Машина

Машина (на старогръцки: Μηχανή; на латински: machina(-ae, f.)) е сложен механизъм или съчетание от механизми, който изпълнява механични движения за преобразуване на енергия и материали, за извършване на работа, за събиране, предаване, съхранение, обработка и използване на информация. Чрез машината се облекчава, механизира и автоматизира физическият и интелектуалният труд на човека^[1] и се повишава неговата производителност.

Етимология

В българския език думата машина е навлязла или през немски – Maschine, или през руски – машина. В европейските езици думата идва от латинската māchina, която е от дорийската старогръцка μαχανά, от μηχανή.

История

Простите механизми се използват от хората от праисторически времена. Те променят големината и посоката на приложена сила. Такива механизми са най-простият начин за прилагане на ефекта на „силата на лоста“, за да се увеличи приложената сила ^[2] Това са елементарните „тухли“ от които се строят по-сложните машини. Историята на изучаването им датира още от Архимед, който е изучавал лоста, макарата и винта. По-късно Ренесансовите учени добавят към тях още няколко: колело и ос, наклонена равнина и клин ^[3]

По-сложни машини, използващи силата на човека, животинска тяга или задвижвани от силата на водата и вятъра датират от античността. Човешката сила е задвижвала лебедки и макари, понякога с помощта на въжета. При военни действия са били използвани обсадни машини – например обсадна кула. Към 1 век се е използвала животинска тяга в мелници и воденици.

Видове

В зависимост от основната цел на преобразуването се разграничават три вида машини: енергетични (двигателни или трансформиращи), работни (транспортни или технологични) и информационни.

Енергетичните машини са предназначени за преобразуване на всякакъв вид енергия в механична енергия, и се наричат двигатели. Това са например електродвигатели, двигатели с вътрешно горене, турбини, компресори, парна машина. Разпространени са и електрогенераторите.

Работната машина превръща механичната енергия в полезна работа. Работните машини се разделят на технологични и транспортни. В технологичните машини обработваният материал може да бъдат в твърдо, течно или газообразно състояние. Целта на трансформацията на материала в тези машини е да се промени формата, свойствата, състоянието или местоположението му. В транспортните машини материалът е пренасяният обект, като превръщането му се състои в промяна на неговото положение. Към технологичните машини се отнасят металорежещите машини, валцуващите машини (прокатни станове), опаковащите машини, печатарски машини. Към транспортните машини се отнасят транспортните средства – автомобили, локомотиви, самолети, хеликоптери, елеватори, конвейери.

Информационните машини са предназначени за преобразуване на информация. Ако информацията е представена под формата на числа, машината се нарича сметачна или изчислителна, като например аритмометър, механичен интегратор, механична сметачна машина. Чарлз Бабидж е конструирал машина за изчисление на логаритми и други функции през 1837 г. Неговата машина Difference engine е първият механичен калкулатор и се счита за предшественик на днешните компютри. Но те, макар и известни в началото на разработването им като електронно-изчислителни машини, строго погледнато не са машини, тъй като в тях механичните движения се изпълняват само при спомагателни дейности, но името е запазено поради историческата приемственост от сметачните машини.

Машина, в която всички трансформации на енергия, материали, информация, се извършват без пряка намеса на човека, се нарича машина-автомат, или просто автомат. Наборът от автомати, свързани в серия един с друг и предназначени да изпълняват специфични процеси, образува автоматизирана линия^[4].

Двигатели

Първата парна машина е построена през 17 век от Дени Папен и представлявала цилиндър с лост, който се издига под действието на парата, а после се спуска под атмосферното налягане след сгъстяването на отработената пара. Окончателни усъвършенствания в парната машина били направени от Джеймс Уат през 1769 г. Парната турбина е изобретена от сър Чарлз Парсънс през 1884 г. Турбината постепенно бива усъвършенствана и заедно с двигателя с вътрешно горене през ХХ век постепенно изместват парната машина поради по-високия си коефициент на полезно действие (КПД).

Двигател с вътрешно горене е изпробван за първи път във Франция през 1807 от Исак де Риваз който направил автомобил с двигател, движен от възпламеняващ се въглищен газ. Първият истински тритактов двигател с вътрешно горене и водно охлаждане е дело на Барзанти и Маточи, а след изобретяването на цикъла на Ото от Николаус Ото през 1877 става ясно, че този тип двигатели има много предимства пред парните двигатели. През 1877 г. Ото и фабриката за газови двигатели Дойц патентоват четиритактовия процес. През 1884 г. той въвежда и електрическото запалване на двигателите. След това нововъведение става възможно използването и на течни горива и настъпва ерата на автомобила.

Работни машини

Модел на предачна машина „spinning Jenny“ от 18 в. от музея във Вупертал, Германия

Машините играят основна роля за настъпването на индустриалната революция. В началото на 18 в. английската текстилна промишленост разчита на домашно произведени суровини и то основно вълна, тъй като изготвянето на нишки от лен и памук изисква по-съвършена обработка и тези платове се внасят от чужбина. През втората половина на века се появяват текстилните манифактури, в които работата се механизира и след появата на предачната машина през (1768), патентована от Ричард Аркрайт и механизирания тъкачен стан на Едмънд Картрайт (1784) израстват и първите текстилни фабрики. Отначало машините са задвижвани с животинска тяга или водни колела. Към 1780 г. в Англия има 20, а след още 10 години – 150 предачни фабрики и на много от тях работят по 700 – 800 души.^[5]

След това водното колело бива заменено от парния двигател. В периода от 1775 до 1800 г. заводите на Уат и Болтън произвеждат 84 парни машини за памучни фабрики и 9 машини – за фабрики, преработващи вълна.^[6]

Развитието на машиностроенето е невъзможно без подходящи обработващи машини. Те са предназначени за изработване на отделните части (компоненти) и са задвижвани с електричество, хидравлика или с трансмисия. Отначало при изработката на частите се използва дърво и кожа, но скоро те биват заменени от метал. При обработката му се използва натрупаният опит в изработване на механични части от майсторите на часовници и научни инструменти. Механичните части на ранните текстилни машини понякога се наричат „часовникарски“, защото съдържат метални шпиндели и предавки. Растящото производство привлича такива майстори и така се поставят основите на съвременното машиностроене.

Освен струговете, първата голяма металообработваща машина е цилиндрична бормашина, използвана за пробиване на цилиндри с голям диаметър за първите парни двигатели.

Информационни машини

Най-старата програмируема машина (чието поведение може да се контролира от програма) е програмният хуманоиден робот на Ал Джазари от 1206 г. Това е механизирана лодка с четирима автоматични музиканти, която се носи по езерото и забавлява гостите по време на кралските балове. Неговият механизъм включва програмируеми барабани с ключе, захванати на малка ръчка, които отмерват ритъма. Барабанистът е можел да изпълнява различни ритми в зависимост от положението на ключето.

Често за образец на ранно машинно програмиране е считан станът за жакардови тъкани^[7], създаден през 1801 г. В тази машина се използвали картонени карти с дупки по тях (предшественици на перфокартите), като дупките определят десена^[8] и шарките на тъканта. Така в зависимост от картите станът можел да произвежда напълно различни тъкани (платове). Такива карти е използвал и Чарлз Бабидж през 1830 г., за да управлява своята сметачна машина. Тук отворите се използват за контрол на машината.

Машинни елементи

Машините се състоят от машинни елементи. Те се разделят на механизми, които контролират движението по различни начини и структурни компоненти като рама и крепежни елементи. Съвременните машини съдържат също сензори, активатори и компютърни контролери. Формата, видът и цветът на корпусите на машините са обект на промишления дизайн.

Механизми

Механизмите контролират движението по различни начини.^[9]^[10] Най-общо механизмите се класифицират като предавки, трансмисии, валове, спирачки, съединители и свързващи механизми, макар че има и други видове като спирачка и предавателна кутия.

Контролери

Контролерите съчетават сензори, логика и изпълнителни устройства (на английски: actuators) за да може компонентите на машината да изпълнят предназначението си. Може би най-известният е този на парната машина, наречен центробежен регулатор (на английски: centrifugal governor). Други примери са релето и термостатът, който при определена температура задействува някакъв клапан (например в охладителната система на автомобила). В компютрите се използват програмируеми логически контролери. Сервомоторите, които прецизно позиционират даден вал вследствие на електрическа команда са друг пример, като те правят възможно развитието на роботите.

Класификация

Съществуват най-различни типове класификация на машините. Например според вида на задвижването, основния вид движение и вида на рамата (шасито) може да се направи следната класификация:

Двигател или източник на енергия	Основно движение	Вид на рамата
ръчни машини електрически хидравлични топлинни	въртящи се алтернатори реактивни	фиксирана подвижна

Например двигателят с вътрешно горене е топлинна машина, която преобразува топлинната енергия в механична. Центробежната помпа е хидравлична машина, която трансформира механична енергия, а динамото е електрическа машина, която преобразува механичната енергия в електрическа.

Друга възможна класификация е според обработвания предмет: машини за обработка на материали, на енергия, на информация.

Източници

↑ Машина в РБЕ
↑ Asimov, Isaac. Understanding Physics. New York, Barnes & Noble, 1988. ISBN 0880292512. с. 88.
↑ Anderson, William Ballantyne. Physics for Technical Students: Mechanics and Heat. New York, USA, McGraw Hill, 1914. с. 112 – 122. Посетен на 11 май 2008.
↑ статията „Машина“ в Большая советская энциклопедия
↑ ((ru)) Всемирная история. Энциклопедия. Том 5. Глава XX. Англия в XVIII в. Начало промышленного переворота
↑ ((ru)) Всемирная история. Энциклопедия. Том 5. Глава XXVI. Техника и естествознание в Европе во второй половине XVII и в XVIII вю
↑ „Жакардов“ в РБЕ
↑ „Десѐн“ в РБЕ
↑ ((en)) Reuleaux, F., 1876 The Kinematics of Machinery, (trans. and annotated by A. B. W. Kennedy), reprinted by Dover, New York (1963)
↑ ((en)) J. J. Uicker, G. R. Pennock, and J. E. Shigley, 2003, Theory of Machines and Mechanisms, Oxford University Press, New York.

Вижте също

Общомедия

Общомедия разполага с мултимедийно съдържание за

Машина.

[1] Машина в РБЕ

[Азимов-2] Asimov, Isaac. Understanding Physics. New York, Barnes & Noble, 1988. ISBN 0880292512. с. 88.

[3] Anderson, William Ballantyne. Physics for Technical Students: Mechanics and Heat. New York, USA, McGraw Hill, 1914. с. 112 – 122. Посетен на 11 май 2008.

[4] статията „Машина“ в Большая советская энциклопедия

[autogenerated1-5] ((ru)) Всемирная история. Энциклопедия. Том 5. Глава XX. Англия в XVIII в. Начало промышленного переворота

[6] ((ru)) Всемирная история. Энциклопедия. Том 5. Глава XXVI. Техника и естествознание в Европе во второй половине XVII и в XVIII вю

[7] „Жакардов“ в РБЕ

[8] „Десѐн“ в РБЕ

[9] ((en)) Reuleaux, F., 1876 The Kinematics of Machinery, (trans. and annotated by A. B. W. Kennedy), reprinted by Dover, New York (1963)

[10] ((en)) J. J. Uicker, G. R. Pennock, and J. E. Shigley, 2003, Theory of Machines and Mechanisms, Oxford University Press, New York.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]