8.1. Взаємозамінність та її види

Організація виробництва механізмів, вузлів, деталей суден та їх ремонт ґрунтуються на принципах взаємозамінності та стандар­тизації.

Перші згадки про стандартизацію і взаємозамінність відносяться до стародавніх віків. Так у стародавньому Єгипті при будівництві різних споруд використовувалася цегла постійного розміру, коли для контролю цегли була створена особлива служба.

При будівництві Вавилонської вежі було використано 85 млн цеглин, які мали однакову форму і розміри. Глазурована блакитна цегла для облицювання верхнього 15-метрового поверху вежі була виготовлена не тільки з урахуванням постійного розміру, але й одного кольору, тобто цегла, розчин і колір глазурі були суворо стандартизовані.

Стародавні римляни застосовували принципи взаємозамінності при будівництві водопроводу. Одночасно було встановлено єдині вимоги до розміру діаметру водопровідних труб. Використовувалися труби діаметром у п’ять пальців, що складало 95 мм. Порушення цих вимог суворо каралися, аж до смертної кари.

Розвиток ремесел у середні віки вже зумовило більш широке застосування принципів взаємозамінності.

Тільки завдяки застосуванню принципів взаємозамінності виникли типографські способи книгодрукування (встановлення певних форматів друкованих аркушів та розмірів друкарських пристроїв). Літери також почали виготовляти однієї висоти і з урахуванням взаємо­замінності.

У XV столітті у Венеції було застосовано поточний метод будів­ництва вантажних і військових кораблів. На одноманітні корпуси кораблів, які рухалися на плаву по вузькому каналу, послідовно встановлювалось обладнання з деталей суворого розміру: мачти, рулі, паруси та інші вироби. Такий метод будівництва передбачав високу ступінь одноманітності різних елементів корпуса судна, пристроїв та обладнання і міг бути здійснений тільки завдяки застосуванню взаємозамінності.

У XVIII столітті за зразками, затвердженими Петром I, було побудовано серії кораблів з однаковими розмірами, щоглами, устаткуванням і спорядженням. Це дало можливість витримувати як однакові розміри елементів конструкцій кораблів, так і єдиний рівень їх якості, та в короткі строки створити російський флот.

Виробництво деталей суден засновано на спеціалізації та коопе­руванні заводів. У цих умовах якість кінцевого виробу залежить від матеріалів, заготовок, вузлів, одержаних за кооперацією. Взаємна ув’язка вимог до якості виробу може здійснюватися тільки шляхом комплексної стандартизації та взаємозамінності.

Суднобудівельники намагаються створювати деталі суден та кораблів, приладів і механізмів взаємозамінними, тобто такими, щоб їх було легко замінювати при зборці та ремонті.

Взаємозамінність - це властивість незалежно виготовлених виробів забезпечувати можливість використання одного виробу замість іншого без додаткової обробки зі зберіганням заданої якості виробу, до складу якого він входить, працездатного стану та надійності. До взаємозамінних виробів належать, наприклад, судові плунжерні пари, кришки робочих циліндрів двигунів, електро- і радіотехнічне обладнання, підшипники ковзання, деталі різьбових з’єднань та ін.

Надійність [ДСТУ 2860-94] - властивість об’єкта зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характе­ризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання і транспортування.

Примітка. Надійність є комплексною властивістю, що, залежно від призначення об’єкта та умов його застосування, може містити в собі безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність та збережу- ваність чи повні поєднання цих властивостей.

Працездатний стан [ДСТУ 2860-94] - стан об’єкта, який характеризується його здатністю виконувати усі потрібні функції.

Види взаємозамінності показано на схемі (рис. 8.1):

Повна взаємозамінність забезпечує задані показники якості без додаткових підгінних операцій при складанні під час виготовлення або ремонту суден та їх вузлів. Така взаємозамінність спрощує ремонт суден, оскільки будь-яка деталь чи вузол, що зносилися, замінюються запасними. Економічно доцільним є застосування взаємозамінності для деталей, точність яких нижча за п’ятий квалітет, а також для вузлів, що складаються з невеликої кількості деталей.

Неповна взаємозамінність - це груповий підбір деталей. Деталі сортують за розмірами на ряд груп, а потім при збірці використовують деталі визначеної групи. Вказаним методом виробляють збірку підшипників ковзання, поршневі пальці з поршнем двигунів, плунжера з гільзою паливного насосу та інших з’єднань.

За методом неповної взаємозамінності ведуть збірку в межах даного виробництва.

При зовнішній взаємозамінності має місце безпідгонна збірка тільки за приєднувальними розмірами (стартерний електричний двигун, ДВЗ, синхронний електричний генератор, головки вимірю­вальних пристроїв та ін.). Зовнішня взаємозамінність є основою виконання агрегатного методу ремонту, який сприяє збільшенню часу експлуатаційного періоду суден. Замість демонтованих об’єктів встановлюють нові або раніше відремонтовані.

При внутрішній взаємозамінності усі елементи, які входять до виробу, характеризуються вищевказаною властивістю. Наприклад, взаємозамінність шариків або роликів підшипників кочення, вузлів валів коробки зміни передач.

З метою підвищення вимог до якості деталей суден, останнім часом упроваджують нову, більш прогресивну форму взаємозамінності, яка має назву функціональна. Вона передбачає повну взаємозамінність не тільки за геометричними розмірами виробів, але і за функціо­нальними показниками (наприклад, за хімічним складом, фізико- механічними, електричними та магнітними властивостями). Функ­ціональна взаємозамінність забезпечує оптимальні показники роботи деталей суден, їх низьку вартість та високу надійність.

Функціональну взаємозамінність потрібно створити з моменту проектування судна чи вузла. Для цього уточнюються номінальні значення експлуатаційних показників і визначаються допустимі відхилення від них. Потім встановлюють основні вузли і деталі, від яких, насамперед, залежать дані показники. Для цих вузлів і деталей застосовують такі матеріали й технологію виготовлення, щоб надійність, довговічність та інші показники були оптимальними. Після цього виявляють функціональні параметри і встановлюють оптимальні відхилення. Для впровадження функціональної взаємозамінності важливого значення набувають методи і засоби, які застосовують та розробляють для контролю деталей, вузлів, механізмів.

Принцип функціональної взаємозамінності є одним із головних принципів конструювання і виробництва, контролю та експлуатації різноманітних суден, машин і вузлів.

Від значень і коливань функціональних параметрів залежать експлуатаційні показники виробів. Наприклад, зміна величини зазору між поршнем і гільзою змінює потужність двигунів.

Для функціональної взаємозамінності важливо забезпечувати взаємозамінність вихідної сировини або матеріалу, заготовок або напівфабрикатів. Велике значення має також взаємозамінність заготовок за розмірами міжопераційних посадочних поверхонь.

Принцип функціональної взаємозамінності є одним із важливіших принципів конструювання, виробництва, контролю, експлуатації та ремонту виробів.

Неоціненне значення має взаємозамінність під час судноремонту. Вона сприяє прискоренню та здешевлюванню ремонту, нерідко зводячи його до простої заміни зношених або пошкоджених виробів (деталей) запасними. Так, наприклад, у роки Великої Вітчизняної війни за короткий проміжок часу було виконано ремонт торпедованого крейсера «Червона Україна», в якому було пошкоджено гребний вал. Він був відрихтований на плаву із виконанням заміни підшипників.