Механизация

редактировать
Основная статья: Технологии повышения производительности Гидравлический шахтный подъемник, используемый для подъема руды. Этот деревянный блок взят из книги « De re Metallica » Джорджа Бауэра (псевдоним Георгиус Агрикола, ок. 1555 г.), раннего учебника горного дела, который содержит многочисленные чертежи и описания горного оборудования.

Механизация - это процесс перехода от работы в основном или исключительно вручную или с животными к работе с машинами. В раннем инженерном тексте машина определяется следующим образом:

Каждая машина сконструирована с целью выполнения определенных механических операций, каждая из которых предполагает наличие двух других вещей помимо рассматриваемой машины, а именно движущей силы и объекта, подлежащего действию, который может быть назван работой по быть сделано. Фактически, машины находятся между мощностью и работой с целью адаптации одного к другому.

В некоторых сферах механизация включает использование ручных инструментов. В современном использовании, например, в инженерии или экономике, механизация подразумевает более сложное оборудование, чем ручные инструменты, и не включает простые устройства, такие как мельница для незадействованной лошади или осла. Устройства, которые вызывают изменения скорости или изменения, или от возвратно - поступательного к вращательному движению, используя средства, такие как шестерни, шкивы или пучки и ремни, валы, кулачки и кривошипы, как правило, считаются машинами. После электрификации, когда большая часть мелкой техники перестала приводиться в действие вручную, механизация стала синонимом моторизованных машин. Расширение механизации производственного процесса называется автоматизацией и контролируется замкнутой системой, в которой обратная связь обеспечивается датчиками. В автомате работа различных механизмов выполняется автоматически.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 История
    • 1.1 Древние времена
    • 1.2 Промышленная революция
    • 1,3 Двадцатый век
    • 1.4 Категории
    • 1.5 Электрооборудование
    • 1.6 Военное использование
  • 2 Механический против человеческого труда
  • 3 уровня механизации
  • 4 См. Также
  • 5 ссылки
  • 6 Библиография
  • 7 Дальнейшее чтение

История

Часы Солсбери собор ca. 1386. Часы - это скорее механический инструмент, чем настоящая машина. Хотя у этих часов были железные шестерни, многие машины ранней промышленной революции использовали деревянные детали примерно до 1800 года.

Древние времена

Водяные колеса относятся к римскому периоду и использовались для измельчения зерна и подъема оросительной воды. Сильфоны с водяным приводом использовались на доменных печах в Китае в 31 году нашей эры. К 13 веку водяные колеса приводили в действие лесопилки и молотки, чтобы трясти ткань и измельчать льняную, а позже и хлопчатобумажную тряпку в целлюлозу для изготовления бумаги. Отбойные молотки показаны при дроблении руды в De re Metallica (1555 г.).

Часы были одними из самых сложных ранних механических устройств. Мастера часов были важными разработчиками станков, включая зубчатые и винторезные станки, а также участвовали в математической разработке конструкций зубчатых колес. Часы были одними из самых первых серийных изделий, которые производились примерно с 1830 года.

Сильфоны с водяным приводом для доменных печей, которые использовались в Китае в древние времена, использовались в Европе к 15 веку. De re Metallica содержит чертежи, относящиеся к сильфонам для доменных печей, включая производственный чертеж.

Улучшенная конструкция шестерен снизила износ и повысила эффективность. Математические конструкции зубчатых колес были разработаны в середине 17 века. Французский математик и инженер Дезарг спроектировал и построил первую мельницу с эпициклоидальными зубьями ок. 1650. В 18 веке стали использоваться эвольвентные шестерни, еще одна математическая конструкция. Эвольвентные шестерни лучше подходят для зацепления шестерен разных размеров, чем эпициклоидальные. Зуборезные станки начали применять в 18 веке.

Индустриальная революция

Паровой двигатель Ньюкомена был впервые использован для откачки воды из шахты, в 1712. Джон Смитон представил металлические шестерни и оси для водяных колес в середине последней половину 18 - го века. Промышленная революция началась в основном текстильными машинами, такие как прядильный Jenny (1764) и воды кадр (1768).

Спрос на металлические детали, используемые в текстильном оборудовании, привел к изобретению многих станков в конце 1700-х до середины 1800-х годов. После первых десятилетий XIX века железо все чаще заменяло дерево в зубчатых передачах и валах текстильных машин. В 1840 самостоятельно действующих станков были разработаны. Машины были разработаны для изготовления гвоздей ок. 1810. Бумагоделательная машина Fourdrinier для непрерывного производства бумаги была запатентована в 1801 году, заменив многовековой ручной метод изготовления отдельных листов бумаги.

Одним из первых механических устройств, используемых в сельском хозяйстве, была сеялка, изобретенная Джетро Таллом около 1700 года. Сеялка позволяла более равномерно распределять семена и глубину посадки, чем ручные методы, повышая урожайность и экономя ценные семена. В 1817 году был изобретен первый велосипед, который начали использовать в Германии. Механизированное сельское хозяйство значительно расширилось в конце восемнадцатого и начале девятнадцатого веков с появлением жнецов на конной тяге и молотильных машин с конной тягой. К концу девятнадцатого века на обмолоте стали применять силу пара и появились паровые тракторы. Внутреннее сгорание тракторов начали использовать в начале двадцатого века. Изначально обмолот и уборка урожая производились с помощью навесного оборудования для тракторов, но в 1930-х годах уже использовались комбайны с автономным приводом.

В середине и конце 19 века гидравлические и пневматические устройства могли приводить в действие различные механические действия, такие как позиционирование инструментов или деталей. Сваебойные молотки и паровые молоты - примеры тяжелых работ. В пищевой промышленности пневматические или гидравлические устройства могут запускать и останавливать наполнение банок или бутылок на конвейере. В усилителе рулевого управления для автомобилей используются гидравлические механизмы, как и практически вся землеройная и другая строительная техника, а также многие навесное оборудование для тракторов. Пневматический привод (обычно сжатый воздух) широко используется для управления промышленной арматурой.

Двадцатое столетие

К началу 20 века машины развили способность выполнять более сложные операции, которые ранее выполнялись квалифицированными мастерами. Примером может служить машина для изготовления стеклянных бутылок, разработанная в 1905 году. Она заменила высокооплачиваемых стеклодувов и помощников детского труда и привела к массовому производству стеклянных бутылок.

После 1900 года фабрики были электрифицированы, и электродвигатели и средства управления использовались для выполнения более сложных механических операций. Это привело к механизированным процессам производства почти всех товаров.

Категории

Две эвольвентные шестерни, левая ведущая правая: синие стрелки показывают силы контакта между ними. Силовая линия (или линия действия ) проходит по касательной, общей для обеих базовых окружностей. (В этой ситуации сила и контакт не требуется вдоль противоположной общей касательной, которая не показана.) Эвольвенты здесь прослеживаются обратным образом: точки (контакта) перемещаются вдоль стационарной «струны» вектора силы как если он разматывался с левой вращающейся базовой окружности и наматывался на правую вращающуюся базовую окружность.

В производстве механизация заменила ручные методы изготовления товаров. Первичные двигатели - это устройства, которые преобразуют тепловую, потенциальную или кинетическую энергию в механическую работу. Первичные двигатели включают двигатели внутреннего сгорания, турбины внутреннего сгорания (реактивные двигатели), водяные колеса и турбины, ветряные мельницы и ветряные турбины, а также паровые двигатели и турбины. Транспортное оборудование с приводом от двигателя, такое как локомотивы, автомобили, грузовики и самолеты, представляет собой классификацию машин, которая включает подклассы по типу двигателя, например, внутреннего сгорания, турбины внутреннего сгорания и пар. Внутри заводов, складов, складов пиломатериалов и других производственных и торговых предприятий погрузочно-разгрузочное оборудование заменило ручную переноску или ручные тележки и тележки.

Механизированное сельское хозяйство

В горнодобывающих и земляных работах экскаваторы заменяли кирки и лопаты. На протяжении веков дробление горных пород и руды производилось с помощью гидравлических молотков, но на смену молоткам пришли современные дробилки для руды и шаровые мельницы.

Системы и оборудование для транспортировки сыпучих материалов используются для различных материалов, включая уголь, руду, зерно, песок, гравий и изделия из дерева.

Строительное оборудование включает в себя краны, бетономешалки, бетононасосы, сборщики вишни и различные электроинструменты.

Электрооборудование

Механизм с приводом от двигателя сегодня обычно означает либо электродвигатель, либо двигатель внутреннего сгорания. До первого десятилетия 20-го века под мощностью обычно понимали паровой двигатель, воду или ветер.

Многие из первых машин и станков имели ручной привод, но к началу 19 века большинство из них перешли на воду или пар.

До электрификации мощность мельницы и фабрики обычно передавалась через линейный вал. Электрификация позволила отдельным машинам приводить в действие отдельный двигатель в так называемом модульном приводе. Единичный привод позволил лучше организовать фабрики и позволить разным машинам работать с разной скоростью. Агрегатный привод также позволял значительно увеличить скорость, что было особенно важно для станков.

Шаг за пределы механизации - автоматизация. Раннее производственное оборудование, такое как машина для выдувания стеклянных бутылок (примерно 1890-е годы), требовало большого участия оператора. К 1920-м годам уже использовались полностью автоматические машины, которые требовали гораздо меньшего внимания оператора.

См.: Массовое производство

Военное использование

Основная статья: Бронетанковая война

Этот термин также используется в вооруженных силах для обозначения использования гусеничных бронированных машин, в частности бронетранспортеров, для перемещения войск, которые в противном случае отправились бы в боевые действия или на грузовиках. В военной терминологии механизированные относятся к наземным подразделениям, которые могут сражаться с транспортных средств, в то время как моторизованные относятся к подразделениям, которые идут в бой на транспортных средствах, но затем спешиваются и сражаются без них. Таким образом, буксируемая артиллерийская установка считается моторизованной, а самоходная - механизированной.

Механический против человеческого труда

Когда мы сравниваем эффективность рабочего, мы видим, что у него эффективность около 1% -5,5% (в зависимости от того, использует ли он руки или комбинацию рук и ног). Двигатели внутреннего сгорания в основном имеют КПД около 20%, хотя большие дизельные двигатели, такие как те, которые используются для питания кораблей, могут иметь КПД около 50%. Промышленные электродвигатели имеют КПД до 90% до поправки на КПД преобразования топлива в электричество около 35%.

Когда мы сравниваем затраты на использование двигателя внутреннего сгорания и затраты рабочего для выполнения работы, мы замечаем, что двигатель может выполнять больше работы при сравнительной стоимости. 1 литр ископаемого топлива, сжигаемый двигателем внутреннего сгорания, соответствует примерно 50 рабочим рукам, работающим в течение 24 часов, или 275 рукам и ногам в течение 24 часов.

Кроме того, совокупная работоспособность человека также намного ниже, чем у машины. Средний рабочий-человек может обеспечить производительность около 0,9 л.с. (2,3 МДж в час), в то время как машина (в зависимости от типа и размера) может обеспечить гораздо больший объем работы. Например, для выработки всего одного кВтч требуется более полутора часов тяжелого труда, который небольшой двигатель может обеспечить менее чем за час при сжигании менее одного литра нефтяного топлива. Это означает, что банде из 20-40 человек потребуется финансовая компенсация за свою работу, по крайней мере, равную требуемым калориям израсходованных продуктов (что как минимум в 4-20 раз выше). В большинстве случаев рабочий также будет нуждаться в компенсации за потерянное время, которая легко в 96 раз больше в день. Даже если мы предположим, что реальная стоимость заработной платы за человеческий труд составляет 1 доллар США в день, затраты на электроэнергию составят около 4 долларов США за киловатт-час. Несмотря на то, что это низкая заработная плата за тяжелый труд, даже в некоторых странах с самой низкой заработной платой, она представляет собой стоимость энергии, которая значительно дороже, чем даже экзотические источники энергии, такие как солнечные фотоэлектрические панели (и, следовательно, даже более дорогие по сравнению с комбайны энергии ветра или люминесцентные солнечные концентраторы).

См. Также: Энергия и теории энергоэффективности

Уровни механизации

Для упрощения механизацию можно рассматривать как серию шагов. Многие студенты ссылаются на эту серию как на указатели от базовых до продвинутых форм механического общества.

  1. сила руки / мышц
  2. ручные инструменты
  3. ручные инструменты с электроприводом, например, с электрическим управлением
  4. электроинструменты, однофункциональные, с фиксированным циклом
  5. электроинструменты, многофункциональные, с программным управлением
  6. электроинструменты с дистанционным управлением
  7. электроинструменты, активируемые деталью (например, телефон для монет)
  8. измерение
  9. выбранная сигнализация, например, управление гидроэнергетикой
  10. запись выступления
  11. автоматическое действие машины изменено путем измерения
  12. сегрегация / отклонение в соответствии с измерением
  13. выбор соответствующего цикла действий
  14. коррекция работоспособности после операции
  15. корректировка производительности во время работы

Смотрите также

использованная литература

Список используемой литературы

дальнейшее чтение

Последняя правка сделана 2024-01-02 04:18:37
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте