Обеспечение удобства технической эксплуатации

При проектировании узлов, агрегатов и ма­шин необходимо обеспечить удобство обслу­живания, управления, разборки, сборки и регу­лирования, доступность агрегатов для осмот­ра; предупредить возможность повреждений и поломок в результате неумелого или не­брежного обращения с машиной; облегчить очистку машины.

Необходимо придать машине красивый внешний вид.

Рассмотрим несколько примеров облегчения сборки и разборки соединений, часто разби­раемых в эксплуатации (рис. 73).

Затруднительное надевание мягкого рукава на трубу в конструкции а облегчено в кон­струкции б введением направляющего участка с закругленными входными кромками.

В уплотнениях с разрезными пружинными кольцами (вид в) для упрощения сборки кор­пус должен быть снабжен пологой заходной фаской диаметра D, превышающего диаметр d колец в свободном состоянии (вид г).

В труднодоступных соединениях, особенно когда сборка производится «вслепую», детали, вводимые в отверстие (вид д), целесообразно снабжать конусами-искателями, а в отверстиях предусматривать конусы-ловители (вид е).

Рис. 73. Способы облегчения монтажа

При конструировании масляных систем не­редко забывают о необходимости периодиче­ской очистки внутренних полостей и каналов от скоплений грязи и продуктов теплового разложения масла. Масляные каналы предпоч­тительно закрывать не наглухо, а пробками.

Часто демонтируемые и монтируемые в экс­плуатации соединения следует делать быстросъемными.

Для удобства разборки и сборки целесооб­разно снабжать отъемные крышки корпусных деталей вафельными ребрами, обра­зующими отсеки для раскладки снимаемых при разборке крепежных деталей – по каж­дому размеру и типу – в свой отсек.

Рукоятки, маховички, ручные гайки и т. д. должны иметь удобную форму.

Для ускорения и упрощения монтажа часто разбираемых соединений целесообразно при­менять «нетеряющиеся» гайки, фиксиро­ванные в притягиваемой детали, например, с помощью кольцевых стопоров В соединениях с несколькими гайками осевой зазор т должен несколько превышать длину п резьбы болтов. В противном случае завертывать и отвертывать гайки становится трудно (во избежание перекоса и защемления детали приходится последовательно и каждый раз на малую величину завертывать пооче­редно все гайки).

Конструкция ручных гаек, маховичков и т. д. должна обеспечивать удобный подход и на­дежный захват их всей кистью руки. Диаметр маховичков должен быть не меньше 80 – 100 мм. Минимальный зазор,необходимый для удобного захвата рукой маховичка, равен 20 – 25 мм. Для ма­шин, работающих на открытом воздухе, его следует делать не менее 35-40 мм, учитывая работу в рукавицах.

Маховички и рукоятки, предназначенные для быстрого вращения (например, рукоятки перестановочных передач металлообрабаты­вающих станков, маховички поворотных чер­вячных передач и т. д.), должны обладать по­вышенной маховой массой, облегчающей пре­одоление неравномерности крутящего момен­та привода. Приводные рукоятки необходимо снабжать противовесами или выполнять их в виде маховичков с мас­сивными ободьями.

Детали ручного манипулирования во избе­жание повреждения рук, для улучшения внеш­него вида и предупреждения коррозии следует полировать.

Часто отвертываемые в эксплуатации гайки и болты целесообразно выполнять с увеличен­ной высотой шестигранника Н = (1,0-1,4)d вместо обычных значений H=(0,7-0,8)d и придавать им повы­шенную твердость (HRC 35-45) во избежание смятия граней.

Во всех случаях, когда допускает конструк­ция, целесообразно предусматривать заверты­вание торцовыми ключами.

Как правило, следует стремиться к всемер­ной унификации размеров шестигранников для уменьшения номенклатуры ключей. Однако при стопорении болтов контргайками реко­мендуется применять различные инструменты для болта и для контргайки. При одинаковых шестигранниках прихо­дится держать в комплекте дублирующие ключи. Гайки и болты с левой резьбой дол­жны быть помечены во избежание попыток неправильного отвертывания, которое может вызвать повреждение деталей.

Детали, входящие в основной комплект, должны быть конструктивно привязаны к ма­шине. Незакрепленные детали могут быть уте­ряны при транспортировке и перестановке машины.

Защита от повреждений

Следует принимать меры против поврежде­ния хрупких элементов деталей, а также точных поверхностей в результате неосторож­ного обращения.

Для защиты торцов шлицев от забоин при случайных ударах, падении детали и т. д. целе­сообразно снимать фаски диаметром, пре­вышающим наружный диаметр шлицев, или утапливать шлицы по отношению к торцу детали.

Контрольные штифты (вид е) во избежание повреждений целесообразно утапливать в фик­сируемой детали (вид ж).

Следует учитывать возможность выхода из строя наиболее напряженных деталей и при­нимать меры к предупреждению поломок и к предотвращению вызываемых ими серьез­ных аварий.

Блокирующие устройства

Машины и агрегаты должны быть надежно защищены от поломок, происходящих в ре­зультате неосторожного или неумелого обра­щения с ними обслуживающего персонала. Возможность неправильного обращения дол­жна быть полностью исключена конструк­тивными мерами.

В машины-орудия следует вводить автома­тические блокирующие устройства, выклю­чающие машину или ее механизмы при пе­реходе за опасные значения ходов и пере­мещений. В переключающих и переставных механизмах должны быть предусмотрены средства, предупреждающие возможность одновременного включения.

Часто задачу можно решить введением механиче­ских связей между переставляемыми элементами с централизованным приводом единой рукояткой (однорукояточное управление).

В конструкциях кнопок ручного управления должна быть предупреждена возможность слу­чайных включений. Выступающие кнопки недопустимы; во избежание слу­чайного нажатия кнопку следует утапливать.

Внешний вид и отделка машин

Машина и ее корпусные детали должны иметь плавные очертания. Это – важное усло­вие облегчения ухода за машиной.

Нежелательны высокие ребра, входящие углы, впадины, в которых скапливается влага, грязь и пыль и которые затрудняют обтирку и мойку машины.

Рекомендуется избегать крышек с углубле­ниями; их лучше выполнять плоскими или слегка выпуклыми.

Кроме технической, следует учитывать и эстетическую сторону. Внешний вид изделия выигрывает при гладких, плавных очертаниях, при выпуклых сводчатых формах, которые условно называют «зализанными» или обте­каемыми.

Эстетика машины – это прежде всего техни­ческая целесообразность. Красивы машины с рациональной компоновкой и с целесообраз­ной силовой схемой, обусловливающих собранность и компактность форм. Некрасивы машины с разбросанными узлами, с открыты­ми рабочими органами, с проемами и пустота­ми между, структурными элементами.

Стремясь к максимальной компактности и плавности наружных очертаний, не следует превращать машины в гладкие коробки. Целе­сообразно выдерживать определенный архи­тектурный рисунок, согласованный с конфи­гурацией машины и подчеркивающий общий ее горизонтальный или вертикальный строй. Этот рисунок можно создать рельефным вы­делением главных структурных элементов, введением карнизов, ребер, стыковых рантов и т. д.

Поверхности, панели и щитки большой про­тяженности целесообразно оживлять рельефом простого и строгого рисунка, согласованного с формой машины, например в виде парал­лельных ребер, направленных горизонтально или вертикально в зависимости от общего строя машины. Кроме того, рельефы увеличи­вают жесткость щитков.

Особое внимание следует обращать на рас­положение, внешний вид и отделку органов управления и контроля. Они должны быть установлены поблизости от поста операто­ра – в месте, удобном для манипулирования и обзора, по возможности на одной панели. Металлические детали целесообразно полиро­вать, хромировать или покрывать цветными эмалями. Следует избегать блестящих метал­лических покрытий (декоративное хромирова­ние), утомляющих, а при ярком освещении слепящих глаза. Целесообразно применять ма­товое (молочное) хромирование.

Фирменные ярлыки, таблицы с указанием параметров, табличные схемы и т. д. должны быть выполнены на массивных пластинках четкими крупными знаками, изготовленными фототипией или гравированием (но не выбив­кой на тонких жестяных листах), расположены на удобном для чтения месте и при необходи­мости (в случае установки в нишах или в ящи­ках) снабжены подсветкой.

Красивая, чистая отделка машины настраи­вает обслуживающий персонал на бережное отношение к ней.

Не следует излишне украшать изделие.

Машины, работающие в закрытых поме­щениях, целесообразно окрашивать красками светлых тонов (голубой, светло-зеленый, свет­ло-серый), которые обладают повышенным коэффициентом отражения и увеличивают освещенность помещения. В производствах, где на первом месте стоят требования санита­рии (пищевое, медицинское), следует приме­нять покрытия молочно-белого цвета или цве­та слоновой кости.

Машины, эксплуатируемые на открытом воздухе, подверженные действию пыли, копо­ти, сажи, выхлопных газов, атмосферных осадков и т. д., предпочтительно окрашивать в темные цвета.

Покрытие должно быть долговечным, абразивостойким, хорошо противостоять атмосферным воз­действиям, обладать высокой адгезией к металличе­ским поверхностям и надежно защищать металл от коррозии. Взамен масляных лакокрасочных покры­тий разработаны новые, более стойкие синтетические покрытия (нитроцеллюлозные эмали, эскапоновые лаки, алкидные, фенольные и эпоксидные покрытия и др.).

Наиболее высокими качествами обладают си­ликоновые (кремнийорганические) покрытия, отли­чающиеся водо-, пыле- и грязеотталкивающими свойствами, свето- и термостойкостью.

Сварные соединения

В машиностроении сварку наиболее широко применяют для изготовления конструкций из листового проката (резервуары, емкости, бун­кера, отсеки, обшивки, облицовки и т. д.), из труб и профильного проката (рамные кон­струкции, фермы, колонны, стойки и т. д.). В последнее время сварными выполняют кор­пусные и базовые детали, в том числе наибо­лее массивные и напряженные в силовом отно­шении (например, станины прессов и молотов). Для упрощения изготовления часто выгоднее расчленять сложные штамповки и отливки на отдельные, более простые части и соединять их сваркой (сварно-штампованные и сварно-литые конструкции).

В единичном и мелкосерийном производстве сварные конструкции применяют взамен цельноштампованных, когда изготовление штам­пов не оправдано масштабами производства, а также для удешевления производства дета­лей сложной формы.

Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали (<0.25%С), низколегированные стали с низким содержанием С и никелевые стали. Сварка высокоуглеродистых, средне- и высо­колегированных сталей представляет из­вестные трудности.

Сварка цветных металлов (медные и алюми­ниевые сплавы) затруднительна из-за высокой теплопроводности, легкой окисляемости (обра­зование тугоплавких оксидных пленок) и тре­бует применения флюсов.

В сварном шве и околошовной зоне возни­кают внутренние напряжения, обусловленные усадкой материала при остывании и вызываю­щие коробление изделия.

Для предотвращения химических изменений в материале шва сварку производят под рас­плавленными флюсами или в атмосфере ней­тральных и восстановительных газов.

Сварка вызывает поводку изделий, тем более сильную, чем больше зона термического влияния сварки (газовая сварка) и чем больше протяженность и сечение швов. Поводку предотвращают сваркой изделий в жестких приспособлениях особыми приема­ми наложения шва (прерывистые, много­слойные, многопроходные швы, ступенчатая, обратноступенчатая сварка). Снимает поводку стабилизирующая термообработка после свар­ки (низкий отжиг при 600-650 °С).

Механические качества сварных соединений зависят от технологии и режима сварки и при ручной сварке во многом определяются квали­фикацией сварщика. При недостаточно тща­тельном проведении сварки и при неправиль­ном выборе режима сварки возникают де­фекты, нарушающие сплошность шва и сни­жающие его прочность.

Ответственные сварные соединения контро­лируют с помощью методов магнито-, рентгено- и гаммаграфирования. Наиболее чувстви­телен и точен ультразвуковой контроль.

Большие партии сварных изделий подвер­гают выборочному контролю путем вырезки образцов, проведения технологических проб (на растяжение, изгиб, сплющивание), исследо­вания микроструктуры и химического состава материала шва.

Виды сварных соединений

Основные виды сварных соединений дуго­вой и газовой сваркой следующие: стыковые С, угловые У, нахлесточные Н, тавровые Т.

Валиковые угловые швы треугольного про­филя делают прямыми (рис. 3, а), вы­пуклыми (вид б) и вогнутыми (вид в). Чаще всего применяют прямой (нор­мальный) шов. Выпуклые швы (условно на­зываемые швами с усилением) склонны к образованию подрезов (непровары на участках т соединения шва со стенками деталей) и обладают пониженным сопротивлением усталости. Наиболее прочны вогнутые швы, но выполнение их труднее и менее производи­тельно.

Основной размерной характеристикой угловых швов является расчетный катет К.

Катет швов нахлесточных соединений при сварке тонких листов (менее 4 мм) делают равным толщи­не s листов (рис. 4, а). Для материалов большей тол­щины (4-16 мм) катет шва определяют из соотноше­ния

(23)

При сварке материалов различной толщины катет шва делают равным толщине s более тон­кого материала (однако не более, чем указано в со­отношении (23)). При сварке материалов различной толщины шов рекомендуется делать вогнутым.

В угловых соединениях с одинаковой толщиной стенок и проваром по наружной стороне угла размер катета задан толщиной кромок. В угловых и тавровых соединениях с внутренним проваром,где размеры шва могут быть произвольными, ка­тет шва делают равным толщине s свариваемых ма­териалов (но не более приведенных в соотношении (23) значений).

При тавровом соединении материалов различной толщины катет шва делают равным толщи­не s более тонкого материала. Швы рекомендуется делать вогнутыми.

Среди видов соединений листов наиболее простые и прочные – стыковые.

Недостаток нахлесточных соединений состоит в том, что под действием растя­гивающих или сжимающих сил они подвер­гаются воздействию изгибающего момента, приблизительно равного произведению дей­ствующей силы на сумму полутолщин свари­ваемых листов, и деформируются. Производительность сварки из-за наличия двух швов ниже, и масса нахлесточных соеди­нений больше, чем стыковых.

Нахлесточные соединения с двусторонними накладками разгружены от изгиба, но тяжелы и малотехнологичны.

Кромки свариваемых тонких листов (в сред­нем < 3 мм) стыковых и угловых соединений разделывают.

Кромки листов толщиной в среднем < 8 мм при ручной дуговой сварке и < 20 мм при автоматической делают прямыми (пер­пендикулярными к плоскости листа). Для про­варки на полное сечение свариваемые дета­ли собирают с зазором т =1…2 мм, заполняемым при сварке жидким метал­лом.

При большей толщине необходима разделка кромок, заключающаяся чаще всего в снятии фасок; цель – создать сварочную ванну и обес­печить проплавление на полное сечение дета­лей.

Круговые фаски получают точением, пря­мые – фрезерованием или строганием. При толщине кромок более 15 – 20 мм фаски сни­мают автоматической газовой резкой.

Сварные швы, имеющие в плане фигурную форму, разделывают с помощью копирного фрезерования.

Правила конструирования

В табл. 13 приведены правила конструирова­ния сварных соединений и показаны примеры изменений конструкций, улучшающих изгото­вление сварных узлов.