Конструирование с использованием аналогов

Иногда высказывается мнение, что лучше для решения задачи в одной области взять специалиста из другой области (он как бы менее «зашорен» и т.п.). Опыт конверсии показал, что это не имеет под собой никакой почвы. Швейную машину также трудно сконструировать, как и ракету. Каждый хороший художник в целях совершенствования мастерства считает обязательным копирование работ великих мастеров. Так же и хороший конструктор должен осмыслить в деталях и «пропустить через себя» процесс получения хороших конструкций (прототипов) прежде всего в своей области. Углубленное изучение конструктивной эволюции позволяет набрать необходимую сумму фактов для формулирования закономерностей развития машин этого класса, что облегчает поиск перспективных решений. Таким образом, можно сформулировать наиболее распространенный и эффективный метод конструирования - метод, основанный на анализе и критической оценке известных решений-аналогов (одного или нескольких).

Недостатками этого метода являются:

Вопрос о том, как рационально совмещать новое со старым, зависит от качества отработки известного решения (стоит ли заимствовать), от уровня технологической подготовленности, профессиональных качеств конструктора.

В случае конструирования, когда за основу принимается известный прототип, хорошо зарекомендовавший себя в работе, риск разработки существенно уменьшается.

Этапами разработки являются.

  1. Анализ аналогов, при котором уточняются технологические особенности использования машины, изучаются принцип работы и конструктивные особенности, оцениваются положительные и отрицательные стороны и на основе полученной информации более точно формулируется техническое задание на разработку.
  2. Уточнение разработок с учетом возможностей производства: что можно заимствовать полностью, какие изменения необходимо провести и к чему они приведут, что разрабатывается вновь.
  3. Представление образа будущей машины и оценка согласования новых решений с заимствованными, а также последствий проведенных изменений.

Методы работы с прототипом включают:

  1. использование видов преобразований объекта, рассмотренных в п. 1.2.6;
  2. приспособление объекта к новым условиям работы;
  3. упрощение объекта, например удаление неосновных элементов;
  4. перенос решений из другой области;
  5. введение новых деталей, узлов, приводов;
  6. уменьшение недостатков в заданных условиях работы;
  7. изменение условий работы (сокращение времени действия отрицательных факторов, исключение нежелательных свойств);
  8. частичное решение, т.е. неполное удовлетворение требований при сохранении работоспособности и основных показателей.

Примеры конструирования с помощью аналогов. Рассмотрим весьма укрупненно последовательность решения задачи этим методом.

Постановка задачи. Спроектировать установку для отрезки труб нефтепроводов и обработки фаски под сварку (при ремонте трубопроводов). Заданы: диапазон диаметров 250... 1020 мм, толщина труб 5.. .40 мм, материал. Задача состоит в следующем:

В первую очередь необходимо при анализе аналога определить:

1)          принцип обработки (формообразование, технология);

2)          схему резания, режимы и инструмент;

3)          тип и особенности приводов;

4)          диапазон охвата диаметров труб одной установкой,

5)          условия обеспечения безопасности, особенности эксплуатации;

6)          конструктивные и другие особенности.

Конструирование с использованием аналогов

Принцип работы аналога (рис. 1.123, а). Труборез 1 устанавливается на обрабатываемой трубе 2 и удерживается подпружинной многозвенной цепью 3. Цепь каким-то образом натягивается на трубу (механизм натяжения установить не удалось). При переходе на другой диаметр трубы длина цепи компенсируется, очевидно, изменением числа звеньев (установить не удалось). Труборез опирается на трубу четырьмя роликами 4, что уменьшает влияние погрешности трубы на глубину резания. Обработка осуществляется набором фрез 5, которые вращаются от гидро- или пневмопривода (очевидно, для регулирования частоты, большей безопасности и получения меньших габаритов установки). От этих же двигателей осуществляется круговая подача Sxp трубореза. При этом вращается звездочка привода и происходит обкатывание по натянутой цепи. Один труборез используется для некоторого диапазона диаметров (установить не удалось). Труборез работает в заводских и полевых условиях.

Схема обработки (рис. 1.123, б). При отрезке (схема I) используется прорезная (отрезная) фреза I диаметром около 200 мм, при образовании фасок (схема II) - набор фрез 2 для получения левосторонней и правосторонней фаски. Диаметры согласованы с диаметром отрезной фрезы. (Круговая подача около 76 мм/мин и менее для легированных сталей, максимальная глубина резания в один проход - 20 мм, частота вращения фрезы 35...55 мин-1.)

Использованы гидро- и пневмоприводы с соответствующим периферийным оборудованием (компрессором, насосной установкой, дизель-генератором и др.). мощность главного привода около 4 кВт. Не удалось установить следующее:

Можно заимствовать полностью:

1)        схему резания, движения, инструмент, режимы обработки (безусловно, с соответствующими расчетами и корректировками);

2)        базирование на роликах, когда копируется отклонение трубы по форме.

Конструирование с использованием аналогов

 

Конструирование с использованием аналогов

В отличие от аналога внесены следующие изменения:

1)        поскольку отсутствует соответствующий набор устройств для реализации гидро- или пневмопривода в условиях работы с большими минусовыми температурами, целесообразно использовать взрывозащищенные электродвигатели. Это накладывает отпечаток на выбор их мощности. Для уменьшения габаритных размеров двигателей мощность должна быть минимально необходимой. Поэтому в отличие от аналога используем одностороннее резание (рис. 1.124) при обработке фаски, при этом частично изменяется метод обработки;

2)        из-за плохого базирования установки при применении цепной передачи схема резания должна быть симметричной (см. рис. 1.123, б), т.е. одна угловая фреза работает «вхолостую» только для уравновешивания осевой нагрузки. В противном случае возникает осевая сила, которая не воспринимается цепью (т.е. избыточная мощность в нашем случае недопустима, а применение цепной передачи затруднено);

3)        возможность совмещения плоскости резания в начале и в конце обработки без соответствующих устройств вызывает сомнение, поэтому нужны какие-то направляющие устройства, например в виде гибкой ленты, по торцам которой базируется установка.

Наиболее слабым местом аналога, на взгляд автора, является отсутствие хорошего базирования для получения реза, перпендикулярного оси трубы, поэтому принимаются новые решения:

1)        для осуществления круговой подачи и базирования устройства предлагается разъемный зубчатый венец 1, закрепляемый на трубе (рис. 1.125, а). Выставка и закрепление венца осуществляются двенадцатью винтами 2 (рис. 1.125, б);

2)        базовые поверхности 3-8 венца служат опорными поверхностями трубореза, который устанавливается на этот венец;

3)        салазки трубореза 9 вращаются при обкатывании колеса 10 вокруг венца 1. На салазках 9 на оси 12 установлен корпус установки 15 (рис. 1.125, в);

4)        для осуществления радиальной врезной подачи главный привод выполняется в поворотном корпусе 15, связанном осью 12 с салазками 9. Величину врезания регулируют выдвижением ролика 13 (за квадрат 14). Ролик опирается на обрабатываемую трубу, что дает возможность копировать погрешность трубы. Кинематическая схема трубореза приведена на рис. 1.126.

Условно можно выделить следующие выполненные преобразования:

Анализ полученного решения в сравнении с аналогом показал:

1)        преимущества - упростилось обслуживание, так как вместо гидро- или пневмопривода использован электропривод; снята проблема совмещения плоскости резания в начале и в конце фрезерования; довольно просто решена задача осуществления радиального врезания Sрад; исключена поломка фрезы в конце резания установкой сзади фрезы клина, который входит в обрабатываемый паз;

2)        недостатки - завышена масса установки, так как гидродвигатель имеет меньшую массу; увеличено количество типоразмеров установок на весь диапазон диаметров груб, так как венец используется на небольшом диапазоне размеров; процесс выверки зубчатого венца и установка устройства стали более трудоемкими.

Конструирование с использованием аналогов

 

Конструирование с использованием аналогов

Как видно, проектирование с использованием аналогов является не прямым заимствованием, а творческим осмыслением имеющегося опыта.

Смотрите также