CC BY
1
Капелюховская Александра Александровна, старший преподаватель, [email protected], Россия, Омск, Омский государственный технический университет, SPIN-код: 2410-8153, AuthorID (РИНЦ): 684484
Веймер Иван Вячеславович, студент, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Рябов Илья Александрович студент, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Гаглоева Анжелика Ефремовна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Омск, Омский государственный технический университет, SPIN-код: 1612-8089, AuthorID (РИНЦ): 719356
THE POSSIBILITY OF CREATING COMPACT REFRIGERATING MACHINES BASED ON LOW-SPEED COMPRESSORS
S.S. Busarov, A. V. Nedovenchany, A.A. Kapelyukhovskaya, I. V. Weimer, I.A. Ryabov, A.E. Gagloeva
In modern refrigerating machines, the condensing unit has significant weight and size indicators. Recently, work has been underway to create compressors in which condensation of the working fluid is possible, and such compressors are not afraid of water hammer. The exclusion of the condenser from the circuit, due to the combination of the compression and condensation process in the compressor, will reduce the weight and size parameters of the refrigeration unit by 20 ... 60%.
Key words: refrigeration compressor, refrigeration cycle, condenser, mass and dimensional parameters of the refrigeration unit.
Busarov Sergey Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, bssi1980@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Nedovenchany Alexey Vasilyevich, candidate of technical sciences, docent, lonewolf_rus88@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Kapelyukhovskaya Alexandra Alexandrovna, senior lecturer, shipunovaa@mail. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University, SPIN-code: 2410-8153, AuthorID (RSCI): 684484,
Weimer Ivan Vyacheslavovich, student, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Ryabov Ilya Alexandrovich, student, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Gagloeva Angelika Efremovna, candidate of technical sciences, docent, Russia, Omsk, Omsk State Technical University, SPIN code: 1612-8089, AuthorID (RSCI): 719356
УДК 62-5
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-492-493
ЦИКЛОГРАММИРОВАНИЕ МАШИН-АВТОМАТОВ МЕТОДАМИ СЕТЕВОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
И УПРАВЛЕНИЯ
Е.Н. Хозина, Л. Альвари, П.А. Королев, О.С. Журавлева
В статье рассмотрены особенности циклограммирования машин-автоматов на основе использования сетевого планирования на примере ткацкой машины с малогабаритными прокладчиками утка типа СТБУ. Предложена методика циклограммирования с использованием графов, и на ее основе построена сетевая цикловая диаграмма функциональной группы механизмов прокладывания утка ткацкой машины.
Ключевые слова: машина-автомат, циклограммирование, сетевое планирование, граф, функциональная группа, сетевая цикловая диаграмма.
В последние годы методы циклограммирования машин-автоматов развиваются в направлении использования методик, связанных с построением различных графов [1], представляющих собой некоторую математическую абстрактную модель реальной физической системы или технологического процесса, которая может быть охарактеризована как совокупность двух множеств: множества самих объектов (множество вершин) и множества их парных связей (множество ребер). Существует большое разнообразие типов графов, например, псевдографы, мультиграфы, смешанные графы и другие.
Для циклограммирования машин-автоматов чаще всего используют ориентированные графы и их подвиды, среди которых можно выделить моделирование по типу систем сетевого планирования и моделирования (СПМ) [1, 2, 3], а также сети Петри [4, 5], поскольку они позволяют отражать не только алгоритм работы цикловых механизмов, но и кинематические и технологические зависимости между их перемещениями.
Рассмотрим процесс циклограммирования машин-автоматов с помощью так называемого сетевого планирования. Сетевое планирование - метод, при котором используется графическое моделирование планируемого технологического процесса, отражающее логическую последовательность технологических операций, необходимых для его выполнения, существующую взаимосвязь между операциями и механизмами, их осуществляющими, а также планируемую продолжительность как отдельных операций, так и всего процесса в целом [6, 7].
492
Сегодня диапазон применения методов сетевого моделирования весьма широк, поскольку оно позволяет разрабатывать алгоритм выполнения технологических операций, уплотнять цикловые диаграммы (ЦД) на основе выявления временных резервов работы механизмов, прогнозировать усовершенствование технологического процесса и тем самым повышать производительность оборудования.
Результатом сетевого планирования в циклограммировании является получение сетевой ЦД, представляющей собой безмасштабную модель по типу систем СПМ [1] и отражающую не только рабочие, холостые перемещения и выстои механизма, но и взаимосвязи между ними. В отличие от простых линейных графиков и табличных расчетов сетевая ЦД позволяет разрабатывать и оптимизировать сложные технологические объекты, к которым относится большинство цикловых машин-автоматов.
Основными понятиями при разработке сетевой модели выступают работа, событие и зависимость (рис. 1)
[8].
Под работой понимают некоторый технологический процесс, требующий затрат времени и ресурсов и ограниченный событиями, где под событием понимается фиксированный результат работы, не имеющий продолжительности, а под зависимостью - логическая взаимосвязь между работами (на рис. 1 изображена в виде стрелок).
Рис. 1. Пример сетевой модели: И - исходные данные; С1...С6 - планируемые события; Р - результат
Следует отметить, что существует три типа зависимостей: 1. последовательные, когда одно действие не может начаться без завершения другого; 2. параллельно-взаимосвязанные, причем они бывают двух видов: когда несколько работ могут выполняться одновременно, чтобы обеспечить начало новой работы; когда одна работа порождает еще несколько параллельных работ; 3. параллельные, не взаимосвязанные.
Алгоритм построения ЦД на основе сетевой модели имеет следующий вид:
1. представление всей машины-автомата в виде совокупности нескольких функциональных групп механизмов, выделенных на основе общности выполняемой ими технологической операции;
2. анализ взаимодействия механизмов друг с другом внутри каждой функциональной группы и определение значимых точек этого взаимодействия;
3. установление оптимальной последовательности взаимодействия механизмов друг с другом с учетом возможности совмещения нескольких технологических операций;
4. расчет величин углов поворота распределительного вала машины-автомата, отводимых на работу каждого механизма;
5. построение ЦД на основе сетевой модели как визуального результата процесса циклограммирования;
6. оценка длительности всего технологического цикла работы машины-автомата, т.е. определение так называемого критического пути.
При циклограммировании машин-автоматов наибольшее применение нашла классическая сетевая модель, содержащая информацию об определенных параметрах технологических операций и их логической взаимосвязи, причем последние детерминированы и включают в себя технологические зависимости между работами только типа «не ранее». Классическая сетевая модель представляет собой конечный граф G = (О, А), где О — это множество вершин, отождествляемых с событиями, а А - матрица смежности, т.е. множество ориентированных дуг, отождествляемых с работами. Каждой дуге (г, ]) поставлен в соответствие количественный параметр ^ который определяет время выполнения работы (г,]) [8].
Рассмотрим моделирование сетевой ЦД на примере ткацкой машины (ТМ) с малогабаритными прокладчиками утка типа СТБУ. Несмотря на то, что представленный выше алгоритм предусмотрен для разработки и создания новых ЦД, его можно также использовать для анализа и оптимизации уже существующих ЦД, что и было сделано в данной работе.
Рассмотрим ТМ типа СТБУ в виде совокупности 7 функциональных групп (ФГ) механизмов, представленных в таблице.
Перечень функциональных групп [9]
Номер N функциональной группы Наименование функциональной группы Обозначение функциональной группы
1 Механизмы отпуска и натяжения основы и навивания ткани ФГ1
2 Зевообразовательный механизм ФГ2
3 Механизмы прокладывания уточной нити ФГ3
4 Механизмы торможения и позиционирования прокладчиков утка ФГ4
5 Механизмы освобождения прокладчика утка от уточины и возврата прокладчика к левой боевой коробке ФГ5
6 Механизм прибоя уточной нити ФГ6
7 Кромкообразовательный механизм ФГ7
Среди всех функциональных групп выделим группу механизмов прокладывания утка ФГ3 как группу, определяющую работу всей машины в целом. На рис. 2 представлена классическая графическая ЦД механизмов ТМ типа СТБУ, входящих в ФГ3, построенная на основе данных [10, 11]. Кроме того, на рис. 2 обозначен зевообразова-тельный механизм 8, не входящий в рассматриваемую группу, но непосредственно взаимосвязанный с ней. На рис. 2 также показаны характерные точки (1.1, 3.4, 6.2 и т.д.), которые иллюстрируют начало и конец различных техноло-
гических операций, а также взаимосвязь между ними, что впоследствии поможет нам в построении ЦД сетевым методом. К характерным точкам относятся также те точки на ЦД, которые, не являясь началом или концом операции, оказывают серьезное влияние на организацию и проведение технологического процесса. Так, примером может служить точка 1.2 (100°), где происходит получение нити прокладчиком утка, или точка 2.4 (360°), которая характеризует встречу раскрывателя пружины прокладчика утка с самим прокладчиком. Характерные точки обозначены двумя цифрами, где первая соответствует порядковому номеру механизма на ЦД, а вторая показывает положение механизма в данный момент времени (при данном угле поворота распределительного вала машины (РВМ)).
Рассмотрим подробнее технологическое назначение механизмов, представленных на рис. 2, и их характерные точки.
Торсионный боевой механизм (рис. 2, поз. 1) предназначен для прокидки прокладчика с утком через зев на всю заправочную ширину ТМ, причем начальная скорость прокладчика утка определяется потенциальной энергией закрученного торсионного вала. Главной характерной точкой для этого механизма является точка боя 1.3, соответствующая 120° угла поворота РВМ. После проброса прокладчика в интервале 120° - 140° (точки 1.3 - 1.4) происходит раскручивание торсионного вала, а затем - новый этап закручивания торсиона, который оканчивается при 50° (точка 1.1).
Раскрыватель пружины прокладчика утка (рис. 2, поз. 2) предназначен для открывания пружин прокладчиков с целью размещения утка между разжатыми губками пружины прокладчика утка, фиксирования прокладчика утка в подъемнике и закрывания пружины прокладчика после передачи утка от возвратчика утка перед боем. Движение механизма вверх начинается при 350° (точка 2.3), затем при 360° происходит встреча с прокладчиком (точка 2.4), а в интервале 85° - 150° осуществляется движение вниз (точки 2.1 - 2.2). В оставшееся время механизм выстаивает.
Возвратчик утка (рис. 2, поз. 3) необходим для отвода уточной нити, отрезанной у левой кромки ткани, в зону для передачи ее прокладчику утка. Основными движениями этого механизма являются его движение за уточиной в период 230° - 310° (точки 3.2 - 3.3) и его перемещение с нитью к прокладчику, выполняемое в интервале 357° - 60° (точки 3.4 - 3.1).
Раскрыватель пружины возвратчика утка (рис. 2, поз. 4) служит для раскрывания пружины возвратчика перед боем после передачи уточной нити прокладчику и у левой кромки ткани после отрезания нити, т.е. осуществляет два раскрытия за один цикл работы. Особый интерес представляет первое раскрытие, необходимое для передачи уточины прокладчику и осуществляемое в период 85° - 120° (точки 4.2 - 4.3).
©
290
85
(Я)
КО
©
230
Э ©
в
120
205 215 291 331
© © © ©
10 в 120 200
© © ©
©
© ©
ю К5 235
Рис. 2. Классическая графическая цикловая диаграмма механизмов, входящих в ФГЗ: 1 - торсионный боевой механизм; 2 - раскрыватель пружины прокладчика утка; 3 - возвратчик уточной нити; 4 - раскрыватель пружины возвратчика утка; 5 - подъемник прокладчиков утка; 6 - компенсатор утка; 7 - тормоз утка
Подъемник прокладчиков утка (рис. 2, поз. 5) представляет собой механизм, осуществляющий процесс подачи прокладчика утка с конвейера на линию боя. Подъем прокладчика приходится на период 10° - 88° (точки 5.1 и 5.2), а выстой его в верхнем положении до боя - на интервал 88° - 120° (точки 5.2 и 5.3).
Компенсатор утка (рис. 2, поз. 6) служит для изменения натяжения нити перед боем и после прилета прокладчика в правую приемную коробку. В первом случае требуется обеспечить наилучшие условия подачи уточины в зев, а во втором необходимо удалить из зева компенсационную петлю. Опускание компенсатора на ТМ типа СТБУ происходит при 100° - 160° (точки 6.1 и 6.2), а вытягивание излишка нити - при 285° - 100° (точки 6.3 и 6.1).
Тормоз утка (рис. 2, поз. 7) предназначен для обеспечения разных уровней торможения уточины в конце полета прокладчика утка и во время работы компенсатора, причем отпуск нити за счет нахождения лапки тормоза вверху происходит в интервале 105° - 140° (точки 7.1 и 7.2), а затем начинается основная работа тормоза утка, завершающаяся при 250° (точка 7.3).
На основе ЦД, приведенной на рис. 2, была разработана и построена сетевая ЦД механизмов, входящих в ФГ3 (рис. 3).
При построении сетевого графика учитывались следующие рекомендации [6]:
1. длина стрелки не зависит от времени выполнения работы;
2. каждая операция должна быть представлена только одной стрелкой;
3. между одними и теми же событиями не должно быть параллельных работ;
4. следует избегать пересечения стрелок;
5. не должно быть стрелок, направленных справа налево;
6. номер начального события должен быть меньше номера конечного события;
7. не должно быть висячих событий (т.е. не имеющих предшествующих событий), кроме исходного;
8. не должно быть тупиковых событий (т.е. не имеющих последующих событий), кроме завершающего;
9. не должно быть циклов.
Исходными данными для построения сетевой ЦД служат величины фазовых и цикловых углов классиче-
ской ЦД (рис. 2). Вершины сетевой ЦД (рис. 3) соответствуют событиям, т.е. началу / концу рабочего хода или вы-стоя и особым точкам ЦД. Дуги обозначают операции (работу) цикловых механизмов (рабочий, холостой ход, выстой) или взаимосвязь между движениями рабочих органов механизмов ФГ и отражают величины фазовых углов ЦД, соответствующих продолжительности этих процессов.
Рассмотренные в статье классическая и сетевая ЦД имеют свои преимущества и недостатки. Так, классическая ЦД позволяет наглядно видеть характер процесса (выстой, подъем или опускание механизма), что не отражается на сетевой ЦД. С другой стороны, сетевая ЦД ярко иллюстрирует взаимосвязь и последовательность работы механизмов, что трудно оценить по классической ЦД. Таким образом, выбор вида ЦД (классическая или сетевая) зависит от задачи, стоящей перед проектировщиками оборудования.
Представленная в работе методика циклограммирования может быть использована в различных отраслях промышленности при оптимизации существующих цикловых машин-автоматов, а также при синтезе новых образцов таких машин.
1. Афанасьев Ю.А., Подгорный Ю.И. и др. Исследование и проектирование цикловых диаграмм технологических машин: Монография. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. 200 с.
2. Разу М.Л. Управление проектом. Основы проектного управления: учебник / М.Л. Разу и др.; под ред. проф. М.Л. Разу. М.: Высшая школа, 2006. 768 ^
3. Голенко-Гинзбург Д.И. Стохастические сетевые модели планирования и управления разработками: Монография. / Д.И. Голенко-Гинзбург; под ред. В.Н. Буркова. Воронеж: Научная книга, 2010. 284 ^
Рис. 3. Сетевая цикловая диаграмма механизмов, входящих в ФГ3
Список литературы
4. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. М.: Мир, 1984. 264 с.
5. Симанков В.С., Толкачев Д.М. Моделирование сложных объектов в режиме реального времени на основе сетей Петри // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия 4: Естественно-математические и технические науки. 2012. № 4. С. 202-209.
6. Woodward J.F. Quantitative Methods in Construction Management and Design. - Macmillan Publishers Limited, 1975. 185 p.
7. Surayya Aulia, Hendra Cipta. Network Planning Analysis Using CPM and PERT Methods on Optimization of Time and Cost // Jurnal dan Penelitian Teknik Informatika. Volume 8, Issue 1, January 2023. P. 171-177.
8. Плескунов М.А. Задачи сетевого планирования: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та,
2014. 92 с.
9. Альвари Л., Хозина Е.Н., Королев П.А., Журавлева О.С. Особенности циклограммирования машин-автоматов // Дизайн и технологии, № 94 (136), 2023. М.: РГУ им. А.Н. Косыгина. С. 98-102.
10. Ковалева О.С. Исследование и усовершенствование механизмов, участвующих в прокладывании уточной нити на ткацких машинах с малогабаритным прокладчиком утка, с целью повышения их производительности. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М: МГТУ, 2006. 198 с.
11. Алленова А.П. Автоматические ткацкие станки СТБ. М.: Легпромбытиздат, 1985. 288 с.
Хозина Елена Николаевна, канд. техн. наук, доцент, khozina-en@rguk. ru, Россия, Москва, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство),
Альвари Лара, аспирант, laraalwaari@gmail. com, Россия, Москва, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство),
Королев Павел Александрович, канд. техн. наук, доцент, korolev-pa@rguk. ru, Россия, Москва, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство),
Журавлева Ольга Сергеевна, канд. техн. наук, доцент, zhuravleva-os@rguk. ru, Россия, Москва, Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)
CYCLOGRAMMING OF AUTOMATIC MACHINES BY NETWORK PLANNING AND MANAGEMENT METHODS E.N. Khozina, L. Alwaari, P.A. Korolev, O.S. Zhuravleva
The article discusses the features of the cyclogramming of automatic machines based on the using of network planning on the example of a projectile weaving machine of STBU type. A method of cyclogramming using graphs is proposed, and a network cyclic diagram of the functional group of mechanisms of the weaving machine weft insertion system is developed.
Key words: automatic machine, cyclogramming, network planning, graph, functional group, network cyclic diagram.
Khozina Elena Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Moscow, The Kosygin State University of Russia (Technologies. Design. Art),
Alwaari Lara, postgraduate, laraalwaari@gmail. com, Russia, Moscow, The Kosygin State University of Russia (Technologies. Design. Art),
Korolev Pavel Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, korolev-pa@rguk. ru, Russia, Moscow, The Kosygin State University of Russia (Technologies. Design. Art),
Zhuravleva Olga Sergeevna, candidate of technical sciences, docent, zhuravleva-os@rguk. ru, Russia, Moscow, The Kosygin State University of Russia (Technologies. Design. Art)
