Методы создания производных машин на базе их унификации и стандартизации

Известны следующие методы создания производных машин на базе унификации и стандартизации:

1) секционирование – разделение машин на одинаковые секции и образование производных машин набором унифицированных секций. Метод выгоден при серийном изготовлении, создает удобства при сборке-разборке, ремонтах и техническом обслуживании.

Секционирование применяется при изготовлении турбобуров, центробежных наземных и погружных насосов, распределителей в гидравлических приводах машин, конвейеров на основе втулочно-роликовых цепей и т. д.;

2) метод линейных размеров – заключается в изменении длины изделия при сохранении формы и размера поперечного сечения узлов и деталей машин с целью получения различной производительности. Метод применим к ограниченному классу машин, производительность которых пропорциональна длине рабочего органа: центробежные и шестеренные насосы, бетономешалки, компрессоры, вальцовые машины. К методу можно отнести увеличение длины зубьев колес с сохранением модуля, что позволяет повысить нагрузочную способность зубчатой передачи.

Метод линейных размеров позволяет сохранить основное технологическое оборудование для обработки вращающихся рабочих органов, внутренних полостей корпусов, что дает значительный экономический эффект;

3) метод базовых агрегатов – превращение базовых агрегатов в машины различного назначения путем присоединения к ним или монтажа на них специального оборудования. Наиболее часто используют шасси автомобилей и тракторов, на основе которых создают буровые установки легкого типа, машины для ремонта скважин, цементировочные агрегаты, диагностические лаборатории, подъемно-транспортные машины и т. д. Для этого разрабатывают как само специальное оборудование, так и дополнительные механизмы и агрегаты в базовой машине: коробки отбора мощности, подъемные и поворотные механизмы, реверсы, тормоза, кабины и системы управления и т. д.;

4) конвертирование – базовые машины или их основные элементы могут быть использованы для создания агрегатов различного назначения, близких или различных по рабочему процессу. В частности, ДВС переводят с бензина на газ, преобразуют ДВС в поршневой компрессор, что сопровождается некоторой доработкой конструкций: заменой головки, изменением механизма газораспределения и т. д.;

5) компаундирование, или метод параллельного соединения машин или агрегатов, применяется с целью увеличения общей мощности или производительности установки. Спариваемые агрегаты могут быть конструктивно объединены синхронизирующим устройством в один агрегат или установлены независимо. Например, в буровых комплексах применяют многодвигательный привод основных агрегатов от дизелей или электродвигателей, параллельное соединение и работу насосов, отдельных элементов блоков приготовления и очистки промывочного раствора в циркуляционной системе;

6) модифицирование – доработка машины с целью приспособления к иным условиям работы, операциям и видам продукции без изменения основной конструкции (иногда совпадает с модернизацией). В модификации оборудования в исполнении «Т» (для тропического климата) применяют коррозионно-стойкие сплавы, кондиционеры и т. д., в и сполнении «ХЛ» (для холодного климата) – хладостойкие стали, электротехнические и резинотехнические изделия, устройства разогрева и запуска при низких температурах, обогреватели и др.;

7) агрегатирование – создание машин путем сочетания унифицированных агрегатов, представляющих собой автономные узлы и механизмы, устанавливаемые на общей станине (базе) в различном числе и комбинациях. Частичным агрегатированием является использование стандартизованных узлов и агрегатов из числа серийно выпускаемых: редукторов, насосов, компрессоров, а также заимствованных с серийно изготовленных изделий: коробок скоростей, механизмов перемещения муфт, фрикционов и т. д. В результате достигается сокращение сроков и стоимости проектирования и изготовления, удешевляются техническое обслуживание и ремонт;

8) метод комплексной нормализации – к проектированию простейших устройств, когда можно стандартизировать все или почти все их элементы конструкции. Нормализуют, например, по типоразмерам теплообменники, дозирующие устройства, смесители, резервуары, обечайки, крышки, люки, лазы, к репление, стойки и т. д. В нормализованных аппаратах широко применяют вспомогательное покупное оборудование: насосы, фильтры, приборы контроля и управления, средства автоматики.

Из стандартных деталей, унифицированных узлов и покупного оборудования компонуют машины:

с одинаковым рабочим процессом, но с различными размерами и производительностью;

одинакового назначения, но с различными параметрами рабочего процесса (давление, вакуум, расход, температура);

различного назначения и с разным рабочим процессом;

9) метод унифицированных рядов – образование рядов функционально близких машин различной мощности и производительности путем изменения числа и параметров главных рабочих органов и их применения в различных сочетаниях. На пример: создание рядов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на основе унифицированной цилиндровой группы и частично унифицированной шатунно-поршневой группы. Метод унифицированных рядов применяется при создании семейства машин роторного типа, производительность которых пропорциональна числу операционных блоков с роторами.

Этот метод может сочетаться с методами конвертирования или агрегатирования, расширяя область применения машин. Однако, повышая технологичность машин, он может ухудшить их качество и соответственно не может служить определяющим фактором в развитии техники, так как в ряде случаев может привести к снижению их экономической эффективности;

10) уменьшение номенклатуры объектов производства – разработка рационального типажа машин с целью устранения распыления средств на выпуск машин малыми сериями, улучшения условий эксплуатации, ремонта и обеспечения запчастями.

Номенклатура и число объектов производства сокращаются за счет:

создания параметрических рядов машин с рациональными интервалами между ними;

расширения универсальности машин;

использования закладываемых резервов развития по мере роста потребностей народного хозяйства.

Перечисленные способы могут сочетаться как один с другим, так и с методами унификации, приведенными выше. Параметрическими называют ряды машин одинакового назначения с регламентированными для конструкции показателями и градацией этих показателей.

Различают виды параметрических рядов: размерно-подобные (или размерные), типоразмерные и смешанные ряды.

В основу первого положен единый тип машины, градации изменения ее размеров получают при сохранении геометрического подобия модификаций ряда: электродвигатели (ГОСТ 15150–69), нефтяные насосы (ГОСТ 12124–80) и т. д.

В типоразмерном ряду для каждой градации установлен свой тип машин со своими размерами. Например, ГОСТ 5866–76 «Станки-качалки– основные типы и параметры» регламентирует параметры 13 типоразмеров станков-качалок трех видов по способу уравновешивания, ГОСТ 16293–89 «Комплектные буровые установки для глубокого разведочного и эксплуатационного бурения» определяет типоразмеры установок по 12 классам, различающимся по грузоподъемности и условной глубине бурения, мощности привода основных агрегатов, диаметру отверстия стола ротора, по высоте основания.

Смешанный ряд отличается тем, что в нем некоторые модификации выполняют однотипными и геометрически подобными, другие же на основе других типов. Примером является ГОСТ 20692–75 «Трехшарошечные долота. Типы и параметры». По этому стандарту долота выполняются корпусными и секционными. Изготавливают их предприятия 10 сериями, 3 классами, 12 типами и 128 модификациями (для пород мягких, средней твердости, твердых и крепких, с гидромониторными насадками, с центральной промывкой, с продувкой сжатым воздухом, армированные твердосплавными вставками и т. д.).

Для построения параметрических рядов любого вида стремятся использовать принципы:

геометрического подобия;

подобия рабочих процессов, обеспечивающий в значительной степени одинаковость энергетической и силовой напряженности машины в целом и ее деталей.

Основой стандартизации рядов машин и оборудования, их составных частей и элементов служат ряды предпочтительных чисел, строящиеся по арифметической или геометрической прогрессии. Основные параметрические ряды стандартизуемой техники чаще строятся по геометрической прогрессии со знаменателем ϕ = n 10. По ГОСТ 8032–84 степени этого корня приняты равными 5, 10, 20, 40 и 80. Эти числа вместе с буквой R составляют обозначение ряда (табл. 1).

Таблица 1 Значения знаменателей геометрической прогрессии для рядов предпочтительных чисел

По ГОСТ 16293–89 максимально допускаемые нагрузки и глубины бурения строятся по ряду R10, т. е. с ϕ = 1,25: допускаемые нагрузки 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3200, 4000, 5000, 6300, 8000, 10000 кН, условная глубина бурения 1250, 1600, 2000, и т. д. до 16000 м.

Так же строится ряд значений мощностей буровых насосов.

В смешанных рядах машин отдельные группы строятся с разными знаменателями геометрической прогрессии, а в некоторых группах внутри всего ряда может быть использована и арифметическая прогрессия, наряду с геометрической. Например, по ГОСТ 5866–76 «Станки-качалки. Основные типы и параметры» из 13 типоразмеров первых 5 типов станков-качалок приняты по арифметической прогрессии с ее разностью, равной 10 кН, по основному параметру – наибольшей допускаемой нагрузке на устьевой шток 20, 30, 40, 50, 60 кН. Остальные 8 типоразмеров построены в ряд произвольно: 80, 100, 120, 150, 200 кН с кратным повторением первых трех чисел. Такое отклонение в построении смешанного типоразмерного ряда станков-качалок обусловлено объединением в них машин с тремя различными видами уравновешивания колонны насосных штанг: грузового, роторного и комбинированного.

Вывод

На основании темы лекционного занятия были определены основные понятия и определения унификации и стандартизации современных машин и оборудования. Выявлены основные методы создания производных машин на базе их унификации и стандартизации. Рассмотрены основные виды параметрических рядов.