Стандартизация деталей и агрегирование машин. Компоновка машин

Общий перечень деталей машин охватывает многие тысячи наименований. В современном машиностроении широко применяется система стандартов, обеспечивающая взаимозаменяемость деталей, без которой немыслимо массовое и серийное производство. Стандартами предусматривается установление на массовую продукцию технических условий, параметров, марок, сортамента, конструкций и размеров, правил приемки, методов испытаний, правил маркировки, упаковки, транспортирования, хранения и т. д.

К примеру, установлены единые по всей стране конструктивные формы и размеры таких общеупотребительных деталей, как болты, гайки, валы, муфты, шкивы и пр.

Стандартизация в машиностроении позволяет ограничить число типов и моделей продукции, сократить потребность в приспособлениях и инструменте, необходимых для изготовления, резко облегчить за счет взаимозаменяемости отдельных частей и деталей ремонтные работы и получить другие преимущества, приводящие в масштабах страны к весьма существенному снижению производственных затрат.

Широко распространены также определенные постоянные композиции деталей — агрегаты, находящие самостоятельное применение, например, редукторы.

Редуктором называют собранный из стандартных деталей в закрытом корпусе передаточный механизм, обычно используемый для снижения угловых скоростей и соответственного увеличения вращающих моментов от ведущего к ведомому валу, применяемый в приводах разнообразных машин. Редукторы с цилиндрическими зубчатыми колесами — цилиндрические редукторы, по числу зацеплений могут быть одно-, двух- и трехступенчатыми. Промышленность выпускает также редукторы с коническими колесами — конические редукторы, в которых ведущий и ведомый валы располагаются углом, червячные и другие типы редукторов.

разновидности агрегатов машин массового производства. При этом удается отдельные агрегаты применять в машинах нескольких типов. Метод компоновки машин из взаимозаменяемых унифицированных или стандартных агрегатов носит название агрегатирования. Он широко распространен в современном машиностроении и позволяет существенно сократить затраты на производство машин, так как агрегаты готовятся серийно с высоким уровнем механизации и автоматизации производственных процессов.

Агрегатирование значительно облегчает и улучшает эксплуатацию машин, ускоряет их ремонт, поскольку вышедший из строя агрегат гораздо легче и быстрее заменить исправным, чем производить подетальную разборку и сборку его с заменой отдельных поврежденных деталей. Такой метод ремонта машин получил название агрегатного.

В строительстве агрегатирование машин применяется весьма широко. Существуют целые семейства машин, порой совершенно различного назначения и внешнего вида, которые на самом деле представляют собой модификации одной базовой машины и на 75 %, а иногда и больше состоят из различно скомпонованных унифицированных агрегатов и деталей, которые дополнены сменным рабочим оборудованием.

Поскольку по условиям производства от машин часто требуются различные мощности, рабочие скорости и усилия, то унифицированные агрегаты выпускают в разных, но согласованных по характеристикам наборах — так называемых типоразмерных рядах.

Например, разработан ряд двигателей различной мощности, механических и гидравлических передач к ним, ходовых устройств, механизмов управления, сменных рабочих органов и т. д. Из агрегатов соответствующего типоразмера создают базовые машины разной мощности, а также их модификации по назначению.

Ниже приведены описания многих семейств строительных машин и рассмотрено преобразование одной машины в другую сменой рабочего оборудования. При атом необходимо сразу научиться хорошо понимать, чем разнятся и в чем сходны машины. Из одноковшового экскаватора, предназначенного для копания грунта, может быть сменой рабочего оборудования получен подъемный край или копер для забивки свай.

По своему основному назначению — это совершенно различные машины и в их применении практически нет никакого сходства. Так их воспринимает строитель, мыслящий технологическими категориями. Однако кран и копер, являющиеся конструктивными модификациями одной базовой машины — экскаватора, для механика различаются лишь рабочим оборудованием и требования к их обслуживанию и ремонту почти одинаковы.

Различия во взглядах подобного рода естественны и обусловлены тем, что специалистов определенных профилей интересуют разные стороны одного и того же предмета. Отсюда возникает значительное количество классификационных группировок, систем обозначений, марок машин и т. д., которые частично будут рассмотрены ниже.

Компоновка машин. Рабочие органы строительных машин, исполненные применительно к тем или иным средствам, материалам и видам воздействий, отличаются большим разнообразием. Механизмы и устройства, обеспечивающие необходимые перемещения рабочего органа, называются в совокупности рабочим оборудованием. Оно является обычно основным предметом воздействия управляющих органов машины, чем достигается направленное изменение рабочих движений.

Для регулирования скорости движения рабочих органов применяют механизмы, которые включаются в трансмиссию. Если движение рабочего органа состоит из нескольких слагающих движений, то и трансмиссий может быть несколько. Например, в одноковшовом экскаваторе имеется передача усилия на рукоять ковша, вследствие чего она поднимается и опускается. Рукоять может также перемещаться вдоль оси с помощью напорного механизма.

Платформа экскаватора поворачивается вместе со стрелой и рукоятью относительно оси опорного круга (рис. 2.6). Эти передачи обеспечивают управляемое пространственное перемещение ковша в рабочей зоне. При необходимости может изменяться и наклон стрелы.

Рис. 2.6. Устройство одноковшового экскаватора: 1 — гусеничный ход; 2 — кабина экскаватора на поворотной платформе; 3 — стрела; 4 — рукоять; 5 — ковш

Специфика рабочих функций сказывается также на конфигурации остова машины, обеспечивающего статическую взаимосвязь опорных органов движущихся частей, благодаря которой создаются реакции на рабочие усилия. Через остов внешние рабочие усилия передаются на грунт, промежуточные опоры, а в передвижных машинах — на части ходового оборудования.

Специфическая форма остова и приложение к нему рабочих усилий нередко бывают такими, что приходится контролировать сохранение в процессе работы заданного положения, т. е. устойчивость всего агрегата. Например, для подъемного крана имеют значение грузовая устойчивость, которая может нарушиться, если центр тяжести оказывается значительно смещенным, рабочие усилия приложены с увеличенным эксцентриситетом относительно опор, повышающим опрокидывающий момент, и собственная устойчивость, которую ухудшают действия на остов дополнительной внешней поперечной силы, например, ветрового давления или диктуемого условиями работы наклонного положения машины.

Хотя эти факторы учитывают при конструировании машины, в производственной обстановке не исключено возникновение ограничений по устойчивости величины рабочих усилий или размера плеча, на котором они прикладываются.

Отмеченные особенности делают целесообразным рассмотрение специфических рабочих органов и рабочего оборудования вместе с технологическим применением машин. Знакомство с конструктивными расчетами машин, относящимися в своей основе к инженерно-механическому делу, в настоящем курсе не предусматривается.

Разновидность и классификация машин. Основные понятия. В современном строительстве применяют машины многих сотен наименований. Разобраться в этой огромной номенклатуре помогает классификация, т. е. определенная система соподчиненных понятий, используемая с целью установления связей между ними и правильной ориентировки в части сходства и различий. Научно обоснованная классификация машин должна выражать внутренние закономерности их функционирования. Но для всей совокупности строительных машин по причине чрезвычайного разнообразия характера работ и условий применения эти закономерности установить крайне трудно.

Общесоюзный классификатор видов промышленной продукции дает группировки весьма широкого содержания: оборудование и машины строительные и дорожные, оборудование железнодорожное, инструмент механизированный и пр., внутри которых предусмотрена более дробная градация. Это позволяет, используя шестизначный код, обрабатывать на ЭВМ большие массивы информации при решении крупномасштабных задач планирования, распределения, учета машинной продукции.

В отраслевой классификации машин для дорожного строительства принято шесть классов, внутри классов — деление на группы. К первому классу относятся экскаваторы одноковшовые (ЭО) и краны стреловые (КС), ко второму — дорожные машины для работ подготовительных (ДП), земляных (ДЗ), уплотнительных (ДУ), эксплуатации дорог (ДЭ), работ по устройству дорожных покрытий (ДС).

Третий класс составляют так называемые строительные машины: краны башенные (КБ), машины для приготовления бетонов и растворов (СБ) и др.; четвертый — подъемно-транспортные и погрузочно-разгрузочные машины (ТЦ, ТА, ТР и т. д.); пятый—инструмент (ИВ, ИМ, ИЭ и т. д.); шестой — оборудование заводов строительных материалов и конструкций (СМД, СММ и пр.).

Буквенный индекс дополняется цифровым. Последний обычно является кодом, содержащим информацию о ряде наиболее важных показателей машины. У одноковшовых экскаваторов первая цифра кода дает номер размерной группы, признаком которой служит вместимость ковша, задаваемая интервалом значений.

По восьми размерным группам распределены вместимости от 0,15... 0,2 до 3...4 м5. У подъемных кранов признаком размерной группы служит грузоподъемность. Второй цифрой в коде обозначается тип ходового устройства: гусеничного, пневмоколесного, автомобильного и т. д.

Третья цифра означает характер рабочего оборудования: - канатного, жесткого (гидравлического), телескопического; четвертая — порядковый номер модели машины. Буквы в индексе могут нести информацию о характере исполнения (С — северная, Т — тропическая модификация) или об этапах модернизации машины, обозначаемых с помощью русского алфавита. Используют такие буквенные знаки У, УХЛ, ХЛ, показывающие, для каких климатических условий предназначена машина: У — умеренный, ХЛ — холодный климат.

У башенных кранов признак размерной группы дает грузовой момент, у других машин свои характерные показатели. Часто они сочетаются с номером модели. В индексах машин прежних выпусков цифровая часть может означать просто номер регистрации. Стройная четырехзначная цифровая индексация используется для подвижного состава автомобильного транспорта, но построена она иначе, чем у строительных машин. Следовательно, разбираться в кодовых обозначениях различной техники — непросто: нужен опыт обращения с ними.

Вместе с тем использование обозначений машин в дальнейшем неизбежно. Очевидно, условные обозначения, свободно читаемые специалистом, не могут помочь студенту в знакомстве с обширнейшей номенклатурой машин железнодорожного строительства. Для этой цели необходима более общая систематизация техники, в основу которой, изучая технологию, логично положить различия в воздействии на предмет труда. Оно может быть подвергнуто довольно дробной детализации в зависимости от особенностей машины.

Технологическая машина способна изменять предмет труда, придавая ему новую форму, свойства или состояние, а транспортная, оставляя предмет труда в основном неизменным, только осуществляет перемещение. Транспортно-технологические машины обладают тем и другим признаками. Это позволяет выделить три отряда в общей совокупности строительных машин. Отряды разбиваются на классы.

Основанием при этом является общий характер действия машины, уточняющий ее назначение или наиболее типичные особенности принципа действия. Необходимые дополнения достигаются выделением подклассов. Классы (подклассы) в свою очередь подразделяются на группы, в которых находятся машины с совокупностью признаков, определяющих общепринятое название, например, автомобили, экскаваторы, дробилки и т. д. Уточнения, общие для всей группы, вносятся делением по подгруппам.

Различие между машинами в группе по устройству, характеру действия и другим признакам рабочего оборудования или рабочего органа создает признаки типа. Дополнительные особенности учитываются подтипом. Заключает классификацию деление на типоразмеры по тому или иному важнейшему технологическому или конструктивному параметру машины.

Так, автомобили, относящиеся к подгруппе грузовых, делятся на типы: общего назначения или бортовые, автосамосвалы, автоцистерны и т. п. Самосвалы в свою очередь могут иметь заднюю, боковую или переднюю разгрузку; это обусловливает деление на подтипы. Важнейшей типоразмерной характеристикой автомобиля является грузоподъемность. Однородные самосвалы разной грузоподъемности образуют типоразмерный ряд, представляющий возможность выбора машины, наиболее подходящей для известных условий работы.

Дифференциация машин по всем девяти рубрикам (таксонам) может иметь место только в достаточно развитых классах, что обусловлено неодинаковой распространенностью машин, разной широтой области применения И т. д. Встречаются случаи противоположного характера, когда использование девяти таксонов не в состоянии охватить всех различий, которые имеют место в действительности. Чтобы не создавать неоправданных затруднений, можно остановиться а общей классификации на уровне групповых признаков, а типизацию рассматривать лишь применительно к наиболее распространенным группам машин.