Мы в большом зало конструкторского бюро машиностроительного завода. Рядами стоят наклонные чертежные доски с чертежными комбайнами. Возле каждой доски – письменный столик конструктора и шкафчик для книг, справочников, альбомов и чертежей. Лампы дневного спета ровно, без тени освещают рабочие места. Стоя у доски или склонившись над письменным столом, работают конструкторы. К залу примыкают библиотека проектных материалов, архив чертежей, фотолаборатория и светокопировальная мастерская, размножающая чертежи.

В конструкторском бюро идет напряженная работа. Через несколько дней будут рассматриваться варианты эскизных проектов новой машины, которая должна заменить существующую.

Но почему заменить? Разве та машина, которую завод строит в течение ряда лот, плохая? Казалось бы, легкая, компактная, быстрая в работе, она еще совсем недавно в руках машинистов-новаторов ставила рекорды производительности. Но время шло; народное хозяйство развивалось, и то, что недавно было лучшим, а вчера – хорошим, сегодня уже не удовлетворяет непрерывно растущих потребностей страны.

Внедрение новейшей техники, создание все более эффективных и высокопроизводительных машин – это путь прогресса, путь дальнейшего подъема производительных сил нашей страны, одно из условий, обеспечивающих движение к коммунизму.

Созданию новой машины предшествует большой и сложный труд целого коллектива конструкторов. Прежде всего нужно разработать чертежи будущей машины, затем – изготовить пробные образцы ее, испытать их и «довести», т. о. устранить все недостатки, выявившиеся при испытании.

Работа конструкторов требует очень большой тщательности и всесторонней предусмотрительности. Ведь завод в течение ряда лет выпускал ныне существующую машину. Производство ее было хорошо налажено. Теперь надо прекратить ее выпуск и приступить к производству совершенно новой (или значительно обновленной) конструкции. И не только заводскому коллективу нужно будет перестроить свою работу. Осваивать новую машину предстоит и всей армии механиков, машинистов и водителей, которые получат ее в эксплуатацию.

Как видите, внедрение новой техники связано с затратой большого труда и больших средств. Значит, работа по созданию новой машины должна быть организована таким образом, чтобы технический и экономический результаты от ее внедрения были возможно большими, а издержки и просчеты – наименьшими. Конструкторское бюро – это творческий, хорошо спаянный коллектив. У каждого его члена хорошая инженерная подготовка; все работают с четким разделением труда, но с единой общей целью: создавать хорошие машины.

Работа над новой машиной начинается с составления проектного задания или технических требований. Если нет достаточных материалов для расчета и проектирования машины, приступают к экспериментальным исследованиям новых элементов или процессов. Но вот необходимые «исходные» данные собраны. Конструкторы начинают разрабатывать эскизный проект. В проекте не входят в детали, а решают такие принципиальные вопросы, как конструктивная компоновка машины, ее внешний вид, основные размеры, кинематическая схема . Подсчитывается мощность машины, ее вес, уточняется характеристика рабочих режимов, производительность и т. п.

Для сопоставления предложений и выбора лучшего обычно делают несколько вариантом эскизных проектов, подкрепленных технико-экономическими расчетами. Если их делают несколько конструкторов или коллективов, обсуждение проектов без «боя» и острой дискуссии не обойдется. Проекты станут сравнивать между собой по затрате материалов, энергии, труда и денег на единицу продукции, выпущенной будущей машиной. Учтут технологичность ее конструкции, т. е. простоту изготовления, проверят, удобно ли ею управлять, легко ли «ухаживать» за ней во время работы. Если производительность новой машины и другие ее показатели значительно выше, чем у старых машин, и затраты на ее внедрение в производство окупятся достаточно быстро, то проект ее обязательно примут «к реализации». Из каких же источников конструкторы станков, автомобилей, строительных машин, самолетов, тепловозов и множества других машин черпают материалы для создания новых конструкций? Новые пути им открывают наука и практика. Ведь каждая область техники опирается на развитие определенных отраслей науки. Развитие аэродинамики околозвуковых и сверхзвуковых скоростей движения самолета, газо- динамики и теории реактивных двигателей, науки о высококачественных, легких и прочных сплавах послужило основой для создания замечательных советских реактивных самолетов и ракет.

Развитие советской науки о резании металлов, подкрепленное практическими достижениями новаторов производства, развитие машиноведения и автоматики стало основой для создания высокопроизводительных металлообрабатывающих станков – автоматов и автоматических линий.

Само собой разумеется, что для использования новейших достижений науки или проведения при необходимости самостоятельных научных изысканий конструктор должен всегда быть в курсе всего нового, что происходит в той или иной области знаний, должен следить за научно-технической литературой по интересующим его вопросам.

Рис. 1. Ковши экскаватора с зубьями и со сплошной выступающей полукруглой кромкой.

А что дает конструктору практика? Практика, т. е. производство и эксплуатация, – это прежде всего «заказчик» и одновременно самый строгий судья всей работы конструктора. Только реальные факты, т. е. результаты работы машины, могут служить основанием для хорошей или плохой оценки трудов конструктора. Вот почему самые знаменитые и заслуженные наши конструкторы так внимательно прислушиваются к мнению летчика, токаря, экскаваторщика, водителя автомашины, машиниста тепловоза и других людей, работающих на новых машинах.

Конструкторы работают обычно по двум направлениям. Во-первых, они создают совсем новые машины, гораздо более эффективные, чем существующие. Таковы, например, турбобуры, заменившие станки вращательного бурения, турбореактивные самолеты, вытесняющие винтомоторные, и т. д. Это поистине революционное обновление техники.

Во-вторых, конструкторы повседневно трудятся над обновлением и совершенствованием уже существующих машин. Этот на первый взгляд скромный труд очень важен. Ведь таких машин многие тысячи, и их совершенствование приносит большую пользу.

Попробуем проследить за работой конструктора над усовершенствованием экскаватора строительного типа, который широко применяется в самых разнообразных отраслях народного хозяйства.

До последнего времени ковш на таких экскаваторах имел прямоугольную форму с зубьями. Но исследования показали, что если вместо него поставить ковш с полукруглым днищем и выступающей вперед- полукруглой режущей кромкой, то усилие, необходимое для копания грунта, уменьшается в 1,5 раза. А тот же экскаватор сможет работать с ковшом значительно большей емкости и будет намного производительнее прежнего (рис. 1).

В старом экскаваторе очень быстро изнашивались муфты сцепления и тормоза. Исследования показали, что, если применить новую муфту сцепления и пневматическое управление, можно повысить скорость движения механизмов экскаватора и сократить продолжительность цикла его работы (цикл экскаватора – это повторяющийся процесс: копание – подъем ковша – поворот – разгрузка ковша – обратный поворот для нового копания). А сокращение продолжительности цикла даже на 1-2 сек. увеличивает часовую производительность машины на 3-5%.

Исследования также показали, что на быстроходном валу приводного механизма экскаватора выгодно поставить маховик. Он будет набирать кинетическую энергию в тот период цикла, когда экскаватор мало нагружен, и отдавать энергию машине в момент «пиковой» нагрузки – при копании. В результате на экскаваторе можно будет поставить двигатель значительно меньшей мощности. Таким образом, применив ковш новой формы, новые муфты сцепления и установив на экскаваторе маховик, конструкторы, опираясь на научные исследования, нашли большие резервы для увеличения производительности машины и уменьшения мощности двигателя.

Рис. 2. Типизация узлов и механизмов экскаватора:

1 – дизель; 2 – электродвигатель; я – колесная тележка; 4 – шасси автомобиля; 5 – гусеничная тележка; 6 – болотные гусеницы; 7 – прямая лопата; 8 – крановая стрела с крюком; У – обратная лопата; 10 – грейфер; 11 – стрела и ковш драглайна; 12 – струг; 13 – засыпатель траншей; 14 – корчеватель; 15 – копер.

Были найдены также пути для уменьшения веса машины и удешевления ее стоимости, а значит, и для снижения стоимости той «продукции», которую будет вырабатывать машина. Первая задача была решена применением более современных и точных методов расчета деталей машины на прочность, причем деталям были приданы более совершенные конструктивные формы. На снижение стоимости машины больше всего повлияла проведенная конструкторами работа по типизации узлов экскаватора. Типизация значительно увеличивает повторяемость одинаковых механизмов и узлов, т. е. она создает благоприятные условия для организации крупносерийного производства и снижения стоимости машины.

Народному хозяйству нужны разные экскаваторы: с двигателями внутреннего сгорания и с электрическими двигателями, с прямой и обратной лопатой, драглайны, монтажные краны, грейферные краны для погрузки сыпучих материалов, планировщики откосов. В зависимости от условий, в которых работает экскаватор, ему необходима гусеничная или колесная тележка. Если же машину надо часто перебрасывать с одного участка на другой, ее лучше всего поставить на шасси автомобиля. При наличии двух типов силовых установок, четырех типов тележек для передвижения экскаватора и десяти видов сменного рабочего оборудования завод сможет выпускать экскаватор в 72 различных сочетаниях его типовых узлов и механизмов (рис. 2).

У экскаваторов разной сборки 60% их деталей будет повторяться во всех видах этой машины.

Типизация узлов машины имеет большое значение для выпускающего ее завода. Но еще большее значение она имеет для потребителя. Вот пример: строительная организация, обслуживающая нужды сельского хозяйства, приобрела наш экскаватор с комплектом сменного оборудования. Поставив на экскаватор прямую лопату, строители работают с ним на карьере: добывают строительные материалы, копают котлованы. Поставив обратную лопату, копают траншеи для прокладки водопровода или газопровода. Поставив оборудование драглайна, углубляют и расширяют колхозный пруд. С помощью корчевателя пней расчищают строительную площадку. А кран помогает возводить из сборного железобетона здание колхозной фермы.

Примеров работы конструкторов над различными машинами можно привести очень много.

Типизация узлов получила широкое распространение во многих отраслях машиностроения. Так, «семейства» металлообрабатывающих станков проектируются с применением типовых узлов (агрегатов). Это дает возможность, наладив изготовление таких агрегатов, быстро собирать из них станки различного назначения: токарные, фрезерные, сверлильные и др.

Но вернемся к нашей машине. В эскизный проект уже внесены необходимые исправления, проект утвержден, и конструкторское бюро приступает к разработке технического и рабочего проекта.

Окончательно выбирается силовое и ходовое оборудование будущей машины; определяется ее мощность; делается расчет устойчивости машины и тяговый расчет; разрабатываются все конструктивные чертежи отдельных механизмов, узлов и деталей, рассчитывается прочность всех частей и деталей машины. И тут конструктор попадает, что называется, «между двух огней»: сделаешь детали для надежности излишне прочными – машина станет тяжелой и ее забракуют. Если же в погоне за снижением веса слишком облегчишь детали, они будут ломаться. Как же сочетать требование прочности со снижением веса машины, надежность ее с экономией труда и металла?

Этого можно достигнуть лишь при хорошем знании законов теоретической механики, теории машин и механизмов, науки о сопротивлении материалов, металловедения. Кроме того, конструктор должен владеть мастерством конструктивной компоновки, т. е. уметь так размещать узлы и детали в машине, придавать им такую целесообразную форму, которая обеспечивала бы наибольшую прочность их при наименьшем весе.

Выполняя детальные чертежи, конструктор должен правильно назначать классы точности и чистоты обработки деталей. Это очень ответственная часть работы. Если он необоснованно завысит требования к точности и чистоте обработки, детали обойдутся очень дорого – как говорят производственники, станут «золотыми». Если же конструктор, наоборот, назначит слишком свободные посадки, то между сопряженными деталями возникнут большие зазоры и во время работы машины могут возникнуть толчки и удары, от которых она будет быстро изнашиваться и разрушаться.

При разработке детальных чертежей определяется и технология изготовления отдельных деталей. Ведь от конструкции их во многом будет зависеть выбор способа изготовления: сварки, штамповки, ковки или литья.

Выполнение рабочих чертежей завершается составлением спецификации (списка) деталей, подсчетом веса отдельных узлов и всей машины и целом, составлением сводных ведомостей и заявок на требуемые материалы, на полуфабрикаты и готовые изделия: двигатели, стальные канаты, приборы, шарикоподшипники.

После разработки чертежей всех деталей часто производят контрольную «сборку машины на бумаге», т. с. делают чертежи общего вида машины но готовым чертежам деталей и узлов. Затем, до копировки и размножения чертежей, их подвергают технологическому и нормализационному контролю. Технологический контроль обеспечивает проверку правильности назначения термической обработки деталей, точности изготовления их, чистоты обработки и всех других технологических указаний, сделанных на чертеже. Нормализационный контроль обеспечивает наилучшее использование в проекте стандартов и нормалей.

В заключение составляется краткое описание машины с наглядными чертежами, инструкция по ее сборке или монтажу (в том случае, если машина перевозится в разобранном виде), инструкция по эксплуатации машины. При необходимости составляется также чертеж упаковки машины и погрузки ее в нагон или на платформу.

Наконец, все чертежи размножены и вместе с необходимой проектной документацией переданы в производство. Казалось бы, на этом работа конструктора может считаться законченной. Но нет! Закончен только его труд в конструкторском бюро, за чертежной доской. Начинается новый этап – работа в цехах завода, на испытательном стенде, на заводском полигоне.

Участие конструкторов во всех производственных процессах по изготовлению новой машины обязательно. Когда же машина после заводских испытаний поступает на длительное испытание в реальных условиях, конструкторы продолжают зорко следить за судьбой своего детища.

По окончании всех испытаний в чертежи вносятся необходимые исправления, выпускается пробная партия машин, разрабатывается технология серийного или массового производства, налаживается выпуск машины.

Основная задача конструктора на этом этапе – изучение опыта эксплуатации его машины, результатов научных исследований, проводимых в данной области, освоение зарубежного и отечественного опыта и т. п. Таким образом, у конструктора постепенно накапливается материал, необходимый для периодического улучшения конструкции машины. Ведь он должен быть готов к тому, чтобы через несколько лет создать новую машину, на значительно более высоком техническом уровне, чем предыдущая.

Уже отмечалось, что работа конструкторов в различных областях техники организована по-разному. Одни создают машины, основанные на совершенно новых конструктивных идеях. Другие осуществляют лишь усовершенствование существующих. Одни работают над машинами-гигантами, другие – над точнейшей аппаратурой, но во всех случаях перед советским конструктором стоит задача значительного повышения производительности труда, снижения стоимости продукции и существенного улучшения условий труда рабочих, которые будут обслуживать создаваемую машину.

По материалам книги "Детская энциклопедия".