5. Основные принципы конструирования машин

5.1. Задачи конструирования

Основной задачей конструирования является создание конструкций машин, отвечающих современным потребностям народного хозяйства, дающих наибольший экономический эффект, обладающих высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.

Главные показатели оптимальной конструкции машин: высокая производительность, экономичность, прочность, надежность; малые массы и металлоемкость, габариты, энергоемкость, объем и стоимость работ по эксплуатации и ремонту; высокий технический ресурс и степень автоматизации; простота, безопасность, удобство в обслуживании и управлении; соблюдение требований технической эстетики. Значимость каждого из перечисленных факторов во многом зависит от функционального назначения машины.

Проектируя машину, необходимо добиваться увеличения ее рента­бельности и повышения экономического эффекта за весь период работы. Экономический эффект зависит от целого комплекса технологических, организационно-производственных и эксплуатационных факторов. Однако в значительной степени повышение эффективности машины закладывается уже на стадии ее конструирования и зависит от деятельности конструктора, строгого соблюдения основ методологии проектирования.

5.2. Экономические основы конструирования машин

Экономический фактор в конструировании играет первостепенную роль и определяет основную цель конструирования – увеличение экономического эффекта машин.

Экономически направленное конструирование должно учитывать весь комплекс факторов, определяющих экономичность машин и правильно оценивать их относительное значение. Главными факторами, определяющими экономичность машины, являются: величина полезной отдачи машины, долговечность, надежность, расходы на оплату труда операторов, потребление энергии, стоимость ремонтов, эксплуатационные расходы за весь период работы машины.

5.2.1. Полезная отдача

Полезная отдача выражается стоимостью продукции или полезной работы, выполняемой машиной в единицу времени, и зависит от производительности машины, т.е. от числа операций (или единиц работы), ею выполняемых в единицу времени, или от стоимости операций (единицы работы):

, (5.1)

где Q_э – эксплуатационная производительность;

С_ед – стоимость единицы продукции.

Увеличение отдачи является комплексной задачей, решение которой во многом зависит от рациональной эксплуатации машины. Но в основном эту задачу необходимо решать конструктивными мероприятиями.

Пути повышения полезной отдачи - это увеличение производительности при конструировании за счет:

– расчета рабочих органов на максимальный объем операций;

– увеличения числа одновременно осуществляемых операций –конструктивное совмещение функций;

– увеличения числа одновременно обрабатываемых изделий;

– сокращения продолжительности рабочего цикла машины;

– автоматизации технологического процесса.

Рентабельность машины q – это отношение полезной отдачи машины О_Т за определенный период в сумме эксплуатационных расходов Р за тот же период:

. (5.2)

Эта величина должна быть больше 1, иначе машина убыточна, нерентабельна.

Сумма эксплуатационных расходов Р складывается из стоимости расходуемой энергии Э_н, материалов в заготовках М_м, инструмента И_н, оплаты труда операторов Т_р, технического обслуживания О_б, ремонта Р_м, накладных цеховых и заводских расходов Н_к, амортизационных расходов А_м:

. (5.3)

Годовой экономический эффект от работы машины (годовой доход):

, (5.4)

где О_Т – годовая полезная отдача, руб/год;

Р – сумма эксплуатационных расходов за год, руб/год.

Суммарный экономический эффект за весь период службы машины Q (общий доход) равен разности суммарной отдачи О_Т и суммы расходов P (в рублях) за тот же период:

, (5.5)

(5.6)

Амортизационные расходы за весь период эксплуатации машины равны стоимости машины С, т.е. А_М = С. Ремонтные расходы Р_М не находятся в прямой зависимости от продолжительности фактической работы машины за период эксплуатации, а определяются условиями эксплуатации и надежностью машины. Все остальные расходы и отдача машины пропорциональны продолжительности фактической работы h машины за период ее эксплуатации. Поэтому суммарный экономический эффект за время h

. (5.7)

Срок окупаемости Н_ок, определяется как период службы машины, при котором суммарный экономический эффект становится равным стоимости машины С, т. е.

; (5.8)

; (5.9)

где Р – годовые эксплуатационные расходы,

Р=Э_Н+М_М+И_Н+Т_Р+О_Б+Н_К, при этом затраты на ремонт весьма малы и ими пренебрегают.

Расходы на амортизацию за срок окупаемости:

, (5.10)

где H – период службы машины;

_исп – коэффициент использования;

D – долговечность (общая возможная наработка машины за период эксплуатации).

Подставив значение А_М в уравнение (5.8) найдем из него Н_ОК:

. (5.11)

Коэффициент использования машины _исп представляет собой отношение времени фактической работы машины за определенный период к длительности этого периода Н:

. (5.12)

Если машина работает до полного исчерпания своего технического ресурса, то h представляет собой долговечность машины D и тогда

. (5.13)

Величина _исп машин, работающих по календарному режиму, зависит от числа рабочих смен и холостого времени (простои из-за неисправности, недогрузка, нарушения производственного режима).

При одно-, двух- и трехсменной работе соответственно _исп = 0,2; 0,4; 0,6. При круглогодичной непрерывной работе _исп = 0,95…1,0. Для машин периодического действия (сезонных) _исп = 0,05 ... 0,1.