Формирование технических требований к создаваемым машинам и оборудованию

Оптимальность технического решения при создании новых машин определяется основными технико-экономическими показателями работы машины: стоимостью единицы продукции, расходом энергии, трудоемкостью процесса, производительностью труда.

Для улучшения указанных показателей к вновь создаваемым машинам предъявляются дополнительные требования: назначение машины, ее масса и габариты, характеристика рабочего органа, производительность, сложность, надежность машины, технологичность, техническая эстетика и т.д.

Коротко остановимся на характеристике этих показателей. При решении вопроса о назначении машины должны быть четко сформулированы: рабочий процесс, для которого предназначена машина, характеристика рабочего материала и условия работы, влияющие на производительность.

Рассматривая вопрос о массе машины, следует иметь в виду, что различают рабочую (с полным запасом горючего и эксплуатационного материала), конструктивную и транспортную (в упаковке) массу. Рабочая масса может равняться конструктивной (дробилки, смесители). Масса является отрицательным фактором, поэтому при конструировании машины стремятся ее уменьшить. Для характеристики машины по массе используется показатель – удельная металлоемкость. Однако легкость машины не должна снижать жесткость конструкции и ее прочность. При определении массы машины или отдельных ее узлов и агрегатов важно предусмотреть соответствие массы величине грузоподъемности транспортных и грузоподъемных средств.

Различают следующие габариты машины: постоянные габариты, или габариты собственно машины, и габариты рабочих органов машины, положение которых меняется в процессе работы, - рабочие габаритные размеры машины.

Постоянные габариты должны быть минимальными, что позволяет снижать массу машины, повышать мобильность и маневренность машины, улучшать условия перевозки на транспортных средствах.

Кроме того, расчет постоянных габаритов определяется возможностью размещения механизмов машины, удобствами обслуживания и ремонта, условиями устойчивости и давления на основание, необходимостью обеспечения требуемых рабочих размеров.

Характеристика рабочего органа, или его размеры, определяет мощ­ность или модель (типоразмер) машины (45-тонный кран, 1000-литровый бетоносмеситель). Размеры рабочего органа определяются условиями эксплуатации и назначением машины и берутся минимальными, иначе, в случае увеличения этих размеров, снижается производительность, повы­шаются потребляемая мощность и масса машины.

Производительностью машины называют количество продукции, выраженное в соответствующих единицах измерения, выпускаемое машиной в единицу времени. Различают три вида производитель­ности – конструктивную, техническую, эксплуатационную.

Конструктивная производительность – максимально возможная производительность, получаемая при расчетных скоростях, нагрузках, условиях работы, материале и без учета простоев машины, потерь энергии и материала.

Для машин цикличного действия конструктивная производительностьопределяется по формулам(соответственно в м³ и т/ч):

; (2.1)

; (2.2)

где V – расчетный объем материала, перерабатываемого машиной за один рабочий цикл, м³;

– время одногорабочего цикла, с;

– объемная масса материала, т/м³;

Для машин непрерывного действия (соответственно м²/ч или м³/ч)

; (2.3)

; (2.4)

где В – ширина захвата материала рабочим органом машины, м;

– расчетная рабочая скорость перемещения машины или материала, м/с;

А – расчетная площадь сечения потолка материала, м².

Техническая производительность – это максимально возможная производительность машины в конкретных условиях ее работы при расчетных для данных условий скоростях, нагрузках, но без учета потерь рабочего времени.

Для определения технической производительности умножают значение конструктивной производительности на ряд коэффициентов, учитывающих конкретные условия работы:

. (2.5)

Эксплуатационная производительность, наиболее близкая к физической, учитывает потери рабочего времени машины в течение смены, суток, сезона или года работы, связанные с простоем машины при техническом обслуживании и ремонте, при технологических и организационных мероприятиях, по метеорологическим условиям и др.:

, (2.6)

где – коэффициент использования машины во времени, <1.

Сложность машины определяется количеством основных узлов и деталей, входящих в ее состав. Ориентировочно при количестве деталей (шт.) до 1500 машина считается простой, до 3000 – средней сложности, свыше 3000 – сложной.

Надежность – свойство технической системы (машины) выполнять заданные функции, сохраняя во времени в заданных пределах значения установленных эксплуатационных показателей при определенных режимах и условиях использования, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность, являясь комплексным показателем, в зависимости от назначения и условий эксплуатации машины включает безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.

Безотказность – свойство технического объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки без вынужденных простоев.

Долговечность – свойство технического объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при условии соблюдения установленной системы технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность характеризуется приспособленностью технического объекта к предупреждению, обнаружению возможных отказов или повреждений и последующему их устранению путем проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту.

Сохраняемость – свойство технического объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние во время и после хранения и транспортирования.

В теории надежности одним из основных понятий является отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Под работоспособностью понимают состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функций, сохраняя значения заданных параметров в пределах установленных нормативно-технической документацией. Наработка – это продолжительность или объем работы машины. Наработка машины от начала ее эксплуатации до предельного состояния называется техническим ресурсом машины. Календарная продолжительность эксплуатации машины от начала ее эксплуатации до наступления предельного состояния называется сроком службы машины. Предельное состояние объекта – это такое состояние, при котором дальнейшая его эксплуатация должна быть прекращена вследствие неустранимого нарушения требований безопасности, изменения заданных параметров за установленные пределы, снижения эффективности работы машины ниже допустимой.

Технологичность конструкции машины – это совокупность свойств изделия, позволяющая уменьшать затраты средств, материалов, времени и трудоемкость работ при изготовлении и сборке изделия по сравнению с аналогичными показателями однотипных изделий того же назначения, при обеспечении заданных показателей качества и технического уровня машины и при принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта.

Отработка изделия и его элементов на технологичность осуществляется на всех стадиях разработки изделия, его производства и эксплуатации и является одной из главных задач Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП). Так на этапе эскизного проектирования выбирают оптимальный вариант принципиальной схемы и компоновки машины, расчленяя ее на составные сборочные единицы с учетом технологичности их изготовления и сборки. Далее на этапе технического проектирования определяют рациональные формы деталей, методы получения заготовок, системы простановки размеров, точность изготовления и чистоту обрабатываемых поверхностей, обосновывают и назначают точность присоединительных размеров, обеспечивают применение унифицированных и стандартных материалов, конструктивных элементов, деталей и модулей, определяют виды термообработки и покрытий деталей.

На стадии разработки рабочей документации требования к технологичности изготовления конструкции машины и ее отдельных элементов конкретизируются и уточняются. На этом этапе осуществляют упрощение геометрических форм деталей и их заготовок, корректировку точности изготовления, чистоты поверхности деталей, размеров и технологических баз, решение вопросов взаимозаменяемости сборочных единиц и деталей, выбора посадок и конструкционных материалов.

На стадии разработки рабочей документации также обосновываются наиболее прогрессивные технологические приемы изготовления и сборки с учетом используемой оснастки, инструмента, технологического оборудования и типа производства.

Конструкция, форма деталей, принятая технология их изготовления в значительной степени влияют на расход металла или на материалоемкость изделия. Удельная материалоемкость изделия является одной из наиболее объективных характеристик, оценивающих технологичность изделия, она определяется отношением массы машины к значению ее главного параметра (емкости рабочего органа, грузоподъемности, производительности и др.). Снижение материалоемкости изделия должно решаться конструкторами и технологами на стадии проектирования изделия путем выбора рациональных конструктивных и технических решений, позволяющих уменьшить нагрузки на соответствующие элементы машины; выбора форм и профилей деталей, обладающих повышенной прочностью при их нагружении; обоснованного выбора методов расчета запасов прочности конструкционных материалов, удовлетворяющих заданным свойствам конструкции и обладающих меньшим удельным весом; разработки прогрессивных способов изготовления, контроля и испытания изделия.

Количественная оценка технологичности изделий осуществляется с помощью системы показателей, установленных ГОСТ 14.201–83 и отражающих себестоимость изделия, материалоемкость и энергоемкость, уровни стандартизации и унификации, удобство эксплуатации, обслуживания и ремонта машины.

Техническая эстетика (от греч. techne — искусство, мастерство и aisthetikos — относящееся к чувствительному познанию) — научная дисциплина, изучающая социально культурные, технические и эстетические проблемы формирования гармоничной предметной среды, создаваемой для жизни и деятельности человека средствами промышленного производства. При конструировании - техническая эстетика – т.е. художественное конструирование (дизайн) в технике и промышленности, комплекс средств и мероприятий по эстетическому совершенствованию производственной среды. Техническая эстетика способствует созданию комфортных условий труда и высокой культуры производства.

К средствам и мероприятиям технической эстетики относят художественное исполнение оборудования, приспособлений и инструмента, рациональную организацию освещения и вентиляции, соответствующую окраску оборудования и помещений, обеспечение рабочих удобной спецодеждой, оснащение современными санитарно-техническими устройствами гардеробных, душевых, комнат отдыха и других помещений, а также озеленение цехов и территории предприятия, правильное использование сигнальных цветов, знаков безопасности и функциональной музыки и др. В комплексе мероприятий по созданию эстетичной производственной среды большое значение имеют механизация уборки помещений и удаления отходов, поддержание в чистоте полов, окон, осветительных установок, оборудования. Другими словами, техническая эстетика машины – это ее внешний вид, красивые и рациональные формы, геометрические пропорции и рациональное цветовое оформление. из практики известно, что оформление машины значительно влияет на отношение кней обслуживающего персонала, на условия его работы и производительность, способствует бережному обращению с машиной, облегчает обнаружение различных неисправностей.