3.1. Технико-экономическое обоснование новой техники

Прежде всего необходимо выбрать оптимальный вариант обеспе­чения технической возможности повышения долговечности ножей ковша. Например, выбираем из следующего (как пример):

- замена материала ножа с заданной инструментальной стали на быстрорежу­щую, на твердый сплав (но более хрупкий), на алмаз-ные или сверх­твердые пластины (дорого);

- проведение специальной термической, химико-термической или плазменной обработки исходного материала ножей;

- нанесение различных высокопрочных и износостойких пок-рытий на исходный материал ножей;

Например, выбираем вариант - покрытие с обеспечением дол-говечности Т₂ = 285 час.

Обоснование технической целесообразности разработки и освоения новой конструкции экскаватора в данном случае произ-водится по сравнению долговечности ножей по старому и новому варианту. Коэффициент изменения долговечности

К = Т₂ /Т₁ =1,425, что больше I, характеризует прогресс-сивность конструкции.

Отсюда можно сделать вывод, что за счет нанесения специи-аль­ного покрытия повышается долговечность работы ножей экска-ватора в 1,425 раза при равной производительности. Этим обосно-вывается техническая целесообразность разработки.

Для экономического обоснования необходимо выбрать цену но­вого ножа с учетом нового варианта исполнения.

Примем цену для ножа с покрытием С₂ = 22 руб. (как прави-ло, новая цена выше старой).

Далее, с учетом исходных данных, можно произвести расчет ожидаемого годового экономического эффекта по изменению долго­вечности при равной производительности по формуле I:

Э = 8 (18x1,425 - 22) - 0,15x100 = 14,2 руб.

Так как экономический эффект выше "О", можно говорить об экономической целесообразности разработки.

Необходимо также определить условие по уровню долговеч-ности, при котором разработка становится экономически целесооб-разной, по формуле 2.

В случае, если расчетный эффект получится меньше «0», т.е. отрица­тельным, необходимо произвести перерасчет. Вычисляется необходимое скорректированное значение Т₂, при котором получа-ется положительный эффект и определяется его величина.

В выводе надо отметить, что экономически целесообразной разработ­ка становится при значении К выше какой-то (вычисленной по формуле 2) величи­ны.

Далее производится обоснование возможности изготовле-ния нового объекта. В данном случае предложенный нами вариант нанесения покрытия на ножи для повышения долговечности техни-чески осуще­ствим в современном производстве известными мето-дами, не требует разработки нового оборудования.

3.2. Выбор основного материала

В соответствие с заданием выбор материала стрелы ковша экскаватора производим в следующей последовательности, с ис-пользованием метода экспертных оценок.

Прежде всего оцениваем условия эксплуатации экскаватора при про-кладке тепловых и газовых труб в городе: высокая изгнбная нагруз-ка, трение в сопряжениях, атмосферные осадки.

Исходя из этого, можно предположить использование мате-риа­лов: чугун, конструкционная сталь, дюралюминий, листовая сталь (сварная конструкция). Всего 4.

Устанавливаем перечень основных показателей: прочность на разрыв, прочность на изгиб, жесткость, сопротивление из­наши--ванию, масса, обрабатываемость резанием, возможность сварки или других способов соединения, коррозионостойкость, сто­имость. Всего 9 показателей.

Примечание: количество вариантов материала должно быть не менее 4-х, обычно 4 - 6. Количество показателей - желательно в ди-апа­зоне 6 - 10 .

Вводим вышеназванные материалы и показатели в табл. I.

Производим индивидуальную экспертную оценку весовых коэффициен­тов α каждого показателя.

Наиболее важным в нашем случае можно считать прочность на изгиб (α =0,20), жесткость (α =0,15), возможность сварки (α =0,I2), коррозионостойкость (α = 0,12). Другие значения ниже (см. в табл. I). Сумма α по всем 9 показателям равна I.

Выбираются значения α экспертным путем, исходя из знания и опыта.

Затем в соответствие с методикой устанавливаем также эк­спертным путем значения показателей Р по каждому материалу. Так наибольшая прочность на разрыв наиболее ожидаема у кон­струкци-онной стали, дадим значение в баллах 8, далее чугун - 6, дюралю-миний - 4 и листовая сталь (как сварная конструкция) ~ 3. И так по каждому показателю ( см. таблицу I).

Если для результата желательно, чтобы абсолютное значе­ние показателя снижалось, как, например, стоимость, то боль­шее число баллов надо давать объекту с наиболее низким факти­ческим значе-нием, в нашем случае, более дешевому материалу. Это касается так-же массы.

На основе значений Р выбираем показатели "идеального" материала, как лучшие значения по каждому показателю (Р₁₀₀). В ре­зультате мы получаем, что в идеале материал стрелы экскаватора желательно иметь прочным и износостойким, как конструкционная

Таблица 1

№	Показатели	α	Значение показателей Р				Показатели «идеального» материала Р100	Значение коэффициента соответствия g
			чугун	конструк- ционная сталь	дюралю-миний	листо-вая сталь		чугун	конструкционн. сталь	дюралю-миний	листо-вая сталь
1	Прочность на разрыв	0,08	6	8	4	3	8	0,75	1	0,5	0,375
2	Прочность на изгиб	0,20	6	7	5	4	7	0,86	1	0,71	0,57
3	Жесткость	0,15	8	7	4	6	8	1	0,875	0,5	0,75
4	Сопротивление изнашиванию	0,07	7	8	5	6	8	0,875	1	0,625	0,75
5	Масса	0,09	4	6	9	8	9	0,44	0,67	1	0,89
6	Обрабатываемость резанием	0,08	4	5	8	6	8	0,5	0,625	1	0,75
7	Возможность сварки	0,12	4	6	6	8	8	0,5	0,75	0,75	1
8	Коррозионо-стойкость	0,12	6	6	7	5	7	0,86	0,86	1	0,71
9	Стоимость	0,09	5	4	6	7	7	0,71	0,57	0,86	1
Всего:			1,0				Обобщенный коэффициент Т	0,750	0,836	0,758	0,744
							Ранги	3	1	2	4

сталь, жестким, как чугун, легким, обрабатываемым и коррозионно-стойким, как дюралюминий, легко поддающимся сварке, как сталь в легковесной конструкции и потому дешевым.

Следующим действием будет определение коэффициентов соот­ветствия g по ф. 3 для всех показателей и материалов. При этом каждое значение Р из таблицы делится на его "идеальное" значение Р₁₀₀.

По ф. 4 определяем обобщающие коэффициенты соответ-ствия T, с учетом значений весовых коэффициентов. При этом зна-чения g для каждого материала (столбец таблицы) поочередно пере-множается на свои значения α и произведения суммируются.

По величинам значений Т определяются ранги. В нашем случае места разделены следующим образом:

1. Конструкционная сталь.

2. Дюралюминий.

3. Чугун.

4. Листовая сталь.

Таким образом, можно считать, что оптимальным материа-лом для стрелы экскаватора с параметрами по заданию является кон­струкционная сталь.

3.3. Выбор конструктивного вида изделия

Заполняем морфологическую карту по таблице 2. Для этого надо выбрать параметры исполнения из предложенных в разделе 2 или других, связанных с конкретным заданием, в данном случае с примером. Также необходимо, опять же опираясь на исходные дан-ные, назначение и условия эксплуатации конкретного экскаватора при прокладке труб в городе, дать варианты конструктивного испол-нения по каждому параметру.

Параметров исполнения должно быть 8-12, вариантов ис-полнения, желательно, 2-6.

Таблица 2

№	Параметры исполнения	Варианты исполнения						Общее число решений	Число оптималь -ных решений
		1	2	3	4	5	6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Стоимость, т.р.	150	250	350	500	700	-	5	1
2	Вид энергии	бензин	солярка	электрическая энергия	сжатый воздух	-	-	4	2
3	Движитель	колеса (4)	колеса (6)	гусеницы	воздушная подушка	шагаю-щий	-	5	1
4	Основной материал ковша	сталь	чугун	алюминий	-	-	-	3	1
5	Масса общая, т	5	10	15	20	-	-	4	1
6	Объем ковша, м^3	1	2	3	4	-	-	4	1
7	Размеры: ширина, м Длина стрелы, м	1,5 2,5	2,5 4	3,5 6	4,5 -	- -	- -	4 3	1 1
8	Компоновка	на базе колес-ного трак-тора	на базе гусенич-ного тракто-ра	самостоятельная платформа без вращений	самостоя- тельная платформа с враще-нием	-	-	4	1

Надо проанализировать предложенные варианты по функцио-наль­ному назначению экскаватора и выбрать оптимальные вариан-ты, обязательно подчеркнуть их в таблице. Число оптимальных ре-шений должно увязываться с общим конструктивным обликом объ-екта (эк­скаватора), чтобы могло быть воплощено в одном конструк-торском проекте. В данном случае по всем параметрам дано по од-ному решению, только вид энергии - бензин и солярка, взаимозаме-няемы.

Таким образом, проектируемый экскаватор будет на само-сто­ятельной платформе, с вращением, на гусеницах, массой 10 т, шириной 2,5 м, с длиной стрелы 4 м, со стальным ковшом объемом 2 м³, двигателем, работающим на бензине и солярке, стоимостью 250 т.р.