Основы техники: основные характеристики машин - производительность, мощность и КПД машины. Понятия, расчетные уравнения

Использования торгово-технологического оборудования определяется рядом технико-экономических показателей, которые можно разделить на три группы:

Показатели первой группы оценивают оборудование как объект эксплуатации. К ним относятся следующие основные показатели:

производительность;

мощность;

коэффициент полезного действия; степень автоматизации;

непрерывность технологического процесса; габаритные размеры;

надежность и долговечность;

удобство обслуживания и простота наладки; дизайн.

Характеристики второй группы позволяют оценить оборудование как объект производства. Это -

масса оборудования;

материалоемкость;

стоимость (отпускная цена);

трудоемкость;

технологичность.

Характеристики третьей группы определяют степень экономической целесообразности производства и использования оборудования, эффективность капитальных затрат, связанных с приобретением и установкой.

Рассмотрим основные характеристики.

Производительность, мощность и КПД машины

Важнейшим показателем оборудования является его производительность. Производительность оборудования определяется количеством готовой продукции, выпускаемой в единицу времени, т.е. м³/ч, л/с, м/мин, кг/ч и т.д.

При работе технологической машины периодического действия длительность цикла работы Т_ц складывается из длительности рабочих ходов , связанных с процессом обработки изделия, и длительности холостых (вспомогательных) ходов , необходимых для полного осуществления рабочего цикла (загрузка и съемка обрабатываемого изделия, перемещение изделия с позиции на позицию, подвод и отвод рабочих органов и т.д.), т.е. , а цикловая производительность машины равна количеству циклов, которые машина может выполнить в единицу времени:

Пример. Цикловая производительность хлеборезки (шт. /с), если известны времена технологических переходов ( - время установки батона; - время холостого хода каретки; - время нарезания батона и - время удаления нарезанных ломтей батона) определяется как

Идеальную (теоретическую) производительность (при отсутствии холостых ходов) определяют по формуле:

Зная значения цикловой и идеальной производительности, можно определить коэффициент производительности

Величина КП характеризует степень непрерывности рабочего процесса, т.е. степень совершенства машины.

Таким образом,

Время холостого хода может быть понижено путем применения непрерывных процессов, автоматизированного и механизированного исполнения вспомогательных технологических операций, усовершенствования конструкций и механизмов. Эффективным методом понижения времени холостого хода является рациональная компоновка оборудования, совмещение вспомогательных переходов с рабочими и т.д.

Время обработки понижается за счет использования новых методов обработки, оптимальных ее режимов: повышения скорости воздействия рабочих органов (скорости вращения, резания и т.д.); ускорения процессов обработки с помощью физических, химических и других воздействий; применения метода параллельной обработки.

Для машин непрерывного действия (идеальных машин) (конвейеры и т.п.), у которых , график производительности представляет собой линейную зависимость.

Цикловая производительность растет лишь до определенного предела изменений . Это означает, что повышать производительность машины за счет увеличения скорости ее·работы (увеличения скорости вращения рабочего вала) можно лишь в определенных пределах, после чего повышение скорости эффекта не дает. Повысить производительность в этом случае можно за счет уменьшения времени холостого хода.

Фактическую производительность машины определяют по формуле:

где - время производственного цикла; - время на внецикловые затраты.

Отношение

называют коэффициентом технического использования машины.

показывает, в какой степени при работе используется запроектированная в машине производительность.

Уменьшить внецикловые потери можно, механизировав и автоматизировав заправку и обслуживание машин, а также сокращая простои путем повышения надежности и долговечности машины, при меняя передовые методы эксплуатации и ремонта.

При определении производительности машины следует учитывать потери продукции, обусловленные браком.

Производительность с учетом брака определяется по формуле:

где коэффициент качества выпущенной продукции

Таким образом,

Теоретическую (идеальную) производительность аппарата (машины) непрерывного действия (конвейеры, транспортеры) определяют по формуле:

где - объем обработанного материала за время работы машины;

- время работы машины.

Из формулы следует, что аппараты непрерывного действия являются наиболее совершенными (так как имеют наименьшую длительность рабочего цикла ):

Очень часто используется соотношение

где S - плотность продукции, кг/м³;

v - скорость потока, м/с;

F - площадь потока, м².

Мощность машины

Мощность машины, двигателя - это энергия, которая подводится к машине, двигателю в единицу времени и характеризует быстроту совершения работы.

В случае производительно движения абсолютно твердого тела результирующая мощность равна алгебраической сумме мощностей всех сил, действующих на тело:

где - скорость движения точки приложения силы . Мощность силы или сил, вызывающих вращательное движение абсолютно твердого тела, равна

где - результирующий момент этих сил;

где - плечо силы F;

, - угловая скорость

Мощность машин определяется общей установочной мощностью двигателей машины или других потребителей энергии. Потребляемая мощность может быть меньше установочной вследствие различных затрат энергии в переходных и установившихся процессах работы оборудования. Установочная мощность двигателя должна учитывать также потери мощности в технологическом процессе при преодолении вредных сопротивлений и потерь энергии в окружающую среду. Установочная мощность должна максимально соответствовать потребляемой мощности в технологическом процессе, а эта мощность, в свою очередь, должна быть минимальной, т.е. сам технологический процесс должен быть предельно совершенным. Совершенство процесса характеризуется многими характеристиками. Одной из основных при этом является КПД.

Коэффициент полезного действия.

Под КПД технологической машины (аппарата) понимают отношение полезной работы (полезно затраченной энергии) ко всей затраченной работе (энергии). Следовательно, коэффициент полезного действия характеризует величину потерь и величину полезно затраченной энергии и в этом смысле является одним из критериев степени совершенства преобразования электрической (тепловой) энергии в механическую и обратно.

Потери энергии в машинах и аппаратах происходят:

в технологическом процессе;

при работе механизмов на холостом ходу;

при наличии сил трения в кинематических парах;

в результате рассеивания энергии при деформации и вибрации деталей и машин;

при выбросах в окружающую среду;

при включении сил торможения и т.д.

Расчет КПД можно провести по формуле:

где - общий кпд машины;

- полезная мощность (энергия);

- затраченная мощность (энергия).

В общем случае КПД машины определяется. как произведение отдельных коэффициентов полезного действия, учитывающих потери на различных участках машины, например потери в передачах, подшипниках и т.д. Общий КПД при последовательном соединении механизмов можно рассчитать как: