Основные стадии проектирования оборудования

Общие методы проектирования и расчета приводов

 технологического оборудования

 

 План лекции

 

1. Основные стадии проектирования оборудования.

2. Постановка задачи, её анализ и поиск улучшенного технического решения.

3. Основные методы поиска оптимальных конструктивных решений.

4. Определение сил и методика прочностного расчета элементов конструкции оборудования.

 

 

Проектирование технологического оборудования для ТО и ТР автомобилей осуществляется в соответствии с ГОСТ Р 51151-98 «Оборудование гаражное. Требования безопасности и методы контроля». Ниже приводятся выдержки из текста стандарта.

var gaJsHost = (("https:" == document.location.protocol) ? "https://ssl." : "http://www."); document.write(unescape("%3Cscript src='" + gaJsHost + "google-analytics.com/ga.js' type='text/javascript'%3E%3C/script%3E")); try { var pageTracker = _gat._getTracker("UA-1993102-12"); pageTracker._trackPageview(); } catch(err) {} ГОСТ Р 51151-98

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБОРУДОВАНИЕ ГАРАЖНОЕ

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

ГОССТАНДАРТ РОССИИ

Москва

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Государственным научно-исследовательским институтом автомобильного транспорта (НИИАТ) Министерства транспорта Российской Федерации

ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 315 «Эксплуатация автотранспортных средств»

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 18 марта 1998 г. № 56

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБОРУДОВАНИЕ ГАРАЖНОЕ

Требования безопасности и методы контроля

Garage equipment. Safety requirements and methods of inspection

Дата введения 1999-01-01

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на гаражное оборудование по ГОСТ 25289 и его составные части.

Стандарт устанавливает обязательные требования безопасности, экологии и эргономики для различных групп и подгрупп гаражного оборудования и методы их контроля.

Проектирование технологического оборудования предприятий автомобильного транспорта и автосервиса способствует развитию технической мысли и приобретению навыков в определении размеров и конструктивных форм деталей, исходя из прочности, износа, концентрации напряжений и в зависимости от технологических факторов; в компоновке и монтажной увязке отдельных узлов и деталей оборудования с учетом возможностей её сборки, перевозки и ремонта; в увязке конструктивных форм деталей с требованиями технологии изготовления, назначаемым материалам, классам точности и системой допусков, посадок, зазоров и натягов, принятых при проектировании; в увязке разнородных требований и факторов при выборе электрооборудования и принципов управления машиной и при учете требований экологии и техники безопасности; критической оценки выполненного проекта при сопоставлении его с существующими конструкциями.

Проектирование основано на максимальном использовании существующих конструкций технологического оборудования, их техническом анализе, улучшении и усовершенствовании. В проекте должны максимально использоваться нормализованные и стандартизованные детали и изделия массового производства; однако они должны быть проверены, и всякое улучшение их на основе технического анализа и ставит ту или иную ценность проектируемого устройства.

В конструкции технологического оборудования непрерывно вносятся изменения и усовершенствования как на отечественных предприятиях по производству технологического оборудования для предприятий автомобильного транспорта и автосервиса, так и производителями подобного оборудования в зарубежных фирмах. Важно знакомство проектировщика с последними достижениями техники и технологии, используя эти данные для разработки перспективных конструкций деталей и узлов с последующим проведением поверочных расчетов.

При проектировании необходимо согласовывать различные, иногда противоречивые требования, и довольно часто для достижения наилучшего решения необходимо выполнять несколько вариантов узла, решая задачу методом повторных приближений. Важно при проектировании не превышать без надобности степень точности изготовления. Следует достигать цели с наименьшими требованиями в этом направлении, однако, без ущерба для доброкачественности конструкции. С повышением точности изготовления очень быстро растет стоимость изделия. Кроме того, следует предусматривать обеспечение легкого монтажа и демонтажа отдельных частей оборудования и удобство перевозки всего сооружения в разобранном виде. Технологичность изделия и вопросы экономики должны быть все время в поле зрения проектирующего.

Технологическое оборудование включает в себя различные механизмы, привод, металлоконструкцию. В этих машинах необходимо учитывать требования техники безопасности, удобства управления, перевозки и т. д. Как правила всё технологическое оборудование проектируют с электрическим приводом, но отдельные механизмы (домкраты, стенды для проведения разборочно-сборочных работ) могут быть и с ручным приводом.

 

Основные стадии проектирования оборудования

 

Проектирование начинается с момента постановки задачи на создание оборудования, машины. Эта задача конкретизируется в техническом задании на основе детального изучения предшествующих конструкций, родственных по своему функциональному назначению проектируемой машине, изучения современных тенденций их развития и обобщения опыта их эксплуатации.

Последовательность разработки конструкторской документации технического задания установлена ГОСТ 2.103 - 68 и включает пять стадий.

 Первые три стадии относятся к разработке проектной документации: техническое предложение (ГОСТ 2.118 - 73*), эскизный проект (ГОСТ 2.119 - 73*), технический проект (ГОСТ 2.120 - 73*).

Другие две стадии содержат разработку рабочей документации опытного образца и серийного производства.

Многостадийность разработки конструкторской документации обусловлена сложностью создания новой техники, а также важностью исключения ошибок, как при разработке технического решения конструкции, так и при отработке документов. Ошибка, допущенная на любой из стадий разработки изделия и, особенно, на первоначальной, может привести к значительным непроизводительным затратам сил, времени и средств. Необходимо помнить, что ошибка, сделанная конструктором, многократно дублируется при выпуске изделий. Исправить ошибку до выдачи документации в производство - значит в десятки раз сократить возможные потери. Вот почему важно наладить систему «раннего обнаружения» ошибок. Именно с этой целью каждая стадия разработки документации предусматривает многоэтапность работ с организацией контроля качества принимаемых технических решений и грамотного оформления технической документации.

Техническое предложение разрабатывается в том случае, если необходимо выявить дополнительные или уточнить имеющиеся в техническом задании требования. Как правило, техническое предложение содержит сравнительную оценку различных вариантов технических решений иногда с предварительной конструкторской проработкой их.

Техническое предложение представляет собой перечень основных требований к машине, выполнение которых должно обеспечить: необходимое качество технологического процесса, выполняемого машиной; необходимую производительность машины и экономическую эффективность; необходимые показатели надежности машины; безопасность использования машины для оператора и окружающей среды; заданный уровень ее унификации и стандартизации.

В техническом предложении оговариваются также другие требования, отражающие специфические условия работы машины, например требование к источнику энергии и типу привода, к физико-механическим свойствам материалов, из которых должна быть изготовлена машина, к ее массе и размерам; по укрупненным показателям устанавливается ориентировочная стоимость изготовления машины. Техническое предложение обязательно должно включать все те требования, которые обеспечат соответствие качества машины установленным стандартом.

Чем лучше и полнее будет обосновано техническое предложение на изготовление машины, тем легче будет конструкторам на последующих стадиях проектирования найти наилучшие решения конструкции. Формирование этих решений начинается с разработки общей идеи и принципиальной схемы конструкции. При этом необходимо проанализировать конструкции аналогичных машин, исследовать современные тенденции их развития, произвести точный технический расчет и экономическое обоснование. Разрабатывая общую идею конструкции, нельзя, например, не учитывать такие факты, как серийность производства и технологические возможности предприятия. То, что может оказаться целесообразным при мелкосерийном производстве и для предприятия, имеющего малопроизводительный станочный парк, потребует иного решения в условиях автоматизированного производства, специализирующегося на выпуске массовой продукции.

Конструктор должен иметь необходимые сведения: о прототипах и аналогах проектируемой машины; об их преимуществах и недостатках; должен знать особенности и тенденции развития технологии производства работ, для выполнения которых предназначается машина, условия ее эксплуатации; общие и специальные требования к основным параметрам машины; предполагаемые условия и масштаб ее производства.

Техническое предложение содержит техническое и экономическое обоснования целесообразности разработки документации на основании технического задания заказчика. Техническое предложение после согласования и утверждения в установленном порядке является основанием для начала разработки эскизного, а затем технического проекта.

Эскизный проект содержит принципиальные (конструктивные, схемные и т. д.) решения разрабатываемого изделия, позволяющие составить общее представление об его устройстве и принципе действия. Проект может содержать несколько вариантов технических решений, с последующим сравнением их по показателям качества. Эскизный проект содержит документы, дающие общие представления об устройстве и принципе работы машины, а также данные, определяющие ее основные параметры.

Технический проект документально отображает окончательное техническое решение разрабатываемого изделия. Он должен содержать все необходимые данные, позволяющие получить полное представление о конструкции разрабатываемого изделия, оценить его соответствие требованиям технического задания.

Разработка технического предложения, эскизного и технического проектов составляет основную часть творческой конструкторской деятельности. Именно на этих стадиях выполняются расчеты, и закладывается все новое, что в дальнейшем обеспечит разрабатываемому изделию конкурентоспособность с другими изделиями аналогичного назначения. На стадиях выполнения проектных работ должны быть оформлены заявки на новые технические решения, которые могут составить предмет изобретения. По результатам проведенного расчета и анализа выдвинутых идей выбирают вариант будущей машины, наилучшим образом удовлетворяющей требованиям технического задания. После этого приступают к рабочему проектированию, к разработке чертежей, а затем – к изготовлению опытного образца.

Рабочая конструкторская документация опытного образца предназначена для изготовления по ней опытного образца и испытания его. В процессе испытаний необходимо стремиться к созданию экстремальных условий, которые в будущем могут встретиться при эксплуатации изделия в производственных условиях. Испытания проводят в два этапа, предварительные и окончательные. После каждого этапа производится корректировка конструкторской документации по результатам изготовления и испытания опытного образца. При необходимости выполняется доработка или новое изготовление опытного образца (опытной партии).

Рабочая конструкторская документация серийного (массового) производства предназначена для выпуска по ней товарной продукции. В процессе производства обязательно имеет место постоянное совершенствование способов и приемов изготовления изделия, его составных частей и деталей, улучшение конструкций отдельных узлов. Поэтому необходимо своевременно вносить изменения в документацию, а также систематически обобщать опыт изготовления и эксплуатации изделия для его модернизации или выполнения новой разработки.

При разработке конструкций исходят из следующих основных принципов: разработка оборудования должна вестись путем создания базовых моделей с всемерным сокращением количества, как специфицированных изделий, так и применяемых узлов, деталей, т. е. унификация должна быть распространена не только на сборочные единицы, но и на детали, узлы; конструкция выполняется из условий возможности изготовления оборудования с помощью средств технологического оснащения АТП или специализированных предприятий, производящих технологическое оборудование. Соответственно конструкция должна быть отработана на производственную и эксплуатационную технологичность:

- в процессе разработки конструкции всегда исходят из условий, в которых предстоит эксплуатировать оборудование;

- уровень механизации и автоматизации технологического оборудования должен обеспечить исключение тяжелого ручного труда, как при эксплуатации, так и при ремонте и обслуживании, а также стабильное поддержание заданных режимов работы в соответствии с принятым технологическим процессом;

- в конструкцию закладываются такие решения, которые обеспечивают высокую надежность оборудования, определяемую долговечностью, безотказностью, сохраняемостью, ремонтопригодностью;

- конструкция должна учитывать особенности способов и приемов технического обслуживания и ремонта транспортных средств, присущие им опасные и вредные факторы в производственной зоне и быть такой, чтобы отрицательное воздействие опасных и вредных факторов исключалось или сводилось до предельно допустимых норм;

- необходимо стремиться к созданию экологически чистого оборудования или такого, работа которого при наличии общезаводских очистных устройств, средств вентиляции и др. исключала бы отрицательное воздействие на окружающую среду;

- необходимо на всех стадиях разработки оборудования добиваться улучшения показателей назначения (производительности, снижения металлоемкости, расхода всех видов потребляемой энергии, эксплуатационных материалов и т. д.);

- компоновка оборудования, его формы и отделка поверхностей, расположение органов управления должны отвечать требованиям эстетики и эргономики;

- при подготовке и проверке данных, включаемых в техническое задание, а также при последующих испытаниях вновь разработанных образцов оборудования необходимо пользоваться единой методикой испытаний, обеспечивающей получение объективных данных.

Следующая стадия – испытание опытного образца для определения основных рабочих характеристик машины, ее работоспособности, надежности. По данным испытаний вводят окончательные коррективы в конструкцию, уточняют расчетные данные. При этом объем работ, связанных с корректировкой конструкции машины после испытания ее опытного образца, во многом зависит от тщательности выполнения предшествующих стадий проектирования и отработки параметров конструкции на математических или физических моделях. Чем полнее и обстоятельнее было выполнено такое исследование конструкции, тем меньше может быть объем испытаний опытного образца, и тем меньше будет объем работ по последующей доводке конструкции.

После испытаний опытного образца разрабатывают технические условия, корректируют рабочие чертежи машины, окончательно отрабатывают технологию ее изготовления, выбирают станочное оборудование и методы контроля качества машины и ее элементов, определяют затраты на ее изготовление. На этой стадии проектирования конструктор работает в тесном контакте с технологами и экономическими службами предприятия.

Испытания оборудования являются ответственным этапом в создании его новых образцов. Они дают исходные данные для составления технического задания, помогают собрать обширные сведения для сравнения различных технических решений и выбора лучших изних.

Последовательность и порядок испытаний предусматриваются программой и методикой, разрабатываемой в соответствии с ГОСТ 15001 - 93. Ниже рассматриваются только особенности испытаний технологического оборудования, обусловленные его спецификой. Для сравнения различных образцов оборудования или получения объективных данных об испытании отдельно взятой конструкции необходимо выполнить следующие требования:

- условия испытаний оборудования должны быть стабильными, легко и многократно воспроизводимыми;

- при испытаниях должны быть имитированы фундаментальные особенности функционирования всех её узлов и агрегатов;

- результаты испытаний должны оцениваться с использованием единой методики.

Важная часть проектирования – экономические расчеты. На начальной стадии проектирования их основной целью является экономическое обоснование выдвигаемых предложений, определение предполагаемых затрат на изготовление машины, расчет ее технической производительности и стоимости эксплуатации. На завершающей стадии производства машины снова возвращаются к экономическим расчетам; при этом выполняют более детальный расчет всех технико-экономических показателей машины, исходя уже из установленной номенклатуры затрат, себестоимости израсходованных материалов и скорректированных данных опытной эксплуатации. Однако в последние годы в связи с разработкой более совершенных методов экономических исследований и широкого внедрения в практику электронно-вычислительной техники экономические расчеты изделий не только значительно расширились, но и приобрели качественно новый характер.

Теперь уже их главная задача состоит не только и, пожалуй, не столько в определении технико-экономических показателей данного изделия, сколько в выборе таких значений его параметров и решений, при которых экономический эффект от применения машины в народном хозяйстве будет максимально возможным. В этом случае конструктору проектируемый вариант машины нужно сравнивать не с одной или двумя предшествующими его моделями (так называемыми базисными вариантами), а с большим числом возможных вариантов, выбирая среди них лучший.

Посредством внедрения новых видов технологического оборудования совершаются перевороты в техническом базисе технического обслуживания и ремонта автомобилей. Изменение способов, приемов и оборудования выступает как единый, непрерывный процесс. Исследованиями установлено, что для динамического развития техники характерна смена конструкций машин через каждые 5-7 лет, в том числе и технологического оборудования. Теоретические основы создания машин и тенденции развития принципов действия этих машин сохраняются в течение 10 и более лет. Срок разработки документации для освоения выпуска новых машин составляет в среднем 3-4 года. Следовательно, с окончанием разработки одной конструкции наступает объективная необходимость или в ее совершенствовании, или в создании другой конструкции на принципиально новой основе.

На практике не всегда прогрессивному способу и приему соответствует оборудование, эффективно реализующее их достоинства и преимущества, и, наоборот, не всякое надежное в эксплуатации, простое в производстве оборудование является прогрессивным, если оно использует устаревшие способы и приемы. Выявить прогрессивные способы, приемы и на этой основе разработать оборудование, отвечающее постоянно растущим требованиям практики, является сложной задачей.