Файл: Сучков, А. Е. Резервы экономии металла в машиностроении.pdf

Г л а в а II

ПУТИ с н и ж е н и я к о н с т р у к т и в н о й

МЕТАЛЛОЕМКОСТИ МАШИН

В Программе КПСС указано, что в период строи­ тельства коммунизма в нашей стране «быстрое развитие получат такие конструкции машин, которые, обеспечивая высокие технические свойства, приведут к сокращению расходов сырья и энергии, повышению производительно­ сти труда»1.

Резервы и пути повышения экономичности конструк­ ций машин, оборудования и приборов чрезвычайно раз­ нообразны и многочисленны. Совершенствование кон­ струкций требует проведения больших организационно­ технических мер, позволяющих снижать металлоемкость и трудоемкость машин и оборудования, уменьшать за­ траты на их производство и эксплуатацию, повышать техническую культуру конструкций.

При разработке и внедрении новых технологических процессов создания машин и механизмов прежде всего нужно исходить из удовлетворения требований наиболее рационального и экономичного использования общест­ венного труда. Современные машины должны обеспечи­ вать повышение качества и снижение себестоимости про­ дукции, рост производительности и облегчение труда рабочих.

Борьбу за экономически эффективные машины или оборудование нужно вести на всех стадиях их создания, начиная с подготовки проектирования, ибо именно здесь определяются основные технико-экономические парамет­ ры проектируемой конструкции машин. Одновременно с этим конструктивное развитие машин непосредственно связано с увеличением их мощности, долговечности и

1 Программа Коммунистической партии Советского Союза,

стр. 70.

14

эксплуатационной надежности, с повышением их эконо­ мичности и технологичности, со снижением трудоемкости и веса машин.

Большая ответственность ложится на конструктора при расчетах прочности создаваемых образцов, особенно в отношении их эксплуатационной надежности и долго­ вечности. Основная задача конструктора — создание технически современных и экономически эффективных машин, оборудования и приборов. Современный техниче­ ский прогресс машиностроения идет в основном по трем направлениям: а) совершенствование конструкции ма­ шин; б) внедрение новых методов и технологии их изго­ товления; в) улучшение существующих и создание но­ вых конструкционных материалов.

Опыт эксплуатации машин в ряде отраслей промыш­ ленности показывает, что преждевременный износ дета­ лей иногда является следствием неудачных конструктив­ ных решений или неправильного выбора материала.

Хотя основная проблема экономии металла в маши­ ностроении решается в производстве путем уменьшения припусков и напусков, рационального использования материалов и других факторов, однако конструкция деталей, как правило, предопределяет технологию их изготовления и расход материала. Поэтому возможность экономии материала в большей степени ограничивается заданной конструкцией. Следовательно, проблема эконо­ мии материалов решается не только технологическими методами, но и наиболее эффективным использованием средств конструктивного характера. Назовем основные из них: конструктивная простота машин; конструирова­ ние деталей с учетом прогрессивных методов изготовле­ ния заготовок;-снижение веса деталей; замена металла другими материалами.

Конструктивная простота машин выражается прежде всего в отсутствии лишних механизмов, агрегатов и дета­ лей, наличие которых не обусловливается функциональ­ ным назначением в условиях работы машины. Деталь следует конструировать с учетом применения прогрес­ сивных методов получения заготовок, которые бы по конфигурации и размерам приближались к готовым деталям.

Чтобы работа конструктора имела четкую направлен­ ность, вытекающую из задач по снижению веса, трудо­

15

емкости и издержек на машину в производстве и эксплуатации, он должен заранее определить ее теорети­ ческий (расчетный) вес.

Нормирование веса проектируемых машин, основан­ ное на строгом учете их прочностных характеристик, габаритов, мощности и других факторов, имеет весьма важное практическое значение. Особенно большим резер­ вом снижения веса машин является ликвидация излиш­ них запасов прочности.

Основными путями снижения конструктивной метал­ лоемкости машин следует считать: совершенствование конструкции и улучшение весовых характеристик; техно­ логичность конструкции; показатели измерения метал­ лоемкости машин и возможности их планирования; ра­ циональное использование запаса прочности материалов; выбор материала и др.

1.Совершенствование конструкции

ивесовых характеристик

Наиболее эффективными мерами по снижению кон­ структивной металлоемкости машин являются: принцип конструирования машин; максимальная концентрация мощности в одном агрегате; рациональная компоновка машин; широкое применение навесных приспособлений вместо прицепных и др.

Современные конструкции требуют проведения мно­ гочисленных мер, обеспечивающих снижение материало­ емкости и трудоемкости машин и оборудования, затрат на их выпуск и эксплуатацию, повышающих техническую культуру конструкции. Следовательно, первые шаги конструктора при создании новых машин, оборудования и приборов должны начинаться с установления прогрес­ сивного типажа проектируемой конструкции, ее служеб­ ного назначения, выбора наиболее эффективной схемы и рациональной конструкции ее элементов, узлов и дета­ лей, а также тех требований, которым она должна удовлетворять в эксплуатации.

Одно из средств повышения экономической эффектив­ ности изготовления машин — выбор рациональной кине­ матической схемы. Разработка оптимальной схемы ма­ шины дает возможность осуществить наиболее полное

16

соответствие ее конструкции технологическим требова­ ниям и наиболее выгодную компоновку основных узлов и механизмов. Проектирование рабочих органов и меха­ низмов машин с обоснованными эксплуатационными требованиями приводит к созданию рациональной их конструкции, характеризующейся меньшими размерами, более совершенной формой, эффективным использовани­ ем материала и снижением трудоемкости выпуска.

Практика показывает, что в некоторых конструкциях машин излишне усложнены кинематические схемы, уве­ личено количество передаточных механизмов, которые не полностью используются при эксплуатации машин или по характеру их работы могут быть заменены более простыми передачами. Эти особенности ведут к не­ обоснованному увеличению количества деталей, повыша­ ют вес машины и расход материала, увеличивают трудо­ емкость изготовления. Упрощение кинематической схемы дает возможность уменьшить количество и размеры деталей как в самой цепи, так и в целом в машине.

Значительный экономический эффект может быть по­ лучен при пересмотре конструкции мало или вовсе ненагруженных деталей типа крышек, фланцев, втулок, кронштейнов, муфт, колец и других аналогичных деталей при сохранении их механических и эксплуатационных свойств. Например, при изменении конструкции круглого фланца корпуса подшипника комбайна «СК-2,6» на заводе «Гомсельмаш» на треугольную форму сэкономле­ но более 15% металла только на одном наименовании деталей. А если учесть, что подобных деталей ежегодно выпускается десятки миллионов штук, то на этой «мело­ чи» можно сэкономить около 50 тыс. т металла.

В механических приводах эффективна замена много­ ступенчатых зубчатых передач клиноременными, цилин­ дрических и червячных — глобоидальными. При одина­ ковой передаваемой мощности и одном и том же переда­ точном отношении вес глобоидального редуктора в 5 раз меньше, чем вес цилиндрического двухступенчатого редуктора. Из сказанного видно, что снижение веса машин в полной мере зависит от рационального выбора их кинематической схемы, позволяющей сократить дли­ ну кинематической цепи, свести до минимума количество звеньев в ней и уменьшить количество деталей. В прак­ тике уже известны новые металлорежущие, станки, где

шпиндель жестко соединен с валом электродвигателя и устранен промежуточный механизм передачи.

Выбор оптимального количества рабочих органов ма­ шины при проектировании значительно снижает вес и трудоемкость ее изготовления. Однако иногда конструк­ тор излишне усложняет кинематические схемы, вводит в

них много трудоемких оригинальных деталей, мало использует унифицированные узлы и детали, возможно­ сти передовой технологии. Поэтому при разработке новой конструкции следует вводить только те новые детали и узлы, которые предопределяют производитель­ ность машины, удобство ее обслуживания и снижают ее себестоимость. Все остальные узлы, не влияющие на эти факторы, надо оставлять по возможности в неизменном виде.

Следовательно, основными мерами по совершенство­ ванию кинематических схем машин являются: 1) умень­ шение количества звеньев в кинематической цепи и пере­ даточных механизмов в машине; 2) сокращение числен­ ности рабочих органов, имеющих привод; 3) выбор наиболее рациональных конструкций передач и переда­ точных механизмов; 4) широкое внедрение гидравличе­ ских, пневматических, электромеханических и других видов передач.

Фирма «Аткинсон» оборудует грузовые автомобили задними мостами, имеющими коническую главную пере­ дачу. Это обеспечивает большую экономию в весе. За счет применения проката швеллерного типа конструкция автомобиля имеет большую жесткость на кручение по сравнению с ранее применявшимися поперечинами.

За счет более тщательной проработки элементов кон­ струкции рамы вес автомобиля фирмы «Фаден» по сравнению с автомобилем аналогичного класса снижен на тонну. На этом автомобиле опорные кронштейны рес­ сор устанавливаются непосредственно под ланжероном вместо принятого консольного крепления. Такая кон­ струкция снижает вес опорного кронштейна за счет равномерного распределения нагружения в его теле. Коренной лист за ушком рессоры загнут назад и тем самым обеспечивает прочность рессор. Главная рама одной модели трактора «Интернационал» (Англия) со­ стоит из полых элементов, которые одновременно служат резервуарами для масла, гидросистемы и топлива.

18

Снижение конструктивной металлоемкости можно получить за счет изменения схемы компоновки деталей и узлов машин, принципов их работы и других факторов.

Наиболее ответственный этап при конструировании новой машины — выбор наиболее оптимальной компо­ новки и ее узлов, построенной с учетом действующих сил и нагрузок. Эти предпосылки обеспечивают значи­ тельное снижение трудоемкости и веса машин.

Весьма важно также получить наиболее выгодную компоновку не только машины в целом, но и отдельных ее узлов, выбрать необходимую мощность и число оборо­ тов двигателя, рационально разбить передаточное число по ступеням.

Снижение веса во многом зависит от принципиальной схемы машины, от ее конструктивной компоновки. Рас­ пределение веса некоторых машин и оборудования по узлам показано в табл. 4.

Из табл. 4 видно, что основную часть веса машин и оборудования составляют колонны, столы, фундамент­ ные плиты, станины, блоки и шасси: на их долю прихо­ дится от 28 до 80% общего веса. Следовательно, в пер­ вую очередь следует снижать металлоемкость этих узлов.

Анализ показывает, что наиболее металлоемки литые детали, прежде всего из чугуна. Из общего веса литые детали (в среднем) составляют: в металлорежущих станках — до 80%, в тракторах — до 60, в автомобиль­ ных двигателях — 65—70, в сельскохозяйственных ма­ шинах — около 22%. Поскольку большинство этих дета­ лей корпусные пустотелые, то их вес зависит только от толщины стенок.

При конструировании машин толщина стенок кор­ пусных литых деталей, как правило, определяется по аналогии с деталями существующих машин или по тех­ нологическим соображениям и оказывается несколько завышенной.

Рациональность компоновки машин зависит от мно­ гих конструктивных, производственно-технологических и эксплуатационных показателей. Для улучшения техно­ логичности конструкции совершенствование компоновки машины может быть достигнуто за счет следующих фак­ торов: 1) сокращения расстояний между опорами и при­ ближения их к месту приложения нагрузок; 2) упраздне­

t

Т а б л и ц а 4

Распределение веса по узлам к общему весу машин и оборудования, %

передачи их функций другим машинам; 3) соединения двух или нескольких механизмов в один; 4) совершенст­ вования компоновки отдельных узлов и механизмов;

5)расчленения машин на сборочные элементы. Сокращение расстояний между опорами и возможное

приближение их к месту приложения нагрузок позволяет уменьшить вес и размеры нагруженных деталей, улуч­ шить технологичность конструкции машины в целом и ее отдельных узлов. Так, у силосоуборочного комбайна «СК-2,6» барабан измельчающего аппарата устанавли­ вался на две опоры, расположенные друг от друга на большом расстоянии (более ширины захвата). Это при­ водило к увеличению размеров и веса некоторых нагру­ женных деталей. В последующих выпусках комбайнов такого назначения за счет сужения горловины измель-

20