В рыночных условиях проблема повышения качества и эффективности сельскохозяйственной техники особенно актуальна. Сельскохозяйственная отрасль остро нуждается в высокопроизводительных, надежных и экономичных отечественных машинах, позволяющих интенсифицировать технологические процессы производства и соответствующих возрастающим требованиям системы человек - машина - среда.
Качество в соответствии с требованиями Международной организации по стандартизации (ИСО) представляет собой совокупность свойств и характеристик изделия (машины), обеспечивающих соответствие установленным или предполагаемым потребностям.
Уровень качества изделия - это относительная характеристика качества, основанная на сравнении ряда показателей рассматриваемого изделия с соответствующими показателями базовых изделий. Технический уровень качества изделия следует оценивать в сравнении с лучшими отечественными и зарубежными образцами сельскохозяйственной техники.
Изделия, составляющие базовую группу, должны быть аналогичными по назначению, классу и условиям эксплуатации, представлять собой значительную часть общего объема подобной продукции, производимой и реализуемой в нашей стране и за рубежом, соответствовать современному уровню качества.
Уровень качества машины формируют при проектировании, обеспечивают при изготовлении и поддерживают в эксплуатации. Следовательно, в процессе проектирования конструктор должен указать в конструкторской документации не только принцип работы и конструктивные особенности изделия, но и его показатели назначения, надежности, технологичности, стандартизации и унификации, экологические, эстетические, эргономические, патентно-правовые и др.
Техническая оценка качества позволяет определить лучшее в техническом отношении изделие. Техническую оценку определяет технический уровень качества, который включает в себя техническую характеристику, надежность в эксплуатации, удобство управления и обслуживания, долговечность и т. д. Товароведческая оценка качества кроме технической оценки включает в себя оценку пригодности изделия, т. е. его способности выполнять требуемые функции. Экономическая оценка показывает, насколько экономически оправдано то или иное повышение качества. Например, если на техническое обслуживание и ремонт сельскохозяйственной техники затрачивается средств в 5...6 раз больше, чем на ее изготовление, то при разработке и изготовлении техники недостаточно внимания уделено качеству ее составных частей.
Показатели качества. Для изделия каждого вида устанавливают свои показатели качества, зависящие от его назначения. С целью сравнения новых моделей сельскохозяйственной техники используют следующие показатели качества: назначения; надежности; технологичности; транспортабельности; стандартизации и унификации; безопасности; эргономические; эстетические; патентно-правовые; экологические и экономические.
Показатели назначения характеризуют способность объекта выполнять заданные функции. Например, для зернопогрузчиков - производительность, масса, габаритные размеры; для комбайна - пропускная способность молотилки и др.
Показатели надежности - это свойства изделия сохранять и восстанавливать работоспособность в процессе эксплуатации в заданных пределах в течение длительного времени.
Показатели технологичности характеризуют приспособленность конструкции к ее изготовлению и эксплуатации. К этим показателям относятся коэффициенты сборности (блочности), использования материалов и внешней специализации, трудоемкость, доля деталей, изготовляемых прогрессивными технологическими методами, и др.
Показатели транспортабельности отражают приспособленность изделия к транспортировке, например по железной дороге и др.
Показатели стандартизации и унификации позволяют оценить степень использования стандартизованных изделий и уровень унификации, а для унифицированных и стандартизованных изделий - соответствие изделия, его частей и материалов действующим стандартам, обеспечение единства мер и др.
Показатели безопасности характеризуют особенности конструкции изделия, обеспечивающие безопасные условия эксплуатации для обслуживающего персонала.
Эргономические показатели отражают соответствие параметров органов управления психофизическим и антропометрическим данным оператора, удобство обслуживания, уровень звука, вибраций, звуковой мощности, гигиеничность и другие показатели.
Эстетические показатели отражают соответствие машины требованиям и тенденциям технической эстетики. К этим показателям относятся внешнее оформление, отделка, окраска, конструктивное исполнение, компоновка, композиция, тектоника, пластика форм, пропорции, масштабность, выразительность, оригинальность, гармоничность, целостность; соответствие среде, стилю и другим требованиям.
Патентно-правовые показатели позволяют оценить степень обновления технических решений, использованных в конкретном изделии, их патентную чистоту и патентную защиту.
Экологические показатели характеризуют систему человек - машина - среда с точки зрения уровня вредных воздействий эксплуатируемых машин на природу.
Экономические показатели - это оптовая цена, полная себестоимость и др.
Способы повышения качества изделия (машины). К конструктивным принципам обеспечения необходимого уровня качества, прежде всего, следует отнести разработку рациональной кинематической схемы. Следует стремиться к ее упрощению, устранению неоправданной сложности. Так, уменьшение числа звеньев механических передач от двигателя к рабочим органам увеличивает надежность и КПД машины.
Предпочтительно применять индивидуальные гидро-, пневмо- и электроприводы для отдельных сборочных единиц и механизмов, упругие демпфирующие муфты с целью уменьшения нагрузки в период пуска, сменные рабочие органы и предохранительные устройства, исключающие аварии при эксплуатации; уменьшать ступени преобразования энергии; использовать механизмы с вращательным движением вместо механизмов с возвратно-поступательным прямолинейным движением; концентрировать мощность в одном агрегате с целью повышения КПД машины; оптимально располагать опоры.
Поскольку на срок службы машины значительно влияет физический износ ее деталей и механизмов, то учет этого фактора при конструировании позволяет также существенно повысить качество изделия. Способы уменьшения износа: правильный выбор материала; уменьшение давления за счет замены точечного контакта линейным, а линейного - поверхностным; замена трения скольжения трением качения; передача момента параллельно работающими поверхностями (фрикционные дисковые муфты, вариаторы и др.); придание трущимся поверхностям формы, приближающейся к форме естественного износа; защита трущихся поверхностей от абразивных частиц; закрытое исполнение механизмов (в корпусах) вместо открытого, например применение цепных передач закрытого типа в масляной ванне вместо обычных открытых цепных передач, зубчатых редукторов вместо открытых зубчатых передач, подшипников качения с сезонным или одноразовым смазыванием вместо подшипников открытого типа, требующих регулярного смазывания и др.); устранение вибраций или динамических нагрузок за счет уравновешивания механизмов с помощью маховиков, пружин, амортизаторов, статической и динамической балансировки; замена полужидкостного или полусухого трения жидкостным, исключающим соприкосновение трущихся поверхностей; применение устройств для очистки смазочного материала (фильтров, сепараторов и др.).
Качество машины во многом зависит и от рациональности конструкции деталей, которую можно обеспечить за счет оптимизации сечений (наибольший момент сопротивления при наименьшей массе); снижения концентрации нагрузки; уменьшения изгибающих сил или замены их сжимающими; устранения сложных напряжений (например, напряжений изгиба и кручения); обеспечения требуемого баланса жесткости; передачи больших мощностей большим числом элементов (например, применение шлицевых соединений вместо шпоночных).
При проектировании изделия конструктор должен продумать и обеспечить его ремонтопригодность. Для этого следует предусмотреть: свободный доступ для ремонта и замены быстроизнашивающихся деталей; блочность сборки, позволяющей использовать узловой метод ремонта; минимальное число крепежных деталей для монтажа и демонтажа; минимальное число конструктивных связей у деталей и сборочных единиц для полной разборки изделия; возможность сборки и разборки без специальных приспособлений.
Немаловажное значение в обеспечении необходимого качества и долговечности проектируемого изделия имеют технологические способы, с помощью которых можно изменять качество поверхностного слоя и структуру материала детали. Это, прежде всего, термохимическое упрочнение поверхностей (закалка, цементация, борирование, цианирование и др.); оптимальное назначение шероховатости поверхностей с учетом материала, характера и скорости движения, смазывания, вида обработки и др.; создание поверхностей трения с разными физико-механическими свойствами; покрытие поверхности защитным слоем (пластмассой, резиной и др.); наплавка более качественного материала (металлизация) в вакууме, наплавка твердосплавным материалом и др.
Конструктору следует помнить, что при создании качественной продукции важно грамотно решать организационные вопросы. Например, унификация изделия приводит к увеличению масштаба его выпуска, что, в свою очередь, требует более совершенного производства. Целесообразно применять стандартизованные и нормализованные детали, а также комплектовать группы деталей с одинаковым сроком службы, кратным сроку службы машины, дублировать слабые звенья конструкции, правильно выбирать смазочный материал; проводить испытание образцов и др.
Все перечисленные способы повышения качества и долговечности изделия (машины) в конечном итоге ведут к повышению трудоемкости изготовления, поэтому конструктор должен избегать получения излишней долговечности изделия. Необходимо стремиться к тому, чтобы сборочные единицы, механизмы и детали машины имели долговечность, равную или незначительно превышающую срок службы машины в целом.
Рамки учебного курса не позволяют изучить все разновидности деталей машин и все нюансы проектирования. Однако знание, по крайней мере, типовых деталей и общих принципов конструирования машин дает инженеру надежный фундамент и мощный инструмент для выполнения проектных работ практически любой сложности.
Контрольные вопросы и задания
1. Из каких элементов состоит типовая схема машины?
2. Из чего состоит привод?
3. Какими способами может передаваться энергия от двигателя к потребителю?
4. В чем особенности эксплуатации сельскохозяйственной техники?
5. Какие показатели качества используют для оценки новой сельскохозяйственной техники?
6. Перечислите основные пути повышения качества сельскохозяйственной техники.
7. Что относится к конструктивным принципам обеспечения необходимого уровня качества?
8. Назовите технологические способы управления качеством и долговечностью проектируемого изделия.