книги из ГПНТБ / Барташев Л.В. Технико-экономические расчеты при проектировании и производстве машин

С экономической точки зрения чрезмерное разрежение ряда влечет за собой нерациональное использование оборудования, поскольку вынуждает потребителя эксплуатировать машины бо­ лее крупных, чем ему нужно, размеров.

Увеличение густоты ряда сказывается на падении серийности производства машин, повышении их себестоимости и, как след­ ствие, на увеличении капиталовложений в соответствующую от­ расль машиностроения; в связи с этим могут возникнуть дополни­

лем q = 1,25 в размерах резьб, модулей, крепежа, деталей арма­ туры, гидравлики и др., пользуются рядами с большей густотой, отчасти построенных не на геометрической, а на арифметической прогрессии или на их сочетании.

Недостаточно развитый параметрический ряд выпускаемых нашей промышленностью грузовых автомобилей приводит в ряде случаев к весьма нерациональному их использованию, когда, как это нередко бывает, на трехтонной машине перевозятся грузы весом 0,5—1 т и меньше. Интересы потребителя при этом стра­ дают. Именно этим было вызвано в свое время предложение Госплана РСФСР о расширении параметрического ряда этих ма­ шин с усилением его частоты и включением в него машин малой грузоподъемности, а именно: 0,8; 1; 1,5; 2,5; 4; 7; 10; 12 т и далее до 25 т.

Из сказанного следует, что экономические факторы, опреде­ ляющие целесообразность параметрического ряда, противоречивы и выбор оптимального рядов требует тщательного анализа и раз­ вернутого экономического обоснования1 .

Экономическая эффективность ряда зависит как от размера капиталовложений К, потребных для производства машин и под­ готовки их к эксплуатации, так и от себестоимости изготовляемой на них за год продукции Сг. Критерием служит величина приве­ денных затрат на годовой выпуск с учетом нормативного коэффи­ циента эффективности капиталовложений /<":

ПЗ = СГ+ КэК.

Величина приведенных затрат должна быть минимальной. Критический анализ потребности народного хозяйства в маши­ нах унифицированного ряда может внести серьезные изменения в его структуру и повысить экономическую эффективность ра­ боты. Так, на основе изучения запросов потребителей ряд мосто­ вых электрических кранов грузоподъемностью 5, 10, 15, 20, 30 и 50 т был заменен рядом 5, 8, 12', 15, 20, 32 н 50 т. При этом были внесены и существенные изменения в конструкцию кранов, по­ зволившие на 20—30% уменьшить их вес и значительно снизить

их себестоимость.

1 См. методику расчета, разработанную ВНИИНМАШ [19], а также [50].

90

Правда, проведенная рационализация структуры параметри­ ческого ряда кранов и использование в их конструкциях балок с несимметричным расположением рельса и более тонкими гофри­ рованными листами, применение малогабаритных редукторов Ц2 вместо РМ и другие мероприятия не обеспечили одинакового эф­ фекта для кранов всех грузоподъемностей и в некоторых из них (по сравнению с прежними), произошло даже увеличение веса отдельных деталей. Так, например, постановка колес одного диа­ метра 700 мм во всех 12-тонных кранах с пролетом от 11 до 32 м, естественно, вызвала некоторое утяжеление конструкции у кра­ нов с малыми пролетами. Но укрупнение серийности вследствие унификации, переход на более совершенную технологию и сни-. жение благодаря этому трудоемкости изготовления машин зна­ чительно перекрыли дополнительные затраты на металл и в це­ лом привели к снижению их себестоимости.

по отдельным статьям (например, электроэнергии), но снижение их себестоимости повлекло за собой уменьшение расходов по амор­ тизации, а унификация и агрегатирование конструкций умень­ шили и затраты на ремонт, сменяемые агрегаты и пр. В общей слож­ ности в большинстве случаев это мероприятие дало экономию и на

Экономическая эффективность типажа машин прежде всего зависит от удачных решений всех технических и экономических задач, которые приходится решать при разработке параметричес­ ких рядов, поэтому именно этим этапам должно уделяться макси­ мальное внимание. Большую работу в этом направлении провели ленинградские заводы. Об их результативности можно отчасти судить по собранным М. Я. Резниковым итоговым данным, отра­ жающим в известной мере и удачные конструктивно-технологи­ ческие решения (табл. 11).

Из данных табл. 11 следует, что проведение унификации кон­ струкций машин, входящих в них агрегатов и деталей, создание параметрических рядов и на их основе рационального типажа машин оказывает положительное воздействие на самые различные технико-экономические показатели. Снижаются металлоемкость, вес и себестоимость машин, улучшаются технические характери­ стики (к. п. д., быстроходность и др.), повышается качество ма­ шин, надежность и долговечность, т. е. увеличивается эффектив­ ность унифицированных машин в производстве и при эксплуата­ ции.-

Разработка прогрессивного типажа машин в каждой отрасли машиностроения является в настоящее время одной из централь­ ных задач головных институтов и конструкторских бюро.

Приведенные выше цифры достаточно убедительно говорят о том, какое большое влияние на экономику производства может

91

В зависимости от назначения машин, характера испытываемых ею нагрузок, очевидно, будут изменяться и требования, предъяв­ ляемые к конструкции ее деталей. Например, в машинах, рабо­ тающих с ударной нагрузкой (кузнечные молоты, свайные машины и т. п.), вес машины можно снизить главным образом за счет малонагруженных деталей. При работе металлорежущих станков система станок—инструмент—деталь испытывает вибрационную нагрузку, поэтому для противодействия возникающим усилиям необходимо обеспечить определенную жесткость и виброустойчи­ вость станка, в соответствии с чем разрабатывают конструкцию деталей станка и выбирают способы их изготовления.

Правильно определяя назначение машины, частоту примене­ ния в работе ее отдельных механизмов и устройств, следует избе­ гать усложнения конструкции, не оправданного производствен­ ными или эксплуатационными требованиями. Игнорирование этого условия приводит к повышению веса, и удорожанию обору­ дования.

Характерным примером может служить проектирование станка 1К62, который в настоящее время выпускается в трех модифика­ циях по межцентровому расстоянию — 710, 1000 и 1400 мм. Обсле­ дование работы этих станков, проведенное лабораторией Москов­ ского инженерно-экономического института на пяти московских заводах [53], выявило очень большой разрыв между техническими параметрами станка (по паспорту) и их фактическим использо­ ванием (табл. 12).

В_ зависимости от служебного назначения машины могут ши­ роко изменяться и размеры потребностей в ней, а следовательно, масштаб и тип ее производства; конструктор обязан это учитывать при ее проектировании. Так, например, проведенные в 1967 г. Одесским СКБ-3 исследования в отношении станков для коорди­ натной обработки с целью выявления потребности в них показали, что 66,3% всех деталей, требующих такой обработки, это — де­ тали нормальной точности й их было бы экономически целесооб­ разно обрабатывать на координатно-сверлильных станках. Од­ нако таких станков наша промышленность почти не выпускает и для обработки этих деталей приходится использовать высокоточ­

ные и дорогие координатно-расточные станки. Эти исследования - проводились на 29 заводах 17 отраслей промышленности, причем была проанализирована обработка деталей 5000 наименований. Все это говорит о достаточной обоснованности сделанного выше заключения [2].

Кинематическая схема. В современных конструкциях машин применяются разнообразные, порой очень сложные кинематические схемы. Упрощением кинематической схемы достигается снижение веса, трудоемкости и себестоимости изготовления машины. Так, например, в закаточной машине АЗМ, спроектированной неско­ лько лет назад Одесским СКВ «Продмаш», привод магазина кры­ шек был выполнен в виде кривошипного, механизма. В_ новой

93

Таблица 12

Результаты анализа использования технических параметров станка I К.62

94

конструкции вакуум-закаточной машины КЗБ он выполнен как ротационный механизм. При этом он стал проще в изготовлении, наладке и эксплуатации, легче и дешевле.

Перед конструкторами нередко Естает задача увеличить производительность машины. Для этого нужно повысить скоро­ сти перемещения рабочих органов, что ограничивается кинемати­ ческой схемой машины. Так, в эксцентриковых прессах кривошип- но-шатунный механизм при больших скоростях получает слишком большие инерционные нагрузки. В связи с этим б. Институт авто­ матики и механизации АН Латвийской ССР разработал схемы бес­ шумных быстроходных прессов-автоматов. Их ползуны имеют кру­ говое движение, причем его гориоонтальная составляющая исполь­ зуется для подачи ленты, а вертикальная — для штамповки. Пресс с числом двойных ходов 1000 в минуту развивает усилие до 4 т; более быстроходный пресс с числом двойных ходов 2000 в ми­ нуту работает с усилием 1 т. Такие быстроходные машины с успе­ хом применяются на заводах ВЭФ и других заводах для штам­ повки мелких деталей приборов и предметов широкого потребле­ ния [7].

Таким образом, при выборе кинематической схемы конструк­ тор должен в максимальной степени использовать имеющиесявозможности для упрощения и облегчения конструкции.

Выбор привода и типа передачи. Из четырех типов приводов, применяемых в машиностроении, — механического, электричес­ кого, гидравлического и пневматического — наиболее рациональ­ ным, отвечающим современным требованиям, считается гидрав­ лический. Он значительно проще электрического (а тем более ме­ ханического), имеет ограниченное число деталей передающего ме­ ханизма, его применение часто оказывается весьма эффективным.

Специальные исследования показали, что минимум энергии на разработку 1 м3 грунта расходуется экскаватором с гидравли­ ческим приводом, а максимум — с многомоторным электрическим, работающим от собственного дизель-генератора.

У экскаваторов с механическим приводом из-за нерациональ­ ного осуществления операции поворота расход энергии в рабочем цикле на 12—15% больше, чем у экскаваторов с гидравлическим приводом.

Пневматический привод имеет также преимущества перед электрическим — он успешно используется для автоматического управления машинами на расстоянии (например, шинно-пневма-

мый пневмогидропривод шлифовального круга, примененный на координатно-шлифовальных станках 8А282, выпуск которыхосвоил впервые в СССР Одесский завод фрезерных станков им. Кирова.

95

Новый привод имеет широкий диапазон регулирования, по­ зволяющий обрабатывать отверстия от 3 до 40 мм, дает возможность осуществлять дистанционное управление оборотами пневмотурбошпинделя, отличающегося большой долговечностью (его опоры безотказно работают 900—1000 ч при скорости 80 000 оборотов в минуту).

Годовой экономический эффект от применения этого привода определился в сумме более 3000 р. в год на один станок.

Нередко представляется целесообразным применение комби­ нированных электро-, пневмогидравлических и других приводов, что ^позволяет использовать положительные качества каждого из них. Например, пневмогидравлический привод, используемый для поступательного перемещения рабочих органов машины, получает питание от центральной сети сжатого воздуха (в чем сказываются достоинства пневматики) и вместе с тем работает

и рабочему приходилось останавливать станок, чтобы переклю­ чить его на нужный режим — это, конечно, снижало производи­ тельность станка. В новой модели впервые применены электро­ гидравлические пресс-лекторы оригинальной заводской конст­ рукции, благодаря которым оказалось возможным делать набор скоростей и подач, не останавливая станка, за время выполнения им предыдущего перехода или операции. Конструкция оказалась надежной в работе и позволила за счет сокращения вспомогатель­ ного времени увеличить полезное время работы станка на 10%.

Тип двигателя оказывает непосредственное влияние на эко­ номичность работы машины. Так, если позволяют условия экс­ плуатации, применение электродвигателя постоянного тока мо­ жет оказаться более целесообразным, чем двигателя переменного тока, поскольку первый надежнее и легче. Очень часто это бывает связано и с отказом от применения промежуточного редуктора, что, естественно, резко упрощает и кинематическую схему машины.

Большое значение имеет и правильный выбор типа передач. Глобоидные редукторы^ выгодно отличаются от червячных и цилиндрических не только малыми габаритами и весом, но и спо­

собностью передавать значительно большую (в 2—5 раз) мощность, чем червячные редукторы, более высокими к. п. д. (0,8—0,85) и износостойкостью.

Редукторы мощностью 12,7 л. с. с передаточным числом i = 31 и с числом оборотов 1450 в минуту весят: двухступенчатый ци­ линдрический около 700 кг, червячный — несколько больше 500 кг

96

и глобоидный — 130 кг. Практика показывает также возможность снижения веса редукторов в 2—4 раза за счет повышения твер­ дости зубьев закалкой.

Большим шагом вперед в развитии конструкции явилось применение зубчатых передач Новикова. При равных условиях они вдвое легче эвольвентных, не требуют для своего изготовле­ ния дорогостоящих и трудоемких операций, допускают примене­ ние высокопроизводительной накатки и, кроме того, благодаря меньшим потерям в зацеплении весьма долговечны. Подсчитано, что при потребности народного хозяйства в 300 млн. силовых зуб­ чатых колес средним весом 30 кг можно за счет применения передач Новикова ежегодно экономить около 4—5 млн. т металла.

Представляет бесспорный интерес оригинальная конструкция планетарных гидроагрегатов с внутренним зацеплением круго­ вого профиля, разработанная Ф. Н. Ерасовым в Одесском поли­ техническом институте1 . В ней внешняя зубчатка имеет вставные зубья (ролики), проворачивающиеся в процессе работы и тем са­ мым увеличивающие механический к. п. д. до 0,92—0,97 при раз­ ных схемах выполнения.

Круговой профиль зубчатой пары, обеспечивая надежное разделение зон высокого и- низкого давления и постоянную герме­

с различными характеристиками, что создает благоприятные предпосылки к- их унификации.

Достоинством конструкции Ф. Н. Ерасова является также и то, что примененные в ней зубчатые пары имеют простую форму рабочего профиля и могут изготовляться на обычном универсаль­ ном оборудовании.

Об эффективности этих планетарных агрегатов можно судить по тому, что их начинают все шире и шире применять в различ­ ных отраслях промышленности, а "использование их в перфорато­ рах на горнорудных предприятиях обеспечивает годовой эконо­ мический эффект примерно в 7 млн. руб.

Выбор типа привода зависит от многих факторов. Если в цехе, где будет эксплуатироваться машина, можно рассчитывать на общую насосно-аккумуляторную станцию, то выбор гидравли­ ческого привода может оказаться наилучшим решением. Наличие

сообразность использования пневматического привода или комби­ нированного пневмогидравлического и т. д.

При выборе гидравлического привода поступательного движе­ ния для металлорежущих станков обычно приходится проводить технико-экономическое сравнение объемного и дроссельного способа регулирования скорости стола, суппорта и пр. Необходи­ мость в таком сравнении возникает из-за того, что применяемые при первом способе поршневые насосы с регулируемой произво­ дительностью являются конструктивно более сложными и доро­ гими (их стоимость примерно 500 р.) по сравнению с лопастными насосами постоянной производительности, используемыми при дроссельном регулировании (их стоимость обычно не превышает

100р.). Но эксплуатация лопастных насосов вследствие низкого

к.п. д. и повышенного расхода масла обходится значительно дороже, чем поршневых. Расчет ведется общеизвестным методом

сопоставления приведенных затрат:

где С? и С? — соответственно годовые эксплуатационные затраты при работе гидропривода с дроссельным и объемным регулирова­ нием, включающие в себя расходы по амортизации, ремонту,- электроэнергии и смазочным материалам; 7(д и К0 — стоимость гидроприводов с дроссельным и, объемным регулированием; К" — нормативный коэффициент эффективности затрат.

Ответ этой задачи будет зависеть от направленности знака неравенства в приведенном выше выражении.

Подобный расчет для гидроприводов разной мощности с дрос­ сельным и объемным регулированием был произведен К. М. Великановым и Н. В. Решетихиным в 1963 г. Основные выводы, к ко­ торым они пришли, следующие:

1) гидроприводы с дроссельным регулированием нецелесо­ образно применять при мощности привода до 3 кВт;

2)при мощности 3—5 кВт оба вида гидроприводов экономи­ чески равноценны;

3)при мощности свыше 5 кВт более целесообразно использо­ вать гидропривод с объемным регулированием.

Эти выводы интересны в том отношении, что станкостроитель­ ная промышленность выпускает в настоящее время насосы с объем­ ным регулированием только большой мощности (свыше 20 кВт), в то время как и при меньшей мощности (5—20 кВт) они выгоднее насосов с дроссельным регулированием. На рис. 14 показано изме­ нение относительной эффективности этих приводов в зависимости от их мощности.

В заключение следует сказать и об особенностях выбора и сравнительной оценки приводов, предназначенных для встраи­ вания в автоматические линии. Практика показывает, что наибо­ лее пригодны для автоматизации пневматический цилиндрический и электромеханический приводы прямолинейного движения;

98

в меньшей степени отвечает предъявляемым требованиям электро­ магнитный привод.

Правильное решение вопроса о выборе привода и. типа пере­ дачи оказывает положительное влияние не только на производ­ ственные, но и на эксплуатационные характеристики конструкций машин.

Компоновка машин. Общая компоновка машины, т. е. разме­ щение ее сборочных единиц и взаимосвязанность их, в большой сте­ пени влияет на размеры трудовых затрат при ее производстве, особенно на стадии частичной (поузловой) и общей сборки. Учи­ тывая это, необходимо в максимальной степени везде, где это воз­ можно и целесообразно, ис­ пользовать преимущества блочных конструкций.

рольгангами раньше применялись специальные подъемные столы. После их замены независимо смонтированными люнетами компакт­

укреплены катушка обмотки возбужден! я, а в кожухе установлен неподвижный статор, в обмотках которого при вращении махо­ вика индуктируется ток. Съем тока производится без щеток — ток возбуждается в статоре. У генератора нет подшипников и мест смазки. Напряжение с помощью регулятора остается посто­ янным.

. Старая 'установка 1Э-3 имела мощность 4 кВт и вес 365 кг, новая дизельная электростанция маховичного типа ПДЭ-8 обла­ дает при том же весе мощностью 8 кВт.