книги из ГПНТБ / Леонтьев, А. М. Экономическая эффективность изобретения

скую производительность, но они необходимы для на­ ладки и переналадки, для смены инструментов, ремонта механизмов и узлов, заправки машины материалами, смазки и т. д. Все эти затраты времени, не связанные с рабочим циклом машины, назовем временем простоев

Отношение фактической производительности к техно­ логической можно назвать коэффициентом использова­ ния машины:

Пф Тр + Тк

^и- я ^ Г - тр + тв + т„ *

Коэффициент использования машины в этом случае будет характеризовать как эксплуатационные качества машины, так и степень ее использованияДля металло­ режущих станков, например, этот коэффициент состав­ ляет в среднем 0,7, а для штамповочных прессов лишь около 0,4.

Отношение фактической производительности машины к практически возможной, при условии непрерывности работы и отсутствии простоев, выразится произведением коэффициентов использования и непрерывности по фор­ муле:

Пф Пф ЯтеХ

Ж = ~пЖ' ~яГ = 71и'71н’

Это отношение будет равно единице в случае идеаль­ ного использования времени обработки при непрерывном технологическом процессе. Оно показывает, какую часть занимает время непосредственной обработки единицы продукции в периоде рабочего времени, связанного с из­ готовлением машиной этой единицы.

70

Исходя из этой формулы, фактическую производи­ тельность можно выразить произведением:

Я в • Т)и • 7]н.

Отношение фактической производительности к теоре­ тической можно назвать коэффициентом производитель­ ности рабочей машины и выразить формулой:

Ятеор — теоретическая производительность, в см2/сек. Под теоретической можно понимать такую произво­ дительность, при которой все затраты энергии превра­ щаются в полезную работу (при этом не учитываются простои по различным техническим и производственным причинам). Для определения теоретической производи­ тельности рабочей машины надо знать теоретическую работу, необходимую для изготовления единицы продук­ ции. Например, для металлорежущего станка надо знать теоретическую работу, необходимую для снятия слоя ме­ талла с единицы поверхности. Эта работа будет зависеть от механических характеристик обрабатываемого мате­ риала, режима резания и геометрии режущего инстру­ мента. Тогда теоретическая производительность опреде­

ляется из формулы:

где Я теор— теоретическая производительность, в см2/сек;

встружку 1 см3 металла);

/— глубина резания, в мм.

71

прямо пропорциональна ее мощности и обратно пропор­ циональна сопротивляемости материала при обработке. Последняя, применительно к обработке металлов реза­ нием, характеризуется коэффициентами сил резания, различными для разных видов обработки. Эти коэффи­ циенты можно найти в справочниках.

Таким образом, технологические характеристики об­ рабатываемого материала существенно влияют на про­ изводительность станкаЭто обязывает изобретателя при выборе материала деталей, подвергающихся механиче­ ской обработке, учитывать его обрабатываемость. При этом под обрабатываемостью следует понимать не толь­ ко сопротивляемость материала силам резания, но и спо­ собность образовывать чистую поверхность. Если станок является автоматом, то должно быть обеспечено и хоро­ шее дробление стружки — обстоятельство, которое так­ же должно учитываться при выборе материала.

Что касается глубины резания t, которая входит в формулу теоретической производительности, то для операции чистовой обработки она должна быть возмож­ но меньшей. Но беспредельно уменьшать глубину реза-1

72

ния нельзя, так как на операции чистовой обработки должен быть удален дефектный слой и компенсированы погрешности заготовки и установки. Для деталей сред­ него размера можно принимать мм. Следует еще особо оговорить, что приведенная формула теоретиче­ ской производительности пригодна лишь для оценки производительности чистовых станков. Оценку произво­ дительности обдирочных станков следует производить по количеству металла, обращенного в стружку за еди­

ницу времени

Практически возможная производительность П в при­ менительно к процессу токарной обработки может быть определена по формуле:

где v — скорость резания, в м/мин;

s —подача, в мм/об;

Кп — коэффициент качества поверхности.

Определяя скорость резания из этой формулы, полу­ чим:

v —

S • Кп

С другой стороны, скорость резания может быть определена из формулы:

N e • 102 • 60 гт\ -- -Е_________

где Р г — нормальная составляющая силы резания, в кгс; Ne — эффективная мощность, в кВт.

Следовательно,

6Лв N e • 102 • 60

8 -Кп Рг

73

откуда

пNe • s • Кп • Ю20

p z

Взяв отношение практически возможной производи­ тельности к теоретической, получаем общий коэффи­ циент полезного действия станка:

р

—\ = Р — удельная сила резания, в кгс/мм2.

Здесь отношение Луд/р представляет собой коэффи­ циент полезного действия процесса обработки. Обозна­ чив эту величину через т]0, получим следующее выраже­ ние для определения общего коэффициента полезного действия обрабатывающей машины:

Значение коэффициента полезного действия процесса обработки сталей на металлорежущих станках колеб­ лется в пределах от 0,2 до 0,4, а механический коэффи­ циент полезного действия станков находится в пределах 0,75—0,85. Следовательно, среднее значение общего ко­ эффициента полезного действия металлорежущих стан­ ков при обработке сталей будет равно:

"Чое = • Vo = 0.8 • 0,3 = 0,24.

Коэффициент производительности обрабатывающих машин можно выражать зависимостью:

74

Подсчитаем ориентировочно среднюю величину коэф­ фициента производительности для металлорежущего станка при обработке сталей, если известно, что меха­ нический коэффициент полезного действия станка т]м = 0,8, коэффициент полезного действия процесса об­ работки г]о = 0,4, коэффициент использования т]и = 0,7 и коэффициент непрерывности т]н = 0,8:

Vn — 7 7 -^—= 71м • Vo ■ Vh • = 0,8 •0,4 •0,7 •0,8 =0,179.

J J ieop

Таким образом, можно сказать, что теоретические возможности обработки использованы здесь лишь на

17,9%.

Увеличить коэффициент производительности рабочих машин можно за счет соответствующего увеличения ко­ эффициента непрерывности, коэффициента использова­ ния, коэффициента полезного действия процесса обра­ ботки и механического коэффициента полезного дей­ ствия. Однако если первые два коэффициента (% и %) могут быть доведены до единицы, то два других (тщ и т]0) всегда будут меньше единицы. Объясняется это не­ избежностью сил тренияПри определении тщ прихо­ дится учитывать силы трения в механизмах станка (внешние силы трения), а при определении -Цо— вну­ тренние силы трения, проявляющие себя при взаимных перемещениях отдельных частиц металла, разрушаемого внедряющимся в него инструментом.

В оценке степени совершенства большую роль играет надежность машин, т. е. вероятность их безотказной ра­ боты в течение определенного времени с заданной про­ изводительностью в определенных условиях эксплуата­ ции. Коэффициент надежности конструкции определяет­ ся, как известно, отношением среднего времени безот­

75

казной работы к необходимому времени исправной ра­ боты:

где ГСр — среднее время безотказной работы изделия; необходимое время исправной работы, опреде­ ляемое в каждом конкретном случае в зависи­ мости от назначения изделия и условий экс­ плуатации.

Время безотказной работы всего изделия полностью зависит от надежности отдельных деталей.

Несмотря на то что в данное время сроки необходи­ мой исправной работы для большинства машин опреде­ ляются гарантийными промежутками времени (в зави­ симости от назначения машин и условий их работы), в конечном счете все машины должны рассчитываться на исправную и безотказную работу вплоть до морального износа. Следовательно, необходимое время исправной работы ГШ1 должно стремиться к моральной долговечно­ сти машины, а среднее время безотказной работы ма­ шины ГСр должно все более приближаться к необходи­ мому времени исправной работы. Таким образом, в со­ вершенной машине коэффициент надежности /Сн должен быть равен единице. Наиболее ответственные устройства и установки могут иметь определенный запас надежно­ сти; в этом случае /Сп будет больше единицы.

Когда Кп=0,1 или 0,2, то это показатель плохой на­ дежности. А такой показатель имеют многие изделия — это и экскаваторы, и тракторы, и металлорежущие стан­ ки, и другие обрабатывающие машины и установки. В то же время имеются такие изделия и отдельные де­ тали, которые имеют излишний запас надежности. К та­ ким деталям, например, относятся рамы, корпуса, ста­ нины, крышки и др., коэффициент надежности которых

76

иногда в несколько раз превышает показатель надежно­ сти всей машины. В этом случае следует стремиться к снижению неоправданно завышенной надежности та­ ких отдельных частей без снижения надежности всей машины в целом.

Для сравнительной оценки машин в эксплуатации большое распространение получил коэффициент эксплуа­ тационной надежности. Этот коэффициент определяется по формуле:

многих предприятиях организованы службы надежности, которые становятся своеобразными штабами по обеспе­ чению надежности выпускаемых изделий. Но еще име­ ется много неисследованных задач, которые предстоит непрерывно разрешать в связи с дальнейшим совершен­ ствованием техники. И тут широкое поле деятельности для изобретателей, которые могут, увеличивая надеж­ ность изделий, внести большой вклад в дело совершен­ ствования техники.

Важным показателем при оценке изобретения явля­ ется показатель долговечности. Этот показатель тесно

77

связан с надежностью изделия. Его можно определять отношением времени безремонтной работы к среднеста­ тистическому оптимальному сроку службы данной груп­ пы изделий до морального износаОпределение коэффи­ циента долговечности производится по формуле:

где Гбр — время безремонтной работы машины; Тмд — моральная долговечность машины.

Данный коэффициент показывает, какую часть срока службы машина работает без ремонта. Величина физи­ ческой долговечности для большинства машин меньше моральной. Это делает желательной работу изобретате­ лей в направлении повышения срока службы машин до их моральной долговечностиПри этом следует иметь в виду, что с прогрессом техники сроки морального из­ носа, т. е. моральная долговечность, будут сокращаться.

В настоящее время, несмотря на большое разнообра­ зие применяемых материалов и методов их обработки, мы не всегда располагаем возможностью обеспечения достаточной долговечности без проведения ремонта. В ряде случаев стоимость некоторых деталей возрастает настолько, что экономически является более целесооб­ разным заранее планировать ремонт, при котором изно­ шенные части должны быть заменены запасными.

Рассмотрим в качестве примера уборочные комбайны. Предположим, что все эти машины достигли такого уро­ вня совершенства, что весь период уборки работают без­ отказно, но в течение всего десятилетнего срока службы по окончании сезонных работ требуют каждый раз ре­ монта и замены соответствующих частей запасными, осмотра, регулировки и т. д. Это означает, что коэффи­ циент надежности комбайнов равен единице (весь пе­ риод уборки — необходимое время исправной работы — машины работают безотказно), а коэффициент долго­

78

вечности /Сд ==0,1 (каждый раз по окончании сезонных работ в течение десятилетнего срока службы они тре­ буют ремонта).

Коэффициент долговечности таких ответственных и широко используемых изделий, как подшипники каче­ ния, сравнительно невелик, так как моральная их долго­ вечность определяется десятками лет, а срок службы ограничен тысячами часов. Увеличивая срок их службы, например путем дробеструйного упрочнения тел качения и колец, а также улучшения качества их поверхности, можно заметно повысить коэффициент их долговечности.

Самой совершенной машиной по равнопрочности и долговечности станет в будущем такая машина, у кото­ рой все конструктивные элементы выдерживают полный срок службы вплоть до морального износа машины. Со­ здание таких машин, которые не требовали бы капи­ тальных ремонтов за весь срок их службы, и сокраще­ ние текущих ремонтов по своей экономической эффек­ тивности равноценно удвоению мощности машинострои­ тельных заводов страны.

Большую роль в повышении сроков службы изделий играет во многих случаях применение высококачествен­ ных новых прогрессивных материалов, а также специ­ альных технологических процессов, повышающих долго­ вечность деталей (дробеструйная обработка, накатка, закалка токами высокой частоты, термомеханическая обработка и т. п.)-

Для сравнения того или иного вида техники как объ­ екта изобретения часто приходится использовать пока­ затели, характеризующие специфические качества тех­ ники, обусловленные особенностями их использования. Так, например, проходимость транспортных машин для условий бездорожья может быть выражена показателем а , который можно было бы определять отношением ко­ личества вариантов условий бездорожья, преодолевае­

79