Лекция № 3-4 Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств

Подождите немного. Документ загружается.

Сумма расходов в общем случае складывается из стоимости: Эн – расходуемой

энергии, Мт – материалов и заготовок, Ин – инструмента, Тр – оплаты труда операторов,

Об – технического обслуживания, Рм – ремонта, Нк – накладных цеховых и заводских

расходов, Ам – амортизационных расходов:

Р = Эн + Мт + Ин + Тр + Об + Рм + Нк + Ам (4)

Величина q – должна быть больше 1, иначе машина будет работать убыточно, и

смысл ее существования утрачивается.

Экономический эффект. Годовой экономический эффект от работы машины (годо-

вой доход)

)

1()1(

От

ОтРOтQ -=-=-= , (5)

где От – годовая отдача, руб/год; Р – сумма эксплуатационных расходов, руб/год.

Суммарный экономический эффект

Q за весь период службы машины (общий до-

ход) равен разности суммарной отдачи

От и суммы расходов

Р за период службы

(в рублях):

-= РОтQ

или согласно формуле (4)

+++++++-= )( АмРмНкОбТрИнМтЭнОтQ . (6)

Отдача машины и эксплуатационные расходы, за исключением

Ам и

Рм , про-

порциональны продолжительности фактической работы h за период эксплуатации.

Амортизационные расходы за период эксплуатации равны стоимости С машины. Ре-

монтные расходы не находятся в прямой зависимости от h; их размер и периодичность

определяются условиями эксплуатации и надежностью машины.

Выделяя факторы

Рм и Ам = С, получаем:

[

]

--+++++-= СРмНкОбТрИнМтЭнОтhQ )( . (7)

Если машина работает до исчерпания механического ресурса (h = D), то

[

]

--+++++-= СРмНкОбТрИнМтЭнОтDQ )( . (8)

Повышение отдачи может выражаться или в увеличении числа единиц продукции,

или в увеличении стоимости каждой единицы (повышение качества продукции, увеличе-

ние объема операции, выполняемых над заготовкой). В первом случае расход материалов

и инструмента пропорционален отдаче: Мт + Ин = aОт, где a – доля стоимости ма-

териала и инструмента в стоимости продукции, колеблющаяся в зависимости от про-

филя продукции в пределах 0,1 – 0,5.

В таком случае уравнение (8) приобретает следующий вид:

[

]

--+++--= СРмНкОбТрЭнaОтDQ )()1( (9)

Накладные расходы принято выражать в долях трудовых затрат: Нк = bТр, где b

– фактор пропорциональности, колеблющийся в зависимости от типа и организацион-

ной структуры производства в пределах 0,5 – 0,3.

Введем эту зависимость в уравнение (9) и получим

[

]

--++++-= СРмОбТрbЭнaОтDQ ))1()1( . (10)

Срок окупаемости H

ок

определяется как период службы, при котором суммарный

экономический эффект равен стоимости машины, т.е.

АмРОтНС

испок

)(

, (11)

где Р – годовые эксплуатационные расходы,

НкОБТрИнМтЭнP

Затраты на ремонт, как правило, весьма малые в первые годы эксплуатации и ими

пренебрегают.

Расход на амортизацию за срок окупаемости

СН

Ам

испокок

== , (12)

где Н – период службы машины, см. формулу (2).

После подстановки значения Ам в уравнение (11) получаем

)(

РОт

исп

ок

. (13)

Коэффициент эксплуатационных расходов. Назовем коэффициентом эксплуата-

ционных расходов k отношение суммы расходов за весь период работы машины к ее

стоимости:

СРмНкОбТрИнМтЭнD

+++++++

)(

. (14)

Тогда уравнение (8) можно представить в следующем виде:

kCDООQ

-= . (15)

Коэффициент стоимости машины (процентное отношение стоимости ма-

шины к сумме расходов)

%100

c ==

. (16)

Как видно из формулы (14), коэффициент эксплуатационных расходов возрастает с

увеличением долговечности и при больших значениях D может достигать 50 – 100. со-

ответственно снижается доля стоимости машины в общей сумме расходов.

Анализ зависимости экономического эффекта от долговечности, отдачи и эксплуа-

тационных расходов.

Повышение стоимости машины, направленное на увеличение ее долговечности,

вполне целесообразно, так как выигрыш от увеличения долговечности намного превос-

ходит снижение экономического эффекта из-за удорожания машины.

Зависимость экономического эффекта от эксплуатационных расходов зависят от:

1. типа машины, (автомат, полуавтомат, неавтоматическая машина - влияние опла-

ты обслуживающего персонала)

2. условий выпуска, (единичный, серийный выпуск, влияние затрат на выпуск)

3. условий эксплуатации (обслуживаемые или необслуживаемые машины, влияние

затрат на обслуживание и ремонт)

4. от вида и количества подводимой энергии (у редуктора высокий КПД, влияние

затрат на энергию)

Более эффективный способ снижения стоимости машиностроительной продукции в

целом – сокращение номенклатуры объектов производства путем выбора рационального

типажа машин и удовлетворения потребностей народного хозяйства наименьшим числом

их типоразмеров.

Экономический расчет позволяет в каждом отдельном случае определить структуру

эксплуатационных расходов, их относительную роль и установить основы рационально-

го с экономической точки зрения проектирования машины.

Как общее правило, экономический эффект в наибольшей степени зависит от полез-

ной отдачи и долговечности машины. Эти факторы должны стоять в центре внимания

при конструировании машин. Столь же большое значение имеет надежность, опреде-

ляющая объем и стоимость ремонтов, производимых за эксплуатации машин.

На практике расходы на ремонт могут превышать в некоторых случаях стоимость

машины в несколько раз.

Конструктор должен создавать конструкции, обеспечивающие увеличение экономи-

ческой эффективности машины, сокращение эксплуатационных расходов и уменьшение

стоимости машиностроительной продукции в целом.

4. Критерии оценки качества машин.

Одним из главных факторов развития техники является систематическое повыше-

ние качества выпускаемой продукции, непрерывное ее совершенствование.

Качество продукции — это совокупность свойств продукции, обусловливающих

ее пригодность удовлетворить определенные потребности в соответствии со своим на-

значением в течение установленного времени.

Показателями качества продукции являются количественные характеристики

свойств продукции, рассматриваемые применительно к определенным условиям ее соз-

дания и эксплуатации. Например, потребление энергии и топлива, коэффициент полезно-

го действия, уровень стандартизации и унификации, технологичность и конструктивная

преемственность, надежность и долговечность, удобство эксплуатации и внешнее

оформление и пр.

Под энергетическими показателями машин и аппаратов понимают затраты энергии

(электро, пара, воды, тепла, холода) выраженные в абсолютных или в относительных ве-

личинах. Различают механический и тепловой коэффициенты полезного действия уст-

ройств.

Механическим коэффициентом полезного действия называется отношение мощно-

сти N

пол

, затраченной на совершение механической работы по преодолению технологи-

ческих сопротивлений обрабатываемого объекта и на его перемещение в процессе обра-

ботки, к мощности N

под

, подведенной к входному валу машины, т. е.

под

пол

мех

где

мех

— к. п. д. электродвигателя.

Тепловым коэффициентом полезного действия машины или аппарата, при работе

которых происходит также передача тепла (холода) обрабатываемому продукту, называ-

ется отношение полезно использованного тепла ко всему теплу, подведенному к нагрева-

тельному элементу.

Затрата электрической энергии на пуск и работу машины (аппарата), отнесенная к

единице выпущенной за рассматриваемый период продукции, называется удельной за-

тратой электроэнергии и также является важным показателем качества машины.

Удельные показатели затрат электрической энергии и тепловой энергии в виде во-

дяного пара или другого тепло- или холодо- носителя дают возможность сравнивать ме-

жду собой экономичность устройств разных конструкций и разной производительности.

Во многих машинах с гидродинамическими процессами имеет значение и такой показа-

тель, как удельный расход воды и других жидкостей (моющих составов, реагентов и пр.).

Существенным показателем качества машины или аппарата является удельная мас-

са, т. е. отношение массы машины к ее производительности. Эту удельную массу назы-

вают материалоемкостью (металлоемкостью) машины.

Качество продукции определяется совокупностью различных факторов, дейст-

вующих на всех стадиях разработки, изготовления и эксплуатации изделий. К таким фак-

торам относятся: качество исходных материалов, уровень конструкторской проработки,

технология изготовления, система и средства контроля и испытаний, культура эксплуа-

тации.

На стадии научных изысканий и конструирования делается сравнительный анализ

разрабатываемых изделий с лучшими отечественными и зарубежными образцами, тща-

тельно изучаются и учитываются требования потребителей к этим изделиям и условиям

их эксплуатации. Изучение требований и запросов потребителей имеет очень важное

значение, так как только при этом условии можно правильно определить необходимые

виды и типы разрабатываемых изделий и их основные параметры.

На основе учета требований потребителей и возможностей производства выбира-

ется конструкция разрабатываемого изделия и определяются оптимальные показатели

его качества. В процессе конструирования закладываются основы высокою качества из-

делия, его фундамент (передовые конструкторские разработки, лучшие результаты науч-

но-исследовательских работ, перспектива развития соответствующих видов продукции).

Для закрепления высокого качества изделия при серийном его изготовлении необ-

ходима разработка типовых технологических процессов, предусматривающих примене-

ние наиболее прогрессивных и производительных методов обработки, оборудования и

оснастки. Очень важно поэтому систематически изучать и обобщать передовой опыт

различных отраслей промышленности по комплексной стандартизации производствен-

ных процессов.

Серьезную роль в борьбе за качество играет и состояние технической документа-

ции и технологической дисциплины. Последняя стадия — транспортирование, хранение,

эксплуатация, организация ремонта — также имеет очень большое значение для обеспе-

чения высокого качества.

Стандартизация

Многие критерии качества продукции определяются государственными стандар-

тами, техническими условиями, стандартами предприятий. Имея силу закона, государст-

венные стандарты являются эталоном качества продукции.

Стандартизация — это установление и применение правил с целью упорядочения

деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных

сторон и, в частности, для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении

условий эксплуатации (использования) и требований безопасности. Стандартизация ос-

новывается на объединенных достижениях науки, техники и практического опыта и, оп-

ределяя основу не только настоящего, но и будущего развития, должна осуществляться

неразрывно с прогрессом. Частными случаями ее применения являются установление

единиц измерений, терминов и обозначений, требований к продукции и производствен-

ным процессами т. п.

Стандарт есть результат конкретной работы по стандартизации, полученный на ос-

нове достижений науки, техники и практического опыта и принятый (утвержденный)

компетентной организацией.

Стандарт может быть:

· в виде документа, содержащего ряд требований (норм), подлежащих обяза-

тельному выполнению;

· в виде основной единицы или физической константы, например ампера, аб-

солютного нуля (шкала Кельвина);

· в виде какого-либо предмета -для физического сравнения, например метра

(эталона).

Составными частями стандартизации являются унификация и типизация.

Унификация — рациональное сокращение числа видов, типов, марок и типораз-

меров изделий одинакового функционального назначения; составных элементов (дета-

лей, сборочных единиц) этих изделий; основных и второстепенных размеров; допусков и

посадок; марок материалов; способов изготовления; технологических указаний; техниче-

ской документации и т. п.

Унификация деталей, сборочных единиц и машин позволяет с наибольшей эффек-

тивностью развивать специализированные производства с использованием всех преиму-

ществ серийного и массового выпуска изделий и тем самым значительно снижать стои-

мость изготовления продукции, улучшать ее качество и повышать производительность

труда.

Унификация конструктивных элементов позволяет сократить номенклатуру обра-

батывающего, мерительного и монтажного инструмента. Унификацией охватывают по-

садочные сопряжения, резьбовые соединения, шпоночные и шлицевые соединения, зуб-

чатые зацепления, фаски, галтели и т. д.

Унификация марок и сортамента материалов, электродов, типоразмеров крепеж-

ных и других стандартизованных изделий сокращает их многообразие, уменьшает их

сверхнормативные запасы, упрощает учет и отчетность, ускоряет оборачиваемость обо-

ротных средств, облегчает снабжение заводов-изготовителей и ремонтных предприятий

материалами и изделиями.

Унификация технической документации приводит к упорядочению чертежного хо-

зяйства, сокращению сроков технической подготовки и дает возможность улучшить

учет, отчетность, методы расчета и нормы проектирования и конструирования, методы

планирования, испытания, приемки продукции, внедрения высокопроизводительных

технологических процессов и т. п.

Для оценки достигнутого уровня стандартизации и унификации, т. е. насыщенно-

сти изделий стандартными и унифицированными составными частями, используют сис-

тему показателей (в относительных единицах или процентах): коэффициент применяе-

мости; коэффициент повторяемости; коэффициент межпроектной (взаимной) унифика-

ции; коэффициент унификации группы изделий.

Коэффициент применяемости К

пр

вычисляют по формуле

пр

где

— общее количество типоразмеров изделия;

n — количество оригинальных

типоразмеров.

К оригинальным относят составные части изделия, разработанные впервые для

данного изделия.

Коэффициент повторяемости вычисляют по формуле

где N — общее количество составных частей изделия.

Типизация — это разработка и установление типовых конструктивных или техно-

логических решений с общими техническими характеристиками.

В каждом конструкторском бюро, где разрабатываются новые машины, обычно ве-

лика номенклатура проектов, в которых встречаются сходные по своему назначению и

мало отличающиеся друг от друга по конструкции и размерам детали и сборочные еди-

ницы. Даже в одном конструкторском бюро, но в разных отделах конструктивное испол-

нение одних и тех же элементов машин бывает разным. Чтобы исключить подобные фак-

ты, необходимо создавать типовые (образцовые) конструкции, которые предшествовали

бы выпуску унифицированных конструкций.

Типовые конструкции разрабатываются для наиболее характерных частей машины.

Их тщательно отрабатывают конструкторы и технологи. После многократного примене-

ния их группируют по типоразмерам, систематизируют, составляют нормативные доку-

менты на общие для них технические решения.

Типизации подвержены не только детали, сборочные единицы и изделия. Она рас-

пространяется и на технологические процессы, и на выбор типов и параметров инженер-

ных сооружений и оборудования.

Внедрение типовых конструкций — важнейшее условие для обеспечения успеш-

ной работы по унификации деталей и сборочных единиц. В этом случае конструктор вы-

полняет чертежи только на те сборочные единицы, которые еще не отработаны. При

этом труд конструктора облегчается, его производительность увеличивается, качество

проектов повышается.

2. Предпочтительные числа и ряды машин

Предпочтительные числа — это тщательно и научно подобранные цифровые ве-

личины, которые устанавливают размеры продукции и сооружений, мощности, грузо-

подъемности и т. д. Ученые долго работали над теорией предпочтительных чисел. Надо

было подобрать такие ряды, при которых достигалась бы наибольшая экономия.

Утвержден международный стандарт на предпочтительные числа. В нашей стране

введен ГОСТ 8032—56, которым установлены четыре ряда предпочтительных чисел,

обозначаемые R5; R10; R20 и R40.

Утвержденные и установленные ряды предпочтительных чисел основаны на прин-

ципе геометрической прогрессии.