30 | 03 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Технико-экономические требования разработки машин.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.00 (1 Голос)

Требования разработки машин

Тема: Технико-экономические требования разработки машин.

1. Экономические основы создания машин.

2. Долговечность и срок службы.

3. Надежность и жесткость конструкции.

4. Масса и металлоемкость машины, способы их снижения.

5. Конструктивная унификация и универсализация машин.

6. Агрегатирование с. х. машин.

1. Экономические основы создания машин.

Экономическую эффективность определяют на разных этапах создания новой машины:

А) при разработке исходных требований (ИТ);

Б) при разработке технического задания (ТЗ) на проектирование новой машины. При этом определяют степень прогрессивности и эффективности новой машины в сравнении с базовой, то есть с существующей в данное время машиной.

В) на отдельных этапах проектирования. Экономическую эффективность уточняют из-за возможных изменений исходных данных или из-за использования уточненного метода расчета.

Г) при обосновании постановки машины на производство, то есть после государственных испытаний исследовательского образца и рекомендации его к производству. При этом делают наиболее полный и точный расчет экономической эффективности на основе исходных данных и характеристик, полученных в результате государственных испытаний.

Д) при внедрении новой машины в с. х. производство.

Основными исходными данными для расчета экономической эффективности конструирования новой машины являются такие основные показатели:

1)  масса и удельная материалоемкость машины;

2)  лимитная и оптовая цена (лимитная - та граница цены выше которой нельзя устанавливать оптовую цену);

3)  годовую нормативную и фактическую нагрузки;

4)  производительность машины за 1 ч. основного, технологического, сменного и эксплуатационного времени;

5)  количество обслуживающего персонала;

6)  удельные затраты топлива;

7)  удельные затраты труда на ремонт, ТО;

8)  количество продукции на единицу наработки машины;

9)  другие специальные специфические показатели для отдельных наименований с. х. машин.

Расчет сравнительной экономической эффективности использования проектируемой машины, как правило, начинают с выбора базы для сравнения.

Этой базой может быть:

1)  ручной труд, если процесс, для выполнения которого предназначается машина, ранее не был механизирован;

2)  одна или несколько машин в зависимости от степеней универсализации новой машины;

3)  комбинации машин и ручных операций.

Для сравнения за базу выбирают наилучшие образцы отечественной и зарубежной техники, используемые в производстве.

Условия эксплуатации машин в хозяйствах различны и зависят от зоны их применения, типа хозяйства, оснащение его техникой и т. п., поэтому при расчетах экономической эффективности новой машины основываются на средних или типичных экономических, природно-климатических и хозяйственных условиях данной зоны.

Большое значение для расчетов имеет правильность определения исходных параметров, то есть основных показателей машины, которые принимаются для сравнения, например, как количество обслуживающего персонала, масса и удельная материалоемкость, режимы работы и т. д.

Параметры можно определить теоретически, или принять на основе технических характеристик машин с учетом исследовательских данных, которые полученные при отдельных исследованиях на экспериментальных установках или при эксплуатации аналогичных отечественных и зарубежных машин в хозяйствах.

При расчетах экономической эффективности определяют:

1)  сравнительную оценку экономической целесообразности применения новой машины;

2)  уровень рентабельности приведенных капиталовложений;

3)  общую прибыль;

4)  прямые и приведенные затраты на виды работ;

5)  годовой экономический эффект и экономическую эффективность за срок службы;

6)  анализ работы обслуживающего персонала;

7)  амортизационные отчисления.

Показатели сравнительной экономической эффективности сводятся в отдельную таблицу, в которой приводят значение показателей базового и нового вариантов машины и степень снижения затрат.

К этим показателям относятся:

1)  суммарные годовые затраты труда на эксплуатацию, в т. ч. на выполнение основной операции и выполнения смежных операций;

2)  удельные эксплуатационные затраты;

3)  удельные капитальные вложения на единицу наработки;

4)  экономический эффект от изменения количества и качества продукции;

5)  годовой экономический эффект от эксплуатации нового технического средства;

6)  экономический эффект от производства и использования потребителем новой машины за срок службы;

7)  степень снижения затрат;

8)  степень повышения производительности нового технологического средства.

При расчете экономической эффективности необходимо учитывать следующее:

А) если новая машина влияет на выполнение предшествующих или последующих операций, или тех или других одновременно, тогда при расчете ее сменной или эксплуатационной производительности необходимо учитывать все подготовительные, сопредельные и последующие операции, то есть оценивать экономическую эффективность выполнения всех звеньев операций, которые составляют законченный технологический процесс;

Б) в тех случаях, когда машина может выполнять работы нескольких видов, тогда необходимо определить годовой экономический эффект с учетом ее использования на роботах каждого вида работ.

2. Долговечность и срок службы.

Долговечность - это свойство машины сохранять трудоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.

Показателями долговечности являются: 1) ресурс; 2) срок службы.

Ресурс характеризуется наработкой машины к предельному состоянию, обусловленому в технической документации.

Фактический ресурс - это Нф=Нн/mр,

где Нн - номинальный (расчетный) ресурс; mр - коэффициент режима, который учитывает влияние условий работы.

Ориентировочно для легких условий эксплуатации mр = 0,7-0,8;

средних mр = 1,0

трудных mр = 1,2-1,5

Ресурс машины можно повысить за счет увеличения прочности ее конструкции, то есть:

1)  применением материалов, которые отвечают данным условиям эксплуатации машины;

2)  повышением твердости взаимодействующих между собой поверхностей;

3)  рациональным оформлением конструкции деталей и их компоновки;

4)  усовершенствованием технологичности конструкции и т. д.

Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации машины к моменту возникновения предельного состояния.

Срок службы может быть разделен на трех вида:

1)  физический

2)  моральный

3)  экономический

Физический срок службы - это состояние потери машиной возможности выполнения технологического процесса.

На физический срок службы машины влияют:

А) естественной износ машины;

Б) преждевременный износ из-за нарушений правил технической эксплуатации

В) поломки и аварии;

Г) низкое качества использованных материалов;

Д) некачественное заводское изготовление;

Же) непредусмотренные условия эксплуатации и другие.

Моральный срок - это состояние машины, когда она является еще достаточно пригодной и даже новой, то есть она сохраняет свою физическую трудоспособность, но за своими показателями перестает удовлетворять с. х. производство в силу повышения требований или появления более усовершенствованной новой машины.

Моральный срок службы машины обусловлен:

А) техническим процессом в производстве машин;

Б) внедрением новых технологических процессов производства с. х. продукции;

В) появлением принципиально новых и более прогрессивных современных машин.

Экономический срок службы характеризуется факторами экономического анализа физического и морального сроков службы.

Для повышения срока службы машины необходимо проводить такие мероприятия:

1)  при компоновке машины на этапе проектирования, то есть разработки эскизного, технического и рабочего проектов машины, предусматривать разработку быстросъемных сборных единиц и деталей, что сократит время на переоборудование, ремонты и техническое обслуживание;

2)  при конструировании и изготовленные машины: а) применять новые прогрессивные материалы с более высоким антикоррозийным и износоустойчивым качеством и т. п.; б) улучшать механическую, термическую и т. п. обработку деталей и процессы сборки сборных единиц; в) совершенствовать систему смазывания и т. д.;

3)  своевременно использовать профилактический ремонт и придерживаться правил хранения машины

4)  на более качественном техническом уровне использовать автоматические предупредительные устройства рабочих органов от опасных перегрузок;

5)  повышать квалификацию обслуживающего персонала.

Общепринятого единого метода расчета сроков службы с. х. машин не имеется. Ориентировочно, срок службы

Сс=Нф/mрmв,

Где mв - коэффициент технического использования машины, который характеризует среднюю за период работы машины степень фактического ее использования в часах, то есть общее время работы на выполнение процесса на протяжении года за вычетом потерь времени по всем различным причинам.

В общем случае, коэффициент использования машины

Mв = Wr / F,

где Wr - общее число часов фактической работы машины за год;

F - нормативный годовой фонд рабочего времени.

3. Надежность и Жесткость конструкции.

Надежность - это качество машины, характеризующее выполнение заданных функций при сохранении своих эксплуатационных показателей в установленных границах на протяжении требуемого интервала времени и заранее предвиденных условиях эксплуатации.

Основными факторами, определяющими надежность машины, являются:

1)  правильный выбор и обоснование эксплуатационных параметров на этапах эскизного и технического проектирования;

2)  совершенство разработки конструкции машины на этапе изготовления рабочего проекта, то есть таких параметров как прочность, Жесткость, износостойкость, технологичность и точность сборки;

3)  качество изготовления узлов и деталей, нормальные условия эксплуатации.

К основным показателям, характеризующим надежность, относятся:

А) долговечность;

Б) безотказность и стабильность функционирования;

В) способность выдерживать временные пиковые перегрузки в предвиденных

пределах;

Г) простота обслуживания и ремонта;

Д) большие межремонтные сроки;

Же) маленький объем ремонтных работ т. д.

При определенные надежности основываются на понятиях:

1)  отказ машины, то есть любая вынужденная остановка машины при выполненные технологического процесса;

2)  продолжительности беспрерывной работы между отказами;

3)  степень трудности отказов;

4)  стоимости и продолжительности работ, которые необходимы для устранения отказов.

Надежность характеризуется коэффициентом готовности. Коэффициент готовности - это вероятность того, что изделие (машина, сборочные единицы, детали) будут сохранять работоспособность в произвольно выбранный момент времени в промежутках между выполнением планового технического обслуживания.

При эталонном режиме эксплуатации коэффициент готовности будет:

Кr = То / (То - Тв) ,

Где То - наработка на отказ, в промежутка времени t1 к t2 ;

Тв - среднее время восстановления.

Надежность работы с. х. машин приобретает особое значения при комплексной механизации с. х. процессов, то есть если в выполнении технологического процесса принимает участие не одна, а несколько машин, которые связанны между собой временем выполнения, производительностью и другими показателями согласованности работ.

В этом случае низкий коэффициент Кr одной машины приводит к большим потерям времени и производительности всего комплекса работ.

Продолжительность вынужденных простоев машины характеризуется коэффициентом неисправности, то есть

Кн = tв / (t4 + tв),

Где tв - времени простаивания из-за технических неполадок;

T4 - время чистой работы машины.

По степени трудности отказа за техническими неполадками разделяют на легкие, средние и трудные.

Легкие отказы - это мелкие неполадки, которые, как правило, ликвидируются на месте в полевых условиях обслуживающим персоналом при помощи инструмента, который находится в машине.

К средним отказам относят неполадки, которые требуют продолжительнойОстановки машины и для их устранения привлекают специальные ремонтные службы.

Трудные отказы - это аварии, при которых выходят из порядка основные механизмы машин, а также происходит общий износ машины требующий полного перебирания машины и т. д.

При этом возникает потребность в продолжительной остановке машины и ее ремонте в стационарных условиях.

Одним из основных факторов, повышающим надежность машины, является Жесткость, то есть возможность конструкции оказывать сопротивление воздействию внешних нагрузок с наименьшей деформацией, которая не приведет к нарушению работоспособности машины.

Понятием, обратным Жесткости, является упругость, то есть свойство конструкции под действием внешних нагрузок получать относительно большие деформации.

Определяют жесткость и упругость на основе методов и формул сопротивления материалов.

Конструктивными способами повышения Жесткости являются:

1)  возможное устранение изгибов, как наименее полезного при жесткости и прочности вида нагрузок и замена его сжатием и растяжением;

2)  уменьшение плеч, которые противостоят силам изгиба и кручения;

3)  рациональное расположение опор и введение дополнительной опоры в случая ее необходимости.

Важным показателем, определяющим надежность машины, является надежность технологичность процессов, которая имеет существенное значение в повышении эксплуатационно-экономической эффективности с. х. техники.

Показатели технологической надежности характеризуются:

1) коэффициентами технологической надежности;

2) коэффициентами наработки на технологический отказ.

Они являются синтезирующими эксплуатационно-технологическими критериями оценки не только производительности машины, но и основных технологических показателей.

Как правило, различают три основных вида технологических отказов:

А) залипание рабочих органов землей;

Б) накопление технологических масс и забивание рабочих органов;

В) наматывание и прессование растительных остатков и сорняков в

Технологических линиях машины.

В основном, технологические отказы имеют комбинированный характер. В любом случае, кроме снижения производительности и необходимости дополнительных затрат ручного труда на их устранение (очищение рабочих органов), они приводят к существенному снижению агротехнических показателей.

Снижение агротехнических показателей к моменту начала отказа протекает монотонно (равномерно), а в момент отказа очень часто наблюдается большие отклонения от агротехнических требований, например, потери части зернового валка, зерна в соломе, корнеплодов, увеличение повреждения и примесей и т. д.

4. Масса и металлоемкость машины, способы их снижения.

На этапе конструирования масса машины является одним из наиболее важных показателей. При этом машина должна иметь:

1)  оптимальную массу для обеспечения тягово-прицепных свойств с энергетическим средством;

2)  достаточную прочность деталей, сборных единиц и машины в целом;

3)  в заданных пределах быстрое заглубление рабочих органов в почву;

4)  обеспечение вертикальной устойчивости энергетического средства, как в момент заглубления рабочих органов, так и на поворотах в транспортном положении.

Основным требованием к с. х. машин является их минимальная масса, которая должна обеспечивать достаточную, но и не лишнюю прочность конструкции.

В связи с этим при проектировании учитывают три момента:

1)  на какие усилия рассчитывают машину - средние или максимальные, которые возникают при неожиданном повышении нагрузки;

2)  какие допустимые напряжения можно принимать при расчетах;

3)  возможно ли допускать упругие деформации.

Общая эксплуатационная масса машины состоит из: а) массы машины; б) топлива и смазочных материалов; в) инструмента, семян, удобрений, обслуживающего персонала и т. д.

Если машина работает в агрегате, то необходимо учитывать массу энергетического средства и сцепки.

При расчетах с. х. машин необходимо принимать во внимание суммарную массу машины и выбирать такие напряжения, которые обеспечивали бы в конструкциях отсутствие остаточных деформаций, то есть напряжения, которые приближаются к пределу текучести.

Но, при этом следует исходить из возможных максимальных усилий, которые могут возникнуть при перегрузках машин, и которые вызовут соответствующее увеличение размеров деталей и их массы.

При статистических нагрузках принимают такие предельные напряжения:

1)  для пластических материалов - предел текучести sт;

2)  для хрупких материалов - предел прочности sв;

3)  при переменных нагрузках - предел выносливости  s-1.

В общем случае допустимые нагрузки:

[s] = sкр ¤n; [t] = tкр ¤n,

Где s и t - допустимые напряжения растяжения (сжатия) и смещения;

Sкр и tкр - предельные (опасные) напряжения;

N - коэффициент запаса прочности.

Коэффициент n зависит от выбора предельного напряжения, степени точности расчетных схем, правильности определения величины и характера нагрузки.

Но, использовать при выборе допустимых нагрузок повышенные значения запаса прочности можно только в исключительных случаях, то есть тогда когда максимальные усилия, в силу каких-либо причин, нельзя точно определить.

Очень большой запас прочности при конструировании приводит к увеличению габаритных размеров и массы деталей. Как отрицательное следствие этого - это перерасход материалов и увеличение стоимости изготовления машины.

Но вместе с тем при выборе допустимых нагрузок, необходимо учитывать и последствия возможных непредусмотренных поломок, которые могут нанести увечья обслуживающему персоналу или вывести из работы машину, и поломки деталей, которые можно без особых затруднений заменить и процессе технологической работы.

Уменьшить массу машины можно:

1)  применением наиболее эффективных и современных прогрессивных материалов;

2)  применением соответствующего сортамента проката;

3)  заменой сложных каркасных конструкций штампованными из тонкостенных материалов;

4)  заменой металлов неметаллическими материалами (полимерами);

5)  использованием средств прогрессивных технологий обработки и другими средствами, которые характерные для конкретного вида машины.

Но, опять таки, необходимо иметь в виду, что уменьшение массы с. х. машин, в особенности тех, которые работают в трудных почвенных условиях, возможное до определенного предела, после чего снижаются их эксплуатационные показатели, например, такую как равномерность и стойкость хода, стабильность заданной глубины и т. п.

Обеспечение минимальной, но вместе с тем достаточной массы с. х. машины или полевых широкозахватных агрегатов является одним из основных показателей усовершенствования конструкции на ее этапах проектирования.

Для оценки эффективности использование металла в сравниваемых конструкциях машин определяют удельную металлоемкость с. х. операции выполнения технологического процесса.

Для механизированной операции, удельную металлоемкость определяют на единицу выработки, то есть:

Мо = (1/W1) (mм /Wг. м.+ mт/Wг. т.+m3/Wг. з.),

Где mм; mт ; m3 - соответственно, масса машины, трактора, сцепки;

Wг. г. ;Wг. т.;Wг. з. - соответственно, годовая загрузка машины, трактора, сцепки, ч.

От понятия металлоемкость необходимо отличать понятие массы, так как они не равнозначны. Также не равнозначные понятия удельная металлоемкость машины.

Удельную металлоемкость машины определяют как кратное от деление объема всех металлических деталей на основной параметр машины, то есть производительность, мощность, ширину захвата и другие:

Мм = (S m1/ r1 + S m2/r2 + ….+ S mn/rn) Р,

Где S m1 , S m2 , S mn - суммарные массы деталей, которые изготовлены из материалов

Одной соответствующей твердости;

R1 , r2 , rn - соответствующая твердость использованных материалов;

Р - принятый основной параметр машины.

Металлоемкость можно снизить путем:

1)  уменьшением массы машины;

2)  созданием принципиально новых прогрессивных конструкций машин;

3)  разработкой универсальных комбинированных агрегатов;

4)  повышением рабочих скоростей выполнения технологического процесса и т. д.

5. Конструктивная унификация и универсализация машин

Конструктивная унификация - это заимствование и использование узлов деталей базовой машины и других элементов конструкции в процессе разработки и проектирование новой машины. Конструктивная унификация представляет собой довольно эффективный и экономичный метод, применение которого дает возможность:

1)  достаточно широко обобщить опыт проектирования машины;

2)  отклонять необоснованное конструктивное многообразие деталей и сборочных единиц;

3)  оптимизировать обоснованное решение при выборе стандартных изделий;

4)  облегчить условия эксплуатации машины.

По смыслу унификацию разделяют на:

1)  внутриразмерную - унификацией охватывается базовая модель одного типа машины и все ее модификации;

2)  межразмерную - унифицируют не только одну базовую модель и ее модификации, но и базовые машины с разными параметрами;

3)  межтиповую - унифицируют машины разных типов (плуги общего назначения, плуги специального назначения; сеялки для зерновых, технических, овощных культур и т. д.)

Степень унификации оценивают коэффициентами унификации, которые рассчитывают в % по формуле:

Lун. = (Zун. / Z) * 100 ,

Где Zун. - количество унифицированных деталей;

Z - общее количество деталей в машине.

Использование в машинах большого количества унифицированных сборных единиц, деталей и других элементов конструкции позволяет уменьшить сроки проектирования машин, их изготовления и испытания исследовательских образцов.

Универсализация машин преследует цель расширения функций машин в с. х. производстве, то есть расширение диапазона операций, которые ними выполняются.

В создании универсальных машин существуют три направления:

1)  создание машин, которые при сравнительно несложном оснащении рабочих органов могут выполнять разные по характеру операции, которые не совпадают с календарным временем выполнения, например, одна и та же машина последовательно выполняет предпосевную обработку почвы, посев, междурядную обработку и подкормку, защиту растений и другие виды и комбинации с. х. операций;

2)  создание машин, которые в одном технологическом процессе могут объединять несколько операций, то есть за один проход агрегата выполнять несколько операций, например, подбор соломы с одновременным лущением стерни и внесением удобрений;

3)  создание машин, которые удовлетворительно агрегатуються с тракторами разных классов для наиболее рационального использования тяговых усилий и мощности энергетических средств.

Эти направления позволяют:

1)  значительно сократить номенклатуру машин;

2)  уменьшить потребность в тракторах разного класса;

3)  значительно уменьшить прямые затраты с. х. производства.

6. Агрегатирование с. х. машин.

С. х. машины и агрегаты перемещаются в изменяющихся дорожно-транспортных и рабочих условиях - по путям с разными видами покрытий, полями с разными почвенными покровами в рядах между культурными растениями и при разных фазах их развития.

В связи с этим к проектируемым машинам предъявляются требования их достаточной проходимости и маневренности.

Дорожные и рабочие условия разделяют на: а) транспортные; б) технологические; в) динамические; г) Опорнозчіпні.

Транспортные условия характеризуются проходимостью агрегата по узким дорогам, мостикам, по земельным участкам с разными покровами и крутизной склонов.

Технологические - проходимостью над растениями без их повреждения, в междурядьях без повреждения корневой системы и без присыпания растений в особенности в начальной фазе их развития.

Динамические - проходимостью машины через отдельные препятствия (камни, бугры, канавы и т. п.), которые машина в возможности преодолеть без поломок и остановок.

Опорно-сцепляющиеся условия рассматривают для машин с приводными ходовыми колесами.

Проходимость машины обеспечивается:

1)  оптимальным выбором основных параметров машины;

2)  универсальности ходовой части;

3)  креплением и расположением рабочих органов;

4)  увеличением стойкости машины в вертикальной плоскости.

Не менее важное значение при конструировании машины имеет показатель ее маневренности, то есть ее возможность с минимальными затратами времени и пути изменять направление движения, выполнять повороты без повреждения растений.

Маневренность характеризуется:

1)  высокой чувствительностью системы управления машиной;

2)  минимальным радиусом поворота;

3)  скоротечностью и легкостью подъема и углубления рабочих органов;

4)  перемещением на повышенных скоростях в рабочем и транспортном положениях.

На повышение маневренности оказывает воздействие широкое применение автоматизированных систем управления и контроля основных рабочих органов машины и оптимальное (рациональное) соединение с. х. машины с энергетическим средством.

Системы соединения с. х. машины с энергетическим средством могут быть: навесные, полунавесные, прицепные, комбинированные агрегаты; агрегаты канатной тяги и самоходные системы.

При агрегатировании с. х. машины с энергетическим средством в основном различают такие схемы расположения машин в зависимости от технологического процесса, исходных требований, ТЗ и других специфических условий работы:

1)  задние - применяют как для навесных, полунавесных, так и для прицепных систем;

2)  передние - используют при агрегатировании пропашных культиваторов, сеялок, скашивании трав, зерновых культур;

3)  боковые - применяют преимущественно для машин, которые убирают травы и зерновые культуры;

4)  Средние - характерно для пропашных культиваторов, овощных сеялок (рабочие органы располагают поперек энергетического средства между передними и задними колесами);

5)  комбинированные или секционные - применяют для широкозахватных агрегатов;

6)  шеренговые - машины располагают позади энергетического средства на сцепке в один ряд;

7)  ступенчатые - машины располагают позади энергетического средства на сцепке в два и более рядов.


Технико-экономические требования разработки машин. - 4.0 out of 5 based on 1 vote

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить