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

чем у аналогичных установок отечественного и зарубежного про­

ее сборки и разборки, смены деталей при ремонте. Нужно по воз­ можности сокращать промежуточные звенья, симметрично распо­ лагать отдельные механизмы, расчленять машину на самостоя­ тельные части, соединяемые между собой муфтами.

Машины можно расчленять по-разному. Различают конструк­ тивное расчленение машины на отдельные легко заменяемые сбо­ рочные единицы и технологическое расчленение на удобные для изготовления части, соединяемые затем в законченные единицы.

Чем больше разделена машина на отдельные части, тем шире фронт работ на сборке, короче производственный цикл, проще организовать поточное производство, что при прочих равных условиях обеспечивает резкое сокращение трудовых затрат на сборку. Относительно меньшие размеры входящих в конструкцию деталей облегчает получение качественных заготовок и их меха­ ническую обработку. С другой стороны, с увеличением числа разъ­ емов растет число обрабатываемых сопрягаемых поверхностей и увеличиваются работы по сборке стыков. Моноблочный вариант конструкции повышает жесткость и надежность в работе, снижает расход крепежных деталей и пр. Например, очень эффективным является применение моторов-редукторов вместо отдельно взя­ тых электродвигателей и редукторов к ним. Сокращаются издержки производства благодаря уменьшению веса, габаритов и трудоем­ кости.

Выбору решения вопроса о том, какой вариант — моноили полиблочный предпочесть в каждом конкретном случае, должен предшествовать технико-экономический анализ.

Сопоставление цельных (ц) и составных (с) конструкций надо вести на основе приводимого ниже неравенства, направленность знака которого подскажет, какое из решений будет наиболее рациональным с точки зрения величины связанных с его осуще­ ствлением затрат:

100

где Я ш - к — норма штучно-калькуляционного времени по каждой операции заготовительного цеха при изготовлении цельной и со­ ставной заготовки; 3\ — основная и дополнительная часовая заработная плата (с начислениями) производственного рабочего заготовительного цеха; СЫ.Ч — себестоимость машино-часа работы каждой из занятых в этой работе машин; ^СосТ — суммарные годовые затраты на оснастку, используемую при изготовлении заготовок; ПГ—годовая производственная программа.

Затраты на механическую обработку

механической обработке деталей цельной и составной конструкции.

той сборной единицы, в которую входит данная деталь (или де­

101

себестоимость машино-часа применяемого подъемно-транспорт­

ответствовать 7-му к л а с с у точности

102

1-й вариант — сварно-литой. Стоимость материала М0 при-норме расхода проката на 1 шт. 48 кг. и стоимости 1 кг проката 6,5 коп. равна

М0 = 48-6,5 = 312 к.

Затраты на получение заготовок Р з а г определяются по табл. 13, в которой приведены данные расчета всех затрат по трем основным деталям, свариваемым в моноблочную деталь, — валу (резки заготовки для которого ведется на пиле), диску, вырезаемому газом из листа, и лопастям, штампуемым на прессе.

деталей — 24 к.; заработной платы сборщика -— 10,44 к. и расходов на оснастку — 0,06 к.; итого — 34,5 к.

Общая сумма расходов по сборному варианту составляет 5 р. 34 к. Таким образом, годовая экономия при переходе на сборный вариант состав­

ляют примерно 3000 р.

. 103

Нередко анализ компоновки машины заставляет провести из­ менения в размерах деталей и пересмотреть допуски.

Принятию окончательного решения в отношении конструктив­ ной компоновки машин серийного и массового производства дол­ жен предшествовать всесторонний анализ лучших образцов оте­ чественных и зарубежных конструкций аналогичного назначе­ ния. Примером такого анализа может служить проведенное кол­ лективом конструкторов одесского завода «Красная гвардия» изучение конструктивных особенностей и сравнительная оценки 213 типов отечественных и зарубежных шахтных вспомогательных

маемое заводом среди изготовителей таких лебедок, и сделать не­ обходимые выводы о характере требуемой модернизации выпускае­ мых механизмов.

Решая задачу рациональной компоновки машины, конструктор должен учитывать ее назначение, условия эксплуатации и в связи с этим, а также из-за соображений экономичности производства должен стремиться к возможно большему уменьшению ее габари­ тов и веса.

Компактность машины иногда становится решающим условием ее целесообразности и это обязывает максимально снижать высоту выступающих частей машины, а также высоту отдельных сбороч­ ных единиц относительно базовых деталей и по отношению их друг к другу. Все это будет способствовать также повышению жесткости и прочности машины при одновременном снижении ее веса.

Нормирование запасов прочности. Современный уровень раз­ вития науки позволяет конструкторам получать точные данные для расчета и экспериментальной проверки действительных напря­ жений и нагрузок, действующих на детали машин (с помощью тензометрических датчиков, радиоактивных изотопов и других

104

средств). Несмотря на это, при расчетах конструкций еще очень часто пользуются устаревшими приближенными данными, что приводит к значительному завышению запасов прочности многих деталей. Ненужные запасы прочности вызывают непроизводитель­ ные расходы металла и удорожание машин.

Тревожным является тот факт, что одни и те же машины в ис­

ватор Ивановского завода торфяного оборудования в 2 раза тяжелее такого же экскаватора ленинградского производства.

Каких результатов можно достичь при критическом пересмотре запасов прочности и соответствующей корректировке конструк­ ций, видно из табл. 15, составленной по ряду узлов машин, вы­ пускаемых Уралмашзаводом [79].

Во избежание поломки механизма при снижении запасов прочности нередко устанавливают в соответствующих местах пре­ дохранительные устройства. Так было решено снижение веса стан­ ков, выпускаемых одесским заводом радиально-сверлильных стан­ ков им. Ленина. В коробке скоростей были уменьшены размеры шестерен, для изготовления которых использовали металл повы­ шенной прочности, и в связи с этим запас их прочности был уста­ новлен значительно меньше двухкратного. Но при этом применили предохранительное устройство, которое при перегрузках выклю­ чало коробку скоростей. Такое решение задачи позволило не только уменьшить габариты и вес шестерен, но и вес чугунного корпуса станка.

105

Характерно, что станки, выпускаемые этим заводом, примерно на 10% легче аналогичных станков иностранного производства.

Следует также иметь в виду, что применение термообработки углеродистого проката может на 20—30% повысить прочность машинных конструкций, снизив при этом на 10—15% расход ме­ талла; таким путем может быть получена экономия металла в раз­ мере до 3 млн. т. в год.

Выбор материала и типа заготовок. Одной из ответственных задач, органически связанных с экономичностью и качеством кон­ струкции, является задача выбора материала для деталей и типов заготовок для них.

Прд выборе материала конструктор должен прежде всего учитывать технические требования, предъявляемые к детали в связи с возникающими в процессе работы нагрузками. Для выполнения этих требований применяются различные способы. Пониженные прочностные свойства некоторых материалов можно компенсировать увеличением сечения и габаритов детали; в ка­ честве заготовки для нее может быть выбрана отливка, поковка или прокат, если они подходят по техническим условиям. Таким образом, конструктору приходится постоянно решать вопрос о выборе наиболее рационального материала или типа заготовки для каждой оригинальной детали, входящей в машину. При этом наряду с техническими требованиями он должен учитывать и от­ носительную экономичность каждого возможного решения и сте­ пень дефицитности материала.

При современном уровне техники имеются широкие возмож­ ности для использования вместо остродефицитных материалов раз­ личных заменителей.

Немаловажное значение имеет унификация сортамента приме­ няемых материалов, позволяющая сократить их номенклатуру, значительно упростить материально-техническое снабжение и ор­ ганизацию складского хозяйства и снизить связанные с этим рас­ ходы.

Наиболее существенным фактором, определяющим выбор ма­ териала или типа заготовки, является экономическая целесообраз­ ность их применения. Разумеется, предпочтение должно'быть от­ дано варианту, обеспечивающему наибольшую экономическую эффективность.

В тех случаях, когда использование различных материалов не влияет на величину расходов по изготовлению деталей и на сроки их службы, а получает отражение лишь в расходных нормах мате­ риалов и их стоимости, для технико-экономического сравнения достаточно решить неравенство

ВмСм^ВиСн,

где Вм — вес расходуемого материала на одну деталь в кг;' С м — стоимость 1 кг материала,

106

Аналогично решается задача о замет одного типоразмера сбр^ тового или полосового проката, труб и листового материала другим, если, конечно, это не вызывает существенных изменений в затратах на обработку. Однако экономический смысл рассматрива­ емой задачи отнюдь не сводится к получению наиболее дешевой заготовки.

Известно, что размеры заготовки и припусков на обработку, а также свойства материала влияют на стоимость механической обработки. Следовательно, учитывая возможности использования дешевого материала или заготовки, нужно стремиться в основном к получению готовой детали с наименьшими издержками произ­ водства. Они определяются расчетом, с помощью которого кон­ структор может сопоставить всю сумму годовых затрат, связанных с изготовлением тех или иных деталей при каждом из возможных

Обычно бывает достаточно учесть расходы на материал М0, за­ работную плату производственных рабочих З п расходы, связанные с эксплуатацией оборудования Р0, и годовые расходы на техноло­

1 кг, причем 0,75 кг было возвратных отходов по цене 0,2 к. за 1 кг, т. е. затраты

сверлильном станке 24136 насадным зенкером и режутся на отрезном станке 8631. Первая операция требует для 100 шт. 5 ч, вторая — 4 ч.

Результаты расчетов по статьям М 0 , З п и Ро приведены в табл. 16.

Таким образом, замена калиброванной стали бесшовной трубой в данном случае экономически вполне целесообразна и дает на каждые 100 деталей при­ мерно 11 р. 91 к. экономии.

107

Таблица 16

Затраты на изготовление 100 деталей при использовании разных материалов в коп.

Статьи з а т р а т Сталь Т р у б а

На многих заводах проводится большая работа по замене про­ ката стальным или чугунным литьем, что дает большую экономию проката (например, на Минском автомобильном заводе таким путем было получено около 2000 т проката, сэкономленного за год). Однако при решении вопроса об экономической целесообразности использования в конструкции того или иного материала во мно­ гих случаях оказывается невозможным ограничиваться рамками одного завода-изготовителя и нужно принимать во внимание интересы потребителей продукции. Так, повышение износостой­ кости деталей, быстроизнашивающихся в эксплуатации, может иметь первостепенное значение, особенно когда вопрос об эксплу­ атационной надежности этих деталей и машины в целом играет решающую роль, как например, в сельскохозяйственных маши­ нах, в станках, встраиваемых в автоматические линии, в некото­ рых судовых устройствах, ремонт которых на ходу судна затруд­ нен и др.

В этом отношении характерен следующий пример. При ремонте дейдвудных подшипников, поддерживающих гребной вал, выбор материала для вкладышей представляет задачу первостепенного значения, поскольку это связано не только с довольно резкими изменениями затрат на ремонт, но (что особенно важно) и с часто­ той и удобством ремонтов.

Практика показывает, что наиболее пригодным для этой целиматериалом является резина, обладающая в паре с бронзовой облицовкой низким коэффициентом трения и высокой износостой­ костью. К тому ж е 1 , если принять стоимость ремонта резинового дейдвудного подшипника 0 400 мм, включая полную замену вкла-

1 По данным Я- И. Белаковского и А. А. Старосельского.

108

дышей, за 100%, то стоимость ремонта лигнофолевого подшипники' составит 148%, бакаутового— 183%, баббитового— 228 % и текстолитового — 233%. Продолжительность ремонта (по отно­ шению к резиновому подшипнику) для лигнофолевого и тексто­ литового составляет 144%, баббитового— 153% и бакауто­ вого — 181%. По долговечности резиновый подшипник не имеет себе равных.

На практике часто возникают сложные задачи, когда примене­ ние того или иного материала не только связано с различными по своей величине издержками производства, но и со значительным изменением сроков службы деталей. Этот последний фактор, имею­ щий большое значение для многих отраслей машиностроения, может существенно изменить экономические показатели сравни­ ваемых материалов. Так, дорогой материал, обеспечивающий по­ вышение износостойкости деталей и экономию расходов, связан­ ных с их эксплуатацией, может оказаться более выгодным, чем дешевый, требующий дополнительных затрат на его упрочнение и тем не менее не гарантирующий продолжительный срок службы.

При изготовлении сварочного аппарата на одном из заводов химического машиностроения можно было применить углеродистую двухслойную или леги­ рованную сталь. Нужно было найти оптимальный вариант. Исходные данные для сопоставительных расчетов были таковы:

109