Ярушин С.Г., Схиртладзе А.Г. - Проектирование нестандартного оборудования, страница 8

14. Фиксирование — расфйксирование. Операция «фиксирование» связана с уменьшением числа свободы движения технического объекта, включая закрепление его в определенной точке пространства и уменьшение числа степеней свободы движения до нуля, Операцию «фиксирование» осуществляют приспособления и объекты, которые прикрепляют одни элементы ТО или системы к другим, поддерживают составные части техййческого объекта йа Определенном расстояййй друг От друга, фйксйруют данное положение объекта, Здесь имеется в виду не только уменьшение степеней свободы какого-либо элемента относительно другого, а закрепление его на строго определенном расстоянии. В последнем случае на ВКОде имеется неОпределенная координата (Одна или неиюлько), а на выходе — коордййаты, ймеющйе для даййого техййческого объекта определеннОе значение.

Операция <<расфйксирование>> связана с увеличением чйсла степейей свободы перемещеййя йли с умейьп|енйем Определенно- стн пОПОжения В пространстве. Проведеййая ведущи~и спецйалйстамй в области проектирования, например А.И. Половинкиным, проверка полноты предложенного Р.

Коллером списка операций Ю показала, что может встретиться технический Объект, для КОторого более уместйы будут другие Операцйй .Е Поэтому при затруднениях в выборе операции из списка Коллера можно давать свое подходящее наименование и обозначение. Примеры описанйя фйзйческйх Операций (ФО) с йспользоваййем операций Коллера приведены в табл.З.З. Таблица 3.3 Фнзнческан о~ераннн Наименование ТО Онераиин Е Расходящийся пучок света Рассеянйе Луч сВета Колебанйе Переменный ток Постоянный ток Инвертор Изменение направ- Луч света другого направлеления ння Зеркало 1.

Сливки 2. Обрат СепаратОР Разьеднненне Молоко 1. Жидкость 2. Механическая энергия Соединение 1.Механическая энергия вращения вала 2. ТеплОвая энергия Двигатель внут- реннего сгорания Преобразование Фщ электрйче" ский ток ИзОлнрованне 3.3. Функциональная структура (ФС) Структура, как бьшо сформулировано в главе 2, — упорядоченное множество элементов и их отношений. Подавляющее большинство технических объектов состоит из нескольких элементов (агрегатов, блоков„ узлов), которые могут быть естественным образом разделены на части. Каждый элемент как самостоятельный объект выполняет Определенную функнию и 1эеализует определенную физическую Операцию.

Между элементами имеют место два вида связей и соответственно два вида их структурной Организации. Функциональная структура представляет собой наиболее абсфактное описание технических объектов, Бе можно представить в виде ориен- тированного Графа, вершины котороГΠ— наименования элементов технических объектов, а ребра- функции элементов или (и) потоки вещества, энергии и информации, передаваемые от одного элемента к другому, ИсхОдя из этОГО, мОжнО Выделитынри пса функциональных структур.

ПерВый тип — консирукшивная функциональная сюрукиЯ~а, коГДа элементы имеют определенные функциональные сВязи друГ с друГОм. Э*а структура представляет собой ориентированный Граф, Вершйнамй которого явля|отея йаймейованйя элемейтов, а ребрами — функции элементов, описанные по формуле (3,1). Второй тип — пол~окован функциональная сл~~кн0~~а, т.е, взаймосвязайный йабор фйзйческйх операций, реализующих однй определеййый поток преобразований ~~шее~на, эйергии или С~г~алов лйбо йесколько Взаймосвязанных потоков.

Потоковая ФС представляет собой граф, вершинами которого являются наименования элементов ТО или наименования операций Коллера Е„а ребрами — входные А, и выходные С, потоки (факторы). Различают две разновидности потоковой функциональной структуры: конкретизированную потоковую ФС, у которой в вершинах графа указаны наименования элементов; абанрагирован-ую потоковую ФС, у которой в вершинах графа указаны наименования операций Коллера, Абстрагированную потоковую функциональную структуру называют Также с~нрук~нурой физических оне,оаций. К третьему типу относят совмеи~енные функциональные структуры, у которых ребра могут быть представлены и функциями 13,1) и потоками (3.2). Например, в прокатном стане на входе такого потока имеются заготовки сечением 200~200 мм, а на выходе — стальная лента толщиной 1 мм, шириной 2 м; в гидроэлектростанции на входе — поток воды с напором 20 м и расходом 150 м /с, а на выходе — электрический ток напряжением 380 В и частотой 50 Гц.

Такие потоки определенным образом Объединяют и связывают элементы технических объектов и соответстВенно их физических Операций. В сложных технических объектах часто присутствуют несколько 50 3.4. Описание физического принципа дейстаия Физическим принципом действия «ФЙД) технической системы называется структура совмеспгмых и Объединенных физических эффсктОВ, обеспе" чиВающих преобразование заданйого начальйого ВХОДИОго возДействйя А1 В заданньй конечный результат (выходной эффект) С„.

Физический принцип действия дает описание технических объектов на физическом уровне и указывает, с помощью каких физических эффектов и явлений реализуются функции и подфункции В функциональной структуре. Принцип Действия тоже представляет собой ориентированный граф, который строится на основе потоковой ФС, где для операции Коллера указывают реализующие их физические эффекты. Под ФПД будем понимать ориентированный граф, вершийами которого ~~~~ю~с~ йаймейоваййя фйзйческих ~бъе~~~в В, а ребрами- входные А и выходные С потоки вещества, энергии и сигналов, Такйм Образом, ВО мйогйх случаях ФПД легко построить с помощью потоковой функциональной структуры путем замены наименований элемейтов йлй фйзйческйх Операций йа йаймейовайия об~ектов В.

Описание ФПД, как правило, Включает в себя прияципиальиую схему ТО, где в упрощенно-идеализированной форме показаны основные конструктйвйые элемейты, Обеспечивающие реализацию ФПД, а также направления потоков и основные физические величины, характеризующие используемые физйко-техййческйе эффекты. Прййцйпйальйая схема Облегчает последующую разработку технического решении. Следует замети~~, что преобразование йачальйого воздействйя А1 в конечный результат С„, как правило, соответствует описанию функции технического объекта Г по формуле где знак «-+» указывает на преобразование начального состояния Ж В конечный результат Я. При этом ФПД представляет собой необходимое условие реализации этой функции.

Достаточные условия заключаются в Выполнении ряда ограничений, накладываемых на реализацию функции. Выделим характерные типы структур ФПД. Структуры первого типа — элементарные, основываются на одном физическом эффекте, например Ф1ПД пружинных весов (рис. 3.2,п) и пьезоэлектрического звукоснимателя (рис.

3,2,6). '4~ ~$м ~,а Ч4СТо 1. 'Технический объект, его описание, сеойстее и характеристики Дуол~и~ распространен также в технике тип элементарной структуры ФПД, основанный на многократном или суммарном использовании одного и того же физического эффекта. Например, в катушках индуктивности каждый виток проводника реализует преобразование электрического тока в электромагнитное поле. Аналогичную структуру ФПД имеют многие аккумуляторные батареи, выпрямители, конденсаторы, усилители и т.д. Структуры второго типа- линейные, основываются на пепочке из нескольких совместимых ФЭ. На рис. 3.3 приведен пример линейной структуры ФПД люминеснентной лампы.

Увеличение Проводник Рис. 3.3. Линейнан структура ФПДлюминесцентной лампы с описанием кампанентае ФЭ 'Габлица 3.4 Вьиодной эффект С Физический объект В Проводник, полупроводиикк «германий„кремний, мъппъвковистъ1й индий, селенид ти и т.д.) А ~ — магнитное поле А2 — электрический ток Холла Нернста В табл. 3.4 приведены примеры сложных физических эффектов с несколь~ими физическими воздействиями. 3.5. Описание Физико-технических зффектое Работа любого технического объекта основывается на одном или нескОльких определенным Образом ВзаимосВязанных физических или ~и) химических эффектах «законах, явлениях), которые выделены и описаны в литературе по физике и химии.

Принято для краткости все эффекты и явления, используемые в техническом объекте, называть физическими или физико-техническими эффектами (ФЭ или ФТЭ).' Имеются несколько различных определений физико-технического эффекта. Приведем два наиболее характерных определения: 1. ПОд физико-техническим эффектом понимается результат Воздей" ствия одних физических объектов на другие„которое при заданных условиях взаимодействия приводит к вполне определенным изменениям значений обусловленных физических величин. П. Под физико "техническими эффектами понимаются различные приложения физических законов, закономерностей и следствий из них, физические эффекты и явления, которые могут быль использованы в технических устройствах, как правило, В физико-технических эффектах есть Определенная причинно-следственная связь между «входом» и «выходом».