Модернизация клещей автоматических для транспортировки одного рулона листовой стали с грузоподъемностью тридцать пять тонн

Содержание

Введение

1. Анализ литературных источников. цель и задачи ВКР

1.1 Грузоподъемные машины и грузозахватные устройства

1.2 Цель и задачи ВКР

2. Конструкторская часть

2.1 Описание конструкции грузозахватного устройства

2.2 Описание работы грузозахватного устройства

2.3 Расчет и конструирование грузозахватного устройства

2.3.1 Расчет силы сжатия

2.3.2 Расчет кинематики грузозахватного устройства

2.3.3 Расчет оси в сечении А-А

2.3.4 Расчет клещевины в сечении А-А

2.3.5 Расчет серьги в сечении А-А

2.3.6 Расчет оси в сечении Б-Б

2.3.7 Расчет оси губки

2.3.8 Расчет клещевины

2.3.9 Расчет проушины тяг

2.3.10 Расчет оси подвески

2.3.11 Расчет щеки подвески

3. Технологическая часть

3.1 Описание назначения и конструкции детали

3.2 Анализ технологичности конструкции детали

3.3 Выбор способа получения заготовки

3.4 Разработка технологического маршрута обработки

3.5 Выбор типа производства

3.6 Расчет припусков на механическую обработку

3.7 Выбор металлорежущего оборудования

3.8 Выбор станочных приспособлений

3.9 Выбор режущего инструмента

3.10 Выбор инструментальных приспособлений

3.11 Определение режимов резания (табличный метод)

3.12 Техническое нормирование времени операций. Расчет нормы

времени

4. Исследование напряженно-деформированного состояния детали траверса

4.1 Решение линейных задач теории упругости методом

конечных элементов

4.2 Использование трёхмерных моделей для расчёта изделий методами имитационного моделирования

4.3 Расчет напряженно - деформированного состояния детали

«Траверса» в среде APM WinMachine

5. Организационно-экономическая часть

5.1 Оценка затрат на проведение модернизации

5.2 Анализ структуры затрат на производство траверсы по

базовой технологии и по проектируемой

5.2.1 Расчет материальных затрат

5.2.2 Расчет затрат на оплату труда

5.2.3 Расчет затрат на амортизационные отчисления

5.2.4 Расчет прочих затрат

5.2.5 Сравнительный анализ структуры затрат базовой

технологии и проектируемой

5.3 Определение эффективности предлагаемой технологии

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1 Анализ безопасности и условий труда при эксплуатации крана

6.2 Меры по обеспечению безопасных и здоровых условий

труда при эксплуатации крана

6.3 Расчёт заземления крана

6.4 Меры по охране окружающей среды

6.5 Меры пожарной безопасности на производстве

Заключение

Список используемых источников

Приложения

Введение

Создание и развитие технологических агрегатов и установок, представляющих собой сложные комплексы, немыслимо без одновременного совершенствования существующего и разработки нового, в большинстве случаев уникального, механического оборудования, повышения его производительности, надежности, долговечности и эффективности, решения вопросов автоматизации технологических процессов и механизации тяжелых и трудоемких работ.

Подъемно-транспортные машины являются наиболее эффективным и доступным средством механизации. Особенно эффективно применение подъемно-транспортных машин для комплексной механизации производства, когда механизируются и связываются воедино все сложные технологические процессы и исключаются какие-либо разрывы в звеньях, обеспечивающих механизацию данного производства.

Особенно большое значение механический транспорт имеет для металлургических предприятий, таких как ООО «ССМ-Тяжмаш», нуждающихся в своевременной доставке и вывозе огромного количества различных грузов (сырья, топлива, полуфабрикатов, вспомогательных материалов, готовой продукции, отходов).

Транспортировка грузов между цехами осуществляется железнодорожным, автомобильным и конвейерными видами транспорта, внутрицеховая - кранами общего и специального назначения, различного типа конвейерами и другими подъемно-транспортными машинами и устройствами.

Тема данной ВКР актуальна, так как клещи автоматические для транспортировки одного рулона широко применяются в металлургии и быстро изнашиваются. Разрабатываемая в дипломном проекте конструкция отличается от уже существующих технологией изготовления комплектующих, но нет совершенных конструкций приспособлений.

1. Анализ литературных источников. цель и задачи ВКР

1.1 Грузоподъемные машины и грузозахватные устройства

Перемещение грузов, связанное с грузоподъемными операциями, во всех отраслях народного хозяйства, на транспорте и в строительстве, а так же в производстве осуществляется разнообразными грузоподъемными машинами.

В комплексной механизации трудоемких работ металлургических цехов важную роль играют грузоподъемные машины и грузозахватные устройства. Эти машины и устройства входят в состав технологического оборудования цеха. При помощи кранов нагружают шихту в мульды и загрузочные лотки, подготавливают железнодорожные составы с изложницами, разливают сталь и многое другое.

При проектировании подъемных транспортных машин и устройств особое внимание обращают на повышение их надежности, а при работе этих машин особенно важно соблюдать все требования техники безопасности.

Подъемно-транспортные машины по своему назначению и конструктивному исполнению весьма разнообразны. По принятой классификации грузоподъемные и транспортные машины, в зависимости от способа действия, разделяют на три основные группы:

1) грузоподъемные машины периодического действия - различные подъемные механизмы (домкраты, полиспасты, тали, лебедки), краны мостовые и поворотные, общего назначения и специальные;

2) транспортирующие машины непрерывного действия - конвейеры с тяговым и без тягового органа, перегрузочные устройства, пневматический и гидравлический транспорт, вспомогательные устройства, такие как бункеры, затворы, питатели, дозаторы, лотки, спуски и другие;

3) машины наземного и подвесного транспорта - безрельсовые тележки, узкоколейные вагонетки, маневровые устройства (шпили, поворотные круги), оборудование монорельсового и канатного транспорта.

Грузоподъемные машины обычно работают в поворотно-кратковременном режиме, транспортирующие машины непрерывного действия имеют длительный режим работы.

Грузоподъемные машины характеризуются грузоподъемностью, скоростями движения отдельных механизмов и режимов работы. Грузоподъемность означает массу наибольшего рабочего груза, на подъем которой она рассчитана. Величина грузоподъемности включает в себя массу грузозахватного приспособления, а также всех вспомогательных устройств, подвешиваемых к грузозахватному органу. Грузоподъемность современных грузоподъемных машин колеблется весьма значительно.

Скорость движения различных механизмов выбирается в зависимости от характера работы, выполняемой данной грузоподъемной машиной, от типа машины и режима ее работы. Соответствующими стандартами установлены нормальные ряды скоростей для различных механизмов.

Для грузоподъемных машин характерна работа в повторно-кратковременном режиме, при котором рабочий орган и груз совершают периодические возвратно-поступательные движения. Так, работа механизма подъема состоит из подъема и опускания груза, подъема и опуская порожнего грузозахватного приспособления. Кроме периодов работы механизма, имеются периоды пауз, в течение которых двигатель не включен и механизм не работает. Время пауз используется для загрузки грузозахватного устройства и для подготовки к следующему этапу работы механизма. Кроме того, каждое движение можно разделить на период неустановившегося движения, в течение которого происходит разгон или торможение и период установившегося движения.

Полный цикл работы механизма грузоподъемной машины складывается из времени пуска tп, времени движения с установившейся скоростью tу, времени торможения tт и времени пауз tпауз.

Отношение времени включения двигателя tв=tп+tу ко времени цикла Tц характеризует интенсивность использования механизма. Это отношение называют относительной продолжительностью включения,

ПВ=(tв/Tц)100%, (1.1)

где tв - время включения двигателя, мин;

Tц = время цикла, мин.

Нормами Ростехнадзора установлены следующие режимы работы грузоподъемных машин: легкий - Л, средний - С, тяжелый - Т, весьма тяжелый - ВТ, весьма тяжелый непрерывный - ВТН. К машинам работающим в легком режиме, относят строительные, монтажные и ремонтные краны, краны машинных залов; в среднем режиме - краны механосборочных цехов, включаемые в технологический цикл; в тяжелом режиме - литейные краны, магнитные и грейферные краны шихтовых дворов; мосты - перегружатели, клещевые краны; в весьма тяжелом непрерывном режиме - механизмы подъема и передвижения моста клещевого крана, механизмы поворота кранов, обслуживающие порты и железнодорожные узлы.

Элементами грузоподъемных машин являются грузозахватные устройства. К ним предъявляют следующие основные требования: надежность в работе (безопасность для людей, сохранность груза); минимальные затраты времени на захват и снятие груза; небольшая масса приспособления; малое участие человека в процессах захвата и снятия грузов; простота и невысокая стоимость конструкции. Этим требованиям, а также разнообразием транспортных материалов (штучные, сыпучие, жидкие, металлические, неметаллические, различные по форме и т.д.) объясняется большое число применяемых грузозахватных устройств.

Наиболее употребляемыми грузозахватными устройствами (ГЗУ), применяемыми в сталеплавильных цехах являются крюки, грейферы, электромагниты, клещи.

Крюки бывают кованые и пластинчатые. Крюки подразделяются на однорогие и двурогие. Размеры кованых крюков приведены в таблицах ГОСТ6627-74, 6628-73, пластинчатых - ГОСТ 6619-75. Кованые крюки изготовляют ковкой из стали 20. Они рассчитаны на грузоподъемность 0,25 - 75 тонн. Пластинчатые крюки собирают из отдельных элементов, вырезанных из листовой стали марки Ст.3 или стали 20. Эти крюки легче кованых и не требуют для изготовления мощного прессового оборудования. Кроме того, при разрушении одной пластины ее можно заменить. Однорогие пластинчатые крюки применяют, в основном, для транспортировки разливочных ковшей в сталеплавильных и литейных цехах, а двурогие - в сборочных цехах. Их изготовляют для кранов грузоподъемность от 37,5 до 315 тонн.

Крюки крепят в крюковых блочных обоймах (крюковых подвесках), число блоков в обойме зависит от кратности полиспаста. Крюковые обоймы, в зависимости от способа закрепления крюка, могут быть длинными или короткими.

При длинной обойме крюк крепят в крюковой траверсе, опирая его на вмонтированный в траверсу упорный подшипник качения. При короткой обойме, в качестве траверсы, используют часть оси блоков. Сама траверса может вращаться относительно продольной оси, что позволяет крюку поворачиваться вокруг вертикальной и горизонтальной осей и облегчает манипулирование крюком при захвате груза. Траверсу изготавливают из стали 40, Ст.4 или стали 20 и рассчитывают ее на изгиб как свободно обирающуюся балку пролетом l, нагруженную посередине для предохранения от соскакивания каната блоки закрывают кожухами, изготовленными из листовой стали толщиной не менее 4 мм. Зазор между кожухом и наружным диаметром блока должен быть не менее 0,3 и не более 0,5 диаметра каната. Кожухи выбирают так, чтобы исключить трение каната о кожух при нормальной работе обоймы. В современных кранах блоки крюковых обойм устанавливают на подшипниках качения. В редко используемых кранах или в кранах небольшой грузоподъемности применяют крюковые обоймы с блоками на подшипниках скольжения. В многоблочных обоймах ось блоков сильно нагружена. Для ее разгрузки применяют разгрузочные листы, связывающие ось блоков с осью траверсы.

Грейфером называют раскрывающийся ковш с устройством для механического захватывания и механической разгрузки материала. Грейферы на металлургических заводах применяют в шихтовых дворах, копровых цехах и др. Делят их на одноканатные, представляющие собой сменное оборудование, периодически подвешиваемое к крюку крана, двухканатные с электрическим приводом и специальные, например, многочелюстные грейферы.

Электромагнит, электротехническое устройство, состоящее обычно из токопроводящей обмотки и ферромагнитного сердечника, который намагничивается при прохождении по обмотке электрического тока. Электромагниты используют для транспортировки грузов. Не смотря на конструктивное разнообразие, электромагниты обычно состоят из следующих частей, имеющих одинаковое назначение: катушки с токопроводящей обмоткой, намагничивающегося сердечника (неподвижной части магнитопровода) и якоря (подвижной части магнитопровода).

Наиболее широкая и важная область применения электромагнитов - электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики. В составе различных механизмов электромагниты используются для создания удерживающей силы. Примером таких электромагнитов могут служить электромагниты грузоподъемных машин.

Клещевые захваты с успехом применяют в качестве грузозахватных приспособлений при транспортировании однородных по размеру и массе грузов: слитков, ящиков, бочек, электродов, рулонов.[2]

1.2 Цель и задачи ВКР

В настоящее время в ПХЛ ОАО «Северсталь» применяются клещи автоматические для транспортировки одного рулона листовой стали грузоподъемностью двадцать две тонны. Самой ненадежной частью этих клещей является траверса.

К тому же изготовление траверсы по существующей технологии значительно увеличивает рыночную цену клещей автоматических, так как затраты составляют приблизительно 310000 за штуку. В год же ОАО «Северсталь» производит 72 траверсы, что обходится им приблизительно в 22320000 руб.

Поэтому, целью данной ВКР является модернизация клещей автоматических посредством изменения способа изготовления траверсы. Это приведет к повышению ее надежности и уменьшению затрат на ее производство, а следовательно и снижению отпускной цены на сами клещи.

Исходя из поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

- рассчитать силу сжатия необходимую для обеспечения определенной силы трения;

- рассчитать нагрузки выдерживаемые клещами;

- исследовать напряженно-деформированное состояние детали траверса;

- разработать технологию изготовления детали «ось»;

- спроектировать участок по производству данной детали;

- рассчитать затраты на производство траверсы по проектируемой технологии и сравнить их с затратами производимыми по базовой технологии.

2. Конструкторская часть

Приспособление, разрабатываемое в данном дипломном проекте, представляет собой шарнирно-рычажное фрикционно-зажимное грузоподъемное устройство в соответствии с рисунком 2.1 грузоподъемностью 35 тонн и предназначено для транспортировки одного рулона листовой стали с вертикальной осью в условиях производства холоднокатаного листа (ПХЛ) предприятия ООО “ССМ-Тяжмаш” г. Череповец. В них использован специальный штоковый затвор для фиксирования зажимных органов в четырех положениях: порожнем, при взятии рулона, подъеме - транспортировании рулона, освобождении.

Рисунок 2.1- Грузоподъемное устройство

2.1 Описание конструкции грузозахватного устройства

Клещи в соответствии с рисунком 2.2 состоят из шарнирно-соединенных клещевины 12, траверсы 1, серег 11, обоймы 2, рычагов 3, тяг 4, штокового затвора 9. На общем для тяг 4 шарнире 8 расположены подвеска 7 и крюк 5, взаимодействующий при работе грузоподъемного устройства с планкой 10. На клещевине и траверсе закреплены прижимные губки 13.

Рисунок 2.2 - Схема грузозахватного устройства:

1 - траверса; 2 - обойма; 3 - рычаг; 4 - шарнир; 5 - крюк; 6 - направляющая ; 7 - подвеска; 8 - общий шарнир ; 9 - штоковый затвор ; 10 - планка ; 11 - серьги ; 12 - клещевина ; 13 - прижимные губки

Рисунок 2.3 - Затвор-автомат

Затвор-автомат в соответствии с рисунком 2.3 состоит из двух кулачков (нижний 'К' и верхний 'К '), заключенных в направляющей 'Т', и штока 'R' с пальцем 'F'. Цилиндрические части кулачков (на рисунке показана развертка) имеют криволинейные вырезы, выполненные таким образом, чтобы при соединении кулачков в общей направляющей между кривыми создавался паз-копир, по которому передвигается палец 'F' штока 'R', имеющего шаровидную опору. На фланцах к верхнему кулачку присоединен верхний шарнир О затвора, к корпусу штока - нижний шарнир О. Паз-копир выполнен таким образом, что выступы кривой нижнего кулачка смещены на некоторый угол относительно впадин верхнего кулачка. При работе затвора этим обеспечивается вращательное движение штока 'R' всегда в одном направлении. Впадины кривой нижнего кулачка выполнены переменной глубины, в результате чего ход затвора-автомата имеет разную величину, периодически повторяющуюся в зависимости от выполняемых ГУ операций. Сжатое положение затвора является рабочим, при котором ГУ полностью раскрыто. При захвате рулонов затвор занимает минимально растянутое положение, в рабочем положении (захват без рулона) он максимально растянут.

2.2 Описание работы грузозахватного устройства

Клещи работают по принципу самозатягивания от веса поднимаемого рулона и веса клещей. Зажатие рулона осуществляется системой шарнирных рычагов. Захват и освобождение рулона производится при помощи затвора-автомата, позволяющего за каждое опускание клещей на рулон производить периодически то захват, то освобождение рулона. На 4 листе данного проекта приведены основные положения штока затвора-автомата.

В исходном положении (ГУ без рулона) носок крюка застопорен планкой, чем обеспечивается замыкание рычажной системы. При подходе к рулону затвор-автомат максимально растянут, клещи находятся в раскрытом положении. При установке ГУ на рулон оно полностью раскрывается под действием собственного веса, крюк скользя по радиусной поверхности по планке 10, отклоняется от вертикального положения и сжимает затвор-автомат до минимального значения. При подъеме груза затвор-автомат под действием собственного веса и веса крюка удлиняется, крюк проходит мимо планки и ГУ захватывает рулон. В местах разгрузки клещи освобождаются от рулона под действием собственного веса и полностью раскрываются. Затвор-автомат сжимается до минимального размера, а при подъеме удлиняется до максимального. Крюк захватывает перемычку и поднимается в раскрытом положении. Начинается следующий цикл работы.

2.3 Расчет и конструирование грузозахватного устройства

2.3.1 Расчет силы сжатия

В рычажных фрикционных самозажимных ГУ захватные органы сжимают боковую поверхность груза и удерживают его силой трения. Зажимное устройство обеспечивает необходимую силу сжатия рисунок 2.4:

Рисунок 2.4 - Расчетная схема силы сжатия

Сила R взаимодействия ГУ с грузом может быть разложена на нормальную V и касательную Т составляющие. При уменьшении сил N или V ниже определенного значения наступит проскальзывание груза. Для надежного удержания груза на захватных органах необходимо развить усилие зажима:

N = k Qг /(2Чм), Н, (2.1)

где k= 1,25...1,6 - коэффициент запаса силы сжатия [1];

Qг - вес груза, Н;

м= 0,12...0,15 - коэффициент трения между контактными поверхностями захватного органа и груза [7, стр. 172];

Qг = 35000 кг при размерах рулона DЧdЧh = 2100Ч850Ч1850 мм;

Qг = 7500 кг при размерах рулона DЧdЧh= 1400Ч850Ч1850 мм.

Скольжение отсутствует при условии, что сила трения F на контактных поверхностях равна весу груза или превышает его:

F = NЧм ? QгЧм/2, Н, (2.2)

Во время возрастания усилия зажима при одновременном подъеме груза происходит скольжение рабочих площадок захватных органов по поверхности груза, что может привести к его повреждению. Поэтому зажимное усилие должно быть развито полностью до начала подъема груза, т.е. под действие веса ГУ. В этом случае:

F = GЧмЧuЧз/2, Н, (2.3)

где G - вес ГУ, Н;

u= 2N/Q - передаточная функция зажимного устройства;

з - КПД ГУ.

Рисунок 2.5 - Стягивающая рычажная система клещей

Силу сжатия N и усилия в шарнирах определяем из уравнения равновесия отдельных звеньев относительно оси шарнира.

Для клещей со стягивающей рычажной системой силу сжатия N и реакцию в шарнирах определяем следующим образом: на рычаг 1 действуют силы S и 0,5Qг, силы N и R3.1 (R3.1 совпадает с направлением звена 3, так как на него не действуют никакие внешние силы) в соответствии с рисунком 2.5:

Усилия S, действующие в шарнирах тяг 2 и 4, можно найти из условия равновесия узла А, раскладывая силу Qг на составляющие по направлению тяг 2 и 4 в соответствии с рисунком 2.6:

Рисунок 2.6 - Направления сил

При угле между вертикалью и тягой 2:

S = (Qг +G3)/(2Чcosб), Н, (2.4)

где G - вес ГУ (G3 =12100кг).

Таблица 2.1 - Результаты расчетов

Для максимального груза:

S2100 = (35000+12100)/(2Чcos61,19) = 48900, кг,

Для минимального груза:

S1400 = (7500+12100)/(2Чcos39,47) = 12700, кг.

Из уравнения равновесия рычагов относительно шарнира Д:

SЧa + 0,5ЧQгЧс- NЧb = 0, (2.5)

N = (SЧa + 0,5ЧQгЧс)/b, (2.6)

N2100 = (48900Ч1795,4 + 0,5Ч35000Ч98,5)/490 = 182700, кг,

N1400 = (12700Ч2498,7 + 0,5Ч7500Ч79,5)/494 = 64850, кг.

Коэффициент запаса зажатия:

k = NЧ2Чм/Qг , (2.7)

k2100 = 182700Ч2Ч0,13/35000 = 1,36?[k]=1,25...1,6

k1400 = 64850Ч2Ч0,13/7500 = 2,25?[k].

Условие зажатия груза выполнено.

2.3.2 Расчет кинематики ГУ

Соотношение плеч ГУ в соответствии с рисунком 2.7 определяется выражением:

k/м= [(aЧ(1+G3/Q2))/cos б+c]/b, (2.8)

Расчетная схема в соответствии с рисунком 2.7. Расчетные данные сведены в таблицу 2.2:

Таблица 2.2 - Результаты расчетов кинематики ГУ

Рисунок 2.7- Кинематика ГУ

2.3.3 Расчет оси в сечении А-А

На ось в сечении А-А действуют изгибающие и срезающие нагрузки от сил S и N в соответствии с рисунком 2.8:

Рисунок 2.8 - Ось в сечении А-А

Равнодействующую R3.1 сил S и N находим по формуле:

R =N+SЧcos(90?-б)=N+SЧsin(б), кг, (2.9)

Расчет ведем по наибольшей нагрузке Q =35000, кг.

Так как клещевина состоит из двух симметричных щековин, то

S =S/2=48900/2=24450, кг,

N =N/2=182700/2=91350, кг,

R3.1 = 91350+24450Чsin(61,19)=112780, кг.

Эквивалентное напряжение от действия срезающих и изгибающих сил:

уэкв= vуu2 +3фср2?[у], кг/см2 [6, стр. 146]

Изгибающий момент в сечении:

Мизг =R3.1Чl4 =112780Ч7,5=845850, кгЧсм.

Момент сопротивления:

W=0,1ЧD3 =0,1Ч193 =686, см3,

уu = Мизг /W =845850/686 =1233, кг/см3,

фср =R3.1/F =[R3.1/(рЧD2)]Ч4=[112780/(рЧ192)]Ч4=398, кг/см2,

уэкв= v12332 +3Ч3982=1296 кг/см2?[уm]= 3150 (для стали 40ХН ГОСТ

8479-70).

Коэффициент запаса:

K2 = [уp]/ [уэкв]=3150/1296 =2,4.

СОД

2.3.4 Расчет клещевины в сечении А-А

В сечении А-А действует изгибающая нагрузка от силы S1 на плече а в соответствии с рисунком 2.7

Mизг =S1Чa = 24450Ч179,5 = 4,4Ч106, кгЧсм.

Размеры сечения клещевины показаны на рисунке 2.8

Момент сопротивления сечения:

W=J/ymax =b1Чh13/(12Чymax)=8Ч50,53/(12Ч25,3)=3400, см3,

у =Мизг/W=4,4Ч106/3400=1294, кг/см2,

предел текучести для стали 265-09Г2С ГОСТ 19281-89:

[уm]=2650, кг/см2

Коэффициент запаса:

n= [уm]/ у=2650/1294 =2,05.

2.3.5 Расчет серьги в сечении А-А

Площадь сечения серьги:

F5 =(h5 -D)Чb5=(40-19)Ч5=105, см2,

Расчетное усилие:

S5 =(Qг /4)Чсos (щ), кг,

щ =arctg (c/b)=arctg(98,5/490,2)=11,36?,

S5 =(35000/4)Чсos(11,36)=8580, кг.

Напряжение растяжения:

уp =S5 /(2 Ч F5 )=8580/(105)=82, кг/см2?[у]

2.3.6 Расчет оси в сечении Б-Б

Ось в сечении Б-Б представлена на рисунке 2.9:

Рисунок 2.9 - Ось в сечении Б-Б

Изгибающий момент в сечении:

М=(Qг+G3)Ч11=(35000+12100)Ч11=518100, кгЧсм.

Момент сопротивления сечения:

W=0,1Чd3 =0,1Ч12,53 =195,3, см3.

Напряжение изгиба:

у =M/(2ЧW)=518100/(2Ч195,3)=1326, кг/см2,

[у ]=3150, кг/см2 (поковка КП 315, сталь 40ХН ГОСТ 8479-70).

Коэффициент запаса:

n=[у ]/ у =3150/1326 =2,3.

Запас прочности обеспечен.

2.3.7 Расчет оси губки

Расчетная схема оси губки представлена на рисунке 2.10:

Рисунок 2.10 - Расчетная схема оси губки

Максимальный изгибающий момент:

Мизг=[(NЧl7)/2] Ч(1-c/4Чl7)=[(182700Ч13)/2] Ч(1-18/4Ч13)=776500, кгЧсм.

Момент сопротивления сечения оси:

W=0,1Чd73 =0,1Ч173 =491,3, см3.

Напряжения в сечении оси:

у=Mизг/W=776500/491,3=1581, кг/см2?[у]=3150 (поковка КП315, сталь 40ХН ГОСТ 8479-70).

Коэффициент запаса прочности оси:

n=[у ]/ у =3150/1581 =2

2.3.8 Расчет клещевины

Опасное сечение А-А в соответствии с рисунком 2.11 и рисунком 2.12:

Рисунок 2.11- Эскиз клещевины

Рисунок 2.12 - Сечение А-А

Расчет ведем по теории кривого бруса, т.к. сечение имеет большую кривизну (R/h=487,5/745=0,65 < 5).

Площадь сечения:

F=BЧh=17,5Ч75=1312,5, см2

Радиус кривизны нейтрального слоя:

Rо =F/(BЧln(R2/R1))=1312,5/(17,5Чln(86,5/11,5))=37, см.

Смещение нейтральной оси от оси центра тяжести сечения:

e=R-Rо =49-37=11,8, см.

Изгибающий момент в сечении:

M=NЧl8 =182700Ч57=10,4Ч106, кгЧсм.

Определяем напряжения в сечении:

- для внутреннего слоя:

ув=N/F+[M/(FЧe)]Ч[(Ro-R1)/R1=182700/1312,5+

+[(10,4Ч106) / (1312,5Ч11,8)]Ч(37-11,5)/11,5 =1630, кг/см2

- для наружного слоя:

ун=N/F+[M/(FЧe)]Ч[(R2-R0)/R2 = 182700/1312,5+

+[(10,4Ч106)/(1312,5Ч11,8)]Ч(86,5-37)/86,5=524, кг/см2.

Предел текучести для стали 325-09Г2С = 3300, кг/см2 (таблица 2. ГОСТ 19281-89).

Запас прочности:

- для внутреннего слоя

n=уm/ув=3300/1630=2,02

Допускаемый минимальный коэффициент запаса прочности [n]=2 [16, стр. 183].

В сечении Б-Б действуют растягивающие усилия в соответствии с рисунком 2.11

Расчет ведем по формуле Ляме:

уmax=[N/(BЧD)]Ч[(h2+D2/4)/(h2-D2/4)]=[182700/(175Ч21)]Ч

Ч [(272+212/4)/(272-212/4)]=686 < уm.

Запас прочности:

n=уm/уmax=3300/686=4,8

2.3.9 Расчет проушины тяг

Эскиз проушины представлен на рисунке 2.13:

Рисунок 2.13 - Опасные сечения проушины тяг

Растягивающее усилие: S=48900, кг.

Площадь сечения:

F=(22-14)Ч0,5+(24-14)Ч4,5=49, см2.

Напряжения растяжения в сечении проушины:

у=Р/F=48900/49=998, кг/см2,

Материал тяги 265-09Г2С ГОСТ 19281-89 - [у]=2650, кг/см2.

Коэффициент запаса прочности:

n=[у]/у=2650/998=2,66

Условие прочности выполнено.

2.3.10 Расчет оси подвески

Эскиз оси подвески представлен на рисунке 2.14:

Рисунок 2.14 - Эскиз оси подвески

На рисунке 2.15 показана расчетная схема оси подвески:

Рисунок 2.15- Расчетная схема оси подвески

Расчетная сила:

Ррасч=кЧ(Q+P)=1,15Ч(35000+12100)=54165, кг,

где Р - масса клещей;

к - коэффициент динамичности, (к=1,15);

Q - масса груза, (Q=35000, кг).

Изгибающий момент:

М=РрасчЧ(L1-c/2)/4=54165Ч(32-24/2)/4=2,7Ч105, кг.

Момент сопротивления сечения:

Wx=0,1Чd3=0,1Ч12,53=195, см3.

Напряжение изгиба:

у=М/Wx=2,7Ч105/195=1385, кг/см2.

Коэффициент запаса прочности:

n=уm/у=3950/1385=2,8,

где уm=3950, кг/см2, материал поковка КП 395, сталь 40ХН ГОСТ 8479-70.

2.3.11 Расчет щеки подвески

Эскиз щеки подвески представлен в соответствии с рисунком 2.16:

Рисунок 2.16 - Эскиз щеки подвески

Напряжение в сечении щеки определяем по формуле Ляме:

уmax = [Ррасч/(2ЧSЧd)]Ч[(h2+d2/4)/(h2 -d2/4)] =

= [54165/(2Ч4,5Ч12,5)]Ч[(162+12,52/4)/(162-12,52/4)] = 655, кг/см2

Материал щеки сталь 295-09Г2С ГОСТ 19281-89 (предел текучести уm=2950, кг/см2).

Запас прочности сечения:

n=уm/уmax=2950/741,2=4,5

Запас прочности обеспечен.

3. Технологическая часть

Количество выпускаемой продукции, эффективность производства и его технический прогресс во многом зависит от развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемерного внедрения методов технико-экономического анализа.

Для разработки технологического процесса на изготовление детали необходимо полностью провести анализ детали, определить ее технологичность, основные операции по обработке детали, тип производства, разработать режимы резания, дать технико-экономическую оценку.

3.1 Описание назначения и конструкции детали

Деталь, разрабатываемая в ВКР - ось, работает в паре с рычагом, в клещах автоматических для транспортировки одного рулона листовой стали в производстве холоднокатаного листа ООО “ССМ-Тяжмаш”. Эскиз детали ось приведен на рисунке 3.1.

Деталь класса “ось” во многих случаях применяются в качестве опор для различных конструкций и для других целей.

Во многих случаях оси имеют шлицы, шпоночные пазы, канавки на внутренней поверхности, резьбы на наружной и на внутренней поверхности и другие конструктивные элементы.

Основными технологическими базами при механической обработке деталей класса ось, как правило, являются их геометрическая ось и один из торцов.

Деталь изготавливается из углеродистой стали обыкновенного качества марки Ст 40 ГОСТ 4543-71.

Данные о материале детали, т. е. химический состав и механические свойства внесены в таблицу 3.1. и таблицу 3.2.

Таблица 3.1 - Химический состав стали Ст 40 ГОСТ 4543-71, %

Таблица 3.2 - Механические свойства стали 40

В качестве заготовок под механическую обработку для осей небольших размеров (диаметром 20-80 мм) используют круглый прокат.

3.2 Анализ технологичности конструкции детали

Технологический анализ конструкции обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса. Поэтому технологический анализ - один из важнейших этапов технологической разработки, в том числе и дипломного проектирования.

Основные задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции обрабатываемой детали, сводятся к возможному уменьшению трудоемкости и металлоемкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Таким образом, улучшение технологичности конструкции позволяет снизить себестоимость ее изготовления без ущерба для ее служебного назначения. При конструировании отдельных деталей необходимо достичь удовлетворения не только эксплуатационных требований, но также и требований наиболее рационального и экономического изготовления изделия. В этом и состоит принцип технологичности конструкции.

Технологическая конструкция изделия должна предусматривать:

- создание деталей наиболее рациональной формы с легкодоступными для обработки поверхности и достаточной жесткости с целью уменьшения трудоемкости и себестоимости механической обработки деталей и всего механизма (необходимая жесткость деталей позволяет обрабатывать их на станках с наиболее производимыми режимами резания);

- наличие на деталях удобных базирующих поверхностей или возможность создания вспомогательных (технологических) баз в виде бобышек, поясков и т.д.;

- наиболее рациональный способ получения заготовок из деталей (отливок, штамповок, из проката) с размерами и формами, возможно более близкими к готовым деталям, т. к. обеспечивающими наиболее высокий коэффициент использования материалов и наименьшую трудоемкость механической обработки.

Деталь ось - изготавливается из стали 40 ГОСТ 4543-71, используемой для деталей не требуемых большой прочности, работающие с малой нагрузкой без трения. Для получения используется заготовка из сортового проката: 20-В ГОСТ 2590-88

Рабочий чертеж содержит все необходимые сведения, дающие полное представление о детали. На чертеже указаны все размеры с необходимыми отклонениями и требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей. Конфигурация наружного контура и внутренних поверхностей не вызывает значительных трудностей при обработке заготовки.

Основные конструктивные требования к деталям типа ось являются точность диаметральных размеров, концентричность наружных и внутренних рабочих поверхностей, параллельность торцов и их перпендикулярность основной геометрической оси детали. Относительно данной детали основные конструктивные требования выполняются.

Поверхности детали можно обрабатывать проходными резцами, что допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности для предварительной обработки, что допускает применение станков с ЧПУ и промышленных роботов.

Деталь имеет цилиндрическую форму без каких-либо выступов, что не требует применения специального режущего инструмента. Наличие у детали лысок и паза позволяет применять концевые фрезы. В целом деталь технологична и легко может быть обработана с помощью стандартного оборудования.

3.3 Выбор способа получения заготовки

При выборе заготовки для заданной детали главным критерием является обеспечение заданного качества готового изделия при его минимальной себестоимости.

На выбор формы, размеров и способа получения заготовки большое влияние оказывают конструкция и материал детали, характер технологии производства, трудоемкость и экономичность обработки.

Руководствуясь выше перечисленными факторами, выбираем заготовку из сортового проката: 20 - В ГОСТ 2590-88

Этот способ получения заготовки является наиболее экономичным при заданном объеме выпуска деталей. Принимаем массу заготовки 0,73 кг, массу детали - 0,33, кг. Коэффициент использования материала - это отношение массы детали к массе заготовки.

, (3.1)

где mдет - масса детали;

mзаг - масса заготовки.

3.4 Разработка технологического маршрута обработки детали

Выбор плана обработки детали включает анализ существующего технологического процесса. Анализ существующего технологического процесса должен рассматривать его экономическую эффективность и обеспечения качества продукции. Поскольку на данной стадии проектирования недостаточно данных для конкретного ТЭО технологического процесса. Основные операции при изготовлении данной оси следующие: токарная; фрезерная (фрезерование лысок); сверлильная. Каждая операция может содержать один или несколько технологических переходов.

Маршрут изготовления детали включает следующие операции:

1. Заготовительная

2. Токарная

3. Токарная

4. Вертикально-фрезерная

5. Вертикально-сверлильная

6. Слесарная

7. Контрольная

Норма времени на каждую операцию приведена в таблице 3.3:

Таблица 3.3 - Нормы времени на каждую операцию

Выбранный план обработки детали не является единственно возможным. Может допускаться перестановка некоторых операций, но данный план обработки является оптимальным.

3.5 Выбор типа производства

Тип производства выбираем по таблице 3.4 [5] в зависимости от массы детали, m = 0,33 кг и годовой программы выпуска Nг = 80 шт.

Таблица 3.4 - Зависимость типа производства от объема выпуска и массы детали

Исходя из справочных данных, выбираем мелкосерийное производство. В мелкосерийном производстве выпускаются изделия ограниченной номенклатуры, изготавливаемые периодически повторяющимися партиями со сравнительно большим объемом выпуска, по сравнению с единичным производством. На рабочих местах выполняется несколько периодически повторяющихся операций. Технологические особенности серийного производства изменяются в зависимости от номенклатуры, трудоемкости и количества изделий в партии деталей. При серийном производстве обычно применяются универсальные, специальные станки, станки с ЧПУ и другие металлорежущие станки.

3.6 Расчет припусков на механическую обработку

Расчет припуска имеет очень важное значение в процессе обработки детали при разработке технологических операций. Правильное значение припусков на обработку заготовки обеспечивает экономию материала и трудовых ресурсов, качество выпускаемой продукции снижает себестоимость изделий.

Существует два метода расчета припусков: аналитический (расчетный) и справочный (табличный). Для заданной поверхности детали произведем расчет припусков аналитическим методом, а для остальных размеров припуски назначаем табличным методом.

Приведем пример расчета припуска на размер 12±0,1мм.

Расчет припусков на обработку приведен в таблице 3.5, в которой последовательно записан технологический маршрут обработки этого размера и все значения элементов припуска.

Таблица 3.5 - Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку поверхности 12-0,1 мм

Все расчеты ведем по рекомендациям [4].

Значения Rz и Т, характеризующие качество поверхности заготовки, составляют соответственно 150 и 150 мкм. Далее для технологического перехода записываем соответствующие значения Rz и Т.

Определяем суммарное значение пространственных отклонений по формуле:

l, мкм, (3.2)

где к - удельная кривизна заготовки по таблице 4.8 [4]

l - длина заготовки.

, мкм.

Остаточные пространственные отклонения на обработанных поверхностях, имевших исходные отклонения, являются следствием копирования погрешностей при обработке. При выполнении дипломного проекта для определения значений припусков на механическую обработку воспользуемся эмпирической формулой:

, мкм, (3.3)

, мкм.

где Ку - коэффициент уточнения формы, зависящий от типа обработки.

Ку = 0,06 [стр. 73, 4]

Погрешность закрепления заготовки з принимаем равной 270 мкм. Тогда

остаточная погрешность установки при предварительном точении:

21мкм.

На основании записанных в таблице данных производим расчет минимального значения припуска по основной формуле:

, мкм, (3.4)

, мкм.

где Rz - высота микронеровностей;

Т - глубина дефектного слоя;

- пространственное отклонение;

- погрешность установки.

Минимальный припуск под обтачивание:

Определяем расчетный размер, начиная заполнение соответствующей графы с конечного (чертежного) размера, путем прибавления расчетного минимального припуска:

, мм, (3.5)

мм.

Наибольшие предельные размеры вычисляем путем прибавления допуска к округленному наименьшему предельному размеру:

, мм, (3.6)

, мм,

, мм.

где i - допуск.

Значение допусков для каждого перехода принимаем в соответствии с квалитетом того или иного вида обработки.

Предельные значения припусков равны разности наибольших предельных размеров, а значения -разности наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов.

Определяем предельные значения припусков:

, мкм , (3.7)

мм =700 мкм,

мм =1570 мкм.

Производим проверку правильности выполненных расчетов:

, мкм, (3.8)

, мкм,

770 =770 мкм.

Определяем номинальный размер заготовки:

, мм, (3.9)

мм.

3.7 Выбор металлорежущего оборудования

Таблица 3.6 - Металлорежущее оборудование

Выбор оборудования осуществляется на основании таких данных, как метод обработки, точность обработки, расположение размеров обрабатываемых поверхностей, габаритных размеров заготовки, количества инструментов в наладке станка, обеспечение заданной производительности, эффективность использования станка по времени, по мощности и др.

3.8 Выбор станочных приспособлений

Исходные данные:

1. вид обработки;

2. технологические базы;

3. точность обработки;

4. возможность или необходимость применения того или иного силового привода;

5. тип производства.

Для всех операций кроме вертикально-фрезерной применяется поводковый патрон.

Для вертикально-фрезерной применяются тиски переналаживаемые универсальные ГОСТ 21168-75. Применяют для закрепления различных по форме и размерам заготовок, устанавливаемых на рабочей поверхности обеих губок, несущих сменные наладки. Диаметр зажимаемой заготовки, мм 155…290

Зажимающий ход губки=18мм

3.9 Выбор режущего инструмента

Выбор режущих инструментов для основных переходов при обработке детали выполнен по методике, изложенной в [3].

Исходные данные:

1. Вид обработки

2. Форма поверхности

3. Расположение поверхности

4. Точность поверхности, размеров

5. Шероховатость

6. Материал детали

7. Тип производства

Режущие инструменты и их техническая характеристика приведены в таблице 3.7:

Таблица 3.7 - Применяемые режущие инструменты и средств измерения

3.10 Выбор инструментальных приспособлений

Исходные данные:

1. Размеры и форма инструмента

2. Конструкция посадочного места инструмента

3. Конструкция посадочного места станка

4. Точность обработки

5. Тип производства

Выбранные инструментальные приспособления приведены в таблице 3.8:

Таблица 3.8 - Применяемые инструментальные приспособления

3.11 Определение режимов резания (табличный метод)

Токарная операция

При черновом (предварительном) точении назначаем подачу в зависимости от выбранной глубины резания и жесткости системы.

S=0,5 мм/об. Допускаемая скорость резания составляет V - 90-110 м/мин.

При чистовом точении назначаем подачу в зависимости от требуемой шероховатости и радиуса скругления на вершине резца.

Подача S=0,25 мм/об. Допускаемая скорость резания V - 120-160 м/мин.

Фрезерная операция

Фрезерование лысок осуществляется концевой фрезой.

Подача на зуб Sz=0,31 мм/зуб. Глубина резания t=3 мм. Скорость резания находится в диапазоне V - 12-16 м/мин.

3.12 Техническое нормирование времени операций. Расчет нормы времени

Норма времени рассчитывается для основных станочных операций с учетом типа производства:

, мин, (3.10)

где t0 - основное время рассчитывается по законам механического движения

tв - вспомогательное время оценивается по продолжительности вспомогательных приемов и ходов

tтех - 10% от основного времени

tорг - организационное время 10%( t0+ tв)

tп - время перерывов 2,5%( t0+ tв)

tп.з - подготовительное заключительное время 30 мин на одну партию.

Составляющие и полные нормы времени приведены в таблице 3.9:

Таблица 3.9 - Составляющие и полные нормы времени

4. Исследование напряженно-деформированного состояния детали траверса

4.1 Решение линейных задач теории упругости методом конечных элементов

Точное аналитическое решение возможно только для очень ограниченного круга задач теории упругости. Поэтому для инженерной практики огромное значение имеют приближенные методы. Важность этих методов особенно возрастает в связи с активным внедрением в теорию и практику проектирования вычислительной техники и новейших информационных технологий.

В данной главе мы рассмотрим метод конечных элементов (МКЭ), имеющий наибольшее применение для решения прикладных инженерных задач.

Характерной особенностью МКЭ, относящегося к так называемым прямым методам, является то, что процедуры для отыскания числовых полей неизвестных функций в теле (таких как перемещения, напряжения, силы) строятся на основе вариационных принципов механики упругого тела без непосредственного использования дифференциальных уравнений. Заметим, что в настоящее время МКЭ является самым эффективным прямым методом приближенного решения прикладных задач механики.

В основе МКЭ лежит представление объекта исследования в виде набора некоторых простых с геометрической точки зрения фигур, называемых конечными элементами, взаимодействующими между собой только в узлах. Расположенные определенным образом (в зависимости от конструкции объекта) и закрепленные в соответствии с граничными условиями конечные элементы, форма которых определяется особенностями моделируемого объекта, позволяют описать все многообразие механически конструкций и деталей.

Например, плоскую форменную конструкцию можно смоделировать набором плоских стержневых фигур, рамную - набором объемных стержневых элементов, различного рода пластины и оболочки - множеством плоских треугольников или прямоугольников. Геометрически объемные тела удобно представлять в виде совокупности элементарных пирамид, параллелепипедов и призм, и т. д. На рисунке 4.1 показан пример разбивки пластины на конечные элементы - треугольники.

Рисунок 4.1- Сеть конечных элементов

Рамные конструкции, как правило, моделируются набором стержневых конечных элементов. Различного рода пластины и оболочки удобно моделировать набором плоских треугольных, либо прямоугольных элементов, а в отдельных случаях и набором более сложных элементов. Геометрически объемные тела удобно представлять в виде совокупности элементарных пирамид, параллелепипедов и призм.

Такое представление рассматриваемого объекта позволяет решать задачи расчета напряженного и деформированного состояний тела, устойчивости и динамики, нахождения частот и амплитуд собственных и вынужденных колебаний. Кроме того, МКЭ можно с успехом использовать для решения задач стационарной и нестационарной теплопроводности, расчета полей статического электричества и скоростей безвихревого течения жидкости, и т. д.

Практическое использование этого метода во многом зависит от уровня развития компьютерной техники и качества программного обеспечения, реализующего этот метод. Программное обеспечение для решения задач методом МКЭ должно включать в себя следующие элементы: редактор разбивки на конечные элементы, ядро, непосредственно обеспечивающее решение, и визуализатор для демонстрации полученных результатов.

Следует отметить, что МКЭ - это достаточно самостоятельный раздел механики сплошной среды, который динамично развивается и совершенствуется. Для подробного ознакомления с ним можно воспользоваться специальной литературой. Здесь же будут рассмотрены лишь физические основы этого метода на примере решения плоской задачи теории упругости - расчета напряженного состояния тонкой пластины произвольной формы. В качестве конечного элемента примем плоский элемент треугольной геометрической формы.

Рассмотрим конечный элемент, координаты узлов которого равны и в соответствии с рисунком 4.2:

Рисунок 4.2 - Конечный элемент

После приложения внешней нагрузки тело деформируется, и каждая внутренняя точка этого элемента с координатами х,у занимает новое положение, перемещаясь в направлении координатных осей х и у соответственно на расстояния и(х,у) и v(x,y), причем в пределах одного конечного элемента эти перемещения представляются в виде линейных функций координат:

(4.1)

, (4.2)

; ;

.

Необходимо отметить, что задание перемещений в виде линейных функций (4.1) обеспечивает сшивку этих функций на границах соседних элементов. Действительно, линейность перемещений в узлах означает и их линейность везде вдоль границы элемента.

Подставляя в (4.2) координат узловых точек, получаем:

,

, (4.3)

где .

В системе уравнений (4.3) в качестве неизвестных можно рассматривать постоянные коэффициенты . Разрешая (4.3) относительно с помощью формул Крамера, имеем

(4.4)

Здесь - определитель матрицы системы, численно равный площади конечного элемента:

Заметим, что тот же самый результат (4.4) получается и другим способом:

поскольку определитель матрицы отличен от нуля, то единственное решение системы (4.3) есть произведение обращенной матрицы системы и вектора

Подстановка (4.4) в (4.3) приводит к выражению для определения поля перемещений произвольной точки данного конечного элемента:

(4.5)

где а остальные коэффициенты находятся путем циклической перестановки индексов 2 и 3. В матричной форме (4.5) переписывается как

, (4.6)

Функция , имеющая вид

(4.7)

называется функцией формы.

Компоненты вектора - столбца относительной деформации связаны с перемещениями соотношениями,

С другой стороны, используя (4.6) и (4.7), можно написать

(4.8)

;

Перемещения связаны с соответствующими напряжениями законом Гука, который для случая плоского нагружения записывается в виде

, (4.9)

Уравнение (4.9) с учетом (4.6) принимает следующий вид

(4.10)

Воспользуемся выражением для потенциальной энергии деформации элементарного объема. Тогда эта энергия, с учетом (4.10), определится из очевидного уравнения

. (4.11)

Выражение для объема в уравнении (4.11) представляет собой, в случае плоской задачи, произведение площади конечного элемента на его толщину.

Энергия деформации элемента объема может быть рассчитана иначе - как работа внешних сил. В качестве внешней нагрузки на элемент объема можно принять реакции приложенные к граням этого элемента, тогда

(4.12)

Из уравнения (4.1) легко определить реакции, выполнив ряд очевидных сокращений, тогда

(4.13)

. (4.14)

Уравнение (4.13) представляет собой обычное уравнение равновесия, а матрица является квадратной размерности 6х6. Она называется матрицей жесткости конечного элемента,

Элементы этой матрицы получаются решением матричного уравнения (4.14):

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

.

Глобальная матрица жесткости может быть найдена поэлементным суммированием матриц жесткости отдельных элементов и имеет размерность , где N - общее количество узлов разбиения.

Левую часть уравнения равновесия (4.13) составляет вектор силовых факторов , компоненты которого в количестве равны силам, действующим в узлах. Учет распределенной нагрузки производится равномерным ее распределением по узлам, расположенным на границе.

4.2 Использование трёхмерных моделей для расчёта изделий методами имитационного моделирования

Имитационное моделирование создание электронной модели проектируемого объекта и экспериментирование с ней при заданных ограничениях. Целью таких экспериментов является определение оптимальных параметров модели.

Различают два метода имитации:

- Кинематическая имитация процесса движения элемента объекта с целью определения столкновений (коллизий).

- Динамическая имитация процесса исследования поведения объекта при изменении действующих нагрузок и температур. В этом случае определяется теплонапряжённое состояние объекта, а также определение напряжённо деформированного состояния объекта.

Последняя задача была решена давно. Для определения напряжённо деформированного состояния могут использоваться методы имитационной физики, достаточно хорошо разработана теория метода математической физики. Эти методы позволяют получить достаточно точные результаты, только лишь при достаточно простой конфигурации объекта. При сложной конфигурации объекта в САПР используется метод конечных элементов (МКЭ).

4.3 Расчет напряженно - деформированного состояния детали «Траверса» в среде APM WinMachine

Проводим исследования напряженно-деформированного состояния, имитируя работу основания под действием сил веса установленных на нем агрегатов и приложенных к ним рабочих нагрузок.

Прежде всего необходимо сформировать твердотельную модель детали в среде Компас-3D в соответствии с рисунком 4.3:

Рисунок 4.3 - Трехмерная модель траверсы

Расчет детали «Траверса» проводится с использованием модуля APM Structure 3D программного комлекса APM WinMachine. Модуль APM Structure 3D рассчитывает напряженно-деформированное состояние стержневых, пластинчатых, оболочечных и твердотельных конструкций, а также их всевозможных комбинаций. APM Structure 3D является инструментом, с помощью которого можно произвести расчет всего многообразия существующих конструкций, используя для каждой последующей вариации вышеперечисленные макроэлементы.

Конструкции и их элементы импортируются в редактор конструкций через DXF-формат из 2D и 3D графических редакторов или напрямую через модуль APM STUDIO с подготовленной конечно-элементной сеткой и вариантами закрепления и нагрузки в соответствии с рисунком 4.4:

Рисунок 4.4 - Сетка нагружения и закрепления

Условия закрепления конструкции и внешней нагрузки произвольные по характеру и местоположению.

Модуль позволяет решать следующие задачи:

- определение полей эквивалентных напряжений и их составляющих;

- расчет линейных, угловых и результирующих перемещений;

- определение внутренних усилий;

- расчет устойчивости и формы потери устойчивости;

- определение частот собственных колебаний и собственных форм;

- расчет вынужденных колебаний;

- автоматический подбор сечений из условий прочности, жесткости, устойчивости для металлоконструкций машиностроительного назначения;

- проектирование узлов металлоконструкций;

- автоматическая генерация номенклатуры элементов, составляющих конструкцию.

APM STUDIO -- модуль моделирования и импорта (поддерживается импорт из формата STEP) трехмерных поверхностных и твердотельных моделей с инструментами указания опор и приложения различных нагрузок и встроенным генератором разбиения на конечно-элементную сетку. Основное назначение модуля -- подготовка смоделированной или импортированной геометрии к конечно-элементному анализу в модуле APM STRUCTURE 3D.

По цветной легенде, находящейся на рисунке 4.5 , можно определить максимальные значения того или иного параметра и сделать соответствующие выводы о прочностных характеристиках детали.

Рисунок 4.5 - Результаты расчета

В ходе расчетов, проведенных методом имитационного моделирования, были получены аппроксимированные результаты в соответствии с рисунками 4.6 и 4.7: наибольшие значения статического напряжения и деформационного растяжения, определенных разработчиком как допустимые при указанных нагрузках, деталь имеет необходимый запас прочности, требуемый для безопасного использования изделия в целом.

Рисунок 4.6 - Расчетная модель частот

Рисунок 4.7 - Результаты расчетов частоты колебаний

5. ОРганизационно-экономическая часть

5.1 Оценка затрат на проведение модернизации.

1) Выплата проектировщику детали будет составлять 30000 рублей единовременно.

2) Приобретение лицензии на программное обеспечение системы APM WinMachine 220000 рублей.

3) Приобретение компьютерного оборудования под установку программного обеспечения 80000 рублей.

5.2 Анализ структуры затрат на производство траверсы по базовой технологии и по проектируемой

Расчет затрат - один из самых сложных и необходимых на любом промышленном предприятии. Он необходим для того, чтобы определить прямые производственные затраты выпускаемого изделия, а из них минимально допустимую цену продажи для положительного значения чистой прибыли.

Прежде, чем производить расчет, напомним основные принципы работы нашего предприятия. Намечается, что предприятие, рассматриваемое в данном курсовом проекте, будет иметь устойчивые связи с потребителями своих изделий, в связи с тем, что выпускает высококачественную и очень востребованную на рынке продукцию, спрос на которую по определенным причинам не убывает (хвостовики всех типов и размеров, бобышки, фланцы и др. изделия, применяемые при производстве своих изделий другими предприятиями). Было сказано, что предприятие работает в мелкосерийном режиме (см. п. 1.1), но это при выпуске только одного типоразмера изделия; в общей же сложности предприятие работает практически в безостановочном режиме, выпуская мелкосерийно все новую и новую продукцию.

5.2.1 Расчет материальных затрат

Расчет затрат на основные материалы [10].

Основным материалом для производства, т.е. первичной заготовкой, поступающей на предприятие от поставщика, является литая заготовка. Данная заготовка и будет проходить технологический процесс обработки - второй этап изготовления изделия. Геометрические параметры заготовки (закупаемой у поставщика) будут определяться величиной дефектов поверхностного слоя и припусков на обработку. Заготовка имеет сложную конфигурацию, но ее масса уже определена и равна:

m = 2364,29, кг.

Затраты на основные материалы для изготовления одной единицы изделия ЗО.М., руб рассчитываются по следующей формуле:

ЗО.М. = C?m , руб, (5.1)

где С - цена стали 30Л (стоимость 1 кг), руб/кг;

m - масса первичной заготовки, кг;

С = 80 руб/кг (цена на 17.05.2016);

ЗО.М. = 80?2364,29 =189143,2, руб.

Затраты на основные материалы ЗО.М. = 189143,2 руб. на единицу изделия.

Затраты на вспомогательные материалы.

1. Машинное масло, необходимое для смазывания механизмов станочного оборудования. Масло индустриальное И-40А. Стоимость 1 бочки 216,5 л - 8950 руб. На предприятии 13 единиц оборудования, требующего смазки. На каждую единицу положено 16 л масла, заменяемого каждый месяц. Таким образом, в месяц расходуется вся бочка. Ожидаемая производительность предприятия 6 единиц изделия в месяц. Тогда составляющая себестоимости на данный материал (затраты на машинное масло ЗМ.М., руб.) составит:

ЗМ.М. = 8950/6 = 1491,7, руб/изделие.

2. Закалочное масло, необходимое как охлаждающая среда для термической операции. Масло закалочное МЗМ-16 ТУ 38.101135-88. Стоимость 1 бочки 216,5 л - 9790 руб. Для закалки изделий на предприятии достаточно 40 л масла, обновляемого каждый месяц. Затраты на закалочное масло ЗЗ.М., руб. составят:

216,5/40 = 5,41 месяца, примем 5 месяцев, т.е. одной бочки хватит на 5 месяцев, тогда

ЗЗ.М. = 9790/5?6 = 326,33, руб/изделие.

Затраты на электроэнергию.

Затраты на электроэнергию ЗЭ.Э., руб. определяются следующим образом:

ЗЭ.Э. = CЭ.Э.?P?t , руб, (5.2)

где СЭ.Э.-тариф на электроэнергию для юридических лиц, СЭ.Э.= 3,79, руб/кВт?ч;

P - мощность оборудования, кВт;

t - время обработки, ч.

1. Электрическая нагревательная печь (обрабатывает 2 изделия одновременно).

Мощность P = 9,5 кВт; работает и не отключается в течение всей рабочей недели, отключается в 00:00 в субботу и вновь включается в 00:00 в воскресенье (время нагрева/остывания около суток), т.е. работает 6 дней в неделю; расчет будет произведен по 1 неделе; ожидаемая производительность предприятия 1,5 единиц изделия в неделю;

ЗЭ.Э.1 = 3,79?9,5?6?24/1,5 = 3456,48, руб/изделие.

2. Станок токарный 16К20, 1 единица.

P = 10 кВт; t = 136,87 мин = 2,28 ч;

ЗЭ.Э.2 = 3,79?10?2,28 = 86,41, руб/изделие.

3. Станок вертикально-фрезерный 6Р13Ф3-01, 1 единица.

P = 8 кВт; t = 93,44 мин = 1,56 ч;

ЗЭ.Э.3 = 3,79?8?1,56 = 47,29, руб/изделие.

4. Станок вертикально-сверлильный 2Р135Ф2, 1 единица.

P = 5 кВт; t = 90,24 мин = 1,5 ч;

ЗЭ.Э.4 = 3,79?5?1,5 = 28,42, руб/изделие.

5. Электрическая печь для термической обработки: закалка и низкий отпуск

P = 9 кВт; печь работает аналогично нагревательной печи;

ЗЭ.Э.5 = 3,79?9?6?24/1,5 = 3274,56, руб/изделие.

6. Станок плоскошлифовальный 3Г71М, 1 единица.

P = 2 кВт; t = 27,24 мин = 0,45 ч;

ЗЭ.Э.6 = 3,79?2?0,45 = 3,41, руб/изделие.

7. Станок круглошлифовальный 3В110, 1 единица.

P = 2,5 кВт; t = 21,32 мин = 0,36 ч;

ЗЭ.Э.7 = 3,79?2,5?0,36 = 3,41, руб/изделие.

8. Станок координатно-расточной 2450, 1 единица.

P = 2,4 кВт; t = 32 мин = 0,53 ч;

ЗЭ.Э.8 = 3,79?2,4?0,53 = 4,82, руб/изделие.

Кроме всего перечисленного на предприятии, конечно, есть и другие затраты на электроэнергию. Приведем три основные:

9. Затраты на освещение цеха.

Суммарная мощность общего освещения 10 кВт,

Суммарная мощность местного освещения 1,6 кВт;

освещение работает в среднем 15 ч в сутки 5 дней в неделю; произведем расчет затрат на одну неделю:

ЗЭ.Э.9 = 3,79?(10+1,6)?15?5/1,5 = 2198,2, руб/изделие.

10. Затраты на работу кран-балок.

Суммарная мощность обеих кран-балок 12 кВт;

кран-балки в общей сложности работают непрерывно в среднем 2 ч в сутки 5 дней в неделю:

ЗЭ.Э.10 = 3,79?12?2?5/1,5 = 303,2, руб/изделие.

11. Затраты на работу автопогрузчиков, работающих на электроаккумуляторах, заряжаемых от электросетей предприятия.

Не более 200 кВт?ч в неделю.

ЗЭ.Э.11 = 3,79?200/1,5 = 505,33, руб/изделие.

Суммарные затраты на электроэнергию ЗЭ.Э, руб/изделие:

ЗЭ.Э = ЗЭ.Э.1+ЗЭ.Э.2+ЗЭ.Э.3+ и т.д., руб/изделие,

ЗЭ.Э.=3456,48+86,41+47,29+28,42+3274,56+3,41+3,41+4,82+2198,2+

+303,2+505,33 = 9911,53 руб/изделие.

Затраты на ремонт и обслуживание оборудования, а также на запасные части к нему.

Эти затраты определяются по эмпирической формуле:

ЗР.О. = (0,03 ч 0,05)?ЗМ' , руб/изделие, (5.3)

где ЗМ' - сумма всех выше рассчитанных материальных затрат.

ЗМ' = ЗО.М.+ЗМ.М.+ЗЗ.М.+ЗЭ.Э. , руб/изделие, (5.4)

ЗМ' = 189143,2+1491,7+326,33+9911,53 = 200872,76, руб/изделие.

ЗР.О. = 0,03?200872,76 =6026,18, руб/изделие.

Суммарный расход на материальные затраты ЗМ., руб/изделие:

ЗМ. = ЗМ'+ЗР.О. , (5.5)

ЗМ. = 200872,76+6026,18 = 206900,94, руб/изделие.

5.2.2 Расчет затрат на оплату труда

Непосредственно производством, т.е. работой в цехе, на предприятии занято 20 человек, работающих по группам в три смены.

1. Токарная, фрезерная и сверлильная операции на станках с ЧПУ в обеих линиях.

Специалист по работе на станках с ЧПУ (настройка, наладка, написание программ и т.д.), 1 чел. на смену (12 ч), всего 2 работников. Назначить каждому работнику з/п в размере 15 000 руб/месяц.

ЗО.Т.1 = 15000?2/6 = 5000, руб/изделие.

2. Слесарная и термическая операции для всего цеха.

Рабочий 4-го разряда, 1 чел. на смену (8 ч), всего 3 рабочих. Назначить каждому рабочему з/п в размере 10 000 руб/месяц.

ЗО.Т.2 = 10000?3/6 = 5000, руб/изделие.

3. Плоскошлифовальная и круглошлифовальная операции в обеих линиях.

Рабочий 3-го разряда, 1 чел. на смену (8 ч), всего 3 рабочих. Назначить каждому рабочему з/п в размере 8 000 руб/месяц.

ЗО.Т.3 = 8000?3/6 = 4000, руб/изделие.

4. Координатно-расточная в обеих линиях и контрольная на весь цех операции.

Специалист по средствам измерения и контроля, владеющий навыками работы на координатно-расточных станках (по последнему возможно обучение), 1 чел. на смену (12 ч), всего 2 работников. Назначить каждому работнику з/п в размере 12 000 руб/месяц.

ЗО.Т.4 = 12000?2/6 = 4000, руб/изделие.

5. Перевозка грузов внутри цеха и вне его по всей территории предприятия вручную, на тележках, автопогрузчике для всего производства.

Рабочий, умеющий управлять автопогрузчиком, 1 чел. на смену (12 ч), всего 2 рабочих. Назначить каждому рабочему з/п в размере 8 000 руб/месяц.

ЗО.Т.5 = 8000?2/6 = 2667, руб/изделие.

6. Наладка оборудования за искл. станков с ЧПУ.

Наладчик, 1 чел. на смену (12 ч), всего 2 работников. Назначить каждому работнику з/п в размере 15 000 руб/месяц.

ЗО.Т.6 = 15000?2/6 = 5000, руб/изделие.

7. Ремонт и обслуживание всего оборудования цеха.

Механик, 1 чел. на смену (12 ч), всего 2 работников. Назначить каждому работнику з/п в размере 12 000 руб/месяц.

ЗО.Т.7 = 12000?2/6 = 4000, руб/ изделие.

8. Организационно-техническое руководство над всеми работниками цеха. Ответственность за все происходящее в цехе.

Мастер цеха, 1 чел. на все производство, продолжительность смены - 12 ч. Назначить мастеру цеха заработную плату в размере 20 000 руб/месяц.

ЗО.Т.8 = 20000?1/6 = 3333,33, руб/изделие.

Суммарные затраты на оплату труда ЗО.Т.:

ЗО.Т. = ЗО.Т.1+ ЗО.Т.2+ ЗО.Т.3+ и т.д., руб/изделие, (5.6)

ЗО.Т. = 5000+5000+4000+4000+2667+5000+4000+3333,33 =

=33000,33, руб/изделие.

5.2.3 Расчет затрат на амортизационные отчисления

Амортизационные отчисления - это денежные суммы, идущие в заранее создаваемые фонды, средства из которых в будущем пойдут на полную замену того или иного производственного оборудования, за которым данный фонд закреплен. Амортизационные отчисления на будущую полную замену определенного оборудования ЗА.О.i, руб/изд определяются по формуле:

ЗАОi = CО/Т?12?N, руб/изделие, (5.7)

где СО - прогнозируемая цена оборудования на момент его закупки в будущем (через период, равный его сроку службы Т), руб;

Т - срок службы оборудования, лет;

N - число изделий нашего предприятия, изготавливаемых в месяц, ед. изд.

1. Нагревательная печь.

СО = 420 000 руб; Т = 20 лет; N = 6 изд/месяц. Далее значение N указываться не будет;

ЗАО1 = 420000/20?12?6 = 291,67 руб/изделие.

2. Станок токарный 16К20Ф3С5, 1 штука.

СО = 1 850 000 руб; Т = 10 лет;

ЗАО2 = 1850000/10?12?6 = 2568,44 руб/изделие.

3. Станок вертикально-фрезерный 6Р13Ф3-01, 1 штука.

СО = 1 600 000 руб; Т = 8 лет;

ЗАО3 = 1600000/8?12?6 = 2777,78 руб/изделие.

4. Станок вертикально-сверлильный 2Р135Ф2, 1 единица.

СО = 1 450 000 руб; Т = 8 лет;

ЗАО4 = 1450000/8?12?6 = 2517,36 руб/изделие.

5. Печь для термообработки.

СО = 670 000 руб; Т = 16 лет;

ЗАО5 = 670000/16?12?6 = 581,6 руб/изделие.

6. Станок плоскошлифовальный 3Г71М, 1 единица.

СО = 780 000 руб; Т = 7 лет;

ЗАО6 = 780000/7?12?6 = 1547,62 руб/изделие.

7. Станок круглошлифовальный 3В110, 1 единица.

СО = 810 000 руб; Т = 8 лет;

ЗАО7 = 810000/8?12?6 = 1406,25 руб/изделие.

8. Станок координатно-расточной 2450, 1 единица.

СО = 1 600 000 руб; Т = 10 лет;

ЗАО8 = 1600000/10?12?6 = 2222,22 руб/изделие.

9. Кран-балка, 2 единицы.

СО = 400 000 руб; Т = 6 лет;

ЗАО9 = 400000?2/6?12?6 = 1851,85 руб/изделие.

10. Остальные материальные ресурсы.

Не более ЗАО10 = 1000 руб/изд.

Общие затраты на амортизацию ЗАО:

ЗАО = ЗАО1+ЗАО2+ЗАО3+ и т.д., руб/изделие, (5.8)

ЗАО=291,67+2568,44+2777,78+2517,36+581,6+1547,62+1406,25+2222,22+1851,85+1000= 16764,79 руб/изделие.

5.2.4 Расчет прочих затрат

К прочим затратам можно отнести:

1. Фиксированный налог на частную движимую и недвижимую собственность (на сооружения, оборудование).

Региональный налоговый орган назначил налоги по следующим ставкам:

- на движимое имущество (оборудование) 0,9%;

- на недвижимое имущество (сооружения) 1,3%. Рассчитаем затраты на каждое изделие по налогу ЗП1, руб/изд:

суммарная стоимость основного оборудования СО, руб:

СО = СО1+СО2+…+СО9 (см. п. 2.3), руб, (5.9)

СО = (420+1850+1600+1450+670+780+810+1600)?1000 = 9 180 000 руб;

ЗП = СО?R/12?6, руб/изделие , (5.10)

где R - ставка налога;

12 - число месяцев в году;

ЗП1.1 = 9180000?0,009/12?6 = 1147,92 руб/изделие;

стоимость основного здания; определена руководством предприятия 4 500 000 руб.

ЗП1.2 = 4500000?0,013/12?6 = 812,5 руб/изделие;

ЗП1 = ЗП1.1+ЗП1.2 , руб/изделие, (5.11)

ЗП1 = 1147,92+812,5 = 1960,42 руб/изделие.

2. Стоимость услуг транспортной доставки грузов потребителю продукции. Потребителем продукции является предприятие, находящееся в соседнем городе в 250 км от нашего. Тариф на транспортировку грузов 18 руб/км. Отправление продукции потребителю происходит раз в неделю. Рассчитаем затраты на эту операцию:

ЗП2 = СПЕР?D?30/7?6, руб/изделие, (5.12)

где СПЕР - тариф на перевозку грузов;

D - расстояние до пункта назначения;

30, 7 - количество дней в месяце и неделе соответственно.

ЗП2 = 18?250?30/7?6 = 3214,28 руб/изделие.

3. Коммунальные услуги(отопление зимой, горячая/ холодная вода).

Отопление - 31200 руб/мес [ По материалам МУП «Водоканал]

Холодная вода: Схол.вода = 29.97, руб/ч,

Подогрев воды: Сгор.вода = 89,59, руб/ч,

Водоотведение: Сводоотв.= 21.18, руб/ч.

Вода вместе:

ЗВОД = СХОЛ ВОД?N + CГОР ВОД?N, руб/месяц, (5.13)

где N - число работников в цеху, N = 20;

С - тарифы на воду;

ЗВОД = 29.970?20 + 89,59?20 = 2391,2 руб/месяц.

ЗВОДОТ=СВОДОТ*N, руб/месяц, (5.14)

ЗВОДОТ= 21.18 ?20 = 423,6 руб/месяц.

ЗП3 = (31200+2391,2+423,6)/6 = 5669,3 руб/изделие.

4. Пенсионный налог.

Пенсионный налог составляет 22% от заработной платы рабочих.

Тогда он будет равен:

Зпн = 33000,33*22/100 = 7260,07 руб/изделие.

5. Фонд обязательного медицинского страхования.

Составляет 5,1% от заработной платы рабочих.

Зфмс = 33000,33*5,1/100 = 1683,01 руб/изделие.

6. Социальное страхование.

Составляет 2,9% от заработной платы рабочих.

Зсс = 33000,33*2,9/100 = 957,00 руб/изделие.

Посчитаем общие прочие затраты:

ЗП = ЗП1+ЗП2+ЗП3+Зn, руб/изделие, (5.15)

ЗП=1960,42+3214,28+5669,3+7260,07+1683,01+957,00=20744,08 руб/изделие

Общие затраты предприятия на производство одной единицы изделия.

ЗИЗД = ЗМ+ЗОТ +ЗАО+ЗП, руб/изделие, (5.16)

ЗИЗД = 206900,94 +33000,33+16764,79+20744,08= 277410,14 руб/изделие.

5.2.5 Сравнительный анализ структуры затрат базовой технологии и проектируемой

Сведем структуры затрат базовой технологии и проектируемой в таблицу 5.1:

Таблица5.1 - Сравнение структуры затрат базовой технологии и проектируемой.

5.3 Определение эффективности предлагаемой технологии

Рассчитаем прибыль рассматриваемого предприятия:

П=В-З, руб/год , (5.17)

где П - прибыль, руб/год;

В - выручка, руб/год;

З - затраты, руб/год.

В=СиздЧNизд Ч12, руб/год, (5.18)

В = 310000 Ч6 Ч12 = 22320000, руб/год,

З=ЗиздЧNиздЧ12, руб/год, (5.19)

З = 277410,14 Ч 6 Ч12 = 19973530,08, руб/год,

П = 22320000 - 19973530,08= 2346469,92, руб/год.

Рассчитаем чистую прибыль предприятия:

Пч = (1 - 0,20) Ч П, руб/год, (5.20)

Пч = 0,80Ч2346469,92= 1877175,93 руб/год.

Посчитаем доход предприятия:

Д = Пч +ЗА, руб/год, (5.21)

Д = 1877175,93+ 16764,79 = 1893940,72 руб.

Определим срок окупаемости проекта:

Тср=Uинв:Д, год, (5.22)

где Uинв - инвестиции, руб/год;

Д - доход, руб/год;

Тср= 330000 : 1893940,72= 0,17 года.

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1 Анализ безопасности и условий труда при эксплуатации крана

В пpoцессе paбoты кpaнa существует веpoятнoсть oбpывa тpoсa, схoда кpaнa с рельса, угoна крaнa при сильных пopывaх ветpa, чтo мoжет привести к нештaтным ситуациям.

Для тoгo чтoбы исключить угoн кpaнa при сильных пoрывах ветра, на нем бaзируется прoтивoугoннoе устрoйствo. Тaкже нa крaне устaнaвливaют средства oпoвещения звукoвым сигнaлoм и сигнaльнoй лaмпoй, включaющиеся при скoрoсти ветрa 20 м/с и выше.

Предотвратить обрыв каната при подъеме груза, вес которого превышает номинальную грузоподъемность свыше 10%, позволяет ограничитель грузоподъемности, отключающий механизм подъема в автоматическом режиме. Также предусмотрен ограничитель высоты подъема, исключающий натяг и обрыв каната в результате подъема груза на недопустимую высоту.

Наличие концевых выключателей механизма передвижения крана в конце пути исключает сход крана с рельс, отключение привода которого происходит раньше, чем контакт колес крана с ограничительным устройством. Данное расстояние является половиной тормозного пути крана.

Предупреждение рабочих, находящихся вблизи работающего крана, о его передвижении происходит путем автоматического включения звукового сигнала.

С целью исключения человека на проездном строении крана во время его работы предусмотрена автоматическая блокировка дверей.

Для безопасного доступа к механизмам, предохранительным устройствам, электрическому оборудованию предусмотрены площадки, лестницы, ограждения по конструкции и размерам соответствующие Правилам Ростехнадзора.

В целях предотвращения попадания человека в рабочую зону механизмов, все выдвижные части механизмов и электрооборудования прочно закреплены и закрыты ограждениями.

В работающем кране присутствует вибрация, передающаяся на тело крановщика через опорные поверхности. Данная вибрация относится к транспортно-технологической по источнику её возникновения.

Для решения задачи по снижению уровня общей вибрации в месте крепления кабины на металлоконструкции крана устанавливаются амортизирующие прокладки. Понижению вибрации способствуют установленные виброизолирующие сиденья.

Фактические и допустимые значения параметров транспортно-технологической вибрации на рабочем месте крановщика крана по ГОСТ 12.01.012 приведены в таблице 6.1:

Таблица 6.1 - Фактические и допустимые значения параметров транспортно-технологической вибрации

В процессе эксплуатации крана, вибрация полностью соответствует допустимым значениям и не выходит за рамки критических параметров.

К основным источникам шума при работе крана относят работающий двигатель.

Единица уровня звукового давления - децибел. Шум воспринимается человеком до 100 дБ. Свыше этого уровня возникает затрудненное глотание. 125-137 дБ - летаргический сон. Свыше 140 дБ наступает перфорация барабанных перепонок.[18]

Уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука в дБ на рабочем месте крановщика крана по СНиП II-12-77 сведены в таблицу 6.2:

Таблица 6.2 - Уровни звукового давления на рабочем месте крановщика крана

Методы уменьшения шума:

а) Понижение уровня звуковой мощности

б) Правильная ориентация шума

в) Звукоизоляция

г) Виброизоляция

д) Глушители

При эксплуатации крана имеет место воздействие опасных и вредных производственных факторов на крановщика. Данные производственные факторы регламентируются ГОСТ 12.0.003-74

Безопасность труда при подъеме и перемещении грузов в значительной степени зависит от конструктивных особенностей подъемно-транспортных машин и соответствие их правилам и нормам техники безопасности Росгортехнадзора.

Опасные физические факторы на производстве:

а) Движущие машины и механизмы;

б) подъемные устройства;

в) незащищенные подвижные элементы производственного оборудования (приводные и передаточные механизмы, режущие инструменты, вращающиеся и перемещающиеся приспособления и др.);

г) отлетающие частицы при обработке материала а также инструмента;

д) электрический ток;

е) повышенная температура поверхностей оборудования и обрабатываемых материалов и т.д.

Вредные для здоровья физические факторы:

а) высокая или низкая температура воздуха рабочей среды;

б) повышенная влажность и скорость движения воздуха;

в) превышение допустимых норм шума, вибрации, ультразвука;

г) увеличение излучений тепловых, ионизирующих, электромагнитных, инфракрасных и др;

д) запыленность , загазованность воздуха рабочей зоны.

6.2 Меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда при эксплуатации крана

При внезапном отказе системы управления или отключении электроэнергии, когда поднятый груз опустить нельзя, крановщик должен сообщить о случившемся окружающему персоналу и, по возможности, принять меры к ограждению места под поднятым грузом.

Если во время работы крана крановщик (или какое-либо другое лицо) обнаружит начавшуюся поломку конструкции (возникновение трещин в несущих элементах, резкий стук и шум в передачах и приводах, удары при движении крана или каретки, разрушение прядей каната и т.п.), ему следует немедленно прекратить работу, принять меры к опусканию груза и, по возможности, переместить кран в безопасное место, а затем покинуть кран, закрепив его на противоугонные захваты.

При возникновении аварийной ситуации в зоне работы крана крановщик обязан:

- вывести кран из опасной зоны, если это не угрожает безопасности крановщика и находящихся под краном людей;

- выключить аварийный выключатель, если требуется немедленная остановка крана, или его невозможно вывести из аварийной зоны;

- принять меры к покиданию крана, если кран остановлен в аварийной зоне и развитие ситуации угрожает здоровью и жизни крановщика.

При возникновении или угрозе аварийной ситуации на самом кране крановщик обязан:

- опустить поднятый груз и вывести кран в зону стоянки, если это возможно;

- выполнить комплекс мер, принимаемых по окончании работы крана в соответствии с разделом настоящего руководства, если это возможно;

- вывесить в кабине плакат «Кран неисправен», а затем поставить в известность о случившемся ИТР, ответственного за содержание грузоподъемных машин в исправном состоянии;

- остановить кран аварийным выключателем, если иное невозможно.

При возникновении загорания на кране крановщику следует немедленно отключить электропитание и принять меры к локализации и тушению огня с использованием штатного огнетушителя, если зона загорания не несет прямой угрозы здоровью и жизни крановщика, в противном случае - покинуть кран.

6.3 Расчёт заземления крана

Защита от поражения электрическим током - основной вопрос безопасности жизнедеятельности.

Корпуса электрических машин, переносного электроинструмента, светильников и других металлических нетоковедущих частей электрооборудования при нарушении изоляции могут оказаться под напряжением. В этих аварийных условиях прикосновение к нетоковедущим частям равнозначно прикосновению к токоведущим частям. Ток, протекающий через тело человека, может вызвать электрическую травму. Устранение опасности поражения током при переходе напряжения на нетоковедущие части электроустановки достигается устройством защитного заземления.

Заземлению подлежит подкрановый путь. Напряжение в трёхфазных электрических сетях 380В. Климатический коэффициент (при сухом грунте) =1,4, а удельное сопротивление грунта =700 Ом•м.

Заземляющее устройство представляет собой прямоугольник размером 34Ч150 м с 2 перегородками через каждые 50м подкранового пути. В качестве вертикальных стержней предполагается применить угловую сталь с шириной полки 40мм, длиной 2,5м, в качестве соединительной полосы - стальную шину сечением 40Ч4мм. Имеются естественные заземлители с сопротивлением 7,3 Ом.

Целью расчета заземления является определение количества электродов заземлителя и заземляющих проводников, их размеров и схема размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленные части электроустановок не превышают допустимых значений.

Расчет защитного заземления ведется в следующей последовательности [18]:

1. Определение расчетного тока замыкания на землю:

, А , (6.1)

.

где U- линейное напряжение сети

По величине тока замыкания определяем параметры болтового соединения, заземляющего проводника с нетоковедущими частями, подлежащими заземлению. Выбираем болт М6.

Согласно Правилам устройства электроустановок в электроустановках напряжением до 1000В в сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.

Принимаем RH = 4 Ом.

2. Определение расчетного удельного сопротивления грунта :

= , Ом•м , (6.2)

= 1,4 • 700 = 980, Ом •м.

где - климатический коэффициент (при сухом грунте), =1,4;

- удельное сопротивление грунта (=700 Ом•м).

3. Определение сопротивления естественных заземлителей: Rе = 7,3 Ом.

4. Определение сопротивления искусственного заземлителя RИ:

RИ = , Ом, (6.3)

RИ =8,85, Ом.

5. Определение сопротивления одиночного вертикального искусственного заземлителя Rст. од.[ 5]:

Эквивалентный диаметр стержней d=0,95b (b- ширина полки угловой стали). Тогда d=0,95•0,04=0,038, м,

Rст. од =, Ом, (6.4)

Rст. од = Ом.

где - длина вертикальных стержней (=2,5м);

- удельное сопротивление грунта ( = 980 Ом •м);

H =1,75м.

6. Предварительное размещение заземлителей:

Длина соединительной полосы равна периметру прямоугольника 34Ч150м, т.е. 364м. Вертикальные стержни размещаются через каждые 2м - всего 182 стержня.

1. Определение сопротивления соединительных полос RП [1]:

RП = R/ , Ом, (6.5)

где R - сопротивление соединительной полосы;

- коэффициент использования полосы.

R=, Ом (6.6)

R==6, Ом.

где - длина соединительных полос (=436м);

- удельное сопротивление грунта ( = 980 Ом •м);

H =0,5м;

b- ширина полки угловой стали (b=0,04 м).

С учетом коэффициента использования полосы =0,20 [1]:

RП = R/=Ом.

8.Определение сопротивления заземлителей :

, Ом, (6.7)

RП =30, Ом;

RИ = 8,85, Ом;

Ом.

9. Определение числа заземлителей:

Окончательно определяется число вертикальных стержней. Принимая предварительно их число равным 182, длину 2,5м и расстояние между ними 2м, находим коэффициент использования [1], =0,135, откуда

n= Rст. од / (•), шт. , (6.8)

n= 360, 73 / (0,135 •12,55) =212 ? 214, шт.

Таким образом, для заземления профилирующей линии необходимо 214 заземлителей, расположенных по периметру 34Ч150м и дополнительно 2 поперечными линиям длиной в 34м, длиной 2,5м и с шагом 2м.

6.4 Меры по охране окружающей среды

Череповецкий завод «ССМ-Тяжмаш» расположен в центральной части города Череповца и является самым крупным предприятием в этой части города.

Охрана окружающей среды в наше время стала одной из наиболее важных производственных проблем. Происходит ужесточение норм на выбросы предприятиями вредных веществ в окружающую среду, увеличиваются штрафы за превышение предельно-допустимых концентраций вредных веществ в выбросах с предприятий.

Основной загрязняющий фактор это выхлопные газы от работающего автотранспорта, утечка или слив масел в почву из картеров тех же кранов и емкостей при заправке или смене масел в редукторах.

Засорение ландшафта отходами. В основном это обрезки металлопроката.

Основными мероприятиями по снижению загрязнения является своевременное прохождение техосмотров кранов. Если необходимо установка фильтров на выхлопные системы.

Следить за правильной утилизацией масел и других ядовитых жидкостей.

После проведения работ произвести сбор отходов с дальнейшей их утилизацией (захоронение или отправка на переплавку).[17]

Мероприятия, направленные на снижение выбросов вредных веществ в атмосферу:

- совершенствование технологических процессов, с учетом снижения выбросов вредных веществ;

- модернизация с повышением эффективности очистных устройств;

- ликвидация источника загрязнения.

Механические примеси, содержащиеся в вентиляционных выбросах, задерживаются в аппаратах мокрого и сухого пылеулавливания, а также волокнистых фильтрах и электрофильтрах. В роли фильтров участвуют различные фильтрующие, тонко и глубоковолокнистые материалы.[20]

6.5 Меры пожарной безопасности на производстве.

К опасным факторам пожара относят:

а) открытый огонь;

б) высокая температура окружающей среды и предметов;

в) задымленность;

г) токсичные продукты горения;

д) пониженное содержание кислорода в воздухе.

Для обеспечения противопожарных условий эксплуатации крана применяют следующие меры: всю аппаратуру управления размещают в герметизированных контейнерах, электродвигателям механизмов придают защиту от внешней среды.

При этом рабочая t° обмоток путем создания запаса по току 10% составляет менее 140°С (t° поверхности менее 100°С) - токоподвод к крану и тележки кабельной.

Многоуровневое регулирование скорости электроприводов крана обеспечивает минимальную нагрузку тормозов, в результате рабочая температура тормозных колодок не превышает допустимую; резисторы выбраны из стандартных блоков с расчетом, чтобы температура поверхности активных частей не превышала 185°С.

Непосредственно в кабине крана размещают углекислотный огнетушитель, используемый в результате возможного возгорания электропроводки и электрооборудования.

В организациях должна быть обеспечена пожарная безопасность в соответствии со СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы», ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования» и Правилами пожарной безопасности в Российской Федерации.

Пожарная защита производственных помещений обеспечивается совокупностью условий:

-Правильным выбором огнестойкости объекта и конструкций;

-Ограничением распространения огня в случае пожара;

-Обеспечением безопасной эвакуации людей;

-Применением средств пожарной сигнализации, извещения и пожаротушения;

-Организацией пожарной охраны объекта.

Проектируемое производственное помещение по пожаровзрывоопасности относится к категории класса Д по НПБ 105-03'Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности' (негорючие материалы в холодном состоянии).

По возгораемости строительные конструкции участка относятся к несгораемым и трудносгораемым. Конструкция основного оборудования должна исключать опасность пожара или взрыва (накапливания зарядов статического электричества, перегрева, короткого замыкания). Требования пожарной безопасности при эксплуатации должны соответствовать ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования» и его технической документации.

На территории организации, в производственных и санитарно-бытовых помещениях, в зависимости от характера выполняемых работ, должны быть необходимые средства пожаротушения. По ППБ 01-03 «Определение необходимого количества первичных средств пожаротушения» необходим пожарный ручной инвентарь, включающий лом, лопату, огнетушитель, ведро.[12]

По ГОСТ 28130-89 «Пожарная техника. Общие требования» количество и состав огнетушителей должны соответствовать действующим нормам обеспечения огнетушителями для механического цеха холодной обработки металлов на 1800мІ - 1 порошковый огнетушитель ОПУ-10/9.[13]

Производственное помещение может быть оборудовано средствами сигнализации о пожаре, в частности пожарными извещателями ручного и автоматического действия, последние могут быть тепловые, дымовые, световые и комбинированные. Каждый работник должен знать и выполнять требования правил пожарной безопасности и не допускать действий, которые могут привести к пожару или загоранию.

Контроль пожарной безопасности необходимо осуществлять в соответствии с требованиями Правил пожарной безопасности в Российской Федерации.

Заключение

В представленной ВКР была произведена модернизация клещей автоматических для транспортировки одного рулона листовой стали с грузоподъемностью тридцать пять тонн.

В процессе выполнения работы по модернизации клещей был проведен следующий комплекс мероприятий:

-рассчитаны и проанализированы нагрузки выдерживаемые клещами

-исследовано напряженно-деформированное состояние детали траверса;

-разработана технология изготовления детали «ось»

-рассчитаны затраты на производство траверсы по проектируемой технологии и сравнили их с затратами производимыми по базовой технологии.

Конструкторская часть состоит из расчетов на прочность опасных сечений.

В технологической части составлен маршрут обработки, подобраны режущие инструменты, рассчитаны режимы резания, выбраны станочные и инструментальные приспособления, средства измерения и контроля размеров при изготовлении детали ось. При выборе режущего инструмента предпочтение отдавалось режущему инструменту из твердого сплава.

В разделе имитационное моделирование был выполнен расчет траверсы на прочность с помощью системы автоматизированного расчета и проектирования- «APM WinMachine».

Задание по безопасности и экологичности ВКР заключало в себе анализ безопасности и условий труда при эксплуатации крана, выявление мер по обеспечению безопасных и здоровых условий труда при эксплуатации крана. Произведен расчёт заземления крана.

В экономической части ВКР было приведено технико-экономическое сравнение базовой технологии и проектируемой. Затраты на производство траверсы по новой технологии составляют 277410 руб., что на 35000 руб. меньше, чем затраты на производство траверсы по базовой технологии.

Список использованных источников

клещи модернизация транспортировка траверс

1 Александров А.В. Сопротивление материалов: учебник для вузов / А.В. Александров. - Москва: Высшая школа, 2004. - 560 с.

2 Александров М. П. Подъемно-транспортные машины: учебник для вузов / М.П. Александров. - Москва: Высшая школа, 1985. -520с.

3 Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3т. Т.1 / В.И. Анурьев. - Москва: Машиностроение, 2001. - 920с.

4 Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3т. Т.2 / В.И. Анурьев. - Москва: Машиностроение, 2001. - 912с.

5 Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3т. Т.3 / В.И. Анурьев. - Москва: Машиностроение, 2001. - 864с.

6 Белов С.В. Охрана окружающей среды: учебное пособие для студентов вузов / С.В. Белов, Ф.А.Барбинов, А.Ф.Козьяков. - Москва: Высшая Школа, 1989. - 264с.

7 Бородин, Н.А. Сопротивление материалов: учеб. пособие / Н.А. Бородин. - Москва: Дрофа, 2001. - 288с.

8 Вайнсон, А.А. Крановые грузозахватные устройства: справочник / А.А. Вайнсон, А.Ф. Андреев. - Москва: Машиностроение, 1982г. - 304с.

9 Власов, А.Ф. Безопасность при работе на металлорежущих станках: учебник для вузов / А.Ф. Власов. - Москва: Машиностроение, 1977. - 120с.

10 ВНИИПТМАШ. Расчеты крановых механизмов и их деталей: учебник для инженерно-технических работников / ВНИИПТМАШ. -Москва: Машиностроение, 1971. - 496с.

11 Горбацевич, А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учеб. пособие для машиностроительных специальностей вузов / А.Ф. Горбацевич, В.А. Шкред. - Москва: Альянс, 2007. - 256с.

12 Горбунов, В.И. Обработка металлов резанием, металлорежущий инструмент и станки: учебное пособие / В.И. Горбунов. - Москва: Машиностроение, 1981. - 287с.

13 ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. - Введ. 01.07.92. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 2006. - 78с.

14 ГОСТ 28130-89. Пожарная техника. Огнетушители, установки пожаротушения и пожарной сигнализации.- Введ. 01.01.90. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 1990. - 11с.

15 Добрыднев, И.С. Курсовое проектирование по предмету технология машиностроения: учебник / И.С. Добрыднев. - Москва: Машиностроение, 1985. - 359с.

16 Егоров, М.Е. Технология машиностроения: учебник для вузов / М.Е. Егоров, В. И. Дементьев, В. Л. Дмитриев. - Москва: Высшая школа, 1976. - 535с.

17 Косилова, А.Г. Справочник технолога-машиностроителя : в 2 т. Т.2 / А.Г. Косилова, Р.К. Мещерякова. - Москва: Машиностроение, 1986. - 496 с.

18 Новиков, Ю.В. Охрана окружающей среды: учеб. пособие для учащихся техникумов / Ю.В. Новиков. - Москва: Высшая школа, 1987. - 287 с.

19 Орлов Г.Г. Инженерные решения по охране труда в строительстве: учебник для строительных специальностей вузов. -- Москва: Высшая Школа, 1984. - 343с.

20 Режимы резания металлов: справочник 3-е изд. / под ред. Ю.В. Барановского. - Москва : Машиностроение, 1972. - 408 с.

21 Степановских А.С. Охрана окружающей среды: учебник для вузов / А.С. Степановских. - Москва: ЮНИТИ - ДАНА, 2002. - 510 с.

Приложение 1

Спецификация

Приложение 2

Маршрутно-операционные карты