ГЛАВА VIII
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
§ 1. Общие понятия
Машины-автоматы.
Машина, которая при осуществлении технологического процесса производит все движения цикла обработки и нуждается лишь в контроле и наладке, называется машиной-автоматом [31]. Машинные процессы обработки (резание, ковка и штамповка металла, электрогазосварочные работы и др.) характеризуются наличием основных (рабочих) и вспомогательных движений узлов оборудования, материала и деталей. К основным движениям относятся перемещения, связанные с взаимодействием в процессе обработки рабочих инструментов и машины с материалами или заготовками, к вспомогательным — переходы и приемы, связанные с перемещением, закреплением, установкой заготовок, наладкой и регулировкой машины, подводом и отводом инструментов. Некоторые движения на одних участках пути могут быть вспомогательными, а на других основными. Так, например, движение резца в направлении подачи до соприкосновения с заготовкой вспомогательное, а в период резания — основное.
Помимо основных и вспомогательных движений, выделяют комплекс действий по управлению машиной. Управление заключается в постоянном наблюдении и контроле за параметрами процесса; в подаче команд начала операции, начала и конца движения, изменения режимов обработки, внесения поправок в первоначальную настройку и наладку машины. Приемы управления, качественно отличаясь от основных и вспомогательных движений, выражают целенаправленное сознательное воздействие человека на производственный процесс. У неавтоматизированных машин управление осуществляется рабочим, у автоматизированных — самой машиной.
Автоматизация — это придание машине способности выполнять самостоятельно без участия человека функции управления. У автоматизированных машин приемы управления выполняются специальными целевыми механизмами и устройствами. Если целевые механизмы осуществляют без вмешательства человека все действия рабочего цикла, то такая машина называется машиной-автоматом. Если же для повторения рабочего цикла требуется вмешательство человека (выполнение части вспомогательных переходов и операций), то такая машина называется полуавтоматом.
Независимо от выполняемых функций любой целевой механизм автоматического управления, предназначенный для осуществления отдельного приема управления, включает в себя три главнейших звена: распорядительное, промежуточное и исполнительное.
- Датчик (распорядительное звено) создает первоначальный импульс — командный сигнал для осуществления определенного приема управления. На датчик воздействует задатчик (механический нажим движущейся части станка, давление рабочей среды и т. д.). В зависимости от причины возникновения импульса датчики, применяемые при автоматизации работы машин, делятся на путевые, размерные, силовые и скоростные. В путевых датчиках импульс возникает в результате воздействия на датчик движущейся части машины; в размерных — когда обрабатываемая поверхность получает требуемый размер; в силовых — когда усилия, действующие в узлах машины, или давление рабочей среды достигают определенного значения; в скоростных — когда скорость движения достигает заданного значения.
По характеру создаваемых импульсов датчики делятся па механические, электрические, фотоэлектрические, пневматические и гидравлические.
- Промежуточное звено (в отдельных случаях может отсутствовать) предназначено для преобразования импульса, создаваемого датчиком. Характер преобразования зависит от условий работы и назначения целевого механизма автоматического управления. В большинстве случаев это звено преобразует полученный сигнал; например, электрический сигнал в гидравлический, пневматический — в электрический и т. д.
- Исполнительное звено непосредственно осуществляет данный прием управления. В зависимости от вида энергии исполнительные звенья делятся на механические, электрические, электромеханические, гидравлические и пневматические.
Целевые механизмы автоматического управления обычно классифицируют по типу применяемых датчиков и исполнительных звеньев; на первое место ставят тип датчика, а на второе—тип исполнительного звена. Например, если датчик электрический, а исполнительное звено гидравлическое, то целевой механизм автоматического управления электрогидравлический. Название автоматической системы управления в целом обычно устанавливают по характеру совокупности входящих в систему целевых механизмов. Если в системе управления применяются целевые механизмы разных типов, то система именуется смешанной.
В машинах-автоматах целевые механизмы связывают процессы (переходы, операции) во времени и последовательности их возникновения и прекращения. При этом ставятся следующие задачи:
- установление во времени моментов возникновения и прекращения процесса с регламентацией его длительности:
- обеспечение одновременности возникновения или прекращения двух и большего числа процессов;
- создание определенной связи между двумя и более процессами, т. е. обеспечение хронологической избирательности сочетания процессов;
- исключение совпадения во времени двух и более процессов, называемое часто автоблокировкой;
- создание хронологической последовательности протекания любого количества независимых друг от друга процессов с заданными интервалами и длительностью, но с неуправляемыми режимами;
- то же, но с управляемыми режимами.
Рис. 174. Циклограмма машины-автомата
Порядково-временное связывание основных и вспомогательных движений и приемов управления в машинах-автоматах обусловливается взаимной увязкой работы всех целевых механизмов и устройств, осуществляющих указанные движения и приемы.
Суммарная длительность всех несовмещенных основных и вспомогательных операций технологического процесса называется технологическим циклом машины-автомата. Взаимная увязка работы целевых механизмов и устройств машины-автомата может быть представлена циклограммой (рис. 174), где для примера взята машина-автомат с четырьмя целевыми механизмами (№ 1, 2, 3, 4). Абсциссами циклограммы служат углы поворота φ у распределительного (главного) вала машины-автомата, воздействующего на целевые механизмы. Каждый целевой механизм имеет на циклограмме свою ломаную линию, характеризующую его состояние в зависимости от угла φ. Участки, параллельные абсциссе, соответствуют остановке, а наклонные прямые, соединяющие участки неподвижного положения, — перемещениям целевого механизма. Характер наклона прямых соответствует направлению движения целевого механизма (вперед или назад, вверх или вниз, по часовой или против часовой стрелки).
По циклограмме строится синхронная диаграмма машины-автомата, в которой представлен график линейного перемещения каждого целевого механизма в функции угла φ поворота распределительного вала машины-автомата (рис. 175).
Рис. 175. Синхронная диаграмма машины-автомата
Автоматические линии.
Систе ма взаимосвязанных машин-автоматов, осуществляющих автоматическую обработку, разборку или сборку в заданной последовательности основных и вспомогательных операций при механизированном перемещении заготовок, частей или изделий, называется автоматической линией. В автоматической линии за каждым автоматом закреплено выполнение одной или нескольких операций.
Основное направление в развитии автоматизации производственных процессов — это связывание нескольких линий в автоматический цех и далее завод. Первый в мире автоматический завод создан в СССР, на нем изготовляют поршни для двигателей.
В автоматической линии система машин-автоматов связана воедино транспортными устройствами и имеет единый темп работы и общую систему управления. Заготовки и изделия, проходя последовательно через все устройства автоматической линии, обрабатываются без участия человека. За ним остается настройка, налаживание, контроль за работой автоматической линии и ее ремонт.
Устройство автоматической линии базируется на разложении технологического процесса на многочисленные, сравнительно простые операции, каждая из которых (или комплекс которых) имеет близкую по величине продолжительность выполнения на отдельной машине- автомате. Однако взаимосвязанность отдельных автоматов приводит к тому, что с увеличением числа автоматов в линии возрастает вероятность простоя ее из-за простоев отдельных машин. Так, например, если в линии десять автоматов и каждый из них простаивает по 1 ч в смену, то при семичасовой смене простой каждого автомата составит 1 · 100/7 ~ 14,3% (при раздельной работе каждая машина используется на 85,7%).
Так как работа всех десяти автоматов взаимосвязана, простой автоматической линии будет иметь место при несовмещенных простоях каждого автомата. Следовательно, линия может простаивать от одного часа до полной смены. Учитывая известное положение теории вероятностей о том, что вероятность одновременного наступления нескольких независимых событий равна произведению вероятностей наступления каждого из них, получим при вероятности работы каждого автомата 0,857 вероятность работы автоматической линии, состоящей из десяти автоматов, равную 0,85710 = 0,214 = 21,4%; вероятность же простоя автоматической линии составит 78,6%.
Для сокращения простоев и повышения производительности автоматической линии между отдельными участками или автоматами линии устанавливают межучастковые магазины и бункера. Их емкость рассчитывают исходя из максимально допустимой длительности одновременного простоя участка, а на отдельных операциях (с наибольшей вероятностью технической неисправности) ставят параллельно действующие автоматы (дублеры).