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

Практика конструирования современных машин выработала определенные приемы придания внешней форме машин красивого внешнего вида. В основном они сводятся к следующему х :

1.Детали привода и все движущиеся части размещаются в за­ крытом корпусе машины, открытыми остаются только рабочие органы и обрабатываемые поверхности.

2.Определенными художественными средствами и приемами подчеркивается горизонтальная или вертикальная компоновка машины для усиления ее массивности и громоздкости, тяжеловес­ ности и мощности (прокатные станы, мощные прессы, станки и пр.) или, наоборот, легкости, динамичности, изящества (автомашины, суда).

3.Гармоничность размерных пропорций достигается в основ­ ном соблюдением так называемого «золотого сечения», при котором соблюдаются такие соотношения линейных отрезков:

4. Каждая линия контура и внешней отделки, каждая деталь, помещаемая снаружи машины, должны органически вписываться в общую компоновку машины и подчеркивать ее основное назна­ чение.

5.Характерным для современных тенденций в области худо­ жественного конструирования рабочих машин является стремле­ ние к максимальной лаконичности и прямолинейности их внеш­ них очертаний, устранение закругленных контуров, различных декоративных украшений и пр. и,наоборот, в автомобилестроении, самолето- и судостроении — стремление к плавным, обтекаемым, удлиненным формам, подчеркивающим стремительность, быстроту'.

6.При создании рабочих машин особое внимание уделяется использованию цвета в качестве зрительного фона, причем наилуч­ шие результаты обеспечиваются при разнице яркости фона и обра­ батываемого предмета не больше 20%. Для разных обрабатывае­ мых материалов рекомендуются разные цвета фона:

В конструкциях современных станков часто'можно встретить специальные экраны, которые, будучи окрашены в соответствую­ щие цвета, создают при обработке деталей необходимый фон и од­ новременно служат защитными приспособлениями, предохраняя

120

станки от загрязнения. Нередко в качестве фона используется или поверхность корпуса станка (как, например, на зубодолбежном станке «Сайкес»), или специальные защитные устройства (на фрезерных и шлифовальных станках).

Аппаратура программного управления, как и инструменталь­ ные ящики, часто встраивается в'станок и образует с ним единое монолитное целое. Это ведет не только к удобствам обслуживания станка, но и экономит производственную площадь.

Рациональная архитектурная форма современных машин, ее конструктивная лаконичность и цветовое оформление явились логическим следствием достигнутого совершенства конструктив­ ной композиции, повышения технологичности конструкций, улуч­ шения их весовых показателей и других технико-экономических характеристик.

Эргономические требования, которые должны учитываться конструктором при создании машины, включают в себя не только рациональное установление зон основных и вспомогательных рабочих движений, приведение в соответствие антропометрических параметров обслуживающего машину рабочего (рост, сила, сво­ бода движений) с общей компоновкой машины, расположением органов ее управления, но и физических качеств человека (зре­ ние, слух, осязание, обоняние), определяющих возможность его продуктивной работы в той или иной внешней среде (влажность, температура, состав воздуха и пр.). Надлежащий учет этих тре­ бований должен подсказать конструктору оптимальные решения всех тех элементов машины, которые непосредственно связаны с положением рабочего во время работы (его позой), свободой его движений при обслуживании машины, экономичностью его трудо­ вых приемов, безопасностью и пр.

Важнейшим антропометрическим требованием является рацио­ нальное размещение органов управления машиной— это связано с определением рациональных параметров рабочей зоны: разме­ рами досягаемости рук и рабочей позой.

Размещение наиболее часто используемых и аварийных орга­ нов управления машиной должно быть в так называемой «опти­ мальной зоне» (радиус дуги, описываемый при вращении каждой рукой рабочего в локтевом суставе, 340 мм).

При проектировании машин с учетом удобства их обслужива­ ния следует стремится к тому, чтобы трудовые движения рабочего были ограничены движениями пальцев, запястья и предплечья. Наряду с этим необходимо в полной мере считаться и с теми физи­ ологическими и гигиеническими требованиями, которые связаны со зрением, слухом и осязанием человека,- обслуживающего машину.

Наконец, немаловажное значение имеют и инженерно-психоло­ гические требования, направленные к тому, чтобы предохранить рабочего от повышенной утомляемости (в частности, из-за большой монотонности работы в течение длительного периода времени,

121

Таблица 19

Эргономические требования к конструкции оборудования

Малая механизация, ликвидация или сокраще­ ние повторяющихся подъемно-транспортных эле­ ментов трудового процесса

Обеспечение нормальных условий обзора органов контроля и органов управления без напряжения зрения оператора

Обеспечение нормальных условий получения ин­ Биомеханические формации при использовании слуховых (акусти­

ческих) индикаторов

Отработка конструкции с ликвидацией или мак­ симально возможным снижением шума и вибраций

Рациональный выбор, проектирование и компо­ новка органов контроля и информационных систем

Рациональный выбор, проектирование и компо­ новка органов управления

Антропометрические

Предупреждение или ликвидация монотонно пов­ торяющихся операций или приемов

Эстетическая отработка конструкции, включая внешнее цветовое оформление

122

шума, вибраций и пр.) и помочь ему максимально проявить свои индивидуальные способности для достижения наиболее высоких результатов х .

Важнейшие эргономические требования к конструкции све­ дены в табл. 19.

3. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОЦЕНКИ КОНСТРУКЦИЙ

Для оценки результатов проведенной конструктором (на многих этапах совместно с технологом) работы по созданию новой машины нужна система объективных и разносторонних показателей. Одни из них, как мы уже говорили, призваны характеризовать кон­ струкцию — объект будущего производства с точки зрения ее трудоемкости, расхода материалов и денежных средств, потреб­ ных для ее изготовления. Другие должны дать оценку конструк­ тивного совершенства машины в отношении ее технологичности, степени проведенной унификации и нормализации узлов и дета­ лей, их отдельных геометрических элементов и пр.

Трудоемкость. Одним из важнейших показателей, характери­ зующих требуемые для изготовления конструкции затраты труда, является трудоемкость, исчисляемая в абсолютных и относитель­ ных величинах.

О б щ а я т р у д о е м к о с т ь , определяемая укрупненным расчетом в нормочасах на машину, позволяет проводить аналогии

в результате проведенных организационно-технических мероприя­ тий. Следует, однако, учитывать, что в результате технического прогресса в машиностроении, проявляющегося в концентрации мощностей и емкостей, повышении скоростей, давлений и темпе­

Определение трудоемкости машины на стадии ее проектиро­ вания представляет известные трудности, поскольку на этой стадии еще не разработана технология и не пронормирован техно­ логический процесс.

Наибольшее распространение для этой задачи получилач мето­ дика Ленгипромаша, построенная на применении принципа

^ о б щ = ^ в ^ с е р ^ с л -

Поскольку вес детали (как и размеры ее обрабатываемой по­ верхности) по-разному влияет на величину машинного и вспомо-

1 Подробнее см. [95, 20, 96] и др.

123

гательного времени, то и частный коэффициент трудоемкости по весу рекомендуется определять по формуле, учитывающей эти различия:

з

долю машинного и вспомогательного времени в штучном; для деталей разного веса, разной серийности производства и разных типов машиностроения они определяются по номограмме, приве­

в том случае, если вес сравниваемых деталей не отличается больше чем в 2—3 раза; при больших расхождениях значения Къ полу­ чаются несколько завышенными.

Коэффициент КСер определяется по формуле

где Пг и Пг — годовая программа выпуска деталей для расчет­ ного и искомого вариантов; т — коэффициент, определяемый по табл. 20.

Ввиду большого количества факторов, влияющих на трудоем­ кость механической обработки детали, Ксл определяют на основе чисто практических соображений, сопоставляя для искомой и базисной детали классы точности и чистоты, удобство изготовле­ ния, обрабатываемости материала и т. п.

124

Кроме перечисленных поправочных коэффициентов, следует учитывать также степень использования новых станков при обра­ ботке деталей проектируемой машины и вносить соответствующие поправки в расчет, используя следующую ориентировочную зависимость: коэффициент ужесточения трудоемкости Кут при 5% нового оборудования, занятого обработкой детали данной машины, равен 0,95, а при полной замене старого оборудования — 0,7.

Таким образом, общая расчетная формула для определения трудоемкости проектируемой машины будет

Для того чтобы воспользоваться этой формулой прежде всего нужно выбрать тот базисный аналог, который может быть взят для сравнения. Затем следует определить средний вес деталей

На Одесском заводе «Продмаш» была спроектирована новая моечно-сушиль- ная машина А9-КМС одинаковой со старой машиной 8М8С8-1 производитель­ ностью 100 банок/мин; вес новой машины 2500 кг, старой — 2982 кг. Трудоем­ кость машины 8М8С8-1 составляет 5010 нормо-часов.

Для определения трудоемкости запроектированной машины находим общий переводный коэффициент. Сначала определим коэффициент, учитывающий со­

Таким образом, общий переводный коэффициент равен Л"овш= 0,66-1-1,1 = 0,726.

125

Производство новой машины не требует пополнения станочного парка но­ вым оборудованием, поэтому Кут — 1.

Следовательно, общая трудоемкость машины А9-КМС равна

Тх= 5010-0,726-1 = 3600 нормо-часов.

В различных отраслях машиностроения на основе многолетнего опыта с учетом конструктивно-технологической специфики проек­ тируемого и производимого оборудования часто применяют свои эмпирические формулы для определения трудоемкости создавае­ мых машин. Эти формулы (они известны в станко- и турбострое­ нии и в других отраслях) с большей или меньшей точностью поз­ воляют конструктору быстро решать поставленную перед ним задачу.

Более точные результаты обеспечивает расчет по формулам, построенным с применением теории корреляции, на основе имею­ щихся объективных зависимостей между конструктивно-техноло­ гическими характеристиками детали и ее трудоемкостью.

Исследования подобного рода были проведены во многих институтах и конструкторских бюро; на основе их получены

в заготовительном, деревообделочном и других цехах, дала обна­ деживающие результаты.

По данным чертежа и технологической карты были выбраны наиболее характерные конструктивно-технологические параметры, и после надлежащей статистической обработки для них были най­ дены соответствующие числовые показатели для многофакторной корреляционной модели.

Так, для деталей, изготовляемых в заготовительном цехе из листового проката, в качестве их конструктивно-технологических параметров были приняты следующие: х — количество конструк­ тивных размеров, характеризующих обрабатываемые поверхности; у — число обрабатываемых поверхностей; z — количество техно­

а для деталей, изготовляемых в деревообделочном цехе, Т = —0,136* + 0,1930 + 0,8282— 2,642.

Подставляя фактические значения х, у, z и S, нетрудно для каждой детали найти ее трудоемкость.

1 Согласно сообщениям доц. Ф. К. Фомичева и инж. В. Л. Михельсона на научно-производственной конференции по вопросам экономики и организации технической подготовки производства Одесса, 1969 г.) [91 ] .

126

Подобные корреляционные модели разработаны и для отливок, и для деталей, проходящих механическую обработку.

Практика расчетов показывает, что получаемые результаты не дают отклонений от действительных величин больше чем на 10%.

Для определения трудоемкости геометрически подобных дета­

в практике нередко применются показатели структурной и удель­ ной трудоемкости.

С т р у к т у р н а я т р у д о е м к о с т ь показывает удель­ ный вес затрат труда по отдельным видам работ и характеризует степень совершенства применяемых методов технологии, развития заготовительных процессов вместо механической обработки, устра­ нения пригоночных и регулировочных работ на сборке за счет

ном, кузнечном, механическом, сборочном и других цехах (в про­ центах от общей суммы трудовых затрат).

Для того чтобы борьба за снижение трудоемкости была целе­ направленной и эффективной, необходим систематический, кон­ троль динамики показателей трудоемкости, их анализ и сравнение с характеристиками аналогичных отечественных и, если возможно, зарубежных машин. Все это дает основание разработать и осуще­ ствить меры для дальнейшего снижения трудоемкости.

Анализ и сопоставление подобного рода особенно полезно проводить в структурном разрезе трудовых затрат, используя при этом и другие показатели, влияющие на трудоемкость. Несом­ ненный интерес в этом отношении представляет также сравнение различных машин, выпускаемых заводом, поскольку оно харак­ теризует степень их технологичности, освоения в производстве, конструктивной преемственности, унификации и т. п.

Как общее положение может быть установлено, что с увели­ чением серийности производства и его масштабов становятся экономически оправдываемыми высокопроизводительные дорогие процессы получения прецизионных заготовок, в малой степени нуждающихся в механической обработке. Наряду с этим в изме­ нившихся условиях становится выгодным пойти при механиче-

127

ской обработке на дополнительные расходы для повышения взаимо­ заменяемости деталей и отказаться от пригоночных и регулиро­ вочных работ при сборке.

В каждом отдельном случае конструктор должен экономически правильно решить вопрос о том, что выгоднее — требовать высо­ кой точности механической обработки за счет дополнительных отделочных операций или пойти на дорогие пригоночные работы

чих в механическом или сборочном цехе, занятых на этих рабо­

С технической и экономической точек зрения важно найти оптимальное решение при выборе рациональной степени точности и чистоты обработки. Чистота поверхности должны устанавли­ ваться в соответствии с условиями работы и точностью изгото­ вления деталей.

ГОСТ 2789—59 для оценки шероховатости поверхности уста­ навливает среднеарифметическое отклонение профиля Ra вместо квадратичного Я с к , что позволяет упростить конструкции и повы­ сить точность показаний приборов.-

Практика показывает, что повышение точности изготовления деталей на один класс вызывает увеличение производственных расходов примерно в 4 раза. Применять при конструировании слишком жесткие допуски нецелесообразно: иногда более выгодно пойти на пригоночные работы (при правильно рассчитанных допусках они невелики) или использовать для компенсации неточ­ ности изготовления соответствующие конструкционные элементы (детал и-компенсаторы).

Необходимо иметь в виду, что нерациональные излишне завы­ шенные требования, предъявляемые к чистоте поверхности, могут привести к весьма тяжелым последствиям. Выбор конструктором того или иного класса шероховатости и связанного с ним способа обработки, устанавливаемого технологом, влияет на затраты завода по изготовлению изделия. Чем выше требования, предъя­ вляемые к точности обработки и чистоте поверхности, тем больше величина этих затрат.

128

Работы проф А. А. Маталпна и его сотрудников [55 и др. ]

.в этой области дали возможность установить достаточно опреде­ ленные зависимости между классом шероховатости и себестои­ мостью обработки разными методами при изготовлении деталей различных геометрических форм. В качестве примера на рис. 18

Результаты проведенных исследований позволяют считать, что наиболее производительными и экономичными являются следую­ щие методы чистовой обработки, плоскостей (по возрастанию затрат):

а) обработка по 5—6-му классам — фрезерование торцовыми твердосплавными фрезами и фрезерование цилиндрическими фре­ зами;

б) обработка по 7-му классу — фрезерование торцовыми фре­ зами, фрезерование цилиндрическими фрезами и шлифование; в) обработка по 8-му классу — фрезерование твердосплавными