Экономические основы создания оборудования. Полезная отдача. Долговечность. Эксплуатационная надёжность.

Экономический фактор играет первостепен­ную роль, в конструировании. Частности кон­струкции не должны заслонять основной цели конструирования — увеличения эконо­мического эффекта машин.

Главными факторами, определяющими эко­номичность машины, являются полезная отда­ча машины, надежность, расходы на оплату труда операторов, потребление энергии и стоимость ремонтов.

Коэффициент использования машины.

Пусть Н — период эксплуатации машины, h — фактическое время работы машины за этот период. Средний коэффициент использования

(1)

Если машина работает до полного исчерпа­ния своего механического ресурса, то h пред­ставляет собой долговечность машины D. Тогда

(2)

Величина _исп для машин, работающих по календарному режиму, зависит от: 1) числа рабочих смен и 2) холостого времени (простои, недогрузка).

При работе в одну, две и три смены _исп = 0,2; 0,4; 0,6 соот­ветственно, при круглого­дичной непрерывной работе _исп = 0,95 - 1. У машин периодического действия, _исп снижается до 0,05 — 0,10.

Рентабельность машины q выражается отно­шением полезной отдачи машины От за-определенный период к сумме расхо­дов Р за тот же период:

(3)

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

Где: 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

Величина q должна быть больше 1, иначе машина будет работать убыточно, и смысл ее существования утрачивается.

Экономический эффект. (годовой доход)

(5)

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

Суммарный экономический эффект Q (общий до­ход)

где От - суммарная отдача, Р - сумма расходов за период службы (в рублях).

Согласно формуле (4)

(6)

Отдача машины и эксплуатационные рас­ходы, за исключением Ам и Рм, пропор­циональны продолжительности фактической работы h за период эксплуатации. Амортиза­ционные расходы за период эксплуатации равны стоимости С машины. Ремонтные расходы не находятся в прямой зависимости от h.

Выделяя факторы Рм и Ам = С, получаем

(7)

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

(8)

Повышение отдачи может выражаться или в увеличении числа единиц продукции, или в увеличении стоимости каждой единицы (по­вышение качества продукции, увеличение объе­ма операции, выполняемых над заготовкой). В первом случае расход материалов и инстру­мента пропорционален отдаче: Мт + Ин =  От, где  — доля стоимости материала и инструмента в стоимости продукции, коле­блющаяся в зависимости от профиля продук­ции в пределах 0,1—0,5.

В таком случае уравнение (8) приобретает следующий вид:

(9)

Накладные расходы принято выражать в долях трудовых затрат: Нк = bТр, где b — фактор пропорциональности, колеблю­щийся в зависимости от типа и организацион­ной структуры производства в пределах 0,5-3,0.

Введем эту зависимость в уравнение (9) и получим

(10)

Срок окупаемости Н_ок определяется как пе­риод службы, при котором суммарный экономический эффект равен стоимости машины, т. е,

(11)

где Р — годовые эксплуатационные расходы, Р = Эн + Мт + Ин + Тр + Об + Нк.

Затраты на ремонт, весьма малые в первые годы эксплуатации ими пренебрегают.

Расход на амортизацию за срок окупаемо­сти

(12)

где Н - период службы машины.

После подстановки значения Ам в уравнение (11) получаем

(13)

Коэффициент эксплуатационных расходов k - отношение суммы расходов за весь период работы машины к ее стоимости:

(14)

Тогда уравнение (8) можно представить в следующем виде:

(15)

Коэффициент стоимости машины

(16)

Как видно из формулы (14), коэффициент эксплуатационных расходов возрастает с уве­личением долговечности и при больших значениях D может достигать 50—100. Соответ­ственно снижается доля стоимости машины в общей сумме расходов.

Полезная отдача выражается стоимостью продукции или полезной работы, выполняе­мой машиной в единицу времени. Полезная отдача зависит от производительно­сти машин, т. е. от числа операций (или единиц работы), ею выполняемых в еди­ницу времени, и от стоимости опера­ций (единиц работы).

Главными способами повышения произво­дительности машин являются:

- увеличение числа одновременно осуществ­ляемых над изделием операций (агрегатные станки, многорезцовые автоматы);

- увеличение числа одновременно обрабаты­ваемых изделий;

- сокращение длительности технологического цикла;

- автоматизация технологического процесса.

Долговеч­ность есть общее время, которое машина может отработать на номинальном режиме в условиях нормальной эксплуатации без существенного снижения основных расчетных параметров, при эко­номически приемлемой суммар­ной стоимости ремонтов. Иногда применяют понятие «ресурс машины» (время работы машины в часах до первого капиталь­ного ремонта).

Фактическая долговечность может значи­тельно отличаться от номинальной в зависи­мости от условий работы. Она уменьшается при систематической перегрузке машины, ра­боте на повышенных скоростях, режимах, уве­личении рабочей нагрузки, в неблагоприятных климатических условиях. При облегченных ус­ловиях работы долговечность машин возра­стает.

Влияние условий работы на долговечность можно учесть введением коэффициента режима _реж. Фактическая долговечность где D_HOM - номинальная (расчетная) долговеч­ность.

Практически долговечность в наибольшей степени определяется изнашиваемостью деталей. Постепенно развивающийся износ ве­дет к общему ухудшению показателей ма­шины, снижению точности выполняемых ею операций, падению КПД, увеличению энерго­потребления и снижению полезной отдачи.

Надежность машины складывается из сле­дующих признаков: высокая долговечность, безотказность действия, безаварийность, ста­бильность действия (способность длительно работать без снижения исходных параметров и выдерживать перегрузки), малый объем опе­раций обслуживания и ухода, простота об­служивания, живучесть (способность при ча­стичных повреждениях продолжать некоторое время работу, хотя бы на сниженных режи­мах), устранимость повреждений (сохранение ремонтопригодности), большие межремонтные сроки, малый объем ремонтных работ.

Из-за многообразия признаков, определяю­щих надежность, установить ее единый крите­рий затруднительно. Чаще всего при определе­нии надежности исходят из понятия отказа машины, т. е. любой вынужденной остановки машины.

Надежность машины можно характеризо­вать: частотой отказов; длительностью беспе­ребойной работы машины между отказами; закономерностью изменения частоты отказов за период службы; степенью тяжести отказов; объемом, стоимостью и длительностью работ, необходимых для устранения отказов.

Пути повышения надежности. Надежность машин в первую очередь определяется проч­ностью и жесткостью конструкции. Рациональными способами повышения проч­ности, не требующими увеличения массы, являются: применение выгодных профилей и форм, максимальное использование прочно­сти материала, по возможности равномерная нагрузка на все элементы конструкции.

Целесообразные способы повышения жест­кости — правильный выбор схемы нагружения, рациональная расстановка опор, придание конструкции жестких форм