Рациональное конструирование изделий из древесины
Стоимость изделия определяется затратами на его проектирование и изготовление. На основе анализа функциональных характеристик затраты на изготовление изделия можно разбить на две части: связанные с формированием необходимых функциональных характеристик и не связанные с формированием необходимых характеристик.
Первая часть затрат обоснована, вторая может быть сокращена без ущерба для функциональной характеристики изделия. Причины появления этих затрат различны: завышены показатели прочности, использованы дорогие материалы, применены малоэффективные технологические процессы и т. п. Стоимость материалов в производстве изделий из древесины составляет от 50 до 83%. Стоимость конструкционных материалов, обеспечивающих прочность и надежность изделий, составляет только 30-60% стоимости материалов, используемых для изготовления изделий. Это дает основание к снижению стоимости расходуемых материалов без снижения прочности и надежности изделий. Применение прочностных расчетов и установление обоснованных расчетами конструктивных решений и размеров сечений деталей изделий из древесины позволит снизить затраты на конструкционные материалы в 1,5-2 раза. Это существенный резерв повышения эффективности производства и качества изделий. Действенным инструментом выявления новых источников ресурсов и резервов повышения эффективности производства в народнохозяйственном масштабе является функционально-стоимостный анализ (ФСА). Суть ФСА состоит в том, что на основе тщательного анализа находятся оптимальные соотношения между потребительской стоимостью изделия и затратами на его производство. Изделие рассматривается как комплекс основных и вспомогательных функций при использовании его по назначению. При этом любое конструкторское решение можно подвергнуть сомнению в его оптимальности. Необходимо проанализировать варианты других возможных решений, обеспечивающих предписанные функции изделию. Функциональный анализ связан с экономической оценкой конструктивных решений без снижения качества изделия. Функционально-стоимостный анализ выполняется по комплексной целевой программе, включающей последовательное проведение подготовки, информации, аналитических исследований, творческого анализа экспериментальных исследований, рекомендации и внедрения. В выполнении этой программы участвуют специалисты разных профилей, связанных с проектированием изделий, их производством и эксплуатацией. Функционально-стоимостный анализ изделия выполняется в следующей последовательности: анализируют функции изделия с выявлением важных, второстепенных и ненужных; прорабатывают более экономичные варианты возможных изменений в конструкции и технологии изделий; проводят корректировку конструкции и технологии для повышения технологичности изделий.
Технологичность изделий имеет особо важное значение в обеспечении эффективности современного производства. Вопросы технологичности рассматриваются в 14. Принципы ФСА могут программироваться в систему каталожно-автоматизированного способа проектирования изделий. Практическая обоснованность конструктивных решений с технической стороны достигается прочностными расчетами.
Широкое применение клееных полуфабрикатов, листовых материалов и пластических масс, физико-механические свойства которых гарантируются в определенных пределах, позволяет воспользоваться исходными положениями строительной механики в проведении прочностных расчетов изделий из древесины.
Прочностные расчеты деталей изделий из древесины могут выполняться двумя принципиально различными методами.
1. Методом классической механики, когда размеры деталей устанавливают исходя из допускаемых напряжений. Допускаемое напряжение представляет собой предел прочности, умноженный на коэффициент запаса прочности, который является произведением ряда коэффициентов, учитывающих условия работы, масштабность и т. п.
2. Вероятностным методом, в котором понятие запаса прочности приобретает иной смысл, связанный с понятием надежности - свойством изделия сохранять свои функциональные показатели в заданных пределах в течение требуемого времени. Этот метод более совершенен, но пока еще недостаточно разработан. Здесь учитывается вероятностный характер нагрузок и прочностных характеристик детали, особенно из древесных материалов, вследствие варьирования их механических характеристик. Оказывает влияние также неоднородность технологических режимов изготовления деталей, их размеры и др.
Предел прочности гнутоклееных деталей, например, варьирует в пределах: при сжатии 5-10%, при скалывании 10-18%, при отрыве 10-20%. При расчете элементов изделия исходят из двух ограничений: деталь не должна разрушаться при эксплуатации; деформация детали не должна превышать допускаемые пределы. Учитывая это, ведут расчет на прочность конструкции и на ее деформативность.
Проверка прочности шиповых соединений. Шиповые соединения широко используют при конструировании изделий. Они обеспечивают прочность и надежность конструкции. Прочностные расчеты шиповых соединений сложны, они основываются на ряде допущений. Проверочный расчет прочности шиповых соединений можно выполнить по упрощенной методике, исходя из положений теоретической механики и сопротивления материалов.
Анизотропия и широкая вариация упругопластических свойств древесных материалов усложняют прочностные расчеты при конструировании. В зависимости от требований к изделиям, на основании определенных допущений прочностные расчеты могут носить упрощенный проверочный характер с невысокой степенью вероятности результатов.
