выбор-конструктивной-схемы-проектируемого-технического-объекта

Влияние тенденций развития техники и отличительных признаков прототипа на выбор конструктивной схемы проектируемого технического объекта

150 руб.

Описание товара

Влияние тенденций развития техники и отличительных
признаков прототипа на выбор конструктивной схемы
проектируемого технического объекта

       При проектировании нового технического объекта, или выполнении глубокой модернизации ранее созданного, являющегося законченным продуктом, подлежащим реализации, очень важно обеспечить его конкурентоспособность. Считается, что наиболее востребованной покупателем является продукт, у которого оптимальным образом сочетается цена и качество. Но, как оптимальным образом реализовать это соотношение. Для этого изначально необходимо понимать две вещи:
− оптимальная цена не означает минимальную цену, а является ценой, которую     покупатель готов платить за продукт, обладающий конкретными показателями на-значения,
− под качеством продукта необходимо понимать не только его работоспособность, надежность и долговечность, но и уровень показателей назначения в сравнении с аналогичным товаром, представленным на рынке.
При проектировании технического объекта машиностроительного назначения, например, технологического оборудования, для обеспечения оптимального соотношения его цены и качества необходимо найти конструктивную схему, которая учитывает тенденции развития данного вида техники, как правило, учитывающие запросы потребителя. Для этого можно использовать широко известный метод экспертной оценки, но в современных условиях достаточно сложно найти авторитетных, и в тоже время объективных экспертов, которые способны нести ответственность за свои рекомендации. Поэтому достоверность этого метода, мягко говоря, сомнительна и не может являться основанием для создания конструктивной схемы проектируемого изделия. Кроме того для учета влияния тенденций развития конкретного вида техники, а их обычно несколько, желательно знать их весомость, выраженную в количественных показателях. Основным и наиболее достоверным источником получения такой информации являются патентные документы, выявленные в результате патентного поиска по конкретному направлению.
Патентный поиск проводится в следующей последовательности:
1. Определение классификационной рубрики по Международному патентному классификатору (МПК) к которой относится данный ТО и его элементы (узлы и механизмы) и построение соответствующего графа.
2. Поиск и выявление в соответствии с выбранным регламентом изобретений и    патентов, близких по сути решаемой задачи и техническому содержанию,    создаваемого ТО и его элементов.
3. Выбор патентов – аналогов данного ТО и его элементов на основе анализа    выявленного массива патентов и изобретений и построение соответствующего графа.
4. Определение тенденций развития данного вида ТО на основании массива ото-бранных патентов – аналогов.
5. Выбор патентов – прототипов на основе анализа технического уровня и степени соответствия требованиям задачи на проектирование выявленных патентов –аналогов данного ТО и его элементов и построение соответствующего графа.
6. Выявление и анализ существенных признаков патентов – прототипов,     использование которых целесообразно при проектировании узлов, механизмов и создаваемого ТО в целом.
Рассмотрим этапы проведения патентного поиска на конкретном примере. Разработчику поставлена задача, разработать ТО для получения широкой номенклатуры деталей методом штамповки, который может работать как автономно, так и встраиваться в гибкие автоматические линии.
Первым этапом патентного поиска является установление стандартного наименования создаваемого ТО. Для этого необходимо использовать алфавитный указатель технических терминов, согласно которому устанавливается, что стандартным названием рассматриваемого ТО является «пресс», в частности «пресс для штамповки». Далее в соответствии с МПК и на основании стандартного названия и заданных условий производства более конкретно определяется вид пресса, который подходит в большей степени – это «механический пресс». Затем по МПК устанавливается главные классификационные рубрики, по которой будет осуществляться патентный поиск общей компоновки и кинематической схемы пресса в патентных фондах России и ведущих стран мира. Глубина поиска для определения тенденций развития ТО берется, как правило, не менее 10 лет.

Рис 1 Граф классификации механического пресса и входящих в него устройств и механизмов по МПК

   Используя свойство родово – видовой подчиненности МПК, после установления главных классификационных рубрик общей компоновки и кинематической схемы пресса: B 30 B 15\00, B 21 D 1\00, B 21 D 13\00, B 21 D 43\00, B 21 J 13\00, определяются классификационные рубрики его основных элементов (узлов и механизмов):
1. Станина с механизмом регулировки направляющих: B 30 B 15\04, B 30 B 15\14, B 21 J 13\04
2. Ползун с механизмом соединения ползуна с шатуном пресса: B 30 B 15\00
3. Механизм регулировки закрытой высоты пресса: B 30 B 15\14, B 30 B 15\28, B 30 B 15\02, B 21 D 43\00, B 21 D 37\00, B 21 D 37\04
4. Механизм фиксации регулировочного винта шатуна с корпусом шатуна B 30 B 15\00, B 30 B 1\26
5. Механизм регулировки хода ползуна пресса: B 30 B 15\14, B 30 B 1\26
6. Предохранительное устройство от перегрузок пресса: B 30 B 15\28, B 30 B 15/00
7. Блок крепления сменных пакетов штампов: B 21 J 13/02
8. Механизм подачи сменных пакетов штампов в рабочую зону пресса:B 21 D 43\00, B 21 J 13\02
На основании выбранных классификационных рубрик механического пресса и его устройств и механизмов стоится граф классификации пресса по МПК (см Рис 1).
       На втором этапе разработчик выполняет регламент поиска в соответствии с рубриками МПК разработанного графа механического пресса.
         На третьем этапе, на основании анализа отобранных в результате проведенного па-тентного поиска массива патентов и изобретений, разработчик выявляет патенты – аналоги (патентные документы содержащие описание конструкции объектов, имеющих с создаваемым ТО сходные признаки) и строит соответствующий граф (см. Рис 2)

Рис 2 Граф выявленных аналогов механического пресса и входящих в него устройств и механизмов

      На четвертом этапе осуществляется определение тенденций развития данного вида техники. Разработчик на основании массива отобранных патентов и изобретений и графа аналогов выделяет наиболее часто встречающиеся цели изобретения. Цель изобретения обосновывает необходимость удовлетворения общественной потребности, сделавшей востребованным новое техническое решение или усовершенствование уже известного решения и отражает потребительские свойства ТО, тем более, что выдача охранных документов производится на основе его экспертной оценки, выполняемой профессионалами на высоком уровне. На основе анализа целей изобретений и массива отобранной патентной документации устанавливаются наиболее перспективные (востребованные) потребительские свойства для данного вида ТО, которые и определяют основные тенденции в развитии объекта. В качестве количественной оценки наиболее перспективных тенденций развития конкретного вида техники (ТО) в работе [1] предлагается использовать коэффициент динамического развития его потребительских свойств, который определяется по следующей формуле:

Проведенные расчеты коэффициента динамического развития потребительских свойств позволили выявить тенденции развития механических прессов для штамповки, перспективность которых характеризуется величиной этого коэффициента. Выявленные тенденции развития механических прессов по мере их перспективности приведены ниже.

Анализируя проделанные расчеты можно сделать вывод, что основными тенденциями развития механических прессов, которые обязательно должен учитывать разработчик при проектировании нового ТО, является следующие потребительские свойства проектируемого ТО: надежность, технологические возможности, КПД
На пятом этапе, на основании наиболее прогрессивных потребительских свойств механического пресса и его устройств и механизмов, а также сопоставления преимуществ и недостатков выявленных аналогов, зафиксированных в графе аналогов, выявляются прототипы, и строится граф прототипов (см. Рис 12). При этом, принимается во внимание то, что патент – прототип должен быть наиболее близок к создаваемому ТО по функциям и достигаемому результату и совпадать с ним по наибольшему количеству признаков.
В качестве аналогов, создаваемого ТО, относящихся к его общей компоновке и кинематической схеме были выбраны следующие патентные документы.
1. Пресс. пат. США № 3 327 575, опубл. 27. 07. 67
2. Пресс. пат. Великобритании № 1 481 782, опубл. 03.08. 77
3. Вертикальный штамповочный пресс. а.с. СССР № 916 343, опубл. 30.03. 83
4. Механический пресс. а.с. СССР № 1 780 903, опубл. 15.12.93
Анализ конструкции пресса предлагаемого в пат. США № 3 327 575 показал, что он не обеспечивает выполнения в автоматическом режиме регулировки закрытой высоты и смены пакетов штампов, что является существенными недостатками так, как не позволяет встраивать его в гибкие автоматические линии. Таким образом, рассмотренный пресс не обладает прогрессивными потребительскими свойствами (целью изобретения не являют-ся: надежность, технологические возможности, увеличение КПД) и поэтому не может быть принят в качестве прототипа.
Анализ конструкции пресса предлагаемого в пат. Великобритании № 7 481 782 показал, что он имеет такие же недостатки, как и ранее рассмотренный пат. США, и так же не может быть принят в качестве прототипа.
Анализ конструкции вертикального механического пресса предлагаемой в а.с. СССР № 916 343 показал, что он имеет ограниченные технологические возможности так, как его механизм смены пакетов штампов, выполненный в виде револьверной головки может быть использован только при изготовлении деталей имеющих небольшие габаритные размеры (детали часовых механизмов), что является его существенным недостатком. Поэтому данный аналог не может быть признан в качестве прототипа, так как не обладает прогрессивными потребительскими свойствами

Рис. 3 Прототип проектируемого ТО – а.с. СССР № 1 780 903

    Анализ конструкции механического пресса по а. с. СССР № 1 780 903 (см. Рис. 3) выявил, что он содержит:
–  механизм регулировки закрытой высоты,
–  механизм фиксации регулировочного винта,
–  механизм регулировки хода пресса,
–  предохранительное устройство от перегрузок пресса,
–  автоматическое зажимное устройство для крепления сменных пакетов штампов,
–  направляющие планки на столе пресса для перемещения сменных пакетов   штампов,
– тележку для транспортирования со склада сменных пакетов штампов, что   существенно расширяет его технологические возможности, исключая недостатки предыдущих аналогов.
Поэтому общая компоновка и кинематическая схема механического пресса по а.с. СССР № 1 780 903 была выбрана в качестве прототипа, как соответствующая перспектив-ным потребительским свойствам.
В качестве аналогов станины пресса с механизмом регулировки направляющих, вы-явлена следующая патентная документация.
1. Устройство для направления ползуна. а.с. СССР № 460 194, опубл.15. 02. 75
2. Устройство для регулировки положения направляющих. а.с. СССР № 861 664, опубл. 10.08.73
3. Регулируемые направляющие ползуна эксцентрикового пресса. пат. ФРГ № 1 817 816, опубл. 22.08.74
4. Направляющие станины вертикального пресса. а.с. СССР № 1 209 468 опубл. 07.02.86
Анализ конструкции устройства для регулировки положения направляющих по а.с. № 460 199 показал, что при изготовлении она имеет необоснованно высокую трудоемкость из-за необходимости базирования регулировочных клиньев на станине пресса с еще большей точностью, чем установка зазоров между ползуном и направляющими. Поэтому данный аналог не может быть принятым в качестве прототипа так, как не соответствует такому прогрессивному потребительскому свойству как простота конструкции.
Анализ конструкции устройства для регулировки положения направляющих по а.с. № 861 664 показал, что данный аналог обладает такими же недостатками, как и предыдущий и не может быть принят в качестве прототипа.
Анализ конструкции регулируемых направляющих ползуна эксцентрикового пресса пат. ФРГ № 1 817 816 показал, что данный аналог, выполненный с применением гидравлических плунжеров и клапанов обладает необоснованно сложной конструкцией для механического пресса, обусловленной необходимостью использования гидростанции для выполнения вспомогательных функций ТО (регулировки направляющих). Поэтому он не может быть принят в качестве прототипа.
Анализ конструкции направляющих станины вертикального пресса по а.с. СССР № 1 209 468 показал, что данный аналог, обладая достаточной простотой, обеспечивает быструю и простую установку ползуна пресса вдоль оси давления, с заданной точностью регулировки зазора между ползуном и направляющими. Таким образом, данный аналог устраняет недостатки предыдущих и обладает прогрессивными потребительскими свойствами, поэтому был выбран в качестве прототипа (см. Рис 4).

Рис. 4 Прототип проектируемого ТО – а. с. СССР 1 209 468

        В качестве аналогов механизма регулировки закрытой высоты, выявлена следующая патентная документация.
1. Механизм регулировки закрытой высоты пресса. пат. США № 3 687 068, опубл. 29.02.72
2. Механизм регулировки закрытой высоты пресса. пат. Австралии № 412 538, опубл. 21.04.71
3. Механизм автоматической регулировки закрытой высоты пресса пат. Японии № 52 – 2746, опубл. 20.01.79
4. Механизм регулировки закрытой высоты пресса. а.с. № 1 127 782 опубл. 07.12.84
5. Механизм регулировки закрытой высоты пресса. а.с. № 1 423 232 опубл. 15.03.88
Анализ конструкции механизма регулировки закрытой высоты пресса по пат. США № 3 687 068 показал, что расположение привода регулировочного винта на ползуне пресса приводит к следующим недостатками:
ухудшает динамические характеристики пресса,
отрицательно сказывается на надежности пресса так, как ползун подвержен ударам и вибрациям в процессе работы,
настройка закрытой высоты не может производиться в автоматическом режиме, поскольку отсчет перемещений ползуна осуществляется визуально.
Поэтому данный аналог не может быть принят в качестве прототипа так, как не обладает прогрессивными потребительскими свойствами.
Анализ конструкции механизма регулировки закрытой высоты пресса по пат. Австралии № 412 538 показал, что его основное отличие от предыдущего аналога заключается в том, что он расположен не в ползуне а в шатуне пресса и естественно обладает теми же недостатками, которые присущи механизму описанному в пат. США № 3 687 068. Поэтому в качестве прототипа данный механизм признан быть не может.
Анализ конструкции механизма регулировки закрытой высоты пресса по пат. Японии № 52 – 2746 показал, его высокую сложность, вызванную тем, что автоматическое регулирование закрытой высоты пресса выполняется шаговым двигателем, применение которого возможно только при оснащении пресса системой программного управления с обратной связью для контроля и корректировки величины перемещения регулировочного винта, при этом в нее должна вводиться информация о высоте сменных пакетов штампов. Поэтому данный аналог не был признан в качестве прототипа по тем же причинам, что и предыдущий.
Анализ конструкции механизма регулировки закрытой высоты пресса по а.с. СССР № 1 127 782 показал, что данный механизм исключает ряд недостатков присущих ранее рассмотренным аналогам, в частности обладает более высокой надежностью за счет вынесения привода вращения регулировочного винта из элементов исполнительного механизма (ползуна, шатуна) на станину пресса. Однако использование в нем в качестве привода шагового двигателя или мотор – редуктора с генератором импульсов, системы программного управления с обратной связью и необходимостью введения в нее информации о высоте пакета штампов делает конструкцию механизма достаточно сложной. Поэтому данный аналог не принят в качестве прототипа. Однако конструктивную схему выполнения кинематической связи червячного вала с регулировочным винтом шатуна посредствам карданного вала со шлицевым участком и зубчатой передачи целесообразно использовать при проектировании механизма регулировки закрытой высоты пресса (см. Рис 5).
Анализ конструкции механизма регулировки закрытой высоты пресса по а.с. СССР № 1 423 232 показал, что в нем устранены недостатки присущие рассмотренным ранее аналогам. Это достигнуто за счет того, что для упрощения процесса автоматического монтажа сменных пакетов штампов и повышения надежности пресса, вначале осуществляется установка пакета штампа под ползун. Затем начинается регулирование длины шатуна на основании сигнала о нахождении ползуна в верхней мертвой точке после поворота эксцентрикового вала на 180 град.

Рис 5 Аналог проектируемого ТО – а.с. СССР № 1 127 782

          Окончание регулирования длины шатуна осуществляется при получении сигнала об остановке ползуна под действием пакета штампа. После чего на основании полученного сигнала об остановке ползуна под действием пакета штампа автоматически производится соединение пакета с ползуном пресса.
Таким образом, данный аналог обладает прогрессивными потребительскими свойствами и поэтому был принят за прототип (см. Рис 6)

Рис 6 Прототип проектируемого ТО – а.с. СССР № 1 423 232

        В качестве аналогов механизма фиксации регулировочного винта выбрана следующая патентная документация.
1. Стопорное устройство. пат. США № 4 206 701, опубл. 21.08 .79
2. Механизм фиксации регулировочного винта. пат. США № 4 150 618 опубл. 24.04.79
3. Механизм фиксации эксцентриковой оси для регулирования закрытой высоты пресса. пат. ФРГ № 2 048 109, опубл. 05.12.72
4. Механизм фиксации регулировочного винта. а.с. СССР № 1 077 821опубл. 03.07.84
Анализ конструкции стопорного устройства по пат. США № 4 206 701 показал, что предлагаемое решение очень неудобно и трудоемко при его практическом использовании в условиях производства из-за того, что фиксация регулировочного винта осуществляется вручную. Поэтому данный аналог не принят в качестве прототипа.
Анализ конструкции механизма фиксации регулировочного винта по пат. США № 4 150 618 показал, что она обладает такими же недостатками, как и рассмотренный ранее аналог и поэтому не может быть принята в качестве прототипа.
Анализ конструкции механизма фиксации эксцентриковой оси для регулировки за-крытой высоты пресса по пат. ФРГ № 2 048 109 показал, что выполнение шатуна составным и использование силового гидроцилиндра для растяжения стяжных болтов снижает долговечность шатуна и усложняет конструкцию так, как предусматривает использование гидростанции. Поэтому данный аналог не может быть признан прототипом.
Анализ конструкции механизма фиксации регулировочного винта по а.с. СССР № 1 077 821 показал, что в нем устранены недостатки имеющие место в ранее рассмотренных аналогах. Для обеспечения простоты конструкции и автоматической фиксации регулировочного винта он содержит:
–  тяги в виде стержней расположенные в сквозных отверстиях шатуна,
–  связанный жестко с головками тяг нажимной элемент в виде планки с отверстия-ми и фрикционной вставкой, взаимодействующей с регулировочным винтом,
–  пакеты пружин для создания усилия прижима,
–  привод для сжатия пакета пружин, выполненный в виде пневмоцилиндра,    размещенного на корпусе шатуна,
–  рычаг, взаимодействующий с пневмоцилиндром,
–  валик с лысками, взаимодействующий с головками тяг.
Данный аналог обладает прогрессивными потребительскими свойствами и поэтому был принят в качестве прототипа (см. Рис 7).

Рис. 7 Прототип проектируемого ТО – а.с. СССР № 1 077 821

        В качестве аналогов механизма регулировки хода ползуна выбрана следующая патентная документация.
1. Механизм регулировки хода ползуна заявка ФРГ № 1 577 212, опубл. 18.05.72
2. Механизм регулировки хода ползуна заявка ФРГ № 2 731 084, опубл. 18.10.79
3. Механизм регулировки хода ползуна пат. Великобритании № 1 413 984, опубл. 12.11.75
4. Механизм регулировки хода ползуна а.с. СССР № 1 144 895, опубл. 15.03.85
Анализ конструкции механизма регулировки хода ползуна по заявке ФРГ № 1 577 212 показал, что он не обеспечивает выполнение регулировки в автоматическом режиме, а это существенно снижает технологические возможности пресса и не позволяет встраивать его в гибкие автоматические линии.
Анализ конструкции механизма регулировки хода ползуна по заявке ФРГ № 2 731 084 показал, что предложенные в нем: электрическая схема управления электродвигателем привода механизма с вводом программирования хода ползуна, измерительное устройство действительного положения ползуна, пусковые токосхемы счетного устройства для определения направления вращения электродвигателя достаточно сложны, но могут быть использованы при разработке систем управления механизмом. Использование данного аналога в качестве прототипа признано нецелесообразным по указанной причине.
Анализ конструкции механизма регулировки хода ползуна по пат. Великобритании № 1 413 984 показал, что он достаточно сложен и имеет большие габариты. Поэтому данный аналог не был принят в качестве прототипа.

Рис 8 Прототип проектируемого ТО – а.с. СССР№ 1 144 895

Анализ конструкции механизма регулировки хода ползуна по а.с. СССР № 1 144 895 показал, что он имеет простую по сравнению с рассмотренными ранее патентами конструкцию и небольшие габариты, обеспечивая при этом работу в автоматическом режиме. Для этого он содержит:
–  смонтированную на мотылевой шейке эксцентрикового вала эксцентриковую втулку с зубчатым венцом,
–  зубчатую полумуфту, смонтированную на опорной шейке эксцентрикового вала,
–  упор в виде диска, закрепленного на опорной шейке эксцентрикового вала,
–  упругие элементы, смонтированные между упором в виде диска и зубчатой    полумуфтой, служащие для силового замыкания зубчатого венца полумуфты с зубчатым венцом эксцентриковой втулки,
–  сквозной канал в эксцентриковом валу для подачи сжатого воздуха, в камеру пневмоцилиндра, образованную торцем мотылевой шейки вала и внутренней       полостью подвижной полумуфты,
–  привод поворота эксцентриковой втулки, выполненный в виде мотор – редуктора, смонтированного на станине и кинематически связанного посредствам рычажно – зубчатой передачи с эксцентриковой втулкой,
–  генератор импульсов, кинематически связанный с выходным валом      мотор – редуктора,
–  счетчик числа импульсов связанный с системой управления.
Данный аналог был принят за прототип, поскольку он обладает наиболее    прогрессивными потребительскими свойствами (см. Рис 8).

Рис. 9. Прототип проектируемого ТО – а.с. СССР № 1 447 510

            В качестве аналогов блока для крепления сменных пакетов штампа была выбрана следующая патентная документация.
1. Блок для крепления сменных пакетов штампа пат. Японии № 6 099 447опубл. 1985 г.
2. Блок для крепления сменных пакетов штампа. а.с. СССР № 1 447 510 опубл. 30.12.88
Анализ конструкции блока крепления сменных пакетов штампа по пат. Японии № 6 099 447 показал, что его недостатками являются высокая энергоемкость и низкая надежность, поэтому он не был принят в качестве прототипа.
Анализ конструкции блока крепления сменных пакетов штампа по а.с. СССР № 1 447 510 (см. Рис 9) показал, что он устраняет недостатки рассмотренного ранее аналога. Это достигается за счет того, что он содержит:
–  подштамповую плиту, на противоположных сторонах которой смонтированы прихваты,
–  механизм перемещения прихватов, выполненный в виде двуплечих кулис,      смонтированных на осях с возможностью поворота,
–  ползушки, связанные с пневмоцилиндром и установленные с возможностью       перемещения под углом к направлению перемещения прихватов.
Данный аналог был принят за прототип, поскольку он обладает прогрессивными потребительскими свойствами.
В качестве аналогов предохранительного устройства от перегрузок пресса выбраны следующие патентные документы.
1. Предохранительное устройство от перегрузки пресса. а.с. СССР № 1 353 666, опубл. 23.11.87
2. Предохранительное устройство от перегрузки пресса, а.с. СССР№ 903 215, опубл. 17707.83
3. Предохранительное устройство от перегрузки пресса, а.с. СССР№ 1 323 413, опубл. 15.07.87
Анализ конструкции предохранительного устройства от перегрузки пресса по а.с. СССР № 2 353 666 показал, что применяемые в нем срезные элементы не позволяют его использовать при работе пресса в составе гибких автоматических линий, поэтому данный аналог не был принят за прототип.
Анализ конструкции предохранительного устройства от перегрузок пресса по а.с. СССР № 903 666 показал, что оно также предусматривает использование срезных элементов и соответственно имеет тот же недостаток, что и ранее рассмотренный аналог и поэтому не может быть выбрано в качестве прототипа.

Рис. 10. Прототип проектируемого ТО – а.с. СССР № 1323 413

Анализ конструкции предохранительного устройства от перегрузки пресса по а.с. СССР № 1323 413 показал, что в нем устранен рассмотренный ранее недостаток. Это осуществлено за счет того, что оно содержит смонтированную в ползуне опору шатуна пресса, пневмогидравлический плунжерный насос с нагнетательным баком, регулируемый упор, плунжерный дифференциальный золотник, кольцевой выступ в крышке над наибольшей рабочей площадью золотника, сквозные каналы, расположенные внутри кольцевого выступа. Данный аналог был принят в качестве прототипа поскольку он обладает прогрессивными потребительскими свойствами (см. Рис 10).
В качестве аналогов ползуна с механизмом соединения ползуна с шатуном пресса выявлена следующая патентная документация.
1.Устройство сочленения шатуна с ползуном. а.с. СССР № 590 151, опубл. 30.01.71
2.Устройство сочленения шатуна с ползуном. а.с. СССР № 614 370, опубл. 15706.76
3.Соединение шатуна с ползуном пресса. а.с. СССР № 1 353 666, опубл. 23.11. 87
Анализ конструкции устройства сочленения шатуна с ползуном по а.с. СССР № 614 370 показал его низкую надежность и долговечность по следующим причинам:
–  в конструкции отсутствуют элементы для регулировки зазора между сферическими поверхностями подпятника и элемента для крепления шаровой опоры в стакане,
–  сложность обеспечения надежной герметизации сочленения для исключения    утечек жидкой смазки, которая в момент максимального нагружения ползуна,    находится под высоким давлением.
Таким образом, данный аналог не может быть принят за прототип так, как не    обладает прогрессивными потребительскими свойствами.
Анализ конструкции устройства сочленения шатуна с ползуном по а.с. СССР № 590 151 показал, что оно обладает надежностью и долговечностью (см. Рис. 11).

Рис 11 Прототип проектируемого ТО – а.с.СССР № 590 151

       Это достигнуто за счет того, что оно содержит смонтированный в подпятнике 3 цилиндрический стакан 4 шаровой опоры 2 шатуна 1, втулку 8, резьбовой элемент 6 в расточке 7 которого размещена втулка 8 со сферической поверхностью взаимодействующей с шаровой опорой, а торце 11 резьбового элемента 6 равномерно по окружности расположены пазы 12, при этом на торце 13 стакана 4 выполнены радиальные пазы 14 для фиксатора 16, причем число пазов 14 на стакане 4 отличается на единицу от числа пазов 12 на резьбовом элементе 6. Данный аналог был принят за прототип, поскольку обладает прогрессивными потребительскими свойствами.
При проведении поиска патентных документов, которые могли служить аналогами механизма подачи сменных пакетов штампа в рабочую зону пресса выявлено не было, поэтому за аналог была принята имеющаяся, ранее разработанная для несколько других целей конструкторская документация устройства имеющего родственное назначение.
После проведенного анализа и выбора прототипов общей компоновки пресса и его элементов строится граф прототипов (см. Рис 12).

Рис 12 Граф прототипов

       На шестом этапе проводится анализ существенных конструктивных признаков выбранных прототипов, которые на этапе инженерного анализа послужат основанием для уточнения задачи на проектирование. Применительно к прессу это выглядит так.
При разработке общей компоновки и кинематической схемы механического пресса целесообразно учесть следующие конструктивные признаки прототипа:
–  станину с регулируемыми направляющими,
–  ползун, смонтированный в направляющих станины с возможностью вертикального перемещения,
–  шатун с регулировочным винтом, смонтированный на эксцентриковой втулке эксцентрикового вала пресса,
–  механизм соединения шатуна с ползуном, смонтированный с возможностью взаимодействия с опорой предохранительного устройства, механизм регулировки закрытой высоты пресса, одна часть которого размещена на станине, а другая в ползуне,
–  механизм фиксации регулировочного винта, размещенный на корпусе шатуна,
–  механизм регулировки хода ползуна, одна часть которого размещена на станине рядом с механизмом регулировки закрытой высоты, а другая часть на      эксцентриковом валу пресса,
–  блок для крепления сменных пакетов штампов, выполненный из двух частей, одна часть которого связана со столом станины, а другая с ползуном,
–  стол с направляющими для смены пакетов штампов, расположенный с тыльной стороны станины пресса и жестко связанный с ней,
–  механизм подачи сменных пакетов штампов в рабочую зону пресса,     расположенный с тыльной стороны станины пресса за столом станины,
–  тележку для транспортировки сменных пакетов штампов, расположенную между механизмом подачи сменных пакетов в рабочую зону и упомянутым столом с        направляющими для сменных пакетов, установленную с возможностью перемещения вдоль фронта пресса с его тыльной стороны.
Рассмотренный пример наглядно демонстрирует, как информация, полученная в результате проведения патентного поиска, позволяет оптимизировать конструктивную схему проектируемого технического объекта с учетом тенденций развития данного вида техники. Но определить тенденции развития техники на основе анализа патентных документов возможно только при наличии достаточного количества выявленных патентов , что возможно при создании широко известного на протяжении значительного промежутка времени изделия, например таких технических объектов машиностроения как токарный станок, трактор, экскаватор и т. п.
В ряде случаев, например при создании нестандартного оборудования, которое необходимо предприятию для повышения производительности конкретной технологической операции, необходимого количества патентов для определения тенденций развития конкретного вида техники выявить не получается да и проводить патентный поиск по ведущим странам в данном случае просто нецелесообразно. Однако выявление даже немночисленных патентов, которые в полной мере не могут считаться полноценным прототипом позволяет, используя их отдельные отличительные признаки, найти оригинальное техническое решение и создать конструктивную схему проектируемого объекта, в полной мере отвечающую задаче на проектирование. Рассмотрим примеры использования отличительных признаков прототипа при поиске технического решения.

         ПРИМЕР № 1. При создании конструкции конвейера для сборки сложных жгутов содержащих 300 – 500 проводов был проведен анализ известных конструкций, который показал, что ни одна из них не удовлетворяет задаче на проектирование основным требованием которой было создание сборочного конвейера шириной не более 1,5 м, позволяю-щего расположить на его прямой и обратных ветвях, рабочие места сборщиков. В результате проведенного патентного поиска были выявлены следующие патентные доку-менты, содержащие описание конструкции сборочных конвейеров:
–  патент US 2001008202 кл. по МПК B65G 35\06, опуб. 19.07.2001г.
–  патент EP 1117106 кл. по МПК H05K 13\06, опуб. 18.07.2001г.
–  патент JP 6302234 кл. по МПК B65G 17\06, опуб. 28.10.1994г.
При этом, ни одно из технических решений, описанных в указанных патентах, также не позволяло решить задачу на проектирование, однако внимание было обращено на патент US 2001008202 (см. Рис 13) в котором предлагаемая конструкция конвейера содержала установленные на общей раме тележки со сборочными планшетами, угол наклона которых мог регулироваться. При этом для продольного перемещения тележек по раме они были снабжены четырьмя колесами, контактирующими с продольными направляющими рамы, передними и задними зацепами, а также участками цепей, жестко закрепленными на боковой плоскости тележки со стороны оси конвейера. На обоих концах конвейера расположены механизмы, выполняющие функции привода перемещения тележек и механизм переноса их с одной ветви конвейера на другую. Предложенная в патенте конструкция конвейера обладала существенным признаком, который было целесообразно использовать при проведении инженерного анализа и поиске технического решения. Он заключался в том, что предложенная конструктивная схема позволяла исключить в качестве привода перемещения тележек со сборочными планшетами горизонтально замкнутый транспортер, являющийся основным элементом противоречия, мешающего решению задачи на проектирование. При этом на обоих концах конвейер был оснащен механизмами переноса кареток с прямой ветви на обратную, которые одновременно осуществляли продольное перемещение кареток методом переталкивания вдоль обоих ветвей. В процессе поседовательно проведенных этапов инженерного анализа и поиска технического решения была найдена оригинальная конструктивная схема сборочного конвейера, полностью отвечающая задаче на проектирование (см. работу [1]), основным элементом которого были механизмы переноса кареток со сборочными планшетами с прямой ветви на обратную, расположенными в начале и конце конвейера

Рис 13 Конструкция конвейера для сборки жгутов проводов предлагаемая в патенте US 2001008202

        Конвейер состоит из множества планшетов 1, расположенных на каретках и станины 2, образованной множеством связанных между собой сварных рам (см. Рис. 14), а также содержит направляющие для перемещения кареток, и механизмы для их поступательного перемещения методом переталкивания и переноса с прямой ветви на обратную и наоборот методом поворота вокруг горизонтальной оси (см. Рис. 15). На краях станины 2 расположены тумбы 4. справа и слева от продольной оси которых смонтированы опорные направляющие 5, а на станине ориентирующие направляющие 6, образующие две сборочные технологические ветви. Опорная направляющая 5 имеет возможность регулировки в вертикальной и горизонтальной плоскостях посредствам стойки 7. Ориентирующая направляющая 6 регулируется в горизонтальном направлении посредствам винта 8 , устанавливая угол наклона каретки 3. С внутренней стороны каретки 3 посредине установлено по два обрезиненных колеса 9, а вверху и внизу по четыре упорных колеса 10, а также по четыре ролика 11 для взаимодействия с механизмом переталкивания кареток (на Рис 15 механизм переталкивания не показан) по направляющим 5 и 6.

Рис 14 Общий вид конвейера для сборки жгутов проводов

        В начале и в конце конвейера на тумбах 4 установлены механизмы переноса 12 (поворота вокруг оси) кареток 3 со сборочными планшетами 1 с прямой ветви на обратную, при этом, каретки 3 снабжены вилкообразными кронштейнами 13 взаимодействующими с механизмами переноса 12. Кронштейны 13 состоят из стойки 14, вилки 15, с пазом 16 и заплечиками 17. Механизм переноса планшетов12 состоит из сборного барабана 18, включающего три жестко связанные между собой части центральную 19 и две крайние 20, который на цапфах 21 установлен в подшипниках скольжения 22, смонтированных в корпусах 23, закрепленных на раме 24. Крайние части 20 барабана 18 снабжены шпонками 46, контактирующими с пазами 16 кронштейнов 13. На концах 25 цапф 21 закреплены зубчатые колеса 26, находящиеся в зацеплении с шестернями 27 закрепленными на выходных валах пневмоповоротников 28. Внутри барабана 18 смонтированы пневмоцилиндры 29, штоки которых соединены с клиньями 31, клинового механизма и имеют скосы 32 контактирующие с роликами 33 толкателей 34, размещенных в направляющих втулках 35, жестко закрепленных в крайних частях 20 барабанов 18. Другой ролик 36, установленный на противоположном конце толкателя 34 контактирует с рычагом 37, шарнирно установленном на оси 38 смонтированной на крайних частях 20 барабана 18. Зацепы 39 рычагов 37 контактируют с заплечиками 17 вилки 15.

Рис 15 Конструкция механизма переноса кареток вместе со сборочными планшетами

          Работа конвейера осуществляется следующим образом. После выполнения сборочной операции, каждый из рабочих сборщиков на своем месте нажимает на педаль или кнопку, сигнал от которой поступает в шкаф управления, суммирующий все сигналы. После поступления последнего сигнала, подается команда на включение пневмоцилиндров 29 и их штоки 30, перемещая клинья 31, приводят в движение толкатели 34, которые через ролики 33 и 36 осуществляют поворот рычагов 37. Последние, поворачиваясь на осях 38, зацепами 39 прижимают через заплечики 17 вилки 15 к наружной поверхности барабана 18. Далее подается команда на включение пневмоповоротников 28, которые, осуществляя вращение шестерни 27 и зубчатого колеса 26, поворачивают барабан 18 вместе с кареткой 3 и сборочным планшетом 1, перенося его с прямой ветви конвейера на обратную и наоборот. Далее поступает команда на возврат в исходное положение штоков 30 пневмоцилиндров 29 с клиньями 31, что приводит разжиму рычагов 37 и освобождению кронштейнов 13 сборочных планшетов 1. После чего подается команда на продольное перемещение кареток с планшетами механизмом переталкивания (на Рис 15 не показан) и возврат в исходное положение механизмов переноса. На этом цикл перемещения сборочных планшетов заканчивается и после прекращения продольного перемещения кареток со сборочными планшетами сборщики приступают к выполнению своих операций по изготовлению жгута проводов. Общий вид сборочного конвейера показан на Рис 16

Рис 16 Общий вид сборочного конвейера

              ПРИМЕР №2. При создании конструкции полуавтомата для изготовления плоских зигзагообразных пружин (см. Рис. 17) необходимо было обеспечить его быструю переналадку с одного типоразмера пружин на другой, (изменялись все параметры пружины), что не позволяло использовать технические решения, выявленные в процессе проведения патентного поиска, результате которого были выявлены следующие наиболее близкие аналоги:
–  а. с. СССР № 511992, М Кл B21 F 1/00,
–  а. с. СССР № 725755, М Кл B21 F 1/00,
–  а. с. СССР № 665972, М Кл B21\F1\00,

Рис 17 Плоская зигзагообразная
пружина

            Устройство для гибки змеевидных пружин, описанное в а.с. СССР 511992 (см. Рис 18), содержит два приводных диска 1 и 2, установленные на валах 3 и 4 и получающие встречное вращение через конические зубчатые колеса 5 и 6 от общей цилиндрической шестерни 7 жестко закрепленной на валу 8 и получающей привод от электродвигателя 9 через редуктор 10. На осях 11 дисков 1 и 2 установлены с возможностью поворота двуплечие рычаги 12 и 13 с гибочными роликами 14 и 15, ориентированными в фасонных пазах 16, неподвижных плит 17 и 18, установленных параллельно дискам 1 и 2. В местах, где рычаги 12 и 13 осуществляют гибку, в фасонные пазы плит 17 и 18 входят скосы клиньев 19, взаимодействующие с роликами 15, рычагов 12 и 13. Положение клиньев 19 регулируется винтами 20, которые и задают необходимую величину перегиба проволоки, при формировании витков пружины.

Рис 18 Конструкция устройства по а.с. № 511992

            Работает устройство следующим образом. Проволока 21 захватывается роликами 14 рычагов 12 и 13, установленных с возможностью поворота на осях 11, закрепленных на вращающихся навстречу друг другу дисках 1 и 2. По мере продвижения проволоки, которое происходит за счет вращения дисков 1 и 2 гибочные ролики 14 все больше сходятся, осуществляя формовку зигзагообразных петель пружины и перегиб ее звеньев для компенсации последующего пружинения. Затем, вращаясь вместе с дисками 1 и 2, гибочные ролики 14 освобождают отформованные петли пружины, выходя из них.
Предложенная конструкция имеет следующие недостатки:
–  ничем не обоснованная высокая сложность, как привода, так и исполнительного механизма, изготовление деталей которых возможно только в условиях специализированного производства,
–  невозможность изготовления на данном устройстве зигзагообразных пружин с раз-личными параметрами

Рис. 19 Конструкция устройства по а.с. № 725755

   Устройство для гибки проволочной арматуры, описанное в а. с. СССР № 725755 (см. Рис 19), представляет собою вертикально замкнутый транспортер, оригинальная цепь которого состоит из пластин 1, соединенных с помощью пальцев 2, с установленными на них левыми и правыми рычагами 3, по одному на каждой пластине, которые шарнирно установлены на осях 4 и имеют возможность поворачиваться на определенный угол под действием пружин 5. Транспортная цепь установлена на ведущем барабане 6 и натяжном барабане 7, натяжение которого регулируется натяжным устройством 8. Для складывания рычагов 3 в рабочее положение устройство снабжено упорами 9, а для исключения преждевременного раскрытия рычагов 3 служат направляющие 10, расположенные по обе стороны транспортной цепи. Устройство снабжено съемником 11, который выполнен в виде неподвижно закрепленной пластины. Кроме того, устройство содержит отрезной механизм состоящий из двух валков 12, кинематически связанных друг с другом и оснащенных отрезными ножами, а также валковую подачей 14.
Работает устройство следующим образом. Проволока подаваемая валками 14 валковой подачи захватывается рычагами 3, ведомое плечо которых при движении транспортера взаимодействуя с упором 9 поворачивается вокруг осей 4, и таким образом, сгибая проволочную заготовку, формирует петли имеющие зигзагообразную форму. Процесс гибки проволочной заготовки продолжается до тех пор, пока рычаги 3, перемещаемые транспортером не выйдут за пределы направляющих 10. Далее отформованное изделие в виде непрерывной зигзагообразной ленты подается по съемнику 11 и отрезному механизму 12, где происходит его отрезка на требуемую длину. Рассмотренное устройство обладает такими же недостатками, как и рассмотренное ранее. Способ гибки описанный в нем был неприемлем из-за невозможности переналадки при переходе на изготовление детали (пружины) другого типоразмера.

Рис 20 Конструкция устройства по а. с. № 665972

         Устройство для изготовления плоских зигзагообразных изделий, описанное в а.с. СССР № 665972, М Кл B21\F1\00, содержит гибочный механизм, выполненный в виде дисковой плиты 1, приводящейся во вращение вокруг оси от реверсивного привода 2 (см. Рис 20). Дисковая плита 1 имеет диаметральный сквозной паз 3 с центральным полукруглым вырезом 4. В пазу установлены оси гибочных роликов 7 и 8, которые закреплены на поворотных равноплечих рычагах 9 и 10. Оси 5 и 6 рычагов 9 и 10 параллельны, симметричны оси дисковой плиты 1 и смещены относительно ее оси. Гибка зигзагообразного изделия осуществляется за счет периодической шаговой подачи проволоки и поочередного поворота и возврата в исходное положение гибочных роликов с рычагами за счет реверсивного привода 2 дисковой плиты 1 (см. Рис 20). Это устройство для гибки зигзагообразных изделий, предусматривало возможность осуществления его регулировки при изменении параметров изделия, но при этом имело следующие недостатки, невысокую производительность, обусловленную большой инерционностью дисковой плиты и неудобство регулировки нижнего гибочного рычага с роликом при переходе на другой типоразмер детали.
Тем не менее, а. с. СССР № 665972, М Кл B21 F 1/00, было принято за прототип, что было обусловлено наличием у него существенных признаков, которые было целесообразно использовать при проведении инженерного анализа и поиске технического решения. Они заключались в простоте схемы гибки и наличии возможности регулировки исполнительного механизма при переходе с одного на другой типоразмер изготавливаемой детали
При последующем проведении этапов инженерного анализа и поиска технического решения с учетом использования отличительных признаков выявленных в прототипе было найдено техническое решение, полностью отвечающее задаче на проектирование (см. работу [1]). Полуавтомат состоит из двух гибочных модулей 1 и 2 (см. Рис 21) и клещевой подачи (см. Рис 22). В корпусах 3 и 4 гибочных модулей на подшипниках 5 установлены эксцентриковые валы 6, ведущие концы которых установлены в отверстиях пневмоповоротников 7 посредствам шпоночных соединений 8. При этом горизонтальные оси гибочных модулей 1 и 2 смещены друг относительно друга на величину диаметра гибки. Каждый из эксцентриковых валов 6 на одном конце имеет водило 9, в пазу которого установлена ползушка 10 с шарнирно закрепленным гибочным роликом 11, положение которого относительно оси эксцентрикового вала 6 регулируется винтом 12, установленным в крышке 13, закрепленной на водиле 9. На втором конце эксцентриковых валов 6 установлены кулачки 14, 15, воздействующие в крайних положениях на пневмопереключатели 25 системы пневмоавтоматики, управляющие поочередным поворотом и реверсом эксцентриковых валов 6 в процессе формовки изделия в автоматическом режиме. Корпус 3 гибочного модуля 1 неподвижно установлен на станине 16, а корпус 4 гибочного модуля 2, установлен на станине 16 с возможностью осевой регулировки посредствам винта 17. На обоих гибочных модулях 1 и 2 закреплены направляющие пластины 18 и 19, обеспечивающие стабильное нахождение заготовки в плоскости гиба, даже при высокой скорости выполнения операции. Водила 9 эксцентриковых валов 6 имеют выступы 20, которые в крайних положениях эксцентриковых валов взаимодействуют с демпфером 21, установленными в регулируемых упорах 22, закрепленных в пазах 23 дисков 24, расположенных на торцах корпусов 3 и 4 гибочных модулей 1 и 2. Такое конструктивное решение позволяет при высокой скорости гиба, обеспечивать плавную остановку эксцентриковых валов 6 в крайних положениях.

Рис 21 Конструкция исполнительного механизма полуавтомата

       Клещевая подача полуавтомата, предназначенная для подачи мерной заготовки в зону гибки (см. Рис. 22), состоит из пневмоцилиндра подачи 2 шарнирно установленного на базовом кранштейне 1, шток которого 3 посредствам вилки 4 и оси 5 соединен с кареткой 6, имеющей возможность поступательного перемещения на втулках скольжения 7 по цилиндрическим направляющим 8 жестко закрепленным на кронштейне 1 и соединенным между собой на противоположном конце планкой 9. На каретке 6 вертикально закреплен пневмоцилиндр зажима заготовки 10, шток которого 11 с насадкой 12 взаимодействуют с роликом 13 установленном посредствам оси 14 на рычаге 15, который в свою очередь на оси 17 установлен на подшипниках скольжения 18 в приливах каретки 6. На оси 17 жестко закреплена подвижная губка 19 механизма зажима заготовки а неподвижная губка 20 закреплена на каретке 6. Постоянный прижим ролика 13 к поверхности насадки 12 обеспечивается пружиной 21, установленной на шпильке 22, которая закреплена на оси 23, шарнирно установленной в отверстии приливов каретки 6. Крайние положения каретки 6 регулируются упорами 24, 26, положение которых фиксируется после регулировки гайками 25, 27. Проволочная заготовка 31 до захвата ее механизмом зажима при подаче в зону гибки и при возврате каретки в исходное положение базируется на поддерживающих роликах 28 шарнирно установленных на кронштейнах 29 и 30.

Рис 22 Конструкция клещевой подачи полуавтомата

      Работает полуавтомат следующим образом. Исходная заготовка 31 (см. Рис 22) мерной длины, которая соответствует длине развертки зигзагообразной пружины, укладывается оператором на поддерживающие ролики 28, после чего включается пневмопедаль управления. При этом включается пневмоцилиндр зажима 10 и его шток 11 выдвигаясь вверх воздействует насадкой 12 на ролик 14 и поворачивает рычаг 15 на оси 17 по часовой стрелке и закрепленная на ней подвижная губка 19, поворачиваясь, осуществляет зажим заготовки, прижимая ее к неподвижной губке 20, после чего подается команда на выдвижение штока 3 пневмоцилиндра подачи 2. После этого выдвигается шток 3 пневмоцилиндра подачи 2 и перемещает, при этом, каретку 6 по направляющим 8 вместе с исходной заготовкой 31 зажатой губками 19, 20 механизма зажима. В конце хода штока 3 пневмоцилиндра 2 срабатывает соответствующий пневматический выключатель и подает команду на поворот по часовой стрелке эксцентрикового вала 6 с гибочным роликом 11 первого гибочного модуля, который получает привод от пневмоповоротника 7. При этом выполняется гибка первой полупетли зигзагообразной пружины. В конце поворота эксцентрикового вала 5 кулачок 14 установленный на его противоположном конце включает пневматический конечный выключатель 25 (см. Рис. 21), который подает команду на возврат эксцентрикового вала 6 в исходное положение (поворот против часовой стрелки) и разжим заготовки. В результате этого пневмоповоротник 7 первого гибочного модуля поворачивается против часовой стрелки, а шток пневмоцилитндра 10 втягивается и подвижная губка 19 вместе с осью 17 и рычагом 15 поворачиваясь против часовой стрелки (см. Рис 22) освобождает заготовку. После разжима заготовки подается команда на втягивание штока 3 пневмоцилиндра подачи 2 и каретка 6, перемещаясь по направляющим 8, возвращается в исходное положение. В этом положении штока 3 пневмоцилиндра 2 включается соответствующий пневматический конечный выключатель, который дает команду на зажим заготовки, осуществляемый также, как было описано ранее. После зажима заготовки подается команда на выдвижение штока 3 пневмоцилиндра 3 и каретка 6 вместе с зажатой заготовкой 31 подается в зону гибки на шаг, а включившийся в конце хода штока 3 пневмоцилиндра 2 конечный выключатель дает команду на поворот против часовой стрелки эксцентриковому валу 6 второго гибочного модуля. При этом, выполняется гибка второй полупетли одного элемента зигзагообразной пружины. В конце поворота эксцентрикового вала 6 также включается пневматический конечный выключатель 25 и дает команду на обратный поворот эксцентрикового вала 6 и разжим заготовки, после чего происходит возврат каретки 6 в исходное положение. В такой последовательности производится гибка заготовки до получения детали имеющей «n» полных петель. На Рис 23 показана рабочая зона полуавтомата для изготовления плоских зигзагообразных пружин

Рис 23 Рабочая зона гибочного полуавтомата

           ПРИМЕР №3. При проектировании автоматизированного стеллажа для накопления и укладки заготовок из углового проката на подающий рольганг технологического обору-дования необходимо было создать конструкцию, которая должна обеспечить повышение производительности работы оборудования за счет сокращения его простоя при загрузке исходной заготовки.

Рис 24 Конструктивная схема автоматизированного стеллажа, предлагаемая в пат. США № 3 498 167

           При проведении патентного поиска был выявлен пат, США № 3 498 167, в котором описывалось устройство для подачи длинномерного углового проката на рольганг обрабатывающей машины (см. Рис 24). Описанное в патенте устройство подачи исходной заготовки их углового проката на рольганг 1 содержало ложементы 3 для поштучной укладки длинномерного углового проката, выполненные в виде расположенных в горизонтальной плоскости неподвижных швеллеров и механизма перемещения длинномерного углового проката вдоль указанных ложементов (на Рис 24 не показан) в виде цепных транспортеров с закрепленными на их ветвях упорами 3, взаимодействующими с торцами полки уголка. Укладка исходной заготовки 8 на ролики 4 рольганга 1, установленные на кронштейне 5, переведенном в положение забора заготовки посредствам гидроцилиндра 7, закрепленного на раме 6 рольганга 1, осуществляется ложементами 3 при их перемещении приводом на шаг. После чего кронштейн 5 с роликами 4, на которых установлена исходная заготовка, поворачивается гидроцилиндром 7 и переводится в положение ее подачи в рабочую зону обрабатывающего оборудования. Недостатком предлагаемой конструкции устройства для укладки исходной заготовки из углового проката на подающий рольганг является то, что во время осуществления этого процесса технологическое оборудование простаивает, при этом, время укладки заготовки необоснованно увеличено из-за того, что рольганг для ее захвата и перевода в положение подачи в рабочую зону оборудования делает реверсивный поворот. Несмотря на указанные недостатки, этот патент был принят за прототип, поскольку содержал существенный признак, который было целесообразно ис-пользовать при проектировании, заключающийся в том, что конструкция устройства по-зволяла автоматизировать процесс укладки исходной заготовки из углового проката на подающий рольганг технологического оборудования.
При выполнении этапов инженерного анализа и поиска технического решения для выполнения задачи на проектирование, предусматривающей исключение простоя техно-логического оборудования при загрузке исходной заготовки, в конструктивной схеме стеллажа накопителя механизма переноса был в отличии от прототипа выполнен не ка-чающимся, а периодически вращающимся против часовой стрелки (см. работу [1])

Рис 25 Конструкция автоматизированного стеллажа для накопления и поштучной
ориентированной укладки исходных заготовок из углового проката на подающий
рольганг технологического оборудования

Предложенная конструкция стеллажа накопителя, показанная на Рис 25, содержит цепной транспортер с приводом, кинематически связанный с механизмом переноса. Транспортер состоит из четырех параллельно расположенных цепней 1 – 4, которые установлены на ведущие звездочки 5 – 8 и ведомые звездочки 9 – 12, причем последние снабжены натяжными устройствами 13. Привод транспортера включает электродвигатель 14, редуктор 15, выходной вал которого, посредствам цепной передачи 16 связан с ведомым валом 17. Через кулачковую муфту 18 выходной вал редуктора 15 связан с промежуточным валом 19, который в свою очередь посредствам цепной передачи 20, связан с выходным валом 21, на котором установлены звездочки 5 – 8. На транспортных цепях 1 – 4 с определенным шагом установлены ложементы 22, служащие для ориентированного расположения на нем исходных заготовок из углового проката длиной от 6,0 до13,0м. Ведущие звездочки 5 – 8 каждого из транспортеров 1 – 4 жестко соединены с механизмами переноса, выполненными в виде радиально расположенных четырехзвенных параллелограммов, ведущие звенья которых 24 – 27 закреплены на концах валов 17 и 20 с возможностью угловой регулировки посредствам муфт с мышиным зубом 28 – 31, а с помощью захватов 47 – 50 они шарнирно соединены с ведомыми звеньями 32 – 35, которые посредствам осей 36 – 39 и подшипников 40 – 43 установлены на опорах 44, 45. Перемещаемые по круговой траектории захваты 47 – 50 выполнены с опорными поверхностями 51, имеющими форму поперечного сечения углового проката идентичную форме опорных поверхностей ложементов 22 и установлены на концах звеньев 34 – 37 и 32 – 35 с шагом соответствующим шагу ложементов 22 установленных на транспортерах 1 – 4, при этом исходное положение за-хватов 47 – 50 относительно ложементов 22 регулируется с помощью муфт с мышиным зубом 28 – 31. Подающий рольганг 52 технологического оборудования служит для приема исходной заготовки из углового проката подаваемой стеллажом накопителем в ориентированном положении захватами 47 – 50 , которые при этом перемещаются в свободном пространстве между роликами 53 рольганга 52.

           Работает стеллаж накопитель следующим образом. В исходном положении ложементы 22 транспортеров 1 – 4 загружаются заготовками из углового проката. После окончания очередного цикла работы технологического оборудования, входящая в комплект подающего рольганга 52 каретка для захвата и подачи заготовки, перемещаясь по его направляющим, возвращаясь в исходное положение с поднятой «рукой» (каретка и рука для зажима исходной заготовки на Рис. 25 не показаны, с их конструкцией можно познакомиться в работе [1]). Во время возврата каретки подается команда на укладку на рольганг следующей исходной заготовки. При этом включается привод транспортера, состоящий из электродвигателя 14, редуктора 15, цепной передачи 16, передающей вращение ведомым валам 17 и 21 транспортера и начинается синхронное движение транспортных цепей 1 – 4 с заготовками и механизма переноса состоящего из ведущих 24 – 27 ведомых 32 – 35 звеньев и захватов 47 – 50. За счет этого обеспечивается съем заготовки из ложементов 22, транспортера захватами 47 – 50 механизма переноса и ее укладка на ролики 53 рольганга 52, после чего осуществляется подача заготовки в рабочую зону технологического оборудования. На Рис 26 показан общий вид автоматизированного стеллажа для накопления и поштучной ориентированной укладки на подающий рольганг технологического оборудования исходных заготовок из углового проката длиной от 6, до 13,0 м. и сечением до 200-200-20 мм.

Рис 26 Общий вид автоматизированного стеллажа

             ПРИМЕР №4. При проектировании гидравлического пресса для пробивки отверстий в угловом прокате согласно требованиям задачи на проектирование его необходимо было оснастить устройством для выбора инструмента. (комплекта пуансон – матрица). В процессе выполнения патентного поиска были выявлены следующие аналогичные патенты: а. с. СССР № 567395 кл. B 30 B 15\00 и пат. США № 3738569 кл. B 26 F 1\4.

Рис. 27. Конструкция устройства по а. с. СССР № 576395

             Устройство для крепления пуансонов для пробивки отверстий на дыропробивном прессе описанное в а. с. № 567395 показано на Рис 27. Оно содержит корпус (диск), в котором выполнен ряд отверстий, с размещенными в них с возможностью возвратно-поступательного перемещения пуансонами, а также содержит узел отключения пуансонов. Узел отключения пуансонов выполнен в виде ползушки, перемещаемой вдоль ряда пуансонов и связанной со штоком привода возвратно-поступательного перемещения. Данное устройство имеет следующие недостатки:
–  не обеспечивает возможность пробивки отверстий в заготовке из углового  проката на минимальном расстоянии то вертикальной полки,
–  в нем отсутствует связь ползушки с пуансонами, обеспечивающая    гарантированный возврат пуансонов в исходное положение при их съеме с пробиваемого материала, поэтому оно не может быть принято за прототип.

Рис 28 Конструкция устройства по пат. США № 3738569

          Устройство для пробивки отверстий предлагаемое в пат. США № 3738569 показано на Рис 28. Оно содержит корпус с рядом ступенчатых отверстий, в которых размещены пуансоны с головками, опирающимися на опорные площадки ступеней, с пазами над отверстиями, а также узел включения пуансонов выполненный в виде ползушек, каждая из которых имеет индивидуальный возвратно-поступательный привод. При этом ползушки узла включения пуансонов, количество которых равно количеству пуансонов, расположены в пазах перпендикулярных ряду отверстий с пуансонами. Устройство также снабжено пластиной, установленной на двух подпружиненных скалках, которые служат прижимом пробиваемого материала в момент пробивки отверстий. Рассмотренное устройство в отличие от предыдущего патента обеспечивает гарантированный возврат пуансона в исходное положение при его съеме с пробиваемого материала, что обусловлено конструкцией ползушки и наличием бурта у пуансона, поэтому оно принято за прототип, но при этом имеет ряд недостатков:
–  не обеспечена возможность пробивки отверстий в заготовке из углового проката на минимальном расстоянии от вертикальной полки,
–  конструкция устройства усложнена наличием индивидуальных приводов включения каждого пуансона.
Ввиду малого объема выявленной патентной документации по данному ТО, определение тенденции его развития не проводилось. В качестве существенного признака прототипа, который можно было использовать при проектировании механизма выбора инструмента, было выделено применение жесткой проставки между пуансоном и подвижной частью штампа и бурта на пуансоне.
При выполнении этапов инженерного анализа и поиска технического решения для выполнения задачи на проектирование, предусматривающей выбор инструмента (комплект пуансон – матрица) в конструктивной схеме устройства в отличии от прототипа была использована только одна жесткая проставка, что позволило создать компактное устройство, расположенное на штоке гидроцилиндра пресса для пробивки отверстий в полке заготовки из углового проката (см. работу [1])

Рис 29 Конструкция устройства для выбора инструмента для пробивки отверстий в полке заготовки из углового проката.

           На Рис 29 показана конструкция устройства для выбора инструмента для пробивки отверстий в полке заготовки из углового проката. Оно содержит корпус 1, жестко связанный со штоком 2 гидроцилиндра 3, являющегося основным элементом исполнительного механизма дыропробивного пресса. В нижнем основании корпуса 1 выполнены открытые пазы 5 для установки и съема дыропробивных пуансонов 6,7,8, имеющих уступы, за счет которых они удерживаются в корпусе 1, а в позу 10 корпуса 1 расположена ползушка 9, перемещающийся в нем посредствам дискретного трехпозиционного гидроцилиндра 15 со штоком 14, с которым она соединена посредствам вилки 11,тяги12 и рычага 13. Гидроцилиндр 15 содержит два поршня 16 и 17 разного диаметра, причем ход поршня 16 в два раза больше хода поршня 17, а также крышку 18 и гайку 19. На базовой плоскости станины 4 установлен быстросъемный С – образный корпус 20, в верхней полке которого расположен комплект пуансонов 6, 7, 8, установленных в сменных втулках 27, 28, 29, а в его нижней полке установлен комплект матриц 21, 22, 23. На тумбе дыропробивного пресса, симметрично относительно оси силового гидроцилиндра расположены два гидроцилиндра 26 прижима заготовки, а на кронштейнах 24 установлен базовый упор 25.
Выбор требуемого типоразмера дыропробивного инструмента (комплект пуансон – матрица) осуществляется до поступления команды на пробивку отверстия, например, одновременно с подачей исходной заготовки. Для этого рабочая жидкость от гидростанции поступает в гидроцилиндр 15, например, между поршнями 16 и 17, а также между поршнем 17 и крышкой 18 (как показано на Рис 29), при этом поршни 16 и 17 перемещаются вправо. Перемещается вправо и соединенный с поршнем 16 шток 14, который передает движение через рычаг 13 и тягу 12 и вилку 11ползушке 9 и она жестко запирает пуансон 6 в корпусе 1 механизма. В это время остальные два пуансона 7 и 8 имеют возможность свободно перемещаться в вертикальном направлении в пазу 10 корпуса 1, при поступательном движении вниз штока 2 силового гидроцилиндра 3. При необходимости выбора следующего типоразмера дыропробивного инструмента (комплекта пуансона – матрица) масло подается в другие полости дискретного гидроцилиндра 15, что приводит к соответствующему перемещению ползушки 9 и запиранию выбранного пуансона (выбору одного из трех типоразмеров пуансонов соответствуют три комбинации переключения дискретного трехпозиционного гидроцилиндра 15).

          Приведенные примеры, сознательно взятые автором из различных областей машиностроения, наглядно показывают эффективность выявления, анализа и использования отличительных признаков патентов – аналогов, при поиске техническое решения и создании конструктивной схемы проектируемого технического объекта, в полной мере отвечающей задаче на проектирование.

ЛИТЕРАТУРА

1. Игнатьев Н. П. Учебное пособие в двух частях Основы проектирования, часть 1 Общая методика проектирования Азов 2011г.

Для приобретения полной версии статьи добавьте ее в корзину

Стоимость полной версии статьи 150 руб