей и учеников.
Ключевые слова: патронно-гильзовое производство, автоматизация производственных процессов, механическое бункерное загрузочное устройство.
Зарождение Тульской научной школы автоматизации производственных процессов исторически связано с научно-техническим проблемами, вставшими перед отечественным патронно-гильзовым производством в середине сороковых годов прошлого века. В эти годы по заданию Наркомата вооружений СССР на кафедре «Оборудование патронно-гильзового производства» Тульского механического института под руководством заведующего кафедрой В.Ф. Прейса были развернуты масштабные теоретические и экспериментальные исследования механических бункерных загрузочных устройств для автоматической загрузки элементов патронов стрелкового оружия в прессы-автоматы и автоматические линии.
Результаты научных исследований легли в основу кандидатской диссертации В.Ф. Прейса на тему «Основы методики проектирования крючковых и карманчиковых автоматов питания и их экспериментальное исследование», которую он защитил в 1948 году в стенах МВТУ им. Н.Э. Баумана.
Кандидатская диссертация В.Ф. Прейса была на тот момент первой и единственной в мировой практике комплексной научно-исследовательской работой, в которой были заложены теоретические основы и разработана научная методика расчета и проектирования механических бункерных загрузочных устройств, базировавшиеся на положениях классической механики. В диссертации впервые были введены понятия о вероятности захвата штучных заготовок захватывающими органами и коэффициенте выдачи; разработаны начала теории захвата заготовок захватывающими органами и теории выдачи заготовок из захватывающих органов; разработана методика экспериментального исследования бункерных загрузочных устройств и даны основные формулы для расчета их теоретической и фактической производительности.
В 1955 году в издательстве «Машгиз» (г. Москва) вышли в свет две монографии: совместная монография А.Н. Малова и В.Ф. Прейса «Механизация и автоматизация штамповочных работ» и 2-е издание монографии А.Н. Малова «Автоматическая загрузка металлорежущих станков», в которых были опубликованы основные теоретические положения, разработанные В.Ф. Прейсом по расчету и проектированию механических бункерных загрузочных устройств для элементов патронов стрелкового оружия.
В период 1948-1960 годов под научным руководством В.Ф. Прейса и его непосредственном участии были проведены обширные теоретические и экспериментальные исследования практически всего типажа бункерных загрузочных устройств (дисковых, лопастных, барабанных и др.) для элементов патронов стрелкового оружия, результаты которых были опубликованы в трудах Тульского механического института.
За большую научную и пропагандистскую деятельность президиум правления Тульского областного научно-технического общества машиностроительной промышленности присудил В.Ф. Прейсу в 1961 году премию имени оружейника С.И. Мосина за работу «Вопросы теории автоматических загрузочно-ориентирующих устройств».
Весной 1962 года Центральным бюро технической информации (ЦБТИ) Тульского совета народного хозяйства был издан сборник «Автоматические роторные линии (исследование, расчет, проектирование)» под редакцией В.Ф. Прейса, в который вошли статьи сотрудников и аспирантов руководимой им кафедры, обобщавшие результаты многолетних теоретических и экспериментальных исследований в области расчета и проектирования автоматических роторных линий и технических средств для автоматической загрузки штучных заготовок.
В октябре 1962 года в г. Туле по инициативе В.Ф. Прейса прошла межобластная научно-производственная конференция по промышленному применению средств автоматической загрузки и межоперационного транспорта, организованная Тульским механическим институтом совместно с ЦБТИ Приокского совета народного хозяйства и с Тульским областным отделением научно-технического общества машиностроительной промышленности. По результатам работы конференции ЦБТИ был издан сборник «Средства автоматической загрузки и межоперационного транспорта машин-автоматов и автоматических линий» под редакцией В.Ф. Прейса и И.А. Клусова, в котором были опубликованы статьи ученых и производственников городов: Тулы, Москвы, Ленинграда, Львова, Харькова, Севастополя, Киева, Одессы, Риги, Новосибирска, Климовска.
В этом же году в Ученом совете Московского станкоинструментального института В.Ф. Прейс защитил докторскую диссертацию на тему «Основы теории бункерных загрузочных устройств для захвата и ориентации заготовок в автоматах и автоматических линиях штамповочного производства».
Впервые в мировой практике В.Ф. Прейсом были разработаны научные основы расчета, проектирования и исследования механических бункерных загрузочных устройств, включавшие ряд фундаментальных теоретических положений: теорию подготовки заготовок к захвату, теорию захвата заготовок захватывающими органами, теорию ориентации и переориентации заготовок, теорию выдачи заготовок в приемники. Научные положения, разработанные В. Ф. Прейсом, базировались на классических методах теоретической механики, теории механизмов и машин, теории производительности машин-автоматов и обширных экспериментальных исследованиях большого типажа механических бункерных загрузочных устройств для элементов патронов стрелкового оружия.
В конце 50-х годов прошлого века в зарубежной печати появилась информация о вибрационных загрузочных устройствах. В. Ф. Прейс, обладая развитой инженерной интуицией и широким научным кругозором, обратил внимание на автоматические загрузочные устройства нового типа. Развивать это перспективное научное направление он поручил своему молодому ученику Н.А. Усенко, который в 1967 году защитил кандидатскую диссертацию на тему «Исследование вибрационных загрузочных устройств с электромагнитным приводом».
В начале 60-х годов ХХ века в СССР окончательно сформировалось отечественное научное направление в области теории автоматической загрузки штучных заготовок, объединившее научные школы МВТУ им. Н.Э. Баумана (А.Н. Малов, Н.И. Камышный), Тульского политехнического института (В.Ф. Прейс), Львовского политехнического института (М.В. Медвидь, В. А. Повидайло) и Севастопольского приборостроительного института (А.Н. Рабинович, Н.И. Шерешевский).
В эти годы кафедра, руководимая В.Ф. Прейсом, стала подлинным научным центром по проблемам автоматизации производственных процессов, и в первую очередь, вопросам автоматической загрузки штучных заготовок в технологические машины-автоматы и автоматические линии. На кафедре получили поддержку новые научные направления в области автоматической загрузки предметов обработки с асимметрией формы и физических свойств, основанные на использовании электромагнитных полей (Б. А. Иоффе, Институт физики Латвийского отделения АН СССР, г. Рига;
A.Н. Лихачев, НИИ технологии и организации производства, г. Горький), пневмових-ревых и пневмоструйных методов (А. А. Иванов, НИИ технологии и организации производства, г. Горький; А.Г. Неизвестных, Севастопольский приборостроительный институт); фотоэлектрических методов (Ю.Л. Маткин, Е.А. Грудзин, Тульский политехнический институт); методов программного управления процессами ориентирования (В.А. Шабайкович, Львовский политехнический институт).
После проведения в Тульском политехническом институте на базе кафедры, руководимой В.Ф. Прейсом, целого ряда Всесоюзных, республиканских, отраслевых и областных конференций по проблемным вопросам комплексной автоматизации технологических процессов и производств И. И. Артоболевский, академик Академии наук СССР (АН СССР), предложил создать Тульский филиал научного семинара АН по основным проблемам теории механизмов и машин. С 1971 по 1973 год работу Тульского филиала научного семинара АН СССР возглавлял В.Ф. Прейс.
Это было действительным признанием ведущей роли сложившейся под руководством В.Ф. Прейса Тульской научной школы автоматизации.
В 1975 году уже после смерти В.Ф. Прейса его учениками и соавторами была закончена и выпущена в издательстве «Машиностроение» монография «Автоматизация загрузки прессов штучными заготовками» [1], в которой наиболее полно была изложена научная концепция В.Ф. Прейса и обобщены результаты многолетних работ Тульской научной школы автоматизации производственных процессов в области теории, расчета и проектирования механических и вибрационных бункерных загрузочных устройств для штучных заготовок.
Бурное развитие в конце 70-х годов ХХ века технологических систем на базе роторных машин, создаваемых в Конструкторском бюро автоматических линий (КБАЛ) под руководством академика АН СССР Л.Н. Кошкина, привело к появлению роторных систем автоматической загрузки штучных заготовок.
Первые кандидатские диссертации по этой тематике были защищены в стенах Тульского политехнического института аспирантами кафедры, ранее руководимой
B.Ф. Прейсом, сотрудниками КБАЛ: Г.В. Комаровым (1974 год) и Ф.М. Сахаровым (1975 год).
В 1983 году В.В. Прейс (в то время ведущий конструктор КБАЛ) защитил кандидатскую диссертацию в Центральном научно-исследовательском технологическом институте Министерства оборонной промышленности СССР (г. Москва) по исследованию роторных систем автоматической загрузки для элементов патронов стрелкового оружия, имеющих в своей структуре бункерные загрузочные устройства с вращающимися воронками и гравитационные или механические ориентаторы.
В 1984 году Н.А. Усенко в Тульском политехническом институте защитил докторскую диссертацию на тему «Основы проектирования высокопроизводительных автоматических загрузочных устройств штучных заготовок» (1984 г.), в которой впервые
были представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований нового перспективного класса автоматических загрузочных устройств - вибрационно-роторных.
В 1984 году Н.А. Усенко и И.С. Бляхеров в издательстве «Машиностроение» выпустили монографию «Автоматические загрузочно-ориентирующие устройства» [2], в которой наряду с авторскими результатами теоретических и экспериментальных исследований механических и вибрационных бункерных загрузочных устройств были представлены результатами теоретических исследований и вибрационно-роторных загрузочных устройств.
В 1990 году большим коллективом учеников и последователей В.Ф. Прейса (И.С. Бляхеров, Г.М. Варьяш, А.А. Иванов, И.А. Клусов, Г.В. Комаров, Ю.Л. Маткин,
A.Ю. Махлин, В.А. Поляков, ВВ. Прейс, НА. Усенко, Б.И. Черпаков, ВС. Шаршов) в издательстве «Машиностроение» был издан справочник «Автоматическая загрузка технологических машин» [3], в котором результаты исследований авторов в области автоматической загрузки штучных заготовок были обобщены до практических рекомендаций и инженерных методик проектирования технических средств и систем автоматической загрузки штучных заготовок в технологические машины-автоматы и автоматические линии на основе как стационарных, так и роторных, механических и вибрационных бункерных загрузочных устройств.
В этом же году часть материала, не вошедшая в справочник, и посвященная теории и практики создания роторных систем автоматической загрузки с механическими бункерными загрузочными устройствами, была опубликована в брошюре «Автоматическая загрузка роторных и роторно-конвейерных линий» (В.В. Прейс, Г.В. Комаров, И. А. Клусов, Ю.Л. Маткин, Г.М. Варьяш) [4].
После перехода в 1997 году на преподавательскую работу в Тульский государственный университет В.В. Прейс защитил докторскую диссертацию на тему «Теория и проектирование роторных систем автоматической загрузки», в которой теория роторных систем автоматической загрузки впервые была представлена как комплексная научная проблема, включающая совокупное рассмотрение их структур и функций, производительности и надежности во взаимосвязи с параметрами функциональных устройств и загружаемых штучных заготовок.
В последнее десятилетие научные положения теории механических бункерных загрузочных устройств для штучных предметов обработки, разработанные в рамках Тульской научной школы автоматизации производственных процессов, зародившейся семь десятилетий назад на базе отечественного патронно-гильзового производства, получают новое развитие в работах её учеников и последователей [5-13].
Результаты многолетних теоретических и экспериментальных исследований механических и вибрационных бункерных загрузочных устройств, полученные научными коллективами под руководством В. В. Прейса и Н. А. Усенко, положены в основу учебных пособий, рекомендованных УМО вузов по университетскому политехническому образованию для подготовки специалистов в профильных вузах, в первую очередь для оборонно-промышленного комплекса России [14, 15].
Список литературы
1. Автоматизация загрузки прессов штучными заготовками / В.Ф. Прейс, И.С. Бляхеров, В.В. Прейс, Н.А. Усенко. М.: Машиностроение, 1975. 280 с.
2. Усенко Н. А., Бляхеров И. С. Автоматическое загрузочно-ориентирующие устройства. М.: Машиностроение, 1984. 112 с.
3. Автоматическая загрузка технологических машин: справочник / И. С. Бляхе-ров [и др.]; под общ. ред. И. А. Клусова. М.: Машиностроение, 1990. 400 с.
4. Автоматическая загрузка роторных и роторно-конвейерных линий /
B.В. Прейс [и др.] // Машиностроительное производство. Серия: Автоматизация производства, гибкие производственные системы и робототехника. 1990. № 8. 56 с.
5. Прейс В.В., Галонска М.К. Бункерные загрузочные устройства с вращающимися воронками криволинейного профиля / Под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 128 с.
6. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Автоматическая загрузка стрежневых предметов обработки с неявно выраженной асимметрией по торцам; под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 112 с.
7. Роторные ориентирующие устройства с гравитационными ориентаторами /
A.Г. Астраханцев [и др.]; под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 124 с.
8. Ионов А. О, Прейс В.В. Роторные бункерные загрузочные устройства с вращающимися воронками для тонких стержневых предметов обработки; под науч. ред.
B.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 100 с.
9. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Механические бункерные загрузочные устройства в пищевой промышленности; под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 168 с.
10. Прейс В.В. Надежность роторных систем автоматической загрузки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 110 с.
11. Гравитационные ориентаторы с маятниковым L-образным захватом в роторных ориентирующих устройствах / И.Н. Пахомов [и др.]; под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 100 с.
12. Гравитационные ориентаторы в роторных системах автоматической загрузки технологических роторных машин / Астраханцев А.Г. [и др.]; под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 184 с.
13. Галонска М. К., Ионов А.О., Прейс В. В. Бункерные загрузочные устройства с вращающимися воронками; под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 224 с.
14. Прейс В.В., Усенко Н.А., Давыдова Е.В. Автоматические загрузочно-ориентирующие устройства. Ч. 1. Механические бункерные загрузочные устройства: учеб. пособие; под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 125 с.
15. Системы автоматической загрузки штучных предметов обработки в технологические машины-автоматы: учебное пособие / Н.А. Усенко, В.В. Прейс, Е.В. Давыдова, Е.С. Бочарова; под ред. проф. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 310 с.
Пантюхина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доцент, elen-davidovaamail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Прейс Владимир Викторович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Усенко Николай Антонович, д-р техн. наук, профессор, rabota-preys'a yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THEORY OF MECHANICAL HOPPER FEEDING DEVICES FOR WORK PIECES
IN PROCEEDINGS OF THE TULA SCIENTIFIC SCHOOL OF AUTOMATION (to the 70th anniversary of Tula scientific school of automation production process)
E. V. Pantiuhina, V. V. Preis, N.A. Usenko
The seventy-year period of development of the Tula scientific school of production processes automation, which arose on the basis of the domestic cartridge-sleeve production, in the field of creation of the theory of mechanical hopper feeding devices for work pieces, which is reflected in the scientific works of its creators, followers and students, is considered.
Key words: cartridge-sleeve production, automation of production processes, mechanical hopper feeding device.
Pantiuhina Elena Viktorov^, candidate of technical science, docent, elen-davidova@,mail. ru, Russia, Tula, Tula state university,
Preis Vladimir Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, manager of chair, rabota-preys@yandex. ru, Russia, Tula, Tula state university
Usenko Nikolai Antonovich, doctor of technical sciences, professor, rabota-preys@yandex. ru, Russia, Tula, Tula state university
УДК 621.979, 621.9
ВОПРОСЫ ПОВЫШЕНИЯ МОЩНОСТИ ПРИВОДА ВОЛЧКОВ ДЛЯ СРЕДНЕГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МЯСНОГО СЫРЬЯ
Е.И. Артёмова, Е.В. Пантюхина
Рассматриваются вопросы повышения мощности привода волчков для среднего измельчения мясного сырья в производстве колбасных изделий.
Ключевые слова: волчок, измельчение мясного сырья, среднее измельчение, мощность.
Все виды колбасных изделий подвергаются среднему измельчению. Для среднего измельчения мясного сырья используют волчки, которые работают по одному принципу и состоят из питающего (бункер, шнек) и режущего (приемная, промежуточная и выходная решетки, ножи) механизмов, привода, станины, электродвигателя, редуктора, площадки для санитарной обработки. Мясное сырье загружается в бункер и шнеком направляется в зону режущего механизма, где сырье измельчается до заданной степени [1].
В предыдущей статье был проведен анализ производительности волчка для измельчения различных видов мясного сырья от его основных параметров с учетом допускаемого напряжения шнека при изгибе. Графики показали, что для мясного сырья из говядины предельным допускаемым значением диаметра является [£^] = 0,185 м, тогда
рекомендуемые значения диаметра шнека и решетки £^рек = 0,160...0,167 м; при измельчении мясного сырья из свинины получаем предельно допускаемое значение диаметра шнека и решеток [£>2 ] = 0,188 м, тогда рекомендуемое значение принимаем в интервале £2рек = 0,160...0,169 м; если измельчать куриное сырье, то [£3] = 0,192 м, тогда £зрек = 0,160...0,173 м. Конструкция волчка с указанными значениями диаметров шнека
и решеток производительнее ранее известной конструкции на 11% при измельчении говядины, на 15% при измельчении свинины, на 19% при измельчении курицы [2].
Следующим основным показателем волчка для измельчения мясного сырья является мощность, определяемая по выражению
ы = N + N 2 + Щ + N 4 , (1)
Л '
465
