Проектирование строительных и дорожных машин

шестигранниках приходится держать в комплекте дублирующие ключи. Гайки и болты с левой резьбой должны быть помечены во избежание попыток неправильного отвертывания, которое может вызвать повреждение деталей.

Детали, входящие в основной комплект, должны быть конструктивно привязаны к машине. Незакрепленные детали могут быть утеряны при транспортировке и перестановке машины.

11.1. Защита от повреждений

Следует принимать меры против повреждения хрупких элементов деталей, а также точных поверхностей в результате неосторожного обращения.

Для защиты торцов шлицев от забоин при случайных ударах, падении детали и т. д. целесообразно снимать фаски диаметром, превышающим наружный диаметр шлицев, или утапливать шлицы по отношению к торцу детали.

Контрольные штифты (вид е) во избежание повреждений целесообразно утапливать в фиксируемой детали (вид ж).

Следует учитывать возможность выхода из строя наиболее напряженных деталей и принимать меры по предупреждению поломок и предотвращению вызываемых ими серьезных аварий.

11.2. Блокирующие устройства

Машины и агрегаты должны быть надежно защищены от поломок, происходящих в результате неосторожного или неумелого обращения с ними обслуживающего персонала. Возможность неправильного обращения должна быть полностью исключена конструктивными мерами.

В машины-орудия следует вводить автоматические блокирующие устройства, выключающие машину или ее механизмы при переходе за опасные значения ходов и перемещений. В переключающих и переставных механизмах должны быть предусмотрены средства, предупреждающие возможность одновременного включения.

Часто задачу можно решить введением механических связей между переставляемыми элементами с централизованным приводом единой рукояткой (однорукояточное управление).

230

В конструкциях кнопок ручного управления должна быть предупреждена возможность случайных включений. Выступающие кнопки недопустимы; во избежание случайного нажатия кнопку следует утапливать.

11.3. Внешний вид и отделка машин

Машина и ее корпусные детали должны иметь плавные очертания. Это – важное условие облегчения ухода за машиной.

Нежелательны высокие ребра, входящие углы, впадины, в которых скапливается влага, грязь и пыль и которые затрудняют обтирку и мойку машины.

Рекомендуется избегать крышек с углублениями; их лучше выполнять плоскими или слегка выпуклыми.

Кроме технической, следует учитывать и эстетическую сторону. Внешний вид изделия выигрывает при гладких, плавных очертаниях, при выпуклых сводчатых формах, которые условно называют «зализанными» или обтекаемыми.

Эстетика машины – это прежде всего техническая целесообразность. Красивы машины с рациональной компоновкой и с целесообразной силовой схемой, обусловливающими собранность и компактность форм. Некрасивы машины с разбросанными узлами, с открытыми рабочими органами, с проемами и пустотами между, структурными элементами.

Стремясь к максимальной компактности и плавности наружных очертаний, не следует превращать машины в гладкие коробки. Целесообразно выдерживать определенный архитектурный рисунок, согласованный с конфигурацией машины и подчеркивающий общий ее горизонтальный или вертикальный строй. Этот рисунок можно создать рельефным выделением главных структурных элементов, введением карнизов, ребер, стыковых рантов и т. д.

Поверхности, панели и щитки большой протяженности целесообразно оживлять рельефом простого и строгого рисунка, согласованного с формой машины, например в виде параллельных ребер, направленных горизонтально или вертикально в зависимости от общего строя машины. Кроме того, рельефы увеличивают жесткость щитков.

Особое внимание следует обращать на расположение, внешний вид и отделку органов управления и контроля. Они должны быть

231

установлены поблизости от поста оператора – в месте, удобном для манипулирования и обзора, по возможности на одной панели. Металлические детали целесообразно полировать, хромировать или покрывать цветными эмалями. Следует избегать блестящих металлических покрытий (декоративное хромирование), утомляющих, а при ярком освещении слепящих глаза. Целесообразно применять матовое (молочное) хромирование.

Фирменные ярлыки, таблицы с указанием параметров, табличные схемы и т. д. должны быть выполнены на массивных пластинках четкими крупными знаками, изготовленными фототипией или гравированием (но не выбивкой на тонких жестяных листах), расположены на удобном для чтения месте и при необходимости (в случае установки в нишах или в ящиках) снабжены подсветкой.

Красивая, чистая отделка машины настраивает обслуживающий персонал на бережное отношение к ней.

Не следует излишне украшать изделие.

Машины, работающие в закрытых помещениях, целесообразно окрашивать красками светлых тонов (голубой, светло-зеленый, свет- ло-серый), которые обладают повышенным коэффициентом отражения и увеличивают освещенность помещения. В производствах, где на первом месте стоят требования санитарии (пищевое, медицинское), следует применять покрытия молочно-белого цвета или цвета слоновой кости.

Машины, эксплуатируемые на открытом воздухе, подверженные действию пыли, копоти, сажи, выхлопных газов, атмосферных осадков и т. д., предпочтительно окрашивать в темные цвета.

Покрытие должно быть долговечным, абразивостойким, хорошо противостоять атмосферным воздействиям, обладать высокой адгезией к металлическим поверхностям и надежно защищать металл от коррозии. Взамен масляных лакокрасочных покрытий разработаны новые, более стойкие синтетические покрытия (нитроцеллюлозные эмали, эскапоновые лаки, алкидные, фенольные и эпоксидные покрытия и др.).

Наиболее высокими качествами обладают силиконовые (кремнийорганические) покрытия, отличающиеся водо-, пыле- и грязеотталкивающими свойствами, свето- и термостойкостью.

При конструировании машины следует уделять внимание ее ремонтопригодности. Агрегаты, узлы и детали, подверженные значи-

232

тельному износу, следует делать легкосъемными. Желательно предусматривать возможность замены определенных агрегатов и узлов в полевых условиях, по возможности без использования специализированного инструмента.

Машины должны быть сконструированы так, чтобы все обычные операции по настройке, обслуживанию и т. п. можно было выполнять с пола. Там, где это невозможно, машины должны иметь встроенные площадки, лестницы, ступени и другие средства, обеспечивающие безопасный доступ к рабочим местам, но при этом следует учитывать, что такие площадки или лестницы не должны давать доступ к опасным зонам машины.

Участки для прохода следует изготовлять из материалов, которые остаются в рабочих условиях по возможности нескользкими, если это допускается по условиям работы. В зависимости от высоты над полом должны быть предусмотрены ограждающие поручни и защитные бортики и/или скобы.

Соединения, разборка или регулировка которых машинистом в полевых условиях недопустима, следует выполнять под специальный инструмент, доступный только на базе ремонтных организаций. Особо ответственные соединения следует пломбировать.

По возможности на стадии конструирования должна быть предусмотрена система диагностики для поиска неисправностей. Подобные системы не только повышают коэффициент технического использования и ремонтопригодность машин, но и уменьшают подверженность обслуживающего персонала опасности.

Широкое распространение в последнее время получили индикаторы предельного износа, выполняемые в виде углубления на поверхности изнашивающихся частей. Так как дно углубления не участвует в процессе трения, наличие видимого перепада высоты свидетельствует об удовлетворительном состоянии изнашивающегося элемента.

12.Соединение деталей сваркой

Вмашиностроении сварку наиболее широко применяют для изготовления конструкций из листового проката (резервуары, емкости,

233

бункера, отсеки, обшивки, облицовки и т. д.), из труб и профильного проката (рамные конструкции, фермы, колонны, стойки и т. д.). В последнее время сварными выполняют корпусные и базовые детали, в том числе наиболее массивные и напряженные в силовом отношении (например, станины прессов и молотов). Для упрощения изготовления часто выгоднее расчленять сложные штамповки и отливки на отдельные, более простые части и соединять их сваркой (сварно-штампованные и сварно-литые конструкции).

Вединичном и мелкосерийном производстве сварные конструкции применяют взамен цельноштампованных, когда изготовление штампов не оправдано масштабами производства, а также для удешевления производства деталей сложной формы.

Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали (< 0,25 % С), низколегированные стали с низким содержанием С и никелевые стали. Сварка высокоуглеродистых, средне- и высоколегированных сталей представляет известные трудности.

Сварка цветных металлов (медные и алюминиевые сплавы) затруднительна из-за высокой теплопроводности, легкой окисляемости (образование тугоплавких оксидных пленок) и требует применения флюсов.

Всварном шве и околошовной зоне возникают внутренние напряжения, обусловленные усадкой материала при остывании и вызывающие коробление изделия.

Для предотвращения химических изменений в материале шва сварку производят под расплавленными флюсами или в атмосфере нейтральных и восстановительных газов.

Сварка вызывает поводку изделий, тем более сильную, чем больше зона термического влияния сварки (газовая сварка) и чем больше протяженность и сечение швов. Поводку предотвращают сваркой изделий в жестких приспособлениях особыми приемами наложения шва (прерывистые, многослойные, многопроходные швы, ступенчатая, обратноступенчатая сварка). Снимает поводку стабилизирующая термообработка после сварки (низкий отжиг при 600–650 °С).

Механические качества сварных соединений зависят от технологии и режима сварки и при ручной сварке во многом определяются квалификацией сварщика. При недостаточно тщательном проведении сварки и при неправильном выборе режима сварки возникают дефекты, нарушающие сплошность шва и снижающие его прочность.

234

Ответственные сварные соединения контролируют с помощью методов магнито-, рентгено- и гаммаграфирования. Наиболее чувствителен и точен ультразвуковой контроль.

Большие партии сварных изделий подвергают выборочному контролю путем вырезки образцов, проведения технологических проб (на растяжение, изгиб, сплющивание), исследования микроструктуры и химического состава материала шва.

12.1. Виды сварных соединений

Основные виды сварных соединений дуговой и газовой сваркой следующие:

стыковые С;

угловые У;

нахлесточные Н;

тавровые Т.

Валиковые угловые швы треугольного профиля делают прямыми (рис. 3.3, а), выпуклыми (вид б) и вогнутыми (вид в). Чаще всего применяют прямой (нормальный) шов. Выпуклые швы (условно называемые швами с усилением) склонны к образованию подрезов (непровары на участках т соединения шва со стенками деталей) и обладают пониженным сопротивлением усталости. Наиболее прочны вогнутые швы, но выполнение их труднее и менее производительно.

Основной размерной характеристикой угловых швов является расчетный катет K.

Катет швов нахлесточных соединений при сварке тонких листов (менее 4 мм) делают равным толщине s листов (рис. 3/4, а). Для материалов большей толщины (4–16 мм) катет шва определяют из соотношения

При сварке материалов различной толщины катет шва делают равным толщине s более тонкого материала, однако не более, чем указано в соотношении (12.1). При сварке материалов различной толщины шов рекомендуется делать вогнутым.

235

В угловых соединениях с одинаковой толщиной стенок и проваром по наружной стороне угла размер катета задан толщиной кромок. В угловых и тавровых соединениях с внутренним проваром, где размеры шва могут быть произвольными, катет шва делают равным толщине s свариваемых материалов (но не более приведенных в соотношении (12.1) значений).

При тавровом соединении материалов различной толщины катет шва делают равным толщине s более тонкого материала. Швы рекомендуется делать вогнутыми.

Среди видов соединений листов наиболее простые и прочные – стыковые.

Недостаток нахлесточных соединений состоит в том, что под действием растягивающих или сжимающих сил они подвергаются воздействию изгибающего момента, приблизительно равного произведению действующей силы и суммы полутолщин свариваемых листов, и деформируются. Производительность сварки из-за наличия двух швов ниже, и масса нахлесточных соединений больше, чем стыковых.

Нахлесточные соединения с двусторонними накладками разгружены от изгиба, но тяжелы и малотехнологичны.

Кромки свариваемых тонких листов (в среднем < 3 мм) стыковых и угловых соединений разделывают.

Кромки листов толщиной в среднем < 3–8 мм при ручной дуговой сварке и < 3–20 мм при автоматической делают прямыми (перпендикулярными к плоскости листа). Для проварки на полное сечение свариваемые детали собирают с зазором т = 1–2 мм, заполняемым при сварке жидким металлом.

При большей толщине необходима разделка кромок, заключающаяся чаще всего в снятии фасок; цель – создать сварочную ванну и обеспечить проплавление на полное сечение деталей.

Круговые фаски получают точением, прямые – фрезерованием или строганием. При толщине кромок более 15–20 мм фаски снимают автоматической газовой резкой.

Сварные швы, имеющие в плане фигурную форму, разделывают

спомощью копирного фрезерования.

12.2.Правила конструирования

236

Приварка ребер

Ребра расположены в шахматном порядке

Продолжение табл. 12.1

Приварка наклонных перегородок

Перегородки раздвинуты

Избегать сварки массивных деталей с тонкими. Придавать свариваемым кромкам примерно одинаковые сечения

Предельные соотношения для стыковых соединений S/s < 3

При S/s > 3 вводятся клиновые участки длиной l > 5(S-s); l ’> 3(S-s)

Приварка фланца к тонкостенной трубе

Фланец выполнен с тонкостенным кольцевым переходником

Приварка пальца к листу

1) Пальцу придан тонкостенный фланец.

239