Система предпочтительных чисел является теоретической базой стандартизации. Размеры деталей и соединений, ряды допусков, посадок и другие геометрические параметры изделий, а так же параметры, отражающие функциональные свойства сборочных единиц, механизмов и машин общетехнического применения (подшипники, редукторы, электродвигатели, номиналы резисторов и конденсаторов и др.), целесообразно упорядочить и делать общими для всех отраслей промышленности, где эти изделия применяются. Применение упорядоченных чисел, представляющих собой ряды предпочтительных чисел , позволяет сократить номенклатуру типоразмеров изделий, создать условия для взаимозаменяемости, широкой унификации деталей и узлов и способствовать агрегатированию, а так же выбирать рациональные параметры процессов производства.

Применение рядов предпочтительных чисел представляет собой параметрическую стандартизацию , которая позволяет получить значительный эффект на всех стадиях жизненного цикла изделий (проектирование, изготовление, эксплуатация и др.). Стандартами параметров охватывается большой диапазон характеристик: материалы, заготовки, размерный режущий инструмент, оснастка, контрольные калибры, узлы по присоединительным размерам, номиналы резисторов и конденсаторов, выходные параметры электродвигателей и многое другое, что используется в той или иной отрасли промышленности.

Ряды предпочтительных чисел, применяемые в стандартизации, строятся на базе математических закономерностей. Наибольшее распространение получили ряды предпочтительных чисел представленные в ГОСТ 8032-84, который разработан на основе рекомендаций ИСО.

Стандартом установлены четыре основных десятичных ряда предпочтительных чисел R 5, R 10, R 20, R 40. В технически обоснованных случаях допускается применение двух дополнительных рядов R 80 и R 160.

Ряды построены по правилу геометрической прогрессии. Она представляет собой ряд чисел с постоянным отношением двух соседних чисел – знаменателем прогрессии Q . Каждый член прогрессии является произведением предыдущего члена на Q .

Знаменатель прогрессии равен корню из 10 степеней 5, 10, 20 и 40 соответственно (табл 4). Например, ряд R 5 составляют числа: ... 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40 ... знаменатель геометрической прогрессии равен 1,6. Ряд R 10 состоит из чисел: … 0,63; 0,80; 1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,15; 4,00; 5,00; 6,30; 8,00; 10,0; 12,5 … , здесь знаменатель прогрессии равен 1,25. Другие ряды имеют следующие значения знаменателей: R 20 – 1,12; R 40 – 1,06; R 80 – 1,03; R 160 – 1,015.

Пример. Для каждого вида допусков формы и расположения поверхностей согласно ГОСТ 24343-81 установлено 16 степеней точности. Числовые значения допусков от одной степени к другой изменяются с коэффициентом возрастания 1,6, т. е. в соответствии с рядом R 5.

Основанием этих рядов является число, состоящее из цифр 1 и 0, таким образом, они являются бесконечными как в сторону малых, так и в сторону больших значений, то есть допускают неограниченное представление чисел в направлении увеличения или уменьшения. Номер ряда предпочтительных чисел указывает на количество членов ряда в десятичном интервале, например, свыше 1 до 10 включительно. Число 1,00 не входит в десятичный интервал как завершающее число предыдущего десятичного интервала, т.е. свыше 0,10 до 1,00 включительно.

Допускается образование специальных рядов путем отбора каждого второго, третьего или n -го числа из существующего ряда. Так образуется ряд R 10/3, состоящий из каждого третьего значения основного ряда, причем начинаться он может с первого, второго или третьего значения, например: R 10/3 может состоять из чисел 1,00; 2,00; 4,00; 8,00 или R 10/3 1,25; 2,50; 5,00; 10,00 или R 10/3 1,60; 3,15; 6,30; 12,50. Можно составлять специальные ряды с разными знаменателями геометрической прогрессии в различных интервалах ряда.

Ряды предпочтительных чисел имеют ряд свойств , наличием которых объяснятся их широкое применение в стандартизации. Эти свойства позволяют переходить от стандартизации линейных величин к площадям, объёмам, энергетическим параметрам (производительности, мощности и др.). Основными свойствами являются следующие:

Каждый последующий ряд содержит числа предыдущего ряда;

Произведение 2-х чисел рядов является числом, содержащимся в рядах, т.е. предпочтительным, что позволяет стандартизовать площади;

Произведение 3-х чисел ряда является числом, содержащимся в рядах, т.е. предпочтительным, что позволяет стандартизовать объёмы;

Начиная с ряда R 10, в рядах содержится число 3,15 близкое к числу π, что позволяет стандартизовать длину окружностей, площадь кругов и объём цилиндров;

Произведение или частное любых членов ряда является, с учётом правил округления, членом ряда, это свойство используется при увязке между собой стандартизованных параметров в пределах одного ряда предпочтительных чисел.

Согласованность параметров является важным критерием качественной разработки стандартов. В радиоэлектронике применяют предпочтительные числа с другими знаменателями геометрической прогрессии и образуют ряды Е , установленные Международной электротехнической комиссией (МЭК), приведенные в табл. 4. При стандартизации иногда применяют ряды предпочтительных чисел, построенные по арифметической прогрессии. Арифметическая прогрессия положена в основу образования рядов размеров, например, в строительных стандартах. Встречаются ступенчато-арифметические ряды, у которых на отдельных отрезках прогрессии разности между соседними членами различны.

Таблица 4 – Обозначения и знаменатели основных и дополнительных рядов предпочтительных чисел.

Параметрические ряды .

Производство новых видов изделий, например: машин, телекоммуникационного оборудования, измерительных приборов и др. может привести к выпуску излишне большой номенклатуры изделий, сходных по назначению и незначительно отличающихся по конструкции и размерам. Рациональное сокращение числа типов и размеров изготовляемых изделий, унификация и агрегатирование комплектующих позволяет значительно снизить себестоимость продукции.

Снижение затрат достигается при одновременном повышении серийности, развитии специализации, межотраслевой и международной кооперации производства, что достигается разработкой стандартов на параметрические ряды однотипных изделий. Удовлетворение спроса рынка и обеспечение качества остаётся при этом главным условием. Любое изделие характеризуется параметрами, отражающими многообразие его свойства, при этом существует некоторый перечень параметров, который целесообразно стандартизовать. Номенклатура стандартизуемых параметров должна быть минимальной, но достаточной для оценки эксплуатационных характеристик данного типа изделий и его модификаций.

Анализируя параметры, выделяют главные и основные параметры изделий.

Главным называют параметр, который определяет важнейший эксплуатационный показатель изделия. Главный параметр не зависит от технических усовершенствований изделия и технологии изготовления, он определяет показатель прямого назначения изделия.

Пример. Главным параметром средства измерений может быть диапазоном измерения.

Главный параметр принимают за основу при построении параметрического ряда. Выбор главного параметра и определение диапазона значений этого параметра должны быть технически и экономически обоснованы, крайние числовые значения ряда выбирают с учетом текущей и перспективной потребности в данных изделиях, для чего проводятся маркетинговые исследования.

Параметрическим рядом является закономерно построенная в определенном диапазоне совокупность числовых значений главного параметра изделия одного функционального назначения и принципа действия. Главный параметр служит базой при определении числовых значений основных параметров, поскольку выражает самое важное эксплуатационное свойство.

Основными называют параметры, которые определяют качество изделия как совокупности свойств и показателей, определяющих соответствие изделия своему назначению.

Дляизмерительных приборовосновными параметрами могут быть: погрешность измерения, цена деления шкалы и т. д.

Основные и главный параметры взаимосвязаны. Поэтому удобно выражать основные параметры через главный параметр. Например, главным параметром поршневого компрессора является диаметр цилиндра, а одним из основных – производительность, которые связаны между собой определенной зависимостью.

Параметрический ряд называют типоразмерным или просто размерным рядом , если его главный параметр относится к геометрическим размерам изделия. На базе типоразмерных параметрических рядов разрабатываются конструктивные ряды конкретных типов или моделей изделий одинаковой конструкции и одного функционального назначения.

Параметрические, типоразмерные и конструктивные ряды оборудования строятся исходя из пропорционального изменения их эксплуатационных показателей (мощности, производительности и т. д.) с учётом теории подобия. В этом случае геометрические характеристики оборудования являются производными от эксплуатационных показателей и в пределах ряда могут изменяться по закономерностям, отличным от закономерностей изменения эксплуатационных показателей.

Стандарты на параметрические ряды предусматривают производство прогрессивных по своим характеристикам изделий. Такие ряды должны иметь свойства устанавливать внутритиповую и межтиповую унификацию и агрегатирование изделий , а также возможность создания различных модификаций изделий на основе агрегатирования. В большинстве случаев числовые значения параметров выбирают из рядов предпочтительных чисел, особенно при равномерной насыщенности ряда во всех его частях.

В машиностроении наибольшее распространение получил ряд предпочтительных чисел R 10. Например, этот ряд установлен для номинальных мощностей электрических машин.

Параметрические и типоразмерные ряды представляют собой ряды изделий, которые обеспечивают выполнение соответствующего их паспортным данным объема работ, с установленными техническими условиями показателями качества, при условии минимизации затрат и получения максимальной прибыли. Таким образом, достигается межотраслевая унификация.

Конструктивно-унифицированный ряд представляет собой закономерно построенную совокупность изделий: машин, приборов, агрегатов или сборочных единиц, включая базовое изделие и его модификации одинакового или близкого функционального назначения и изделия с аналогичной или близкой кинематикой, схемой рабочих движений, компоновкой и другими признаками. Примерами такого подхода к стандартизации параметров изделий является межотраслевая унификация, осуществляемая для грузовых автомобилей, колесных и гусеничных машин, сельскохозяйственной и дорожно-уборочной техники. Особенно широкое распространение получило создание конструктивно-унифицированных рядов при производстве бытовой техники, например стиральных машин, холодильников, кухонных комбайнов и др.

Встречаются случаи, когда целесообразным является применение смешанных рядов, в которых увеличивается число членов ряда в диапазоне наибольшей частоты применения изделий. Таким образом, учитывается увеличенный спрос потребителей изделий, имеющих характеристики в конкретных диапазонах значений. Поэтому при разработке и постановке продукции на производство проводится маркетинг, с целью установлении плотности распределения применяемости изделий с различными значениями главных параметров.

Наименьшее и наибольшее значения главного параметра, а также частоту ряда устанавливают после проведения технико-экономического обоснования, с учётом текущей потребности и будущего увеличения спроса. Кроме того, учитываются достижения науки и техники и возможные в связи с этим перспективы повышения качества данного вида изделий при одновременном снижении стоимости производства.

Для нахождения оптимального решения повторяющихся задач и узаконивания его в качестве норм и правил необходим комплекс соответствующих методов.

Метод стандартизации - это прием или совокупность приемов, с помощью которых достигаются цели стандартизации.

Основными методами стандартизации являются унификация, типизация, аг­регатирование.

Унификация. Термин «унификация» происходит от латинских слов unio - единство и facere - делать и обозначает «приводить что-либо к единой норме, к единой форме, к единообразию или системе». В широком смысле унифика­ция - это научно-технический метод определения и регламентации оптималь­ной и сокращенной номенклатуры объектов одинакового функционального на­значения. Унифицированным является изделие (узел, деталь, конструктивный элемент, технологический процесс и т. д.), которое создано на базе некоторого количества ранее существовавших различных исполнений путем приведения их к единому исполнению, заменяющему любое из первичных.

На 17-й сессии Совета ISO было принято предложенное французскими стандартизаторами определение термина унификация. «Унификация - вид стандар­тизации, состоящий в объединении в один документ двух или более технических условий с таким расчетом, чтобы регламентируемые документом изделия были взаимозаменяемыми». Это определение несколько необычно для отечественной практики, но подчеркивает приоритет технической документации и не противо­речит приведенному в предыдущем абзаце определению.

Часто унификацию пытаются привести к одной простой схеме: унификация - сокращение - число изделий (номенклатура). Подобная процедура определена международным термином «симплификация», под которой понимается элемен­тарный вид унификации, основанный на простом сокращении наименее употре­бительных элементов, - ограничительная унификация. Тем не менее, проводя унификацию, зачастую не сокращают типоразмерный ряд изделий, а увеличива­ют. В зависимости от целей, задач и конкретных способов реализации следует различать три вида унификации: заимствование, построение рядов, сокращение (симплификация).

Унификация заимствованием - это использование в каком-либо изделии при его проектировании ранее разработанных деталей, узлов, элементов конструк­ций, технологических процессов и т. п. Заимствование может проводиться как из предыдущих моделей данного изделия, так и из изделий другого функциональ­ного назначения. Заимствование может происходить нерегламентируемо (сти­хийно), однако необходимо убедиться в том, что конкретное заимствование не противоречит действующим НД.

Унификация построением рядов - это построение оптимальных рядов изде­лий, которые по своему функциональному назначению заменяют неунифициро­ванные изделия. В этом случае разрабатываются типовые решения для создания новых изделий, процессов или проведения соответствующих работ. Такой вид унификации используется тогда, когда предполагается полная или существенная смена изготавливаемой продукции. Результатом разработки типовых решений бу­дут унифицированные детали, узлы, технологические операции и процессы, агре­гаты, базовые конструкции и базовые изделия, ряды изделий, параметров и т. д.

Унификация данного типа завершается созданием стандарта или альбомом унифицированных конструкций. Таким образом, при унификации заимствованием типоразмеры детали получают из проектной документации (чертежей) со­ответствующих изделий, а при унификации построением рядов - из НД (рис. 17.3). Полностью унифицированная деталь - это деталь, изготовленная по унифици­рованному рабочему чертежу. Деталь в этом случае получает определенное обо­значение, которое полностью и однозначно определяет все ее характеристики.

Рис. 17.3. Взаимосвязь понятий «унифицированное изделие»

Типизация. Под типизацией объектов стандартизации понимается метод стандартизации, заключающийся в установлении типовых объектов для данной совокупности и принимаемых за основу (базу) при создании других объектов, близких по функциональному назначению. Этот метод часто называют методом базовых конструкций, так как в процессе типизации выбирается объект, наибо­лее характерный для данной совокупности, с оптимальными свойствами, а для получения конкретного объекта (изделия, технологического процесса) выбран­ный типовой объект может лишь частично изменяться или дорабатываться. Воз­можность определенных преобразований отобранных объектов отличает типиза­цию от селекции - деятельности, заключающейся в простом отборе конкретных объектов, которые признаются целесообразными для дальнейшего производства и применения.

Агрегатирование. Под термином «агрегатирование» понимается метод созда­ния (компоновки) машин, приборов и оборудования из отдельных стандартных (взаимозаменяемых, унифицированных) узлов, многократно используемых при создании различных изделий. Каждый узел (агрегат) выполняет определенную функцию и представляет собой законченное изделие. Агрегат - это укрупнен­ный унифицированный узел машины или прибора, который обладает следующи­ми свойствами:

· отделимостью и полной взаимозаменяемостью;

· завершенностью в функциональном отношении. Под завершенностью в дан­ном случае понимается возможность самостоятельно выполнять определен­ную функцию;

· завершенностью в конструктивном исполнении (самостоятельное изделие);

· наличием стандартных конструктивных, габаритных и присоединительных размеров, допускающих надежную и быструю сборку.

Агрегат должен быть отработан технологически и хорошо изучен в эксплуа­тации.

Унификация приводит к уменьшению количества типоразмеров изделий оди­накового функционального назначения, а агрегатирование увеличивает число объектов специализированного назначения. Применение метода агрегатирова­ния позволяет не создавать каждый раз новое изделие как оригинальное и един­ственное в своем роде, а перекомпоновывать уже существующие, освоенные в производстве узлы и агрегаты, с добавлением ограниченного числа новых узлов. В машиностроении и приборостроении широко используется метод базового аг­регата, при котором к базовой модели машины (прибора) присоединяется спе­циальное оборудование (блоки). В результате получают ряд машин (приборов) разнообразного назначения. В условиях современного производства, когда осу­ществляется быстрая смена объектов производства, агрегатирование является одним из наиболее прогрессивных методов конструирования изделий, обеспечи­вающим ускорение технического прогресса и большой экономический эффект.

Продукция определенного назначения, принципа действия и конструкции, то есть продукция определенного типа, характеризуется рядом параметров. На­бор установленных значений параметров называется параметрическим рядом. Процесс стандартизации параметрических рядов - параметрическая стандарти­зация - заключается в выборе и обосновании целесообразной номенклатуры и численного значения параметров.

Разработка параметрических рядов требует прежде всего установления еди­ной закономерности в системе стандартизируемых величин, к числу которых от­носятся геометрические характеристики, мощность, производительность, грузо­подъемность, скорость, прочность и другие параметры изделий и их составных частей. Эта задача решается установлением рядов предпочтительных чисел, из которых необходимо выбирать значения параметров, размеров и других харак­теристик как при разработке стандартов, так и при проектировании, расчетах, составлении различных технических документов. Смысл разработки рядов пред­почтительных чисел заключается в выборе лишь тех значений параметров изде­лий, которые подчиняются строго определенной математической закономерно­сти, а не любых значений, принимаемых в результате расчетов или в порядке волевого решения.

Ряды предпочтительных чисел должны удовлетворять следующим требова­ниям:

· представлять собой рациональную систему градации чисел, удовлетворяющую потребностям производства и эксплуатации;

· быть бесконечными как в сторону малых, так и в сторону больших величин;

· включать все десятикратные значения любого числа и единицу; а быть простыми и легко запоминающимися.

Примеры применения целесообразных рядов известны с древних времен. Ко­леса римских водопроводов имели диаметры, соответствующие геометрической прогрессии. Петр I издал указ, в котором устанавливались калибры ядер 4, 6, 8, 12, 18, 24, 36, что соответствовало ступенчатой геометрической прогрессии.

Простейшие ряды предпочтительных чисел строятся на основе арифметиче­ской прогрессии, то есть такой последовательности чисел, в которой разность между последующим и предыдущим членами остается постоянной. Примерами арифметической прогрессии являются следующие последовательности:

· возрастающая прогрессия с разностью 3: 1-4-7-10-...;

· убывающая прогрессия с разностью 0,2: 1-0,8-0,6-....

Любой член арифметической прогрессии вычисляется по формуле

а n = а 1 + d(п- 1),

где а 1 - первый член прогрессии; d - разность прогрессии; п - номер взятого члена.

Достоинством рядов предпочтительных чисел, базирующихся на арифмети­ческой прогрессии, является их простота, недостатком - относительная нерав­номерность. Так, в возрастающей арифметической прогрессии с разностью 3 вто­рой член превышает первый на 300 %, а одиннадцатый больше десятого на 30 %. В результате большие значения следуют друг за другом значительно чаще, чем малые.

Для преодоления этого недостатка используют ступенчато-арифметические прогрессии. Такую прогрессию образуют, например, достоинства монет:

1-2-3-5-10-15-20 коп.,

где разность прогрессии принимает значения 1 и 5. В настоящее время ступенча­тая арифметическая прогрессия находит применение в стандартах на диаметры резьб, размеры болтов, винтов и других деталей машин.

В геометрической прогрессии постоянным остается отношение последующе­го члена прогрессии к предыдущему. Примерами геометрической прогрессии яв­ляются следующие последовательности:

· возрастающая последовательность со знаменателем 1,2: 1-1,2-1,44-1,73-...;

· убывающая последовательность со знаменателем ОД: 1-0,1-0,01-.... Любой член геометрической прогрессии вычисляется по формуле

а n = а 1 q n -1

где а 1 - первый член прогрессии; q - знаменатель прогрессии; п - номер взято­го члена.

Введение современной системы предпочтительных рядов чисел, основанных на геометрической прогрессии, связано с именем французского инженера Шарля Ренара, который разработал спецификацию на диаметры хлопчатобумажных ка­натов для аэростатов с таким расчетом, чтобы их могли изготовлять заранее, неза­висимо от места эксплуатации. Используя преимущества геометрической прогрессии, Ренар взял за основу канат, имеющий определенную массу а в граммах на один метр длины, и построил ряд, приняв знаменатель прогрессии, обеспечи­вающий десятикратное увеличение каждого пятого члена ряда, то есть аq 5 = 10а, откуда = q. Получился следующий числовой ряд: а - 1,5849я - 2,5119а -3,9811а - 6,3096а - 10а. Значения этого ряда были заменены более удобными на практике округленными значениями.

На основе построенного Ренаром ряда, условно обозначенного R5, впоследст­вии были построены ряды R10, R20, R40, которые так и называют - рядами Ренара (табл. 17.1).

В результате многолетнего производственного опыта было установлено, что для удовлетворения нужд производства достаточно положить в основу построе­ния рядов предпочтительных чисел геометрические прогрессии со знаменателя­ми, приведенными в таблице.

Таблица 17.1. Геометрические прогрессии, положенные в основу рядов Ренара

Ряды R5, R10, R20, R40 называются основными рядами, а ряды R80, R160 -дополнительными.

При построении рядов предпочтительных чисел соблюдается один из основ­ных принципов стандартизации - принцип предпочтительности. Соблюдение принципа предпочтительности позволяет добиться разумного сокращения при­меняемой номенклатуры стандартных объектов. При выборе того или иного ряда учитываются интересы не только потребителей, но и изготовителей про­дукции. Частота параметрического ряда должна быть оптимальной: слишком «густой» ряд позволяет максимально удовлетворять нужды потребителей, од­нако при этом чрезмерно расширяется номенклатура продукции, распыляется ее производство, что приводит к большим производственным затратам. Поэто­му ряд R5 является более предпочтительным по сравнению с рядом R10, а ряд R 10 предпочтительнее ряда R 20.

В области радиоэлектроники в качестве руководящего документа Междуна­родной электротехнической комиссией принята Публикация 63 «Ряды предпоч­тительных величин для резисторов и конденсаторов», предусматривающая си­стему предпочтительных чисел в виде рядов E3, Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192

(табл. 17.2). Принцип построения указанных рядов аналогичен принципу, поло­женному в основу построения рядов Ренара.

Таблица 17.2. Принципы построения рядов предпочтительных чисел в радиоэлектронике

Стандартизуемые и нормируемые параметры могут иметь разный характер, но при выборе их номинальных значений из рядов предпочтительных чисел зна­чительно легче согласуются между собой изделия, предназначенные для работы в одной технологической цепочке или являющиеся объектами технологического процесса. Например, принято использование транспортных и грузоподъемных средств в расчете на массы грузов, построенные по ряду R5 (грузоподъемность железнодорожных вагонов 25, 40, 63 и 100 т, вместимость контейнеров - 250, 400, 630, 1000 кг, масса ящиков - 25, 40, 63, 100 кг, масса коробок или банок -250, 400, 630 и 1000 г).

Система предпочтительных чисел является теоретической базой стандартизации. Размеры деталей и соединений, ряды допусков, посадок и другие геометрические параметры изделий, а также параметры, отражающие функциональные свойства сборочных единиц, механизмов и машин общетехнического применения (подшипники, редукторы, электродвигатели, номиналы резисторов и конденсаторов и др.), целесообразно упорядочить и делать общими для всех отраслей промышленности, где эти изделия применяются. Применение упорядоченных чисел, представляющих собой ряды предпочтительных чисел, позволяет сократить номенклатуру типоразмеров изделий, создать условия для взаимозаменяемости, широкой унификации деталей и узлов и способствовать агрегатированию, а также выбирать рациональные параметры процессов производства.

Применение рядов предпочтительных чисел представляет собой параметрическую стандартизацию, которая позволяет получить значительный эффект на всех стадиях жизненного цикла изделий (проектирование, изготовление, эксплуатация и др.). Стандартами параметров охватывается большой диапазон характеристик: материалы, заготовки, размерный режущий инструмент, оснастка, контрольные калибры, узлы по присоединительным размерам, номиналы резисторов и конденсаторов, выходные параметры электродвигателей и многое другое, что используется в той или иной отрасли промышленности.

Ряды предпочтительных чисел, применяемые в стандартизации, строятся на базе математических закономерностей. Наибольшее распространение получили ряды предпочтительных чисел представленные в ГОСТ 8032-84, который разработан на основе рекомендаций ИСО.

Стандартом установлены четыре основных десятичных ряда предпочтительных чисел R5, R10, R20, R40. В технически обоснованных случаях допускается применение двух дополнительных рядов R80 и R160.

Ряды построены по правилу геометрической прогрессии. Она представляет собой ряд чисел с постоянным отношением двух соседних чисел - знаменателем прогрессии Q. Каждый член прогрессии является произведением предыдущего члена на Q.

Пример. Для каждого вида допусков формы и расположения поверхностей согласно ГОСТ 24343-81 установлено 16 степеней точности. Числовые значения допусков от одной степени к другой изменяются с коэффициентом возрастания 1,6, т.е. в соответствии с рядом R5.

Основанием этих рядов является число, состоящее из цифр 1 и 0, таким образом, они являются бесконечными как в сторону малых, так и в сторону больших значений, то есть допускают неограниченное представление чисел в направлении увеличения или уменьшения.

Номер ряда предпочтительных чисел указывает на количество членов ряда в десятичном интервале, например, свыше 1 до 10 включительно. Число 1,00 не входит в десятичный интервал как завершающее число предыдущего десятичного интервала, т.е. свыше 0,10 до 1,00 включительно.

Допускается образование специальных рядов путем отбора каждого второго, третьего или n-го числа из существующего ряда. Так образуется ряд R10/3, состоящий из каждого третьего значения основного ряда, причем начинаться он может с первого, второго или третьего значения, например: R10/3 может состоять из чисел 1,00; 2,00; 4,00; 8,00 или R10/3 1,25; 2,50; 5,00; 10,00 или R10/3 1,60; 3,15; 6,30; 12,50. Можно составлять специальные ряды с разными знаменателями геометрической прогрессии в различных интервалах ряда.

Ряды предпочтительных чисел имеют ряд свойств, наличием которых объяснятся их широкое применение в стандартизации. Эти свойства позволяют переходить от стандартизации линейных величин к площадям, объёмам, энергетическим параметрам (производительности, мощности и др.).

Основные свойства предпочтительных чисел:

• 1) каждый последующий ряд содержит числа предыдущего ряда;
• 2) произведение 2-х чисел рядов является числом, содержащимся в рядах, т.е. предпочтительным, что позволяет стандартизовать площади;
• 3) произведение 3-х чисел ряда является числом, содержащимся в рядах, т.е. предпочтительным, что позволяет стандартизовать объёмы;
• 4) начиная с ряда R10, в рядах содержится число 3,15 близкое к числу р, что позволяет стандартизовать длину окружностей, площадь кругов и объём цилиндров;
• 5) произведение или частное любых членов ряда является, с учётом правил округления, членом ряда, это свойство используется при увязке между собой стандартизованных параметров в пределах одного ряда предпочтительных чисел.

Согласованность параметров является важным критерием качественной разработки стандартов. В радиоэлектронике применяют предпочтительные числа с другими знаменателями геометрической прогрессии и образуют ряды Е, установленные Международной электротехнической комиссией (МЭК), приведенные в таблице. При стандартизации иногда применяют ряды предпочтительных чисел, построенные по арифметической прогрессии. Арифметическая прогрессия положена в основу образования рядов размеров, например, в строительных стандартах. Встречаются ступенчато-арифметические ряды, у которых на отдельных отрезках прогрессии разности между соседними членами различны.

Обозначения и знаменатели основных рядов предпочтительных чисел

Производство новых видов изделий, например: машин, телекоммуникационного оборудования, измерительных приборов и др. может привести к выпуску излишне большой номенклатуры изделий, сходных по назначению и незначительно отличающихся по конструкции и размерам. Рациональное сокращение числа типов и размеров изготовляемых изделий, унификация и агрегатирование комплектующих позволяет значительно снизить себестоимость продукции.

Снижение затрат достигается при одновременном повышении серийности, развитии специализации, межотраслевой и международной кооперации производства, что достигается разработкой стандартов на параметрические ряды однотипных изделий. Удовлетворение спроса рынка и обеспечение качества остаётся при этом главным условием. Любое изделие характеризуется параметрами, отражающими многообразие его свойства, при этом существует некоторый перечень параметров, который целесообразно стандартизовать. Номенклатура стандартизуемых параметров должна быть минимальной, но достаточной для оценки эксплуатационных характеристик данного типа изделий и его модификаций.

Главным называют параметр, который определяет важнейший эксплуатационный показатель изделия. Главный параметр не зависит от технических усовершенствований изделия и технологии изготовления, он определяет показатель прямого назначения изделия.

Пример. Главным параметром средства измерений может быть диапазоном измерения.

Главный параметр принимают за основу при построении параметрического ряда. Выбор главного параметра и определение диапазона значений этого параметра должны быть технически и экономически обоснованы, крайние числовые значения ряда выбирают с учетом текущей и перспективной потребности в данных изделиях, для чего проводятся маркетинговые исследования.

Параметрическим рядом является закономерно построенная в определенном диапазоне совокупность числовых значений главного параметра изделия одного функционального назначения и принципа действия. Главный параметр служит базой при определении числовых значений основных параметров, поскольку выражает самое важное эксплуатационное свойство.

Основными называют параметры, которые определяют качество изделия как совокупности свойств и показателей, определяющих соответствие изделия своему назначению.

Для измерительных приборовосновными параметрами могут быть: погрешность измерения, цена деления шкалы и т.д.

Основные и главный параметры взаимосвязаны. Поэтому удобно выражать основные параметры через главный параметр. Например, главным параметром поршневого компрессора является диаметр цилиндра, а одним из основных - производительность, которые связаны между собой определенной зависимостью.

Параметрический ряд называют типоразмерным или просто размерным рядом, если его главный параметр относится к геометрическим размерам изделия. На базе типоразмерных параметрических рядов разрабатываются конструктивные ряды конкретных типов или моделей изделий одинаковой конструкции и одного функционального назначения.

Параметрические, типоразмерные и конструктивные ряды оборудования строятся исходя из пропорционального изменения их эксплуатационных показателей (мощности, производительности и т.д.) с учётом теории подобия. В этом случае геометрические характеристики оборудования являются производными от эксплуатационных показателей и в пределах ряда могут изменяться по закономерностям, отличным от закономерностей изменения эксплуатационных показателей.

Стандарты на параметрические ряды предусматривают производство прогрессивных по своим характеристикам изделий. Такие ряды должны иметь свойства устанавливать внутритиповую и межтиповую унификацию и агрегатирование изделий, а также возможность создания различных модификаций изделий на основе агрегатирования. В большинстве случаев числовые значения параметров выбирают из рядов предпочтительных чисел, особенно при равномерной насыщенности ряда во всех его частях.

В машиностроении наибольшее распространение получил ряд предпочтительных чисел R10. Например, этот ряд установлен для номинальных мощностей электрических машин.

Параметрические и типоразмерные ряды представляют собой ряды изделий, которые обеспечивают выполнение соответствующего их паспортным данным объема работ, с установленными техническими условиями показателями качества, при условии минимизации затрат и получения максимальной прибыли. Таким образом, достигается межотраслевая унификация.

Наименьшее и наибольшее значения главного параметра, а также частоту ряда устанавливают после проведения технико-экономического обоснования, с учётом текущей потребности и будущего увеличения спроса. Кроме того, учитываются достижения науки и техники и возможные в связи с этим перспективы повышения качества данного вида изделий при одновременном снижении стоимости производства.

Параметрическая стандартизация - это деятельность, направленная на выбор и установление целесообразных численных значений параметров, подчиняющихся строго определенной математической закономерности.

Для современного производства характерна широкая номенклатура выпускаемых изделий. В ряде случаев выпуск чрезмерно большой номенклатуры изделий, сходных по назначению и незначительно отличающихся конструктивным исполнением, удорожает их производство, затрудняет унификацию, удлиняет сроки подготовки производства и т. п.

Основой для сокращения номенклатуры и числа типоразмеров производимых изделий являются стандарты на ряды основных параметров (параметрические ряды) этих изделий.

Параметры изделий делятся на основные и главные, причем главные выделяются из числа основных.

Основные параметры определяют характерные конструктивно-технологические и эксплуатационные свойства изделий и процессов.

В качестве главных принимают такие основные параметры, которые отличаются стабильностью при технических усовершенствованиях, не зависят от применяемых материалов и технологии изготовления и наиболее полно характеризуют конструктивно-технологические и эксплуатационные свойства изделий и процессов.

В зависимости от назначения и особенности конструкции изделия может быть один или несколько главных параметров.

Например, для металлорежущих станков главными параметрами будут размеры устанавливаемой заготовки, величина перемещения рабочих органов за один рабочий цикл, размеры рабочей поверхности стола, усилие, развиваемое рабочими органами.

Так как одними главными параметрами нельзя достаточно полно характеризовать изделие, то наряду с главными параметрами для характеристики изделий используются и основные параметры. Применительно к металлорежущим станкам, к основным параметрам, в частности, можно отнести: размеры, определяющие взаимозаменяемость технологической оснастки, частоту вращения или число двойных ходов в минуту, конструктивный вес станка и т. п.

В табл. 2.1 приведены основные параметры, которые установлены на основе анализа большого числа параметрических стандартов машин разного функционального назначения.

Параметрические ряды машин, приборов и других объектов стандартизации рекомендуется строить на базе предпочтительных чисел.

Система предпочтительных чисел и требования, предъявляемые к рядам предпочтительных чисел

Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел являются основанием для выбора величин и градаций параметров всех видов продукции, что позволяет наилучшим образом согласовать и увязать между

2.1. Примеры основных параметров металлообрабатывающего оборудования

Параметры	Характеристика параметров	Примеры
Размерные	Размеры уста па питаемых заготовок	Длина и диаметр заготовок, обрабатываемых на станке
	Величина перемещения рабочих органов за один рабочий цикл	Длина хода ползуна или долбяка станков
	Основные размеры базовых деталей оборудования	Размеры рабочей поверхности стола станка
	Размеры рабочих органов, определяющие основную характеристику оборудования
	взаимозаменяемость	Присоединительные размеры технологической оснастки
Эксплуатационные	Параметры, определяющие возможность использования изделия в определенных производственных условиях	Число ступеней скоростей и подач; габаритные размеры
Энергетические	Мощность; расход электроэнергии	Мощность главного привода; суммарная установленная мощность
	Усилие, развиваемое рабочими органами	Усилие на ползуне гидравлических прессов
	Крутящий момент	Двигатель, муфты
	Маховой момент	Муфты, редуктор
	Частота вращения или число двойных ходов	Частота вращения шпинделя; число двойных ходов ползуна
Параметры, характеризующие производительность	Производительность	Объем снимаемого металла в единицу времени
Параметры массы	Масса изделия	Чистый вес станка

собой изделия, полуфабрикаты, материалы, транспортные средства, технологическое, контрольно-измерительное и другое оборудование.

Использование предпочтительных чисел при конструировании обеспечивает предпосылки для обеспечения взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц, для унификации конструкций машин.

Ряды предпочтительных чисел удовлетворяют следующим требованиям: предоставляют рациональную систему градаций, которая отвечает потребности производства и эксплуатации; являются неограниченными как в направлении уменьшения, так и в направлении увеличения чисел, т. е. допускают неограниченное развитие параметров или размеров в направлении увеличения и направлении уменьшения; включают все десятичные кратные или дробные значения любого числа, а также единицу; являются простыми и легко запоминаются.

Перечисленными свойствами обладают числа, которые являются геометрическими прогрессиями. Ряды таких чисел включают целые степени десяти и имеют знаменатели прогрессии, равные

Основные, производные, ограниченные и составные ряды. Установлено четыре основных десятичных ряда предпочтительных чисел:

Каждый член ряда получают путем умножения предыдущего члена на знаменатель прогрессии (р.

В некоторых технически обоснованных случаях допускается использование дополнительного ряда предпочтительных чисел Д80 - (р = 1,03.

Номер ряда предпочтительных чисел (Д5, Д10, Д20, Д40, Д80) указывает на количество чисел в десятичном интервале (интервал, в котором числа ряда увеличиваются в десять раз). Так, ряд ЛЧО содержит в десятичном интервале 10 чисел.

Например, ряд #5 составляют числа с номерами 0-8-16-24-32-40; ряд #10 числа: 0-4-8-12-16-20-24-28-32-36-40 и т. д.

В ряды предпочтительных чисел входит округленное значение числа л число 3,15 (номер 20 в табл. 2.2). Ошибка округления 0,03 %. Возможность использования этого числа в стандартизации обеспечивает согласование параметров и размеров, связанных не только линейными, но и степенными зависимостями. Длины окружностей, площади кругов, объемы и т. д. также являются предпочтительными числами.

В соответствии с рекомендациями ИСО/Р497 "Руководство по выбору рядов предпочтительных чисел", содержащих более округленные значения предпочтительных чисел, допускается использовать в технически обоснованных случаях более округленные значения чисел, входящих в основной ряд, путем применения рядов первой (#") и второй (А*") степени округления.

Производные ряды предпочтительных чисел. Производные ряды предпочтительных чисел используются в практике тогда, когда ни одна градация основных рядов не удовлетворяет поставленным требованиям.

Производные ряды образуются из основных (или дополнительных) путем отбора каких-либо членов из основного ряда. В обозначении производного ряда после наклонной черты указывается порядковый номер систематически отбираемого из ряда члена. Например, ряд #20/2 состоит из каждого второго значения основного ряда, причем начинаться он может с любого значения.

Ограниченные ряды предпочтительных чисел. Если основной или дополнительный ряд предпочтительных чисел ограничены сверху или снизу, то такие ряды называются ограниченными. Например:

#20(100-250) - основной ряд #20, ограниченный членом 100 в качестве нижнего предела и членом 250 в качестве верхнего предела;

/220(1, 6...) - основной ряд #20, ограниченный членом 1,6 в качестве нижнего предела и неограничен в направлении увеличения;

#20(...160...) - основной ряд #20 с обязательным включением в него члена 160, но неограниченного с обеих сторон.

По аналогии обозначаются ограниченные производные ряды. Например, #20/4(100-250) - производный ряд, полученный путем отбора каждого пятого члена основного ряда R20 и ограниченный числом 100 в качестве нижнего предела и числом 250 в качестве верхнего предела.

В электротехнике используются ряды предпочтительных чисел, отличающиеся от рассмотренных выше. Международная электротехническая комиссия (МЭК) установила предпочтительные числа по рядам £3, £б, £12, £24, £48, £96 и £192 (табл. 2.3). Наиболее широкое применение имеют первые четыре ряда.

Ряды £ построены на базе геометрической прогрессии со

В горном машиностроении

Они разрабатываются с целью устранения нежелательной и необоснованной многотипности, повышения серийности и на этой основе улучшения качества и снижения стоимости технологических машин, установок и оборудования.

Типаж – совокупность технологических машин, представляющая экономическую целесообразность и минимальную номенклатуру, обеспечивающую потребность отрасли в них.

Параметрический ряд – числовое значение одного или нескольких параметров, характеризующих главные эксплуатационные показатели и однозначно определяющих размеры машин.

Основой установления параметрического ряда типажных машин является система предпочтительных чисел. Многолетняя практика показала, что наилучший ряд параметров - геометрическая прогрессия (ГОСТ 8032-56).

В настоящее время типажи утверждены и повсеместно применяются на все виды горного транспорта (электровозы, вагонетки, ленточные и скребковые конвейеры), погрузочные и погрузочно-доставочные машины, экскаваторы, карьерные самосвалы и т.д.

На основании типажей разработаны и утверждены стандарты , которые регламентируют важнейшие параметры машин (производительность, габариты, масса, тип привода). Стандарты имеют следующие категории: международные (СТ СЭВ), государственные (ГОСТ), республиканские (СТБ), отраслевые (ОСТ) и стандарты предприятий (СП) а также технические условия (ТУ).

Внедрение стандартов способствует сокращению номенклатуры изделий, унификации отдельных составных частей типажных машин, повышению их технического уровня, серийности производства и ремонтопригодности.

Эксплуатационные качества горнодобывающих машин

Горные машины должны наиболее полно отвечать потребностям народного хозяйства и обладать высокими эксплуатационными показателями. Наиболее существенные из них можно разделить на три группы :

· Технологические , т.е. приспособленность машины к выполнению определенных видов работ;

· Технико-экономические , определяющие производительность и экономичность выполняемой работы ;

· Общетехнические – обеспечивающие комфорт водителю и его безопасность.

Технологические качества – это ряд свойств, связанных с проходимостью, возможностью обеспечения определенных параметров работ и маневренностью.

Оценочные показатели проходимости : давление в пятне контакта движителя с грунтом, деформация грунта, запас мощности двигателя на передвижение, дорожный просвет (клиренс), тип и конструктивные особенности движителя;

Возможность обеспечения определенных параметров выполняемых работ можно характеризовать, например, глубиной фрезерования, грузоподъемностью, высотой разгрузки и другими параметрами в зависимости от назначения машины.

Главными параметрами маневренности являются: радиус и угловая скорость поворота, ширина полосы движения на повороте в рабочем и транспортном положениях исполнительных механизмов.

Технико-экономические – это производительность и экономичность.

Производительность характеризуется объемом выполненной работы за единицу времени при соблюдении заданных технических условий на данную технологическую операцию . Различают теоретическую (конструктивную), техническую и эксплуатационную производительности.

Теоретическая производительность – это количество полезной работы,которую могла бы выполнить машина, при определенных расчетных условиях, принятых разработчиком и указанных в техпаспорте измеряется количественным показателем выполненной работы в секунду (м 3 /с, кг/с, шт/с). Она зависит от мощности двигателя, диапазона тяговых усилий и скоростей, типа рабочих органов.

Техническая – это фактическая производительность машины в час , которую она может показать в определенных условиях без учета простоев на коротких отрезках времени (м 3 /час, кг/час, шт/час).

Эксплуатационная - фактическая производительность, учитывающая халастые проходы а также простои машины по техническим и организационным причинам; как правило, характеризуется условным объемом выполненной работы или произведенной продукции за смену или за сутки, в месяц или в год .

С учетом вышеприведенных определений для одной и той же машины, выполняющей одинаковую работу наибольшее значение всегда имеет теоретическая производительность, несколько меньше – техническая и далее по убывающей – эксплуатационная.

Экономичность определяется себестоимостью выполненных работ или себестоимостью выпущенной продукции и зависит от надежности, энергоемкости, материалоемкости, стоимости обслуживания и ремонтных работ, а также расходов на оплату труда машиниста или бригады обслуживания.

Общетехнические качества связаны с обеспечением удобства управления, простоты обслуживания, санитарно-гигиенических условий, безопасности работы водителя и оцениваются по уровню шума, вибрациями, запыленностью, загазованностью, микроклиматом в кабине, готовностью к работе.

Современные машины должны соответствовать также требованиям технической эстетики (дизайн) .

НАДЕЖНОСТЬ ГОРНЫХ МАШИН

Основные понятия надежности (ГОСТ 13377-75)

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций при соблюдении заданных условий эксплуатации.

Теория надежности включает семь разделов: математическая теория надежности; надежность по отдельным критериям отказов («физика отказов»); расчет и прогнозирование надежности; мероприятия по повышению надежности; контроль надежности (испытания, статистический контроль, организация наблюдений) и техническая диагностика; теория восстановления; экономика надежности.

Обобщенными объектами в теории надежности выступают:

Изделие – единица продукции, выпускаемая данным предприятием-изготовителем (экскаватор, конвейер, буровой станок, фреза, резец и т.д.).

Элемент – любое изделие, надежность которого изучается как единого целого независимо от его структуры и устройства.

Система – совокупность совместно действующих элементов, выполняющих заданные функции, при этом надежность данного изделия определяется в зависимости от надежности составных частей (элементов).

Понятия элемента и системы трансформируются в зависимости от поставленной задачи. Рабочий орган, например, при установлении его собственной надежности рассматривается как система, состоящая из отдельных элементов – привода, фрезы и деталей, а при изучении надежности горной машины - это элемент, аналогично входящим в нее двигателю, раме, движителю, кабине с органами управления.

Изделия делят на невосстанавливаемые , которые не могут быть восстановлены на предприятии-потребителе и подлежат полной замене; и восстанавливаемые, которые подлежат восстановлению потребителем путем ремонта и заменой отдельных элементов. В горных машинах, как правило, к невосстанавливаемым изделиям относятся исполнительные элементы рабочих органов (резцы, зубцы, штифты и т.п.) а также стандартные изделия массового производства (крепежные детали, манжеты, подшипники и т.п.).

Надежность характеризуется следующими состояниями и событиями:

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции, выдерживая эксплуатационные параметры в пределах, указанных в технической документации.

Исправность – состояние изделия, при котором оно удовлетворяет не только основным, но и вспомогательным требованиям. Исправное изделие обязательно работоспособно.

Неисправность – состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований из технической документации. Различают неисправности, не приводящие к отказам, и неисправности и их сочетания, приводящие к отказам.