книги из ГПНТБ / Сучков, А. Е. Резервы экономии металла в машиностроении

Т а б л и ц а 4

Распределение веса по узлам к общему весу машин и оборудования, %

передачи их функций другим машинам; 3) соединения двух или нескольких механизмов в один; 4) совершенст­ вования компоновки отдельных узлов и механизмов;

5)расчленения машин на сборочные элементы. Сокращение расстояний между опорами и возможное

приближение их к месту приложения нагрузок позволяет уменьшить вес и размеры нагруженных деталей, улуч­ шить технологичность конструкции машины в целом и ее отдельных узлов. Так, у силосоуборочного комбайна «СК-2,6» барабан измельчающего аппарата устанавли­ вался на две опоры, расположенные друг от друга на большом расстоянии (более ширины захвата). Это при­ водило к увеличению размеров и веса некоторых нагру­ женных деталей. В последующих выпусках комбайнов такого назначения за счет сужения горловины измель-

20

чающего аппарата количество деталей уменьшилось на 70, а их вес снижен на 50,%.

Современная конструкция тракторов обладает доста­ точной устойчивостью, чтобы противостоять силам веса и нагрузкам, действующим на его рабочие органы. По­ этому трактор способен быть не только источником тяго­ вой силы, но и противостоять нагрузкам от навесных машин. С учетом этих особенностей в последнее время ведется замена прицепных машин навесными, что обеспе­ чивает снижение их веса в 1,5 раза и больше. Причем снижение металлоемкости в данном случае достигается за счет устранения наиболее трудоемких в производстве и быстро изнашиваемых в эксплуатации узлов и деталей

кость в сравнении с прицепными орудиями уменьшается от 35 до 93%. Следовательно, переход от специальных

Т а б л и ц а 5

Эффективность применения некоторых навесных сельскохозяйственных машин по сравнению с прицепными

21

машин к приспособлениям, выполняющим вместе с еди­ ным двигателем те же функции, что и специальные маши­ ны, является одной из основных возможностей снижения удельной металлоемкости машин.

По данным ВИСХОМ, переход с прицепных машин на навесные дает возможность снизить удельную металло­ емкость машин от 30 до 40%. Конструкционный и эксплуатационный смысл навесных орудий заключается в том, что плуги, жатки, сенокосилки, культиваторы и дру­ гие сельскохозяйственные орудия по существу преврати­ лись в операционные приспособления. У них не стало ходовой части и механизмов управления. Для передви­ жения, включения и выключения этих орудий использу­ ются шасси и гидросистема трактора. Благодаря такому кинематическому изменению вес навесных машин стал значительно меньше веса прицепных.

Замена прицепных машин навесными дала возмож­ ность значительно сократить их металлоемкость, умень­ шить трудоемкость изготовления и улучшить технологич­ ность. В последнее время наблюдается увеличение числа безмоторных комбайнов для уборки сельскохозяйствен­ ных культур, которые приводятся в движение от двигате­ ля трактора или самоходного шасси.

Самоходные шасси благодаря универсальности имеют хорошие перспективы развития. Они обеспечивают об­ служивание агрегата одним человеком и при значитель­ ной ширине захвата отличаются высокой производитель­

К таким машинам относится силосоуборочный комбайн «ПСК-1,8». Он присоединяется к трактору сбоку и опира­ ется на одно внешнее колесо. Такая компоновка исклю­ чает сложную систему громоздких механизмов, уменьша­ ет вес машины и трудоемкость ее изготовления. Снижение веса машин обусловливает повышение их эксплуатацион­ ной надежности. Уменьшение веса автомобиля, например, на 1 т за счет усовершенствования конструкции увеличи­ вает его грузоподъемность до 5 т и снижает расход бен­ зина на 100 км пути на 22%.

22

Машины, находящиеся в производстве, не одинаково совершенны. Поэтому в их конструкции при проектирова­ нии должны быть заложены условия, обеспечивающие последующую модернизацию. Одним из таких условий должно быть разделение конструкции машины на отдель­ ные узлы, по возможности взаимозаменяемые и само­ стоятельные в функциональном отношении. Подобная мера — важное средство улучшения экономических пока­ зателей ее производства и эксплуатации.

Снижение конструктивной металлоемкости в значи­ тельной степени зависит от повышения мощности двига­ теля. Форсирование мощности двигателя за счет увеличе­ ния количества цилиндров при расположении их верти­ кально в ряд приводит к увеличению габаритных размеров и снижению литровой мощности. Разработка новых конструктивных компоновок двигателей наряду с интенсификацией и совершенствованием их рабочего про­ цесса дает возможность увеличить его мощность.

Практика показала, что малооборотные длинноходные рядные дизели, отличающиеся повышенной жесткостью работы, уступают место высокооборотным У-образным дизелям. Основное преимущество последних — малые габаритные размеры, высокая жесткость блока цилинд­ ров и коленчатого вала, малые удельный вес и вес, при­ ходящийся на единицу рабочего объема цилиндров. Эти доводы можно проиллюстрировать конкретными приме­ рами, приведенными в табл. 6. Из таблицы видно, что применение У-образной схемы расположения цилиндров двигателя в автомобилестроении позволяет снизить вес двигателя, уменьшить его длину и улучшить компоновку автомобиля в целом. По данным НАМИ, использование У-образного 6-цилиндрового двигателя мощностью 135 л.с. на шасси автомобиля «ЗИЛ-151» дало возмож­ ность при сохранении прежней длины кузова сократить базу автомобиля на 365, а габаритную длину — на 700 мм. Переход от системы водяного охлаждения двига­ телей к воздушному позволил снизить металлоемкость двигателя на 10—12%• На автомобиле «КонтинентальАрсенал» 8-цилиндровый двигатель с У-образным распо­ ложением цилиндров мощностью 810 л.с. имеет удельный вес 1,34 кг/л.с., а 4-цилиндровый с рядным расположени­ ем цилиндров мощностью 50 л.с., установленный на авто­ мобиле «М-20»,—4,8 кг/л.с.

23

Т а б л и ц а 6

Сравнительная характеристика автомобильных двигателей

2.Роль технологичности конструкции

вснижении веса машин

Машиностроение —■главная движущая сила'в техни­ ческом перевооружении народного хозяйства. Высокое качество советского машиностроения, соответствие его состояния и развития достижениям науки и техники — одна из весьма важных народнохозяйственных задач.

В Советском Союзе накоплен большой опыт в области проектирования и производства машин. Между конструк­ цией машины и технологией ее изготовления существует тесная взаимосвязь. Технологичность конструкции разре­ шает вопросы взаимосвязей и взаимозависимостей кон­ струкционных и технологических приемов создания ма­ шин. Поэтому технологию машиностроения признано считать наукой об изготовлении машин. Основной ее задачей является выявление закономерностей образова­ ния из первичных материалов деталей машин определен­ ных форм и размеров, необходимых точностей и качества поверхностей, улучшение физических свойств деталей и эксплуатационных качеств за счет технологического воз­ действия на них.

24

Стремление к высокой технологичности стало одним из важных принципов конструирования современных машин. Конструкция машин и оборудования должна не только отвечать заданным эксплуатационным показате­ лям, но и быть экономичной и простой в подготовке к производству и в процессе самого изготовления. Рацио­ нальную конструкцию машин можно создать лишь в том случае, когда конструктор ясно представляет себе техно­ логию ее выпуска.

Конструктивные формы машин, узлов и деталей обусловливаются главным образом их служебным назна­ чением. Однако, если машина, узел или деталь сконструи­ рованы без учета требований технологии их изготовле­ ния, они могут оказаться неэкономичными не только в производстве, но и в эксплуатации. Следовательно, при конструктивной разработке машин и деталей необходимо учитывать и отражать в конструкции требования техно­ логии их наиболее экономичного изготовления.

В связи с этим перед машиностроителями возникла необходимость настойчивой и упорной борьбы над раз­ решением одной из важных проблем в машиностроении— технологичности конструкции машин. Технологичной счи­ тают такую конструкцию, которая при обеспечении заданных эксплуатационных показателей требует для сво­ его осуществления минимальных затрат материала, вре­ мени, труда и средств в конкретных условиях данного производства. Для снижения общей металлоемкости машин необходимо конкретизировать рассмотрение вопросов технологичности конструкции на основе наибо­ лее эффективных технологических процессов, вытека­ ющих из практики, и после этого выработать методику конструирования технологичных деталей машин.

Технологичность конструкций сочетает в себе ком­ плексное решение задачи, учитывающей требования всех стадий технологических процессов выпуска машин, начи­ ная от полуфабриката и кончая сборкой и испытанием готовой продукции. Технологичность конструкции — ме­ рило технологических требований при конструировании машин для улучшения и уменьшения обработки, повыше­ ния производительности и снижения стоимости. Техно­ логичность деталей и узлов машин определяет трудоем­ кость изделия и расход материала на его изготовление. Поэтому технологичность деталей нужно отрабатывать

25

до окончательного появления их чертежей, создать чет­ кую систему показателей, позволяющую оценить степень технологичности изделий.

Технологические требования, предъявляемые к кон­ струкции деталей, обязаны обусловливать техническую возможность применения того или иного способа произ­ водства и его рентабельность, обеспечения максималь­ ных механических качеств, минимальных отходов и тру­ доемкости как в заготовительной, так и обрабатыва­ ющей фазах.

Технологические возможности современного машино­ строения позволяют решать самые разнообразные за­ дачи, возникающие в процессе выпуска машин, и обеспе­ чивать высокоэффективное, рациональное производство. Однако конструкция деталей обычно предопределяет тех­ нологию их изготовления. Поэтому возможности сниже­ ния себестоимости технологическими средствами всегда ограничиваются заданной конструкцией: одну и ту же деталь можно сконструировать в различных вариантах. При оптимальной технологической отработке каждого варианта металлоемкость и трудоемкость деталей окажутся неодинаковыми. Вариант, конструкция которо­ го отвечает требованиям наиболее рациональной техно­ логии, является технологичным. Технологичность кон­ струкции предопределяет возможность качественного изготовления изделия наиболее прогрессивными и эконо­ мичными методами с наименьшей затратой времени, тру­ да и материалов с учетом реализации предъявляемых к конструкции эксплуатационных требований.

Выбор полуфабриката и разработка технологического процесса его превращения в готовую деталь дают наибо­ лее высокие технико-экономические показатели тогда, когда эти вопросы решаются комплексно с конструкцией машины и ее деталей. В результате совместных усилий конструктора и технолога в творческом содружестве с производственниками разрабатывается оптимальный ва­ риант и создается наиболее технологичная конструкция детали и машины в целом.

При конструировании формы деталей нужно стре­ миться к созданию наиболее простых обрабатываемых поверхностей, к наименьшему их числу и минимальной площади. Простота конструкции нужна для того, чтобы получить машину из наименьшего количества простых,

26

минимального веса деталей при наиболее рациональном способе их изготовления и легкой сборке.

Среди научно-технических проблем советского маши­ ностроения одно из важнейших мест занимает проблема улучшения технологичности конструкции машин, обеспе­ чивающая высокие технико-экономические показатели как в производстве, так и при эксплуатации. Применение технологических возможностей для решения конструктор­ ских задач имеет важное народнохозяйственное значение.

Улучшение технологичности конструкции деталей и машин в целом должно характеризоваться:

1.Широким использованием технологических возмож­ ностей для повышения параметров рабочих процессов, транспортных и кинематических скоростей машин с одно­ временным снижением удельной металлоемкости, осо­ бенно в дефицитных и дорогостоящих материалах.

2.Рациональностью выбора материала, заготовки и формы деталей с таким расчетом, чтобы их можно было получать прогрессивными технологическими процессами почти без дальнейшей механической обработки.

3.Совокупностью конструктивных и технологических факторов, обеспечивающих высокую надежность и долго­ вечность машин за счет повышения качества, прочности

иизносоустойчивости их деталей и узлов.

4.Степенью точности изготовления и чистотой обра­ батываемых поверхностей деталей, повышением их каче­ ства и прочности технологическими приемами.

Технологичность конструкции зависит от вида заго­ товки, из которой делается деталь. Чем рациональнее выполнена заготовка, тем она менее трудоемка при механической обработке. Основными их видами в маши­ ностроении являются: нормальные или специальные про­

фили проката, поковки, штамповки и отливки. Литейная технология в современных условиях позволяет получить детали машин разнообразной конструкции со сложными внутренними полостями и элементами переменного сече­ ния. При выборе материалов, предназначенных для литья деталей, обращают особое внимание на конструк­ тивность и технологичность их форм, целевое назначе­ ние, условия работы, характер и величину нагрузок и на­ пряжения.

Повышение технологичности отливок, поковок и штамповок очень тесно связано с величиной припусков,

27

допусков и выбором способа получения заготовок. Все эти факторы оказывают большое влияние на трудоем­ кость и металлоемкость изделий.

Технический прогресс в области литья и обработки металла давлением в современном машиностроении обеспечил возможность получения заготовок при мини­ мальных затратах труда, времени и материалов. В раз­ витии технологии литейного производства наблюдается значительное повышение точности, прочности, надежно­ сти литья с возможностью уменьшения за счет этих мер веса отливок и доли их последующей механической обра­ ботки. Происходит заметное повышение тонкостенное™ литья за счет образования ребер жесткости.

Ведущее направление развития технологических про­ цессов в кузнечно-прессовом производстве — повышение точности заготовок, улучшение качества поверхностного слоя и снижение трудоемкости их изготовления. Это позволит добиться высокой механизации и автоматиза­ ции и значительного уменьшения расхода материала не только в кузнечно-прессовых цехах, но и при последу­ ющей обработке заготовок в механических цехах.

Большое влияние на качество деталей оказывает спо­ соб их производства. При изготовлении деталей из заго­ товки волокна не должны перерезаться, они должны быть направлены в соответствии с контуром детали. Совпаде­ ние направления волокон с направлением наибольших нормальных напряжений, имеющих место при эксплуата­ ции машин, значительно повышает прочность и износо­ устойчивость деталей. Например, болт, полученный из прутка резанием, имеет неудовлетворительную структу­ ру: нормальные напряжения направлены поперек воло­ кон. Стержень болта, образующийся из сердцевины исходного катаного прутка, обладает пониженным каче­ ством. Болт, сделанный путем вытяжки стержня и осад­ ки головки в кузнечно-прессовом цехе, имеет благоприят­ ное расположение волокон. Надежность и долговечность его в эксплуатации значительно увеличивается. Шестер­ ни. выточенные резанием из прутка, имеют направления нормальных напряжений в зубьях тоже поперек волокон. При штамповке таких же шестерен из полосы волокна в

23

тации. Если же шестерни делать способом осадки, то получим наиболее благоприятное расположение волокон. В этих случаях деталь будет долговечнее в эксплуатации.

Развитие машиностроительного материаловедения характеризуется улучшением свойств применяемых в машиностроении материалов, а также качества загото­ вок. Это обеспечивается в первую очередь ростом проч­ ности и точности в заготовительных процессах.

Несмотря на то что эта задача конструкторского характера, но при ее решении могут быть использованы все благоприятные воздействующие технологические при­ емы: значительное увеличение усталостной прочности за счет поверхностного упрочнения деталей механическим путем или термохимической обработки, возможность зна­ чительного повышения кинематических скоростей за счет уменьшения износа и трения, применение пористого хро­ мирования поверхности цилиндров мотора и др. При определении прочностных свойств материалов в деталях должны быть учтены все положения теории конструктив­ ной прочности и роли в ней технологических факторов.

При изготовлении точных заготовок стоимость их воз­ растает с увеличением степени приближения к требова­ ниям готовой детали. Заготовки, отличающиеся меньшей степенью приближения к требованиям готовой детали, стоят дешевле, но требуют значительных последующих расходов по их превращению в готовую деталь. Следо­ вательно, из нескольких возможных вариантов превра­ щения полуфабриката в готовую деталь необходимо использовать наиболее экономичный.

3.Показатели измерения металлоемкости машин

ивозможности их планирования

Одним из важнейших показателей, характеризующих материальные затраты в сфере производства, является материалоемкость продукции. Она может измеряться удельным весом стоимости материалов в общих затратах на производство либо весовым расходом материалов на изделие.

Материалоемкость наряду с другими параметрами — важный технико-экономический показатель любой ма­ шины. Исследования показывают, что доля затрат на

29