Проектирование строительных и дорожных машин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Строительные и дорожные машины»

А. В. Вавилов А. А. Котлобай А. Я. Котлобай

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН

Учебно-методическое пособие

Минск БНТУ

2013

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Строительные и дорожные машины»

А. В. Вавилов А. А. Котлобай А. Я. Котлобай

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано учебно-методическим объединением высших учебных заведений Республики Беларусь по образованию

в области транспорта и транспортной деятельности

Минск

БНТУ

2013

ВВЕДЕНИЕ

Всоответствии со стратегией устойчивого социально-экономи- ческого развития Республики Беларусь в ближайшие годы предполагается существенное увеличение объемов строительства, успешное ведение которого немыслимо без применения эффективных машин.

Встроительном комплексе широко применяются строительные

идорожные машины, собранные в машинные парки строительных

идорожных организаций [1–4]. Сегодня парки устарели как физически, так и морально. Физическое старение подтверждается высоким процентом эксплуатации строительных и дорожных машин, которые используются свыше 15–20 лет. Моральное старение вызвано появлением в строительных и дорожных организациях новых технологий и дорожно-строительных материалов. Так, в дорожную отрасль активно внедряются холодные технологии, технологии и материалы для борьбы с зимней скользкостью (соли и рассолы вместо песчаносоляных смесей) и т. д.

ВБеларуси имеется более 30 небольших машиностроительных предприятий, выпускающих технику для строительства. Они производят во многом схожую продукцию, но не прикладывают больших усилий по координации своих действий, направленных на унификацию узлов общего назначения машин, объединение деятельности конструкторских бюро, каждое из которых имеет небольшую численность сотрудников, и т. д. Все это привело к выпуску в большинстве случаев неконкурентной техники, эксплуатация которой дорого обходится строителям из-за частых ее ремонтов, а разномарочность технических средств с низким процентом унификации еще и затрудняет их проведение. Большинство машиностроительных предприятий строительного комплекса не гарантируют сервисного обслуживания.

Одной из причин создания неконкурентной строительной техники является отсутствие тесной связи между конструкторскими бюро заводов конкретного ведомства и строителями-технологами этой отрасли (учеными и производственниками). Конструкторы, не зная особенностей строительных технологий, их разнообразия и перспектив развития, часто создают машины, неудовлетворяющие современным требованиям.

3

Приобретение импортной техники – не выход из создавшейся ситуации, т. к. увеличивается доля импорта в товарообороте республики. Однако в последнее время строители все же предпочитают приобретать импортную технику у дилеров иностранных компаний, число которых в Беларуси значительно выросло. Фирмы-дилеры гарантируют сервисное обслуживание проданной ими строительной техники и обучение обслуживающего персонала. Иногда покупаются дорогостоящие импортные машины, которые, несмотря на высокий технический уровень, не обеспечивают существенного повышения производительности труда. Это объясняется тем, что каждая такая машина является единицей комплекта, реализующего конкретную технологию производства работ, увязанную с технической и технологической инфраструктурой страны, для которой она создавалась. Фактически каждая импортная машина – единица «системы машин», разработанной и реализуемой фирмойпроизводителем. Ориентация на зарубежную строительную технику потребует адаптации в наших условиях не отдельных машин, а целых комплексов, что не всегда приемлемо.

Создавать новую отечественную эффективную строительную и дорожную технику призваны инженеры по специальности «Подъемнотранспортные, строительные, дорожные машины и оборудование». Для успешной подготовки в этом направлении специалистов в высших учебных заведениях учебным планом предусмотрена дисциплина «Конструирование и расчет строительных и дорожных машин».

4

ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

1.Понятие конструирования

1.1.Задачи конструирования

Задача конструктора состоит в создании строительных и дорожных машин, полно отвечающих потребностям народного хозяйства, дающих наибольший экономический эффект и обладающих наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.

Главными показателями создаваемой машины являются: высокая производительность, экономичность, прочность, надежность, малые масса и материалоемкость, габариты, энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ, расходы на оплату труда операторов, высокий технический ресурс и степень автоматизации, простота и безопасность обслуживания, удобство управления, сборки и разборки.

В конструкции машин необходимо соблюдать требования технической эстетики. Машины должны иметь красивый внешний вид, изящную, строгую отделку.

Проектируя машину, конструктор должен добиваться всемерного увеличения ее рентабельности и повышения экономического эффекта за весь период работы.

1.2. Экономические основы конструирования машин

Экономический фактор играет первостепенную роль в конструировании.

Многие конструкторы считают, что экономически конструировать – значит уменьшать стоимость изготовления машины, избегать сложных и дорогих решений, применять наиболее дешевые материалы и наиболее простые способы обработки. Это только небольшая часть задачи. Главное значение имеет то, что экономический эффект определяется полезной отдачей машины и суммой эксплуатационных расходов за весь период работы машины. Стоимость ма-

5

шины является только одной, не всегда главной, а иногда и очень незначительной, составляющей этой суммы.

Экономически направленное конструирование должно учитывать весь комплекс факторов, определяющих экономичность машины, и правильно оценивать их относительное значение. Это правило часто игнорируют. Стремясь к удешевлению продукции, конструктор нередко добивается экономии в одном направлении, а других, гораздо более эффективных путей повышения экономичности не замечает. Более того, часто экономия, осуществляемая без учета совокупности всех факторов, ведет к снижению суммарной экономичности машин.

Главными факторами, определяющими экономичность машины, являются полезная отдача машины, надежность, расходы на оплату труда операторов, потребление энергии и стоимость ремонтов.

Рентабельность машины q выражается отношением полезной отдачи машины От за определенный период к сумме расходов Р за тот же период:

q ÎÐò .

Сумма расходов в общем случае складывается из стоимости расходуемой энергии, материалов и заготовок, инструмента, оплаты труда операторов, технического обслуживания, ремонта, накладных цеховых и заводских расходов, амортизационных расходов.

Величина q должна быть больше 1, иначе машина будет работать убыточно, и смысл ее существования утрачивается.

Экономический эффект. Годовой экономический эффект от работы строительной или дорожной машины (годовой доход)

Повышение отдачи может выражаться или в увеличении числа единиц продукции, или в увеличении стоимости каждой единицы (повышение качества продукции, увеличение объема операций, выполняемых над заготовкой).

6

Как общее правило экономический эффект в наибольшей степени зависит от полезной отдачи и долговечности машины. Эти факторы должны быть в центре внимания при конструировании машин. Столь же большое значение имеет надежность, определяющая объем и стоимость ремонтов, производимых за время эксплуатации машин.

На практике расходы на ремонт могут превышать стоимость машины в несколько раз. Иногда расходы на ремонт поглощают большую часть доходов, приносимых машиной, что делает эксплуатацию машины нерентабельной.

В настоящее время актуальна задача перехода на безремонтную эксплуатацию: устранение капитальных ремонтов; устранение восстановительного ремонта и замена его комплектационным, осуществляемым сменой износившихся деталей, узлов и агрегатов; устранение вынужденных ремонтов, вызванных поломкой и износом деталей, систематическим проведением планово-предупредительных ремонтов.

Из сказанного не следует, что конструктор может ослабить внимание к задаче уменьшения стоимости машины. Как было показано, фактор стоимости зависит от категории машины и может быть значительным у машин с малыми энергопотреблением и расходами на труд, а также у машин с относительно небольшим сроком службы. Необходимо только правильно оценивать значение этого фактора среди других факторов повышения экономичности и уметь поступиться им в случае, когда уменьшение стоимости вступает в противоречие с требованиями увеличения полезной отдачи, долговечности и надежности.

Решение всех перечисленных выше задач следует положить в основу деятельности конструктора, который должен, во-первых, задавать тон в политике машиностроения, во-вторых, создавать конструкции, обеспечивающие увеличение экономической эффективности машины, сокращение эксплуатационных расходов и уменьшение стоимости машиностроительной продукции в целом.

Увеличение долговечности, как способ повышения численности машинного парка, объема продукции и энергонасыщенности народного хозяйства, несравненно выгоднее, чем простое увеличение выпуска машин, не сопровождаемое повышением их долговечности.

Увеличение выпуска машин требует введения новых предприятий, расширения площадей и оборудования уже существующих или (способ экономически наиболее целесообразный) увеличения съема

7

продукции с существующего оборудования путем интенсификации производственного процесса. В первом и втором случаях возрастают расходы на изготовление машин. Во всех случаях возрастают эксплуатационные расходы вследствие увеличения числа действующих машин.

Увеличение отдачи и долговечности машин, как правило, сопровождается относительно небольшим повышением стоимости машин и вместе с тем в связи с сокращением числа действующих машин уменьшением эксплуатационных расходов.

Однако увеличение годового выпуска машин еще не означает увеличение численности действующих машин и объема выпуска промышленной продукции. Возрастание годового производства машин характеризует рост экономики только в том случае, если оно сопровождается объективными данными о долговечности и качестве выпускаемых машин. Эти данные могут означать: прогресс, если долговечность машин сохраняется на постоянном уровне или повышается; застой, если долговечность снижается в такой же пропорции, в какой возрастает выпуск; регресс, если долговечность машин падает более существенно, чем возрастает их выпуск.

Долговечность и техническое устаревание. Повышение долго-

вечности тесно связано с проблемой технического устаревания (морального износа) машин. Устаревание наступает, когда машина, сохраняя физическую работоспособность, по своим показателям перестает удовлетворять промышленность в силу повышения требований или появления более совершенных машин.

Признаками устаревания являются пониженные по сравнению со средним уровнем показатели надежности, качества продукции, точности операций, производительности, расхода энергии, стоимости труда, обслуживания и ремонтов и как общий результат – пониженная рентабельность машины. Главным последствием морального износа является снижение роста производительности на единицу рабочей силы, являющегося основным показателем экономического прогресса.

Наиболее действенное средство предупреждения устаревания – повышение степени использования машины в эксплуатации. Чем в более короткий срок машина отрабатывает заложенный в нее ресурс долговечности, т. е. чем ближе срок службы к долговечности, тем меньше вероятность ее устаревания. Сокращение срока службы до 3–4 лет практически гарантирует отсутствие у машины устаревания.

8

Задача снижения срока службы при неизменной долговечности сводится к всемерной интенсификации использования машин.

Основные конструктивные предпосылки интенсификации: универсализация, т. е. расширение диапазона выполняемых машиной операций, обеспечивающее устойчивую загрузку машины; повышение надежности машин, приводящее к сокращению аварийных и ремонтных простоев.

Степень использования машин непериодического действия, например сезонных, можно повысить с помощью сменного, прицепного и навесного оборудования, способствующего увеличению про-должительности их работы в году.

Быстрота и степень морального износа зависят от масштаба и технического уровня производства. На предприятиях, ускоренно наращивающих темпы производства и непрерывно совершенствующих технологический процесс, машины устаревают гораздо быстрее, чем на средних и мелких предприятиях, развивающихся медленнее.

Машины, устаревшие в условиях передового производства, можно использовать на менее ответственных участках или на предприятиях меньших масштабов и с меньшей машинной оснащенностью. Важно, что они будут продолжать производство продукции до полного исчерпания механического ресурса, пусть даже с рентабельностью, несколько пониженной по сравнению со средней народнохозяйственной.

1.3. Эксплуатационная надежность

Надежность машины складывается из следующих признаков: высокая долговечность, безотказность действия, безаварийность, стабильность действия (способность длительно работать без снижения исходных параметров и выдерживать перегрузки), малый объем операций обслуживания и ухода, простота обслуживания, живучесть (способность при частичных повреждениях продолжать некоторое время работу, хотя бы на сниженных режимах), устранимость повреждений (сохранение ремонтопригодности), большие межремонтные сроки, малый объем ремонтных работ.

Пути повышения надежности. Надежность машин в первую очередь определяется прочностью и жесткостью конструкции.

9