Модернизация приводов подач вальцешлифовального станка фирмы Waldrih Siegen модели WS11h

Работа из раздела: «Производство и технологии»

РЕФЕРАТ

Целью данного дипломного проекта является модернизация приводов подач вальцешлифовального станка фирмы WALDRIH SIEGEN модели WS11h.

Расчетно-пояснительная записка включает:

листов записки- ;

рисунков- ;

таблиц- .

Исходными данными к проектированию являются технические характеристики станка, технология обработки деталей, и документация по системам управления фирмы SIEMENS. В проекте проанализированы приводы продольной и поперечной подач, рассчитаны кинематические цепи подач, выбраны двигатели для их приводов, спроектированы структурные модели приводов и оценена их работа в динамике с помощью прикладного пакета SIAM, разработана СУ приводов подач на базе блоков и элементов фирмы SIEMENS, которая устанавливается взамен устаревшей релейно-контакторной СУ.

Также в дипломном проекте произведено технико-экономическое обоснование ( получен годовой экономический эффект, срок окупаемости системы, увеличена программа выпуска изделий и т. д. ), проанализированы условия труда и охрана окружающей среды, а также мероприятия по гражданской обороне.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в области автоматизации производства наметилось новое направление. На промышленных предприятиях накопилось большое количество оборудования, отработавшего свой ресурс и уже не обеспечивающего требуемых характеристик, оставаясь при этом работоспособным. Новое направление заключается в модернизации данного оборудования с целью приближения его характеристик к паспортным данным. Это может быть достигнуто следующими путями: снижение приведенного момента инерции механических частей приводов, установка высокомоментных электродвигателей, применение цифровой системы управления и т. д. Все эти пути взаимосвязаны и модернизация какого-либо узла требует предварительной оценки его влияния на характеристики объекта управления. Проведение подобного анализа невозможно без расчетной модели, где все узлы и процессы происходящие в системе имеют математическое описание (алгебраические и дифференциальные уравнения, передаточные функции и т. п.).

Для однозначного определения математического описания объекта управления необходим метод, позволяющий обеспечить точное измерение параметров объекта и провести их анализ. Выполнение этих функций может обеспечить ЭВМ с соответствующим программным обеспечением.

Задачей данного дипломного проекта является модернизация электрооборудования вальцешлифовального станка WS11h, моделирование реальных систем модернизированного электропривода подач станка и проведение анализа динамических характеристик после модернизации.

Модернизация включает в себя:

изменение кинематики приводов подач станка;

замена устаревших ДПТ на современные высокомоментные синхронные двигатели;

замена релейно-контакторной системы управления на современную СЧПУ включающую в себя: программируемый контроллер SIMATIC S7, блок ЧПУ SINUMERIK FM-NC, и глубокорегулируемый привод подач SIMODRIV 611A.

В результате проведенных исследований установлено, что применение высокомоменнтного синхронного привода позволяет существенно повысить качество динамических характеристик привода подач станка.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

НАЗНАЧЕНИЕ ВАЛЬЦЕШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА WS11

Специализированный вальцешлифовальный станок Waldrich Siegen WS11h предназначен для шлифования наружных и цилиндрических, конических и торцевых поверхностей, а также для снижения шероховатости обрабатываемых деталей и получения точных размеров. В таблице 1.1 представлены основные технические характеристики вальцешлифовального станка WS11h.

На рисунке 1.1 показан общий вид оборудования вальцешлифовального станка WS11h.Станок имеет следующие основные узлы:1-планшайба; 2- задняя бабка; 3- люнеты; 4-станина заготовки;5- шпиндельная бабка; 6- ЭД привода главного движения;7- станина суппорта; 8- шлифовальная бабка; 9- ЭД привода шлифовального круга; 10- суппорт.

Обрабатываемая деталь устанавливается мостовым краном и закрепляется в кулачках планшайбы 1. Данные заготовки поджимаются центром задней бабки 2 и люнетом 3, которые установлены на направляющих станины заготовки 4 и имеют возможность перемещаться и закрепляться в зависимости от длинны обрабатываемой детали на требуемом расстоянии от шпиндельной бабки 5. Вращение планшайбы осуществляется от ЭД главного привода 6 посредством клиноременной передачи и жесткой муфты. На станине суппорта 7 установлена шлифовальная бабка 8 с ЭД привода вращения шлифовального круга 9 .

Шлифование бочкообразных поверхностей производится путем перемещения суппорта 10 вдоль заготовки, посредством включения привода продольной подачи, а шлифование конусных поверхностей путем перемещения суппорта 10 вдоль и поперек заготовки, включением соответственно продольной и поперечных подач.

Для снижения сил сопротивления движению под направляющие суппорта, в специальные профилированные карманы, под большим давлением, подается масло, которое приподнимает суппорт, образуя маслянную подушку толщиной в несколько микрометров. Таким образом удается значительно уменьшить коэффициент трения в направляющих.

Таблица 1.1- Технические характеристики вальцешлифовального станка WS11h

Параметры	Значения
Габариты деталей, мм: Диаметр Длина	2000 15000
Пределы частот вращения планшайбы, об/мин	400-1600
Пределы подач суппорта, мм/мин	20-3000
Скорость быстрых перемещений суппорта, мм/мин	6000
Перемещение суппорта, мм Продольное Поперечное	11500 1500
Мощность ЭД главного движения , кВт	88
Габаритные размеры станка, мм Длинна Ширина Высота	24000 5950 2500

АНАЛИЗ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ЭП ПОДАЧ

КИНЕМАТИКА ЭП ПРОДОЛЬНЫХ ПОДАЧ

ЭП продольных подач предназначен для продольного перемещения суппорта шлифовального круга вдоль направляющих станины суппорта. Перемещение суппорта осуществляется с помощью механизма продольной каретки.

Кинематическая схема привода продольных подач представлена на рисунке 1.2. Продольное перемещение суппорта осуществляется с помощью червячной передачи 8, 9, через 3-х ступенчатый редуктор от электродвигателя постоянного тока.

ЭД постоянного тока типа 1GS2167-3R.24 имеет следующие характеристики:

- частота вращения n=0.04-8-1200 об/мин;

- мощность N=6.2 кВт;

напряжение питания U=200 В;

потребляемый ток I=35.4 А;

Крутящий момент от ЭД передается на зубчатые колеса 1-5 , червячную передачу 8-9 и реечное колесо 10. Передаточное отношение редуктора определяется по формуле:

u=u1-3*u4-5*u8-9 ,

где u1-3=z3/z1=49/25=1.96; u4-5=z5/z4=71/36=1.97;u8-9=z9/z8=65/1=65.

Тогда u=1.96*1.97*65=251.

Рассчитаем скорость перемещений, по формуле, указанной в МУ[ ]:

V=S0*nДВ,

Где S0-подача продольного перемещения суппорта за 1об.эд.,мм/об, рассчитывается по формуле:

S=n10*2*r10,

где n10- частота вращения реечного колеса за 1об.эд.;

r10-радиус реечного колеса 10:r10=(M10*z10)/2=(5*40)/2=100мм,

где М10-модуль реечного колеса (М10=5).

За один оборот ЭД реечное колесо совершит:

1обэд*(z1/z2)*(z4/z5)*(z8/z9)=1обэд*(25/49)*(36/71)*(1/65)=0,004об;

Тогда: S=0.004*6.28*100=2.5мм/об=0,0025м/об

Определяем скорость рабочего и быстрого хода:

Скорость рабочего хода :

VРХ=S0*nНОМ=0.0025*1600=4м/мин=0.067м/сек.

Скорость быстрого хода:

VБХ=S0*nMAХ=0.0025*2400=6м/мин=0.1м/сек.

Приведенный момент инерции к валу ЭД рассматриваемой системы определяется исходя из того, что значение кинетической энергии всех движущихся элементов до и после приведения должна оставаться неизменной:

JПР=JДВ+J1+J6+JВ1+J2/u21-2+(J3+J4+JВ2)/(u21-2u22-3)-+(J5+J8+J7+JВ3)/(u21-2u22-3u24-5)+-+(J9+J10)/(u21-2u22-3u24-5*u28-9)+(Mсупп*v2)/w2ДВ,

где JДВ- момент инерции двигателя (JДВ=0.015кг*м2); JN- момент инерции зубчатых колес редуктора, рассчитываемых по формуле: JN=m*(D2+d2)/8,

где m- масса шестерни: m= *((D2-d2)/4)*H* ,

где Н-ширина шестерни, м; -плотность стали ( =7.85*103кг/м3),

D- наружный диаметр шестерни, м; d- внутренний диаметр шестерни, м.

Момент инерции вала рассчитывается по формуле:

JВ=*(D4/32)*l*,

где D- диаметр вала, м; l- длинна вала.

Расчет моментов инерций и масс зубчатых колес производится с помощью ЭВМ. Программа расчета представлена в приложении Результаты расчетов сведены в таблице 1.2.

В расчетах использованы габаритные размеры валов и зубчатых колес, приведенные на заводском сборочном чертеже коробки подач станка WS11h.

В соответствии с рассчитанными данными приведенный момент инерции равен:

JПР=0.015+0.05+0.0003+0.045+0.005+0.07/2.8+(0.012+0.004+0002/(2.82*0.72)+(0.077+0.00055+0.006+0.01)/(2.82*0.72*1.972)+4.75/(2.82*0.72*1.972*652)+(20000*0.0672)/167.42=0.123 кг*м2.

1.2.2 КИНЕМАТИКА ЭП ПОПЕРЕЧНЫХ ПОДАЧ

ЭП поперечных подач предназначен для поперечного перемещения суппорта шлифовального круга по направляющим суппорта.

Кинематическая схема привода поперечных подач представлена на рисунке 1.2

Поперечное перемещение суппорта осуществляется с помощью кинематической пары винт-гайка качения 7 ,через 4-х ступенчатый редуктор от ЭД постоянного тока продольной подачи, и 2-х ступенчатый редуктор от асинхронного ЭД мощностью N=2.2кВт; и частотой вращения n=680об/мин.

При приведении в зацепление конических зубчатых колес 7,11, через редуктор 1-5, крутящий момент от ЭД постоянного тока продольных подач передается на пару винт-гайка качения 7. Асинхронный ЭД служит для вспомогательного приведения ходового винта 7 и привода вспомогательного винта 6 , предназначенного для выборки люфтов, возникающих в зацеплении зубчатых колес. Крутящий момент от АД передается через редуктор 25-19 на ходовой винт 7 и винт 6.

Передача винт-гайка качения имеет ряд достоинств:

возможность полного устранения зазора в резьбе и создания натяга, обеспечивающего высокую осевую жесткость;

низкие потери на трение, КПД достигает ?=0.9;

почти полная независимость силы трения от скорости и очень малое трение покоя, что способствует обеспечению равномерности движения.

Передаточное отношение редуктора определяется по формуле:

u=u1-3*4-5*u7-11*u12-13*u16-17*u17-19,

где u=zn/zm-передаточное отношение зубчатых колес:

u1-3=1.96; u4-5=1.97; u7-11=1; u12-13=1.33; u16-17=1.48; u17-19=0.98.

Тогда u=1.96*1.97*1*1.33*1.48*0.98=7.45.

Рассчитаем скорость поперечной подачи, используя формулу:

V=S0*nДВ,

где Где S0-подача продольного перемещения суппорта за 1об.эд.,мм/об, рассчитывается по формуле:

S=n0*tХВ,

где n0-частота вращения реечного колеса за 1об.эд.;
tХВ - шаг ходового винта, tХВ =6мм.

За один оборот электродвигателя ходовой винт совершит:

1обэд*(z1/z2)*(z4/z5)*(z7/z11)*(z12/z13)*(z16/z17)*(z17/z19)=

1*(25/49)*(36/71)*(1/1)*(24/32)*(50/74)*(74/72)=0.13 оборотов.

Тогда S=0.13*6=0.78мм/об.

Определяем скорость рабочего и быстрого ходов.

Скорость рабочего хода:

VРХ=S*nНОМ=0.78*1600=1.25м/мин=0.02м/с.

Скорость быстрого хода:

VБХ=S*nУСК=0.78*2400=1.9м/мин=0.032м/с.

JПР=JДВ+J1+J6+JВ1+J2/u21-2+(J3+J4+JВ2)/(u21-2u22-)+(J5+J8+J7+JВ3)/(u21-3*u24-5)+(J11+J12+JВ4)/(u21-3*u24-5)+(J13+J16+J14+JВ5)/(u21-3*u24-5*u212-13)+(J27+J15)/(u21-3*u24-5*u212-13*u216-17)+(J22+J18+JВ6)/(u21-3*u24-5*u212-13*u216-17*u217-18)+(J19+J23+JВ7)/(u21-3*u24-5*u212-13*u216-17-*u217-18)+mСУПП*v2/w2,

где JДВ- момент инерции двигателя (JДВ=0.015кг*м2); JN- момент инерции зубчатых колес редуктора, рассчитываемых по формуле:

JN=m*(D2+d2)/8,

где m- масса шестерни: m= *((D2-d2)/4)*H* ,

где Н-ширина шестерни, м; -плотность стали ( =7.85*103кг/м3),

D- наружный диаметр шестерни, м; d- внутренний диаметр шестерни, м.

Момент инерции вала рассчитывается по формуле:

JВ=*(D4/32)*l*,

где D- диаметр вала, м; l- длинна вала.

Расчет моментов инерций и масс зубчатых колес производится с помощью ЭВМ. Программа расчета представлена в приложении

В соответствии с рассчитанными данными приведенный момент инерции равен:

JПР=0.015+0.05+0.0003+0.045+0.005+0.07/2.82+(0.012+0.004+0.0002)/(2.82*0.72)+(0.077+0.00055+0.006+0.01)/(1.962*1.032)+(0.00035+0.0003+0.0012)/(1.962*1.032)+(0.002+0.02+0.015+0.005)/(1.962*1.032*1.332)+(0.07+0.08)/(1.962*1.032*1.332*1.482)+(0.04+0.016+0.06)/1.962*1.032*1.332*1.482*0.982)+(0.06+0.06+0.08)/1.962*1.032*1.32*1.4*0.982)+20000*0.022/1672=0.19кг*м2

Особенностью привода подач станка WS11h является то, что привод продольной и поперечной подач осуществляется от одного ЭД. Кинематическая цепь поперечной подачи включает в себя цепь продольных подач. Поэтому момент инерции ЭП поперечной подачи превышает момент инерции ЭП продольной подачи.

вальцешлифовальный станок электрический двигатель

ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКА WS11h

Существующая система управления станка WS11h представляет собой релейно-контакторную систему фирмы SIEMENS, которая располагается в электрических шкафах рядом со станком и соединяется с ним кабелями.

Узел питания. Электрическая установка включается главным выключателем. Нажимом на кнопочный выключатель “Включение станка” включается управляющее напряжение. При подачи команды “Выключение станка” производится отключение и притормаживание привода шпиндельной бабки и привода коробки подач в то время, как шлифовальный двигатель не притормаживается и вращается по инерции до остановки. Управляющее напряжение может быть включено лишь в том случае, если все привода постоянного тока выключены. Отключение станка производится при следующих неполадках:

1) при дефекте в приводе шлифовального круга;

при дефекте в приводе шпиндельной бабки;

при дефекте в приводе коробки подач;

при выходе из строя вентиляции распределительного шкафа.

При вышеуказанных дефектах, а также при команде “Выключение станка” отключаются все привода, за исключением гидростатической смазки шлифовальных осей.

Узел привода шлифовального круга. Предварительное условие: при сигнале “Готовность к работе” для станка должна установится гидростатическая смазка шлифовальных осей. Включение производится посредством кнопочного выключателя. После установления возбуждения двигателя включается сетевой контактор, деблокируется регулятор и деблокируется заданное значение. Регулировка числа оборотов в диапазоне от 500 до 2000об/мин производится посредством потенциометра на панели управления. Питание якоря производится посредством блока силовых тиристоров GCOL-D 450/330 Mer S2. Регулировка числа оборотов в диапазоне возбуждения двигателя производится посредством тиристорного прибора GCO-D 175/8 Mer-1.

Шлифовальный двигатель отключается при следующих неполадках:

при прерывании воздушного потока в тиристорном блоке;

при слишком большом числе оборотов шлифовального круга посредством транзисторного реле;

при исчезновении тока возбуждения двигателя;

при срабатывании защитных выключателей блока управления и питания возбуждения.

Привод ускоренного перемещения включается посредством кнопочных выключателей “Подводить” и “Назад”. При команде “Выключение станка” и “Выключение шлифовального двигателя” посредством реле времени производится кратковременное переключение на “Назад”. Шлифовальный круг отходит при этом от обрабатываемой детали.

Узел пускового устройства. При помощи кнопки производится включение привода подачи с максимальным числом оборотов, если шлифовальный круг, шпиндельная бабка и насос охлаждающего средства включены. При соприкосновении шлифовального круга с валком производится отключение посредством электронного реле постоянного напряжения на добавочных полюсах шлифовального двигателя, одновременно включается коробка передач по направлению влево.

Узел привода шпиндельной бабки. Включение производится посредством кнопочного выключателя “Включение шпиндельной бабки” включается контактор возбуждения. После установки возбуждения двигателя срабатывает реле контроля тока возбуждения и включает сетевой контактор. Вследствие этого упраздняется блокировка реверса и деблокируется заданное значение. Регулировка числа оборотов в диапазоне от 180 до 1800об/мин производится посредством потенциомнтра. Питание якоря осуществляется от силового тиристорного блока GCOL-D 450/330 Mer 2. Регулировка числа оборотов в диапазоне возбуждения двигателя производится посредством тиристорного прибора GCO-E 175/8 Mer-1. При нажиме на кнопочный выключатель “Стоп” производится притормаживание двигателя до полной остановкипосредством реверсирования возбуждения и затем его отключение. Контроль останова осуществляется посредством реле нулевой скорости. Двигатель шпиндельной бабки отключается при следующих неполадках:

при срабатывании защитного термоконтакта в двигателе;

при срабатывании защитных выключателей двигателя на блоке управления и питании возбуждения;

при исчезновении возбуждения реле контроля тока возбуждения .

Узел привода коробки подач (схема приведена на рисунке 1. ).

Электрическая схема узла привода коробки подач представленна на рисунке

Педварительное условие: при сигнале “Готовность к работе” для станка должна включится смазка направляющих станины, после установления давления масла деблокируется привод коробки подач. Включение производится посредством кнопочных выключателей “Вправо” или “Влево”. После срабатввания реле контроля тока возбуждения 7u10 и упразднения блокировки реверсора производится деблокировка заданного значения для малого числа оборотов. После выдержки времени посредством реле вреьени 7d22 производится переключение на установленное значение. Регулировка числа оборотов в диапазоне от 24 до 1200 об/мин производитсяпосредством потенциометра 7r30 через силовой тиристорный блок GCO-D 200/57 Mer 203 с полупериодной выпрямительной схемой со средней точкой. Переключение шлифовальных салазок производится конечными выключателями.

При нажиме на кнопочный выключатель “Стоп” двигатель электрически притормаживается с постоянным моментом до полного останова и затем отключается. Контроль останова производится посредством реле нулевой скорости 7u11.Привод отключается при следующих неполадках:

при срабатывании предохранительного контроля тиристорного блока;

при срабатывании защитных выключателей двигателя на блоке управления и питании возбуждения;

при исчезновении возбуждения двигателя реле контроля тока возбуждения 7u10 .

Узел шлифования конусов. При команде “Включение шлифования конусов” в действие приводится муфта для шлифования конусов и растормаживается тормоз ускоренного перемещения в то время, как одновременно включается коробка подач. Функция “Шлифование конусов” блокируется ускоренным перемещением, смазкой поперечных направляющих и коробкой подач.

1.4 ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СТАНКА. ПУТИ МОДЕРНИЗАЦИИ И ЗАМЕНЫ УСТАРЕВШЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

В настоящее время вальцешлифовальный станок модели WS11h, инв.№11217, 1975г. выпуска ,фирмы Waldrich Siegen не соответствует паспортным данным по нормам точности и оснащен устаревшей морально и физически СЧПУ, что обуславливает частые сбои системы ЧПУ и простои станка. Кроме того станок не обеспечивает шлифовку конусных шеек валков, отсутствует цифровая индикация, а также шероховатость поверхностей не соответствует принятым нормам.

В результате ревизии электрооборудования выявлены следующие недостатки: ДПТ и ТП SIMOREG электроприводов подач имеют износ до 85%, ремонту не подлежат по причине и снятия с производства; станок не снабжен системой ЧПУ, а система управления релейно-контакторного типа фирмы SIEMENS не работоспособна по причине износа контактов и отсутствия запчастей в следствии снятия с производства. Кроме того обнаружены многочисленные обрывы электрических кабелей вследствии старения и потери гибкости.

Чтобы устранить указанные недостатки и довести станок до паспортных данных по нормам точности необходимо произвести капремонт и модернизацию электрооборудования станка. Для сокращения сроков модернизации, упращения послеремонтного обслуживания модернизированной СУ целесообразно применение современного оборудования и програмного обеспечения, поставляемого на НКМЗ фирмой SIEMENS ( Германия).

Наиболее сложной задачей модернизации электрооборудования станка является задача обеспечения высокой точности работы ИМ. Решение этой задачи возможно путем принятия следующих мер:

сокращение кинематической цепи между ИМ и датчмком положения;

повышение разрешающей способности измерительных преобразователей;

выбор оптимальной структуры СУ ЭП;

обеспечение высокого быстродействия и вычислительной мощности микро-ЭВМ.

Необходимость снижения уровня шероховатости способствует ужесточению требований к ЭП по значению погрешностей в установившихся и переходных режимах при различных возмущающих воздействиях, по расширению диапазона регулирования, повышению равномерности движения, особенно под нагрузкой, по увеличению быстродействия при возмущению по нагрузке.

Требование роста производительности станка приводит к увеличению мощности и максимальной скорости привода главного движения; к повышению скорости быстрого хода приводов подач; увеличению максимальных рабочих подач; уменьшению времени разгона и торможения; позиционированию приводов подач; вспомогательных перемещений, а также времени на выполнение ремонтных и других вне цикловых работ [ ].

Для удовлетворения изложенных выше требований предполагается оснастить станок электроприводом подач SIMODRIVE 611A с высокомоментными сервомоторами переменного тока повышенной надежности фирмы SIEMENS. Предполагается также замена устаревшей СУ на более современную систему SINUMERIK FM-NC класса CNC. СЧПУ FM-NC базируется па программируемом контроллере SIEMENS SIMATIC S7 с повышенной надежностью работы, расширенной диагностикой и энергонезависимой памятью. Система работает со всем спектром современного программного обеспечения (ввод программ с дискет 3.5'') и легко переналаживается. Кроме того СЧПУ обеспечивает моделирование и диагностику технологического процесса.

Ремонтные работы на станке кроме всего прочего, предполагают замену изношенных гибких токоподводов к суппорту и задней бабке, вышедшей из строя электропроводки, кнопок управления сигнальных арматур и ламп на пультах и в шкафах управления, а также ремонт электроаппаратов (конечные выключатели, реле, вентиляторы, фильтры и др.).

Оборудование SIEMENS имеет высокую надежность, легко монтируется и обслуживается. Поэтому такой путь модернизации станка позволяет в кратчайшие сроки осуществить монтаж и наладку ремонтируемого и вновь устанавливаемого электрооборудования. Затраты на его приобретение быстро окупаются за счет роста производительности станка и повышения качества, а следовательно, отпускной цены выпускаемой продукции.

2 РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭД ПОДАЧ

Для выбора мощности ЭД используем методику расчета, которая применяется на НКМЗ при конструировании ЭП подач станков, предложенную фирмой SIEMENS.

Фактическая мощность ЭД определяется по формуле:

Ррасч= ,

где nном- номинальная частота вращения ЭД, мин-1;

Мv- суммарный момент сопротивления перемещению, приведенный к валу двигателя, Нм.

Величина момента Мv рассчитывается по формуле:

Мv= ,

где Fv- тяговая сила, необходимая для преодоления сил полезного сопротивления, Н;

hs- шаг винта, принимаем hs=0.06м;

- КПД редуктора, равный 0.85.

Сила Fv определяется по формуле, приведенной в работе [ ]:

Fv=K п*Px+Fc,

где K п- коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента, который возникает вследствие несимметричного приложения силы подачи, для суппортов вальцешлифовальных станков с прямоугольными направляющими принимаем Кп=1.1;

Px- составляющая сила резания, действующая в направлении подачи, Н;

Fc- сила трения в направляющих, определяется по формулам, рекомендуемым нормалью станкостроения Н48-61 (см. [ ]). Для прямоугольных направляющих:

Fc= ( Pz+2*Py+Qc)*f,

где Qc- вес суппорта, Qc= mc*g=20000*9.84=196.2кН;

приведенный коэффициент трения, f=0.01;

Py, Pz- составляющие силы резания, Н, определяются по предложенным режимам резания базового ТП.

В приложении приведены технологические карты обработки прокатных валков типа С-Д х1950, которые обрабатывались на станке WS11h. Рассчитаем силы резания по формуле [ ]:

Px,y,z=10*Cp*tx*sy*vn*Kp,

где t- глубина резания, t=0.05мм;

s- подача, s=1.23мм/об;

Cp, x, y, n- постоянные коэффициенты и показатели степени для расчетных условий, которые соответственно равны: 339, 0.5, 0.55, 0.5(табл.22[ ]);

Kp- поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, Kp=1.1;

v- скорость резания, v=32м/мин.

Осевая сила резания составляет:

Px=10*339*0.050.5*1.230.5*320.5*1.1=5.2кН.

Тангенциальную Pz и радиальную Py составляющие силы резания определяем из соотношения:

Px: Py: Pz= 1: 0.4: 0.25,

отсюда Pz=2,1кН; Py=1,3кН.

Таким образом, необходимая тяговая сила составляет: Fv=1.1*5.2+(2.1+2*1.3+196.2)*0.01=7.7кН.

Момент сопротивления, приведенный к валу двигателя: Мv=7700*0.06/6.28*0.85=86.8Нм.

Рассчитанное значение момента используем для определения серии ЭД. По каталогу [ ] фирмы SIEMENS выбираем синхронный высокомоментный электродвигатель серии 1FT5 136 с номинальным вращающим моментом Мн=105Нм и частотой nн=1200об/мин.

Расчетное значение требуемой мощности ЭД:

Ррасч=86.8*1200/9550=10,6 кВт.

Принимаем ЭД типа 1FT5 136-OAA71 номинальной мощностью Рн=11кВт, технические данные которого приведены в таблице 2.1. На рисунке 2.1 представлены механические характеристики ЭД при различных режимах работы(s1,s3-60%; s2-25%).

Синхронный ЭД (СД) выбран в качестве приводного по следующим соображениям:

СД позволяет регулировать скорость в широком диапазоне при постоянном моменте, что требуется для электропривода подач;

перегрузочная способность СД мало чувствительна к понижению напряжения сети, что относится к числу его основных достоинств;

важной особенностью СД является возможность фиксации положения его ротора путем подключения обмоток фаз статора к источнику постоянного напряжения( кривая1, рисунок2.1). Путем переключения обмоток можно с высокой точностью задавать дискретные перемещения ротора, соответствующие определенному числу шагов. Таким образом в шаговом режиме СД способен отрабатывать перемещения задаваемые числом электрических импульсов, коммутировать перемещения задаваемые числом электрических импульсов, коммутатора путем подключения обмоток фаз статора к источнику постоянного напряжения ( кривая1, рисунок2.1). Путем переключения обмоток можно с высокой точностью задавать дискретные перемещения ротора, соответствующие определенному числу шагов. Таким образом, в шаговом режиме СД способен отрабатывать перемещения задаваемые числом электрических импульсов, коммутирующих токи статора в требуемой последовательности. Жесткая связь между числом шагов перемещения ротора и числом электрических импульсов является замечательным свойством этого двигателя, широко используемым в практике дискретного ЭП с цифровым управлением.[ ]

РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА РЕДУКТОРА

Максимальная частота вращения выбранного СД ниже частоты вращения базового ДПТ, поэтому необходимо изменить передаточное число редуктора так, чтобы обеспечить скорость быстрых перемещений суппорта.

Требуемое передаточное число редуктора можно определить из формулы:

S0=hS/u,

отсюда u=hS/s0,

где hS- шаг передачи винт-гайка, мм;

S0- подача на 1 об ЭД, мм/об, определяется из формулы для скорости перемещения:

S0= v/nДВ.

Таким образом, чтобы обеспечить максимальную скорость рабочего хода vРХ=1250мм/мин при частоте вращения ЭД nдв=1900об/мин необходимо получить подачу не менее

S0=1250/1900=0.69 мм/об.

Тогда передаточное число редуктора поперечных подач:

u=6/0.69=8.7.

Так как редуктор продольных подач не изменяется, то передаточное отношение и скорости подач остаются неизменными.

Чтобы получить рассчитанное передаточное число редуктора поперечных подач устанавливается дополнительный редуктор передаточным числом u=5 и заменяются зубчатые колеса z1 48*3 и z2 50*3. Кинематика измененного привода представлена на рисунке 2.2. Рассчитаем фактические значения передаточного числа редуктора:

u=uред*u1-2*u3-4=5*z2/z1*z4/z3=5*50/48*40/24=8.67.

Определим фактическую скорость перемещений:

vрх=s0*nдв=hхв*nдв/u=6*1900/8,67=1248мм/мин=0.02м/с.

Таким образом, полученная скорость соответствует заданному значению.

Рассчитаем приведенный момент инерции ЭП с учетом изменившегося редуктора и двигателя. Расчет моментов инерции и масс зубчатых колес производим с помощью ПЭВМ. Результаты расчетов приведены в таблице 2.2. Программа вычислений представлена в приложении .

Таблица 2.2- Результаты расчетов масс и моментов инерции зубчатых колес

Обозначение	Масса m, кг	Момент инерции J,кг*м2
z1	2	0,002
z2	1,6	0,002
z3	3,5	0,0016
z4	9,8	0,06
z5	9,8	0,06
вал1	79,8	0,08
вал2	35,5	0,016

Приведенный момент инерции ЭП поперечных подач опреде-

ляется по формуле:

JПР=JРЕД+JДВ+J1+JВ1+(J2+J3+JВ2)/u2p*u21-2+(J4+JВ3)/u2p*u21-2

*u23-4+(J5+Jв4)/u2p*u21-2*u23-4+mc*v2px/w2max,

где Jдв- момент инерции ЭД, Jдв= 0.00718 кг*м2;

Jp- момент инерции редуктора, Jp=0.00035 кг*м2;

Vpx- скорость рабочего хода суппорта, Vpx=0.02м/с;

Wmax- максимальная скорость ЭД, Wmax= 188.4 c-1. Jпр=0.00718+0.00035+0.002+0.0014+(0.002+0.0016)/25*.1,042+(0.06+0.08)/25*1.042*.*1.662+(0.08+0.016)/25*1.042*1.662+20000*0.022/188.42=0.015кг*м2

Приведенный момент инерции привода продольных подач изменится за счет изменения Jдв=0.00718кг*м2 и Wmax.дв=188.4с-1.

С учетом изменений приведенный момент инерции равен:

Jпр=0.00718+0.07+20000*0.0782/188.42=0.08кг*м2.

Для динамического расчета принимается значение Jпр=0.08кг.

ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ПРИВОДА

В качестве ЭП подач применяется глубоко регулируемый комплектный ЭП SIMODRIVE 611A. Структура ЭП SIMODRIVE 611A представлена на рисунке 2. . ЭП реализован в соответствии с частотно-токовым способом управления. Управление двигателем осуществляется путем задания в его статорной обмотке трехфазной системы токов, создающих в двигателе вращающееся магнитное поле, от взаимодействия которого с магнитным полем обмотки возбуждения, расположенной на роторе и подключенной к источнику постоянного тока, возникает вращающий электромагнитный момент.

Частота вращения ЭД определяется по формуле:

n=60*f/p,

где f- частота напряжения трехфазной сети, Гц;

р- число пар полюсов магнитного поля статора.

Регулирование частоты представляет собой технически сложную задачу, чем регулирование выпрямленного напряжения, и требует дополнительных ступеней преобразований энергии. ЭП SIMODRIVE 611A содержит ступень преобразования переменного тока в постоянный, и ступень инвертирования.

Функции управления и инвертирования совмещены в реверсивном преобразователе, выпрямленный ток которого изменяется с требуемой частотой с помощью СУ преобразователя. Канал управления частотой осуществляет непрерывное формирование частоты напряжения и тока.

Питание ЭП производится от трехфазной промышленной сети переменного тока с напряжением 380В и частотой 50Гц.

Преобразование постоянного напряжения в регулируемую по частоте и амплитуде трехфазную систему токов для питания синхронного двигателя осуществляется транзисторным инвертором

Источник постоянного напряжения (рисунок 2. ) состоит из блока силового выпрямителя ВС5, LC-фильтра; к сети переменного тока источник подключается через пускатель КЗ.

Выпрямитель на диодах V1…V6 для вторичного источника питания подключается к сети переменного тока через предохранители F1…F3 блока защиты. Такое включение обеспечивает начальный контроль работоспособности блоков управления без подключения силовой цепи инверторов, а также возможность отключение инверторов от сети переменного тока.

Для исключения бросков тока при включении пускателя КЗ конденсаторы С3…С116 в течении 4-7с заряжаются через контакты реле К1 и ограничительные резисторы R6…R8, а контакты пускателя К3.2…К3.4 замыкаются после отключения реле К1.

Конденсаторы С1, С2 фильтра выпрямителя вторичного источника питания и С3…С116 фильтра звена постоянного тока связаны через диоды V7- V8, что позволяет выравнивать напряжение на последовательно соедененных группах конденсаторов и обеспечить питание этого блока при снятии напряжения в сети переменного тока за счет энергии звена постоянного тока.

В аварийных режимах, связанных с замыканием выходных цепей инверторов на корпус, цепь тока замыкается через диоды V1… V4 и конденсатор С117 на время до срабатывания защиты по току инвертора.

Силовая часть инвертора выполнена по мостовой схеме на транзисторных переключателях тока, управление которыми осуществляется замкнутым по току нагрузки регулятором тока. Переключатели тока поочередно подключают вывод обмотки синхронного двигателя к положительному либо отрицательному полюсу звена постоянного тока.

Полумост содержит два силовых прерывателя с индивидуальными схемами управления U1 и U2 (рисунок 2. ). Каждый прерыватель содержит четыре параллельно включенных транзистора, которые управляются эммитерным током двух входных транзисторов того же типа.

Через диод V13 замыкается отрицательная обратная связь по напряжению насыщения, поэтому транзисторы прерывателей работают в активной области, что обеспечивает оптимальные показатели по быстродействию и тепловым потерям. Для ограничения импульсов обратного хода через возвратные диоды V24, V32 в схеме питания силовых ключей имеются магнитосвязанные дроссели L1.1 и L1.2 , шунтированные резисторами через развязывающие диоды V25, V33. При этом включение транзисторов V18, V23 происходит при отсутствии тока в дросселе L.1; скорость нарастания тока рассасывания заряда диода V32 ограничена индуктивностью. При отключении транзисторов ток, протекающий через диод V25, резистор R25 и конденсатор С6. Конденсатор С6 защищает транзисторы от перенапряжений, обусловленных индуктивностями соединительных проводников. Аналогичные процессы происходят при включении и отключении транзисторов V26... V31.

Управление состояниями ВКЛЮЧЕНО и ОТКЛЮЧЕНО прерывателей производится с помощью идентичных схем управления U1 и U2, которые состоят из последовательно включенных диодной оптопары V6, компаратора D1 и усилителя на транзисторах V8,V11,V12,V15...V17.

Диодная оптопара обеспечивает гальваническую развязку силовых цепей и цепей управления. На входе компаратора D1 для защиты от помех включены равные по сопротивлению резисторы R1...R4. При входном сигнале, большем напряжения смещения, на выходе D1:2 формируется сигнал положительной полярности, который через усилитель на транзисторах V8,V11,V12,V15...V17 открывает силовые транзисторы; при входных сигналах, меньших напряжения смещения транзистор V20...V23 заперты за счет обратного смещения перехода база-эммитер.

Для контроля состояния ВКЛЮЧЕНО и ОТКЛЮЧЕНО силовых транзисторов их коллекторы через диод V14, резистор R7 и светодиод V10 подключены к цепи 7В. Если силовые транзисторы находятся в состоянии ВКЛЮЧЕНО, по этой цепи протекает ток и вызывает свечение светодиода; при переключении транзистора с частотой работы инвертора яркость свечения уменьшается.

Напряжение плюс и минус 7В для питания схем управления получают двухполупериодным выпрямлением ( диоды V2...V5, конденсаторы С4,С5) переменного напряжения прямоугольной формы частотой 800Гц и амплитудой 15В.

Уровень выходного сигнала D1, достаточный для залания необходимого базового тока транзисторов V18...V20(V26...V31), формируется, если компаратор подключен к дополнительному источнику напряжения 8.5В(диод V1, конденсатор С1).

Для анализа основных особенностей динамики ЭП с синхронным двигателем используется линеризованная система уравнений, приведенная в работе[ ]. Полагая механические связи абсолютно жесткими можно описать динамические процессы синхронного ЭП следующей системой уравнений:

М= [ ( CЭМ/р)+]*( 0-)

M-MC=JПР*р*

0= 2**f1/рП,

где СЭМ- жесткость угловой характеристики ЭД;

- модуль жесткости асинхронной механической характеристики;

0- угловая скорость поля статора, с-1;

f1- управляющее воздействие,Гц;

рП- число пар полюсов;

МС- момент сопротивления, Нм;

JПР- приведенный момент инерции привода.

Структурная схема электромеханической системы с синхронным двигателем при допущениях представлена на рисунке 2. .

Рисунок 2. - Структурная схема электромеханической системы

Канал управления частотой осуществляет непрерывное формирование частоты и тока. При непрерывном формировании синусоидальных напряжений или токов заданной частоты его можно считать практически безинерционным, т.е. ТП=0. Коэффициент передачи преобразователя принимается равным каталожному значению коэффициента усиления КП=30.

Анализируя структурную схему ( рисунок 2. ) можно установить, что при работе в синхронном режиме переходные процессы синхронного ЭП могут быть вызваны изменениями упругих воздействий и возмущениями в механической части. Управляющими воздействиями является напряжение на обмотках статора U1, частота f1 и пропорциональная ей угловая скорость поля 0. Возмущающим воздействием в механической части является момент сопротивления МС, вызванный технологическими причинами. В статическом режиме изменение нагрузки на валу двигателя не приводит к изменению скорости, т. к. Модуль статической жесткости равен .

Это справедливо лишь в пределах перегрузочной способности двигателя, определяемой угловой характеристикой ЭД М =f ( ЭЛ). Примерный вид угловой характеристики показан на рисунке 2. . Рассматривая ее, можно убедиться, что увеличение угла ЭЛ вызывает рост электромагнитного момента вначале зависимости близкой к линейной. При ЭЛ > 45 0 темп нарастания быстро снижается, и после достижения максимума ММАХ дальнейшее увеличение угла ЭЛ влечет за собой уменьшение момента ЭД.

В номинальном режиме, когда ЭД развивает номинальный момент МНОМ, угол ЭЛ обычно составляет ЭЛ .НОМ=20-30 0. Этим обстоятельством определяется перегрузочная способность СД, которая лежит в пределах =ММАХ/МНОМ= 2-3.

Электромагнитную жесткость угловой характеристики ЭД можно определить по формуле указанной в работе [ ]:

СЭМ = рН*МН / ЭЛ .НОМ,

где рН- число пар полюсов, рН = 1;

МН- номинальный вращающий момент ЭД, МН = 105Нм;

ЭЛ. НОМ- электрический угол отставания магнитного поля ротора от результирующего магнитного поля ЭД, рад.

ЭЛ. НОМ = 2**200/3600=0.35 рад.

Тогда СЭМ=105/0.35=300Нм.

Для упрощения динамического расчета , принимая во внимание особенности подключения ЭД, влияние демпферной обмотки, которая создает асинхронный момент, обеспечивающий затухание колебаний в системе не учитывается ( =0 ).

Построение расчетной модели привода с СД осуществляется на основе схемы, изображенной на рисунке 2. с учетом приведенных расчетов. Структурная модель модернизированного ЭП подач представленна на рисунке 2. .

Коэффициенты усиления РС и РТ принимаются по характеристикам настройки регуляторов, при этом коэффициент усиления РТ имеет заданное каталожное значение КРТ=7, а коэффициент усиления РС может изменяться в широких пределах. Принимается среднее значение КРС=50-60.

Коэффициенты ОС по скорости и току определяются экспериментально при следующих условиях: коэффициент КС подбирается так, чтобы максимальная скорость ЭД 0=198.8 с-1 соответствовала UЗ=10В; коэффициент КТ подбирается из условия ограничения пускового тока двигателя при максимальном задающем воздействии; ток не должен превышать пикового значения, указанного в характеристике ЭД.

2.4 ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО ЭП ПОДАЧ В ДИНАМИКЕ

Исследования системы модернизированного электропривода проводились в режимах рабочего хода и на быстрых перемещениях. Результаты моделирования переходных процессов по скорости и току двигателя представлены в таблицах 2.2 и 2.3.

Рассмотрим диаграмму привода при работе под нагрузкой. На рисунке 2. приведена диаграмма изменения момента сопротивления, моделирующая условия работы на рабочем ходу: пуск ЭД в холостую, ударное приложение нагрузки, работа под переменной нагрузкой и сброс нагрузки. Задающее воздействие на входе системы, соответствующее номинальной скорости ЭД wн=125.6с-1, остается постоянным и составляет UЗ=6В.

На рисунке 2.9 изображены графики переходных процессов по скорости и току ЭД, полученные с помощью программного пакета SIAM. Пуск ЭД осуществляется на холостом ходу, под действием момента сил сопротивления от сил трения МС=22Н*м. Время разгона до номинальной скорости wн=125.6с-1 составляет около 50 мс, перерегулирование по скорости 1.5%, то есть система имеет практически оптимальный по быстродействию характер переходного процесса. Пик тока, который неизбежен при быстром нарастании скорости, не превышает значения, ограниченного техническими возможностями ЭД: IMAX=121A<IПИК=165А(см.таблицу 2.1).

Для электропривода подач станков характерен скачкообразный наброс нагрузки и сброс нагрузки. Поэтому качество процессов управления должно оцениваться не только по условиям статической точности и характера переходного процесса при пуске, но и по поведению системы при видимом приложении возмущающего воздействия, то есть ударной нагрузке. Рассмотрим этот процесс при резком наброске нагрузки до номинального значения МН=105Нм. Наибольшее отклонение скорости от номинального значения ( динамическое падение скорости) ДИН=7с-1, достигается за время tДИН=7мс, то есть происходит очень быстрый скачок скорости, который сопровождается ростом тока ЭД. Далее идет процесс восстановления скорости, обуславливаемый действием ООС по скорости. Скорость, соответствуящая новому установившемуся режиму составляет =123.6с-1, то есть статическое падение скорости С=2с-1. Перерегулирование по скорости ДИН / С=7/2=3.5% не превышает принятого ограничения =20%, что говорит о достаточной жесткости механической характеристики ЭД. Время, прошедшее с момента приложения нагрузки до установления статической скорости tMAX=600мс. Этот показатель характеризует быстродействие системы по возмущающему воздействию и определяется действием ООС по току. Высокое быстродействие системы при резких перепадах возмущающего воздействия обеспечивает достаточно стабильное поддержание скорости привода близкой к номинальной. Это подтверждается данными, полученными при исследовании ЭП при перепадах и сбросе нагрузки( см.табл.2.2). Установившаяся скорость после сброса нагрузки =125.3с-1, то есть практически равна номинальной Н=125.6с-1.

Для исследования характера переходных процессов по току и скорости на быстрых перемещениях проводилось моделирование привода при разгоне до максимальной скорости МАХ=198.8с-1. Полученные графики ( рис. 2.10) подверждают ранее сделанный вывод о том, что данная система является оптимальной по быстродействию. Время разгона ЭД составляет около 40 мс. Высокое быстродействие обеспечивается экспоненциальным характером нарастания скорости, который позволяет получить заданную скорость с высокой точностью. Установившаяся скорость МАХ=198.8с-1 соответствует максимальной частоте вращения ЭД nМАХ=1900об/мин и стабильно поддерживается. Пик тока при пуске не превышает ограниченного значения и затухает по экспоненте до величины статического тока системы IC=22A.

Таким образом, можно сделать вывод, что данная система обладает высокими качествами по быстродействию, точности и стабильности поддержания скорости. Применение высокомоментного синхронного ЭД позволило повысить жесткость статической механической характеристики привода и заметно улучшить динамические характеристики привода, несмотря на рост приведенного момента инерции системы. Полученная система имеет астатизм третьего порядка, что дает возможность устранить ошибку по положению, а большой коэффициент передачи системы обеспечивает глубокое регулирование скорости, а следовательно широкий диапазон скоростей перемещения исполнительного механизма.

3 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Назначение системы управления электроприводом станка. Задачи управления

Основными задачами управления для ЦСУ ЭП подач металлорежущего оборудования, и в частности, вальцешлифовального станка WS11h, являются обеспечение высокой точности системы, оптимизации режимов работы электрооборудования. Также ЦСУ предназначена выполнять функции 1)системы сопряжения ЭВМ с объектом управления, 2) силовых исполнительных устройств, непосредственно воздействующих на объект управления.

Система сопряжения, представляющая собой цифровой следящий ЭП служит для ввода в ЭВМ информации о состоянии объекта, для связи с системами контроля и устройствами представления информации оператору, а также может использоваться в качестве промежуточных средств связи ЭВМ с исполнительными органами станка. Также цифровой следящий ЭП в качестве системы сопряжения может использоваться как преобразователь цифра-вал.

Главной задачей системы числового управления станка является измерение и регулирование величины перемещений.

Отличительными особенностями цифровых автоматизированных ЭП являются высокое быстродействие и точность работы, высокая надежность работы, малая мощность потребления энергии , поддержание необходимой скорости перемещения исполнительного механизма на рабочих и быстрых подачах, а также увеличение стабильности работы оборудования и улучшение качества обработки изделей.

В качестве исполнительных двигателей в системах сопряжения предпочтительны управляемые асинхронные двигатели переменного тока малой мощности, а в качестве усилительно - преобразовательных устройств - полупроводниковые устройства (транзисторные и тиристорные).

Рисунок 3.1. - Обобщенная схема СУ объекта.

3.2.СЧПУ SINUMERIK FM-NC

3.2.1 Структура системы ЧПУ FM-NC

Система ЧПУ станка WS11h SINUMERIK FM-NC предназначена для контроля и управления движением суппорта (подачей), а именно измерения его положения, индикации, путевого регулирования (формирования задающего сигнала в зависимости от перемещения), обеспечение постоянной скорости подачи при постоянной и переменной нагрузке.

Структурная схема СУ станком представлена на рисунке 3.2. В состав СУ входят:

Программируемый контроллер SIMATIK S7-300, базирующийся на процессоре 315DP, с двумя дополнительными корзинами с модулями ввода-вывода;

Система ЧПУ SINUMERIK FM-NC с управлениями до 4-х координат и одновременно до 3-х;

Бортовой промышленный компьютер обработки технологических программ на базе PENTIUM 133MHz, 32МВ D-RAM;

Панель оператора 19” (26см) TFT жидкокристаллический экран;

Комплект модулей цифрового управления высокомоментными двигателями подач типа SIMODRIVE 611;

Преобразователь аналогового управления главным приводом типа SIMOREG;

Комплект инкрементных датчиков ротационного типа измерительной системы 5000мм/об для достижения точности отсчета не хуже 0,001мм;

Комплект высокомоментных сервомоторов безсчетного типа для приводов подач;

Комплект электронного оборудования для подключения к промышленной сети;

Комплект соединительных, сигнальных и силовых кабелей для связи системы ЧПУ с контроллером и электроприводами с разъемами и клеммниками для присоединения к электрооборудованию станка[8].

3.2.3 Формирование заданного значения числа оборотов двигателя

Основой перемещения на станке являются импульсы AIM (рисунок 3.3) из цифровой части системы. Каждому импульсу AIM соответствует перемещение на 2мк. Общее число импульсов означает общую величину перемещения, а их частота определяет скорость. Эти импульсы представляют собой канал заданных значений для перемещения.

Наряду с этим каналом существует канал фактических значений: это счетные импульсы, возникающие тогда, когда вектор потока в сельсин-датчике положения следует за движущейся катушкой. В этой связи части измерительного контура можно сначала рассматривать как своего рода угловой шаговый датчик, выдающий импульсы при движении сельсина. Цена этих импульсов 1мк. Их обозначают CMET (Clock Mebkreis Istewrt - часовой такт фактического значения измерительного контура).

В смесителе импульсов осуществляется сравнение AIM и CMET по ценам и знаку. Вследствие инерции привода и остатка импульсы CMET не смогут поступить так быстро, как импульсы AIM - возникает разность импульсов PUDI, постоянно учитываемая счетным регистром и преобразуемая в аналоговое заданное значение числа оборотов NSOL (Vз). Если с началом действия частоты AIM станок не сразу следует за заданной скоростью, то накапливается заданное значение числа оборотов. При достижении станком заданной скорости V устанавливается устойчивое состояние при рассогласовании, точно соответствующем разности импульсов PUDI. Когда цифровая часть, прибыв в точку цели, уже не выдаёт импульсов AIM, необходимо поступление такого количества CMET, которое привело к полному исчезновению PUDI. При этом рассогласование отрабатывается, заданное число оборотов убывает до нуля, станок прибывает в точку цели. Показанную на рисунке 3.4 характеристику, можно представить себе передвигаемой по цифровой части от отправной точки до точки цели. При этом начало характеристики представляет собой нарастание заданного числа оборотов, а конец - убывание.

Характеристика может быть более крутой или более пологой. При крутой характеристике определённой скорости V соответствует малое рассогласование,а при пологой характеристике той же скорости V соответствует большее рассогласование В (рисунок 3.5.).

Для формирования крутизны характеристики используют величину стабилизированного опорного напряжения REFE, с помощью которого можно установить отношение между рассогласованием PUDI и заданным числом оборотов NSOL (скоростью). При этом стремятся получить возможно наиболее крутую характеристику. Однако, крутизна характеристики не может быть произвольной. Она должна соответствовать динамическим свойствам привода и станка.

Крутизна характеристики является мерой так называемого усиления скорости Кv.

Описанные выше функции СУ SINUMERIK можно разделить на область измерения перемещений (контур фактических значений) и область путевого регулирования (контур управления положением). Устройство для измерения перемещений представляет собой автономный функциональный узел. Напряжение рассогласования Vf демодулируется и подается на преобразователь напряжения в частоту, импульсы которого fx подаются на цифровой генератор напряжения, где вырабатываются оба напряжения V (sin) и V (cos), которые непрерывно поворачивают направление поля в сельсине за направлением катушки и тем самым уменьшают напряжение рассогласования. Это устройство измерения перемещений представляет собой регулирующий контур (контур фактических значений) с очень высоким коэффициентом усилением скорости. Этим обеспечивается почти безинерционное следование фактического значения за перемещением на станке с отставанием не превышающем +200мк даже при наиболее высоких скоростях. Устройство для измерения перемещений может само по себе использоваться для индикации фактического значения. Этот контур фактических значений используется в качестве датчика для регулирования перемещений. Путевое регулирование (контур управления положением) должно образовывать разность S (PUDI) между серией импульсов заданного значения (AIM) и серией импульсов фактического значения (CMET) и преобразовать её в аналоговый сигнал (NSOL), образующий заданное значение для подчинённого регулятора числа оборотов.

Организация линейной интерполяции

В блоках управления системы SINUMERIK интерполяция проводится по методу ЦДА (цифровой дифференциальный анализатор). Интерполятор рассчитывает последовательность движения по осям для введенных участков интерполяции, так что комбинация ступеней движения на изделии дает нужный контур. Участок интерполяции определяется конечной точкой относительно начальной точки, причем начальная точка будет равна конечной точке предыдущего участка интерполяции. При двухмерной интерполяции для прямой рассчитывают так называемые 'инкременты' Х и У (расстояние между начальной и конечной точкой) с их соответствующими знаками и вводятся в интерполятор (рисунок 3.6). Для окружности также вводятся инкременты Х и У, дополнительно координаты центра ХМ, УМ( относительно начальной точки), а также информацию о проходе через сегмент по часовой стрелке или против. Наряду с этими геометрическими данными , необходимо ввести данные нужной скорости подачи, т. К. Каждый результат вычисления интерполятора непосредственно и немедленно преобразуется в движение станка( ВМ работающая в режиме реального времени).

В случае линейной интерполяции прямая прохода делится большое количество отрезков N, при этом инкременты Х и У также делятся на это количество отрезков. Интерполяция заключается в том, что полученные таким образом отрезки Х/ N и У/ N по порядку суммируются до тех пор, пока не будет пройдена вся прямая. Таким образом, для n-ой промежуточной точки на прямой получают следующие координаты:

; .

Разложение на отрезки N является, собственно говоря, делением на N, что в накопителях интерполятора проводится без арифметической вычислительной операции, когда предполагается, что запятая находится над самым высоким битом накопителя. При работающем двоичном коде накопителя для 22 бит, 22-й бит имеет десятичное значение 221=2097152, емкость всего накопителя ( первый- двадцать второй бит) имеет десятичное значение 2222-1=4194303. Если принять двоичную запятую между 22-м и уже не существующим 23-м битом, то делитель имеет десятичное значение 2222=4194304. Т.к. это значение будет на единицу больше, чем емкость накопителя, то все рассмотренное при делении содержимое накопителя будет меньше одного. Это важно для последующего суммирования, т. К. При этом в виде результата вычисления следует учесть целые значения 1= N/ N, которые при суммировании по порядку образуются в форме переноса сложения в 22 разряде ( приводной такт).

При обработке этих переносов результатов, подразделяется 'ведущая' ось и 'не ведущая' ось в том смысле, что одна 'не ведущая' ось не может создать приводного такта. В рамках импульсного растра, заданного с введенной скоростью подачи, сложение отрезков выполняется до тех пор, пока 'ведущая' ось не создаст приводного такта( перенос в 22-м разряде). В результате этого, при интерполяции не образуются вертикальные ступени, но только участки в направлении ведущей оси или из комбинации ведущей оси. Суммирование до переноса в 22-м разряде потребовало бы несколько сложений (циклов накопителя), если речь идет о малых инкрементах, которые заполняют накопитель меньше, чем наполовину. Так как с помощью этих интерполяционных сложений определяется только направление прямой( отношение наклона, отношение скорости) , то введенные инкременты можно привести в более удобную (увеличенную) для сложения форму путем одновременного умножения всех осей, при этом не изменяется направление. При двоичной организации накопителя можно очень просто осуществить умножение на 2, при котором информация всех инкрементов, представляющих здесь наклон, сдвигается вверх на 1 такт в ее цикле накопителя. Этот сдвиг вверх осуществляется таким образом, что здесь выпускается один такт памяти для соответствующего накопителя. Для необходимой при круговой интерполяции маркировки при первом сдвиге вверх на освобождающийся первый разряд становится так называемый ведущий бит, затем можно проводить сдвиг вверх(т. Е. Умножать на два) до тех пор, пока информация ведущей оси не достигнет 22-го разряда накопителя. В результате этого ведущая ось не позднее второго сложения (т. е. В течении максимально двух циклов) создаст перенос в 22-м разряде.

Благодаря этому многократному умножению на два, частично ликвидируется упомянутое выше деление на N. Если А раз проводилось умножение на 2, то прямая будет разделена не на N отрезков, а только на N/2А отрезков, которые затем суммируются. Тогда формула интерполяции будет выглядеть следующим образом:

Для простого десятичного примера можно выбрать следующее:

накопитель с двумя декадами, ёмкость 99;

делитель N=100;

инкремент Х=7; У-5.

Числа Х и У записаны в накопители и при упомянутом анализе разряда запятой в этом десятичном примере дают значения =0,07 и =0,05. Так как ведущая ось Х заполняет накопитель менее, чем до 0,1, то значения могут или должны быть умножены на 10:

10=0,7; 10=0,5

С этими значениями проводится сложение, как указано в таблице 3.1. При десятичной организации памяти, выбранной для десятичного примера, в самом неблагоприятном случае (10=0.7) нужно проводить сложение до 10 раз, пока не образуется приводной такт.

Таблица 3.1 - Интерполяционный расчет методом ЦДА.

Задача такта	Сложение	Остаток сложения <1	Рассчитанный путь
		(ведущая ось)		Sx	Sy
1	1 2	0.70 1.40-1	0.50 1.00-1	1 2	1 1
2	3	1.10-1	0.50	2	1
3	4 5	0.8 1.50-1	1.00-1 0.50	3	2
4	6	1.20-1	1.00-1	4	3
5	7 8	0.9 1.60-1	0.50 1.00-1	5	4
6	9	1.30-1	0.50	6	4
7	10	1.00-1	1.00-1	7	5

Этот десятичный пример также показан на рисунке 3.7.

Сетка изображает единицы пути. Рассчитываемая прямая со значением Х=7, У=5 указана между начальной точкой А и конечной точкой Е. Полученные делением на отрезки прямой указаны промежуточными точками . Рассчитанный путь, который не может идти только между точками пересечения сетки, указан большими точками.

В целом, по методу ЦДА можно сказать следующее: если задача такта достигла количества единиц пути ведущей оси, то заданная прямая будет построена. Так как прямая разделена на раз, то конечная точка получается без остатка, т.е. без погрешности, если отрезки сложены раз.

Допуск между заданной и рассчитанной прямой будет меньше одной единицы пути; он используется почти полностью только у очень длинных и очень плоских прямых.

Параллельно записанным выше расчетам функции в накопитель инкрементов записываются значения пройденного пути Х и У, а с помощью приводных тактов этот накопитель инкрементов сбрасывается в нуль.

Если в таблице десятичного примера рассматривать графы “Сложения” и “Рассчитанный путь”, то становится ясно, что интерполятор можно рассматривать и как систему двух делителей частоты, которые получают одинаковую входную частоту (команды сложения) и в зависимости от величины записанных в накопители значений Х и У отдают различную выходную частоту (рассчитанный путь в форме единиц пути). В целом, для одного такого делителя частоты действительна следующая формула:

F выхода = f входа содержание накопителя (емкость накопителя плюс 1).

3.2.4 Организация цифрового измерительного контура положения

Цифровой измерительный контур положения представлен на рисунке 3.8. Основой перемещения на станке являются приводные импульсы АИМ из цифровой части системы SINUMERIK. К ним относится знак MFA. Каждому

импульсу АИМ соответствует перемещение на 2 мк. Общим числом импульсов определяется общая величина перемещения, частотой импульсов-скорость. Импульсы АИМ представляют собой канал заданных значений перемещения.

Кроме того существует канал фактических значений. Это счетные импульсы, возникающие при перемещении вектора потока в сельсине вслед за движемой катушкой. В этой связи части измерительного контура сначала можно рассматривать как своего рода угловой шаговый датчик, выдающий импульсы при вращении сельсина. Цена этих импульсов составляет 1 мк, их обозначают как СМЕ1 ( часовой такт фактического значения измерительного контура). К ним относится знак PVIS.

В смесителе импульсов осуществляется сравнение АИМ и СМЕ1 по цене и знаку. В следствии инерции привода и станка импульсы СМЕ1 не могут поступить так быстро, как импульсы АИМ- возникает разница импульсов PUDI со знаком VZDI, постоянно учитываемая счетным регистром и преобразуемая в аналоговое заданное значение числа оборотов NSOL.

Для определения разницы импульсов PUDI построены точный и грубый регистры, оцениваемые через регистр сравнения( дает широтно-импульсную модуляцию, приводящую к формированию аналогового сигнала). Сигналы DSFN( точная путевая разность) и DSGB( грубая путевая разность) синхронизируются и называются уже DSFNS и DSGBS. Эти сигналы обрабатываются для получения NSOL. DSFNS используется также для опроса по состоянию “Положение достигнуто”. Предусмотрена возможность установки от 0 до 62мк для МЕРО (“ Измерительный контур в заданном положении”). Такой же сигнал, МЕРОМ, служит для связывания нескольких осей с помощью монтажного ИЛИ.

DSGBS используется также для опроса состояния “ Грубый регистр заполнен”. Для сигнала QDSVLS “Счетчик рассогласования по положению заполнен” ( сборный сигнал ) предусмотрена возможность установки в пределах от 1 до 64 мк. Этот сигнал поступает в логическую часть и блокирует там цифровое сглаживание, т. е. Прерывает частоту AIM. Если содержимое грубого регистра несмотря на это увеличивается, то контрольному устройству выдается сигнал QDSUV (“ Переполнение”).

Контрольное устройство сравнивает также фактическое направление PVIST с заданным направлением MFA и осуществляет, кроме того, контроль состояния покоя. Исчезновение сигнала GBLR “ Грубый регистр пуст” без поступления импульсов AIM означает, что станок сам пришел в движение. Контрольное устройство блокирует сигналами REGO и REZU регулятор числа оборотов и выдает логической области сборный сигнал неисправности QFEHLS.

По прохождении схемы перемычек для изменения полярности направления точные и грубые сигналы в виде DSFR и DSGR (R- rangiert = за перемычкой) передаются на цифро-аналоговый преобразователь, преобразующий цифровую разность импульсов в аналоговое заданное значение числа оборотов. Опорным напряжением для этого является REFE с KL 300/4.Его используют для общей установки kV нескольких осей.

Дополнительно подключенный усилитель представляет собою так называемый регулятор положения, коэффициент усиления которого служит для установки kV по одной оси. Через переключатель с полевым транзистором выдается заданное значение числа оборотов NSOL. При срабатывании контрольного устройства сигнал REGO, “Вход регулятора открыт”, размыкает канал заданного значения, а сигнал REZU снимает готовность к работе регулятора числа оборотов.

Через транзисторный преобразователь питание поступает на двигатель подачи, его тахогенератор замыкает контур регулирования числа оборотов фактическим значением числа оборотов NIST. Двигатель приводит в движение салазки станка и тем самым сельсин. Сельсин выдает сигнал рассогласования FESI.

Сигнал рассоглосования фильтруется, демодулируется, еще раз фильтруется и затем формирует демодулированный сигнал рассогласования DEFE, обрабатываемый в двух ветвях.

Впервой ветви выпрямление всегда обеспечивает положительное напряжение для входа преобразователя напряжения в частоту, преобразующего напряжение DEFE в частоту SFU. Затем следует контрольное устройство: если для данной оси из логической части поступают приводные импульсы AIM, то должны сформироваться сигнал DEFE и тактовый импульс QSFU. При неисправностях в сельсине этого не будет. Регистр сдвига, заполняемый импульсами AIM и обычно сбрасываемый сигналом QSFU, в таком случае заполняется и при состоянии счетчика “10” выдает разрешение для постороннего такта FOM20 с частотой 350 кГц. Это очень быстрый такт, догоняющий и даже перегоняющий станок. При этом демодулятор переключается на противоположное направление, так что в контрольном устройстве срабатывает схема сравнения направлений.

Преобразователь напряжения в частоту выдает при малых значениях DEFE лишь небольшую частоту. Для достаточно быстрой отработки небольших рассогласований по положению к такту SFUT постоянно подмешивается основной такт GT с частотой 3.5 кГц. Возникающий при этом такт SFUGT приводит к колебанию полевого вектора в пределах 1 мк, когда частота на выходе преобразователя напряжения в частоту равна нулю. Это колебание подавляется, однако, в следующей схеме, так как она вырабатывает импульсы фактических значений PIST только при отсутствии перемены знака.

Во второй ветви напряжение DEFE используется для обработки информации о направлении с целью формирования знака VZAN и, после синхронизации, знака VZI.

Импульсы фактических значений PIST подлежат блокировке импульсов. PUSPE- это сигнал длительностью 80 мсек при сбросе 1, обеспечивающий при включении возможность внутреннего подвода вектора к случайному положению сельсина без выдачи наружу импульсов CMEI( иначе станок совершил бы скачок). Импульсы CMEI- это импульсы фактических значений измерительного контура для смешения импульсов. Знак VZEI можно пропускать через перемычку для перемены направления, в котором действует управление положением, без перемены полярности на сельсине. Знак с перемычки- это знак контура фактических значений PVIS.

Параллельно выработке импульсов PIST должно происходить перемещение вектора в сельсине. Это осуществляется шагами в 1 мк через регистры 1 и 2, которые смещаются в противоположных направлениях каждым импульсом в регистр PAREG1 или PAREG2 при выдаче импульса PIST. Разность между обоими сигналами регистров и образует широтно-импульсное управление выработкой синуса косинуса. Эти сигналы поступают в сельсин и создают в нем вектор магнитного потока, всегда следующий за положением сельсина. Регистр 3 выдает неизменный такт с регулируемым положением ( выравнивание фаз) и формирует сигнал переключателя демодулятора DESH.

Измерительному контуру придан многоцелевой счетчик, который в зависимости от перемычек может производить подсчет импульсов различных серий и передавать состояния подсчета на индикатор.

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

В настоящее время вальцешлифовальный станок Waldrih Siegen WS11h (инв.№ 11257) не соответствует паспортным данным по нормам точности и качеству обработки, и оснащен морально и физически устаревшей системой управления, что обуславливает частые сбои системы и простои станка.

Модернизация электрооборудования станка позволяет устранить указанные недостатки. Современное оборудование фирмы SIEMENS, которое предполагается использовать, дает возможность значительно сократить время на модернизацию и разработку программного обеспечения, имеет высокую надежность и простоту обслуживания. Давние устойчивые связи НКМЗ с фирмой SIEMENS гарантируют быстроту оформления документации и поставки заказанного оборудования. Затраты на его приобретение окупятся в короткий срок за счет роста производительности станка и повышения качества, а следовательно, отпускной цены выпускаемой продукции. Это подтверждается приведенным ниже расчетом технико-экономических показателей проекта.

Определение капитальных вложений в средства автоматизации

В экономических расчетах определение капитальных вложений включает: расчет капитальных вложений по базовому варианту и по проектируемому варианту. Методика расчета изложена в МУ [ ].

Капитальные вложения К состоят из балансовой стоимости средств автоматизации и капитальных вложений в производственные площади Кпл:

К=Кбал+Кпл.

В данном случае проектируемая система будет установлена на месте базовой конструкции, и замена состоит лишь в отдельных модернизированных узлах, поэтому общие капвложения будут состоять только из капвложений в балансовую стоимость, т.е. К=Кбал. Балансовая стоимость автоматических СУ определяется по формуле:

Кбал= Ц0+Ктр,

где Ц0- оптовая цена СУ на период расчетов, грв;

Ктр- транспортные расходы, принимаются в размере 10-15% оптовой цены средств автоматизации.

Балансовая стоимость базовой конструкции принимается по данным предприятия. На сегодняшний день балансовую стоимость базовой системы можно укрупненно оценить в пределах Кбал=400тыс.грв. Затраты на модернизацию включают несколько расходных статей, в сумме которые составляют Кбал=460тыс.грв.

Таким образом, по базовому варианту:

Кббал=400+0.1*400=440 тыс.грв.

По проектируемому варианту:

Кнбал=460+0.1*460=506 тыс.грв.

В приложении представлен перечень поставляемого оборудования и программного обеспечения, входящего в состав модернизированной СУ станка WS11h.

Расчет изменяющейся части себестоимости производимой продукции

При расчете годового экономического эффекта необходимо знать себестоимость единицы продукции по сравниваемым вариантам.

Изменяющаяся часть технологической себестоимости может быть представлена в виде формулы, приведенной в МУ[ ]:

С=СМ+СЭ+ЗР+ЗБ+А+ЗЭК,

где СМ- стоимость расходуемых материалов, грв;

СЭ- стоимость расходуемой энергии, грв;

ЗР- основная и дополнительная зарплата основных рабочих, грв;

ЗБ- суммарные отчисления в бюджет, грв;

А- амортизационные отчисления на реновацию СУ, грв;

ЗЭК- расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО), грв.

Рассчитаем величину расходов по каждой из статей себестоимости по методике, указанной в МУ [ ].

Стоимость основных материалов, потребляемых на изготовление продукции определяется по формуле:

СМ=NЗАП*РШТ*Ц,

где NЗАП- годовая программа запуска в производство изделий, шт/год;

РШТ- вес единицы выпускаемого изделия, т;

Ц- цена кг(т) материала, по данным НКМЗ 1т стали на сегодняшний день оценивается в пределах 650-1000грв, в зависимости от марки. Принимаем Ц=650грв.

В качестве выпускаемой продукции принимается прокатный валок С-ДХ1950, технологические карты механобработки которого представлены в приложении . Вес заготовки для производства валка составляет РШТ=15т.

Годовая программа запуска изделий определяется по формуле:

NЗАП=( NВЫП+ Н)*100/100-,

где NВЫП- годовая программа выпуска изделий, шт/год;

- коэффициент, учитывающий процент брака, находится в пределах 3-10%;

Н- страховой запас на пять дней, шт:

Н= NВЫП/ДРАБ*5,

ДРАБ- число рабочих дней в году, ДРАБ=253.

Годовая программа выпуска определяется:

NВЫП= ПЧ*FД,

где FД- действительный фонд времени работы оборудования, час;

ПЧ- часовая производительность оборудования, шт/час.

Производительность станка определяется как величина обратная штучному времени изготовления одного изделия. По технологическому процессу время обработки одного валка составляет 8 часов. Поэтому:

ПЧ=1/8=0.125шт/час.

Действительный фонд времени работы оборудования укрупненно рассчитывается по формуле:

FД= 2070*S(1-/100),

где S- число смен работы оборудования, S=2;

- процент простоев оборудования в ремонте, может быть принят в размере4-6%. Время простоя станка по базовому варианту значительно выше, поэтому принимаем =6%, по проектируемому варианту =4%.

Тогда:

FБД=2070*2*(1-6/100)=3890 час;

FНД=2070*2*(1-4/100)=3975 час.;

т.е. время работы оборудования возросло за счет снижения времени на ремонт. При этом время обработки одного валка не изменилось, поэтому:

Nбвып=0.125*3892=487дет/год;

Nнвып=0.125*3975=516дет/год.

Страховой запас по базовому варианту:

Нб=487/253*5=10дет;

по проектируемому варианту:

Нн=516/253*5=10дет.

Таким образом, годовая программа запуска по базовому варианту:

NбЗАП=(487+10)*100/100-10=552дет/год;

по проектируемому варианту:

NнЗАП=(516+10)*100/100-3=542дет/год.

Благодаря уменьшению процента брака, за счет внедрения более современной системы ЧПУ, годовая программа запуска снизилась, что дает возможность значительно сократить расходы на металл без снижения количества выпускаемых валков:

СбМ=552*15*650=5384250грв;

СнМ=542*15*690=5609230грв.

Расходы на материал в проектируемом варианте повысились за счет повышения цены на металл до 690грв.

Общая стоимость расходуемой энергии определяется по формуле:

СЭ= Рс*Fд*Sм,

где Рс- средняя потребляемая мощность оборудования,кВт

Sм- стоимость одного кВт*час, грв, по данным НКМЗ Sм=0.17грв.

Средняя потребляемая мощность складывается из мощности технологического оборудования и приборов, используемых при производстве, и поэтому в себестоимости учитывается суммарная мощность. В общем виде формула для расчета имеет вид:

Рс=(Р*ПВ*Км)/100,

где Р- мощность оборудования, потребляемая в рабочем состоянии, кВт;

ПВ- продолжительность включения, для технологического оборудования ПВ=40-60%;

Км- коэффициент использования мощности, для технологического оборудования Км=0.3-0.7.

Мощность базовой системы, с учетом мощности, потребляемой ЭД главного привода и приводов подач в первом приближении можно оценить в пределах Рб=200кВт. В проектируемом варианте мощность приборов несколько выше, в то время как мощность, потребляемая СЧПУ изменилась незначительно. Принимаем мощность проектируемой системы Рн=270кВт.

Тогда потребляемая мощность по базовому варианту:

Рбс=(200*40*0.7)/100=56кВт;

по проектируемому варианту :

Рнс=(270*40*0.7)=75.6кВт.

Стоимость расходуемой энергии определится:

по базовому варианту:

Сбэ=56*3892*0.17=37125грв;

по проектируемому варианту:

Снэ=75.6*3975*0.17=51600грв.

Величину основной и дополнительной зарплаты основных рабочих определяем исходя из того, что рабочие находятся на повременной оплате труда. Расчет зарплаты производим по формуле:

Зр=Ч*Fд*Кп*Кд*n,

где Ч- часовая тарифная ставка основного рабочего, по данным НКМЗ Ч=0.62грв;

количество основных рабочих в течении смены, n=3(оператор, электрик, механик);

Кп- коэффициент, учитывающий премии и доплаты, принимается в размере 1.1-1.25;

Кд- коэффициент дополнительной зарплаты, принимается в размере 1.05-1.2.

Зарплата основных рабочих по базовому варианту определится:

Збр=0.62*3892*1.2*1.05*3=9120грв/год;

по проектируемому варианту:

Знр=0.62*3975*1.2*1.05*3=9315грв/год.

Суммарные отчисления в бюджет по зарплате включают отчисления на социальное страхование, отчисления в фонд ликвидации Чернобыльской катастрофы и отчисления в фонд занятости населения. Величина отчислений берется от суммы начислений зарплаты и составляет 37.5%:

по базовому варианту:

Збб=9120*37.5/100=3420грв;

по проектируемому варианту:

Знб=9315*37.5/100=3493грв.

Амортизационные отчисления от балансовой стоимости на реновацию, учитываемые в расчетах себестоимости продукции, определяется только для модернизируемого оборудования, т. к. проект не затрагивает модернизацию основного технологического оборудования:

А=Ас=(Кбал*Нс)/100,

где Ас- амортизационные отчисления от балансовой стоимости оборудования, грв;

Кбал- стоимость модернизируемой СУ, определенная в п. 4.1, грв;

Нс- норма амортизационных отчислений, Нс=10-15%.

Амортизационные отчисления на реновацию СУ по базовому варианту:

Абс=440*0.1=44 тыс. грв.;

по проектируемому варианту:

Анс=506*0.1=50.6 тыс. грв.

Эксплуатационные расходы на РСЭО представляют собой заработную плату обслуживающего персонала, расходы по текущему ремонту и обслуживанию систем. Суммарные затраты на РСЭО рассчитываются по формуле:

Зэк=Ср*п1+Сн*п2+Зтоир,

где Ср(н)- зарплата обслуживающего персонала, грв;

п1, п2- число требуемых ремонтников и наладчиков соответственно 1 и 1;

Зтоир- расходы по текущему ремонту и обслуживанию СУ , грв.

Заработная плата обслуживающего персонала определяется по формуле:

Ср(н)= Тр*Ч*Кп*Кд*Кот,

где Тр- время, затрачиваемое на ремонт системы в год, определяется как

Тр=2070*S*/100,

оэффициент соответствует коэффициентам в формуле, приведенной выше.

Тбр= 2070*2*6/100=248.4ч/год;

Тнр= 2070*2*4/100=165.4ч/год;

Ч- часовая тарифная ставка ремонтника(наладчика), грв. По данным НКМЗ Ч=0.43грв;

Кот- коэффициент отчислений на соцстрах, фонд Чернобыля и занятости, равный 1.375.

По базовому варианту:

Сбр(н)=248.4*0.43*1.2*1.05*1.375=198.5грв;

по проектируемому варианту:

Снр(н)=165.6*0.43*1.2*1.05*1.375=132.3грв.

Расходы по текущему ремонту определяется как процент от балансовой стоимости оборудования и составляет 6-8%Кбал:

Збтоир= 440*6/100=26.4тыс.грв;

Знтоир=506*6/100=30.4тыс.грв.

Итоговая сумма затрат на РСЭО по базовому варианту:

Збэк= 198.5*1+198.5*1+26400=26800грв;

по проектируемому варианту:

Знэк=132.3*1+132.3*1+30400=30600грв.

Определяем себестоимость выпускаемой продукции по базовому и проектируемому варианту: Сбаз=5384250+37100+9120+3420+44000+26800=5504321грв; Спр=5609230+51600+9315+3493+50600+30600=5754865грв.

Все расчеты годовых затрат на производство продукции до и после модернизации сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1- Годовые затраты на производство продукции по базовому и проектируемому вариантам

№	Наименование затрат	Базов.вар.	Проек.вар.	Отклонения
1	Стоимость расходуемых материалов См, грв.	538425	560923	22498
2	Стоимость расходуемой энергии Сэ, грв.	37100	51600	14500
3	Основная и дополнительная зарплата осн. Рабочих Зр,грв.	9120	9315	195
4	Суммарные отчисления в бюджет Зб, грв	3420	3493	73
5	Амортизационные отчисления на реновацию СУ А, грв.	44000	50600	6600
6	Расходы на РСЭО Зэк, грв.	26800	30600	3800
7	Итого	5504300	5754800	25014

4.3 Расчет годового экономического эффекта

Величина годового экономического эффекта рассчитывается по формуле, приведенной в МУ [ ]:

Эгод= [(Сб+Ен*Кб)-(Сп+Ен* Кб)]*Nпвып,

где Сб и Сп- себестоимость выпускаемой продукции по базовому и проектируемому варианту(приведенная);

Кб и Кб- величина капвложений в средства автоматизации по базовому и проектируемому варианту( приведенная);

Ен- нормативный коэффициент эффективности капвложений, принимается равным 0.15

Удельные капвложения по базовому и проектируемому вариантам рассчитывается из формул:

Кб=Кббал/ Nпвып; Кп=Кпбал/ Nпвып,

где Кббал и Кпбал - капитальные затраты , рассчитанные в пункте 4.1, тогда

Кб=44000/487=903.5грв; Кп=506000/516=980.6грв.

Удельная себестоимость по базовому и новому варианту:

Сб=Сбаз/Nбвып; Сп=Спр/Nпвып,

где Сбаз и Спр- себестоимость продукции по изменяющимся статьям затрат, грв( см. Табл.4.1.).

Сб= 5504300/487=11302.5грв;

Сп=5754800/516=11152.8грв.

Величина годового эффекта от модернизации электрооборудования станка составляет:

Эгод=[(11302.5+0.15*903.5)-(11152.8+0.15*980.6)]*516=71275.6

Расчетный срок окупаемости капвложений определяется по формуле:

Ток.расч=(Кп-Кб)/(Сб-Сп)=(980.6-903.5)/(11302-11152)=0.5 г.

Таким образом окупаемости капзатрат составляет 6 месяцев, что значительно ниже нормативного срока окупаемости, указанного в МУ ( 6.67лет).

Расчет технико-экономических показателей проекта

Для расчета технико-экономических показателей определяются следующие величины:

Снижение себестоимости продукции:

С=Сбаз-Спр=11302-11152=150грв;

С%=100-Спр/Сбаз*100=100-11152/11302*100=1.3%.

Увеличение программы выпуска:

Nвып=Nпвып- Nбвып=516-487=29 дет;

N%вып=100-Nбвып/Nпвып*100=100-487/516*100=5,6%.

Сокращение простоев оборудования, т. е. Времени, затрачиваемого на ремонт:

Тр=Тбр-Тпр=248.4-165.6=82.8час;

Т%р=100-Тпр/Тбр*100=100-165.6/248.4*100=33%.

Изменение расхода энергии:

Сэ=Сбэ-Спэ=37100-51600=-14500грв;

С%э=100-Спэ/Сбэ*100=100-51600/37100*100=-39%.

Увеличение расхода технологической энергии связано с ростом потребляемой мощности электроприводов подач и главного движения станка.

Повышение коэффициента загрузки оборудования:

Кз=Кпз-Кбз,

где Кз- коэффициент загрузки оборудования, определяемый как частное от деления фактического времени работы оборудования на максимально возможный(4140час):

Кбз=3892/4140=0.94; Кпз=3975/4140=0.96.

Кз=0.96-0.94=0.02;

К%з=Кпз/Кбз*100-100=0.96/0.94*100-100=2%.

Таким образом, модернизация электрооборудования позволяет увеличить годовой выпуск изделий, за счет уменьшения процента брака и сокращения времени простоев станка в ремонте, повысить коэффициент загрузки оборудования. Использование современного оборудования SIEMENS расширяет технологические станка. В частности, применение системы ЧПУ SINUMERIK FM-NC дает возможность использовать программ ное обеспечение на CD-ROM и дискетах 3.5'', осуществлять диагностику и моделирование сложных технологических процессов обработки деталей.

Приведенные экономические выводы по пректу модернизации подтверждаются технико-экономическими показателями, приведенными в таблице 4.2

Таблица 4.2- Технико-экономические показатели проекта модернизации электрооборудования станка

№	Наименование показателей	ед.и	баз.вар	пр.вар
1	Вид управления	-	Релейная автомат.	СЧПУ
2	Действительный фонд времени работы оборудования	ч	3892	3975
3	Сокращение времени простоев станка	%	-	33
4	Время простоев станка ремонте	ч	248.4	165.6
5	Повышение коэффициента загрузки оборудования	%	-	2
6	Трудоемкость изготовления детали	н*ч	8	8
7	Программа выпуска продукции	шт	487	516
8	Увеличение программы выпуска	%	-	5,6
9	Средняя потребляемая мощность оборудования	кВт	56	75
10	Сокращение расхода энергии	%	-	-39
11	Себестоимость выпускаемой продукции	грв.	5504300	5754800
12	Снижение себестоимости продукции	%	-	1.3
13	Наработка системы на отказ	ч	1000	4000

5 ОХРАНА ТРУДА

5.1 О И ВПФ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

Основными О и ВПФ при работе на шлифовальных станках являются абразивные элементы, смазочно-охлаждающие жидкости, плохо закрепленные заготовки, повышенная запыленность воздуха рабочей зоны, образование в нем аэрозолей при обработке с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей, повышенная вибрация и шум при работе на шлифовальных станках.

Абразивные инструменты, вращающиеся с окружной скоростью до 120 м/с, представляют серьезную опасность. Шлифовальные круги весьма чувствительны к ударным нагрузкам и вибрациям, их прочность зависит от изменения температуры и влажности. Особенно опасны разрывы шлифовальных кругов во время работы, так как их разлетевшиеся куски могут нанести травмы станочникам и окружающим.

Основными мероприятиями обеспечивающими безопасность эксплуатации абразивным инструментом является предварительный осмотр и соблюдение правил хранения, испытания кругов на прочность, соблюдение требований и норм безопасности при установке и закреплении инструмента на шпинделе станка, безопасные приемы правки и использование устройств для удаления пыли и аэрозолей, соблюдение инструкций по ОТ.

Требования безопасности при транспортировании, хранении и эксплуатации алмазных инструментов приведены в ГОСТ 18088-83 и ГОСТ 12.3.028-82.

При транспортировании абразивных инструментов дно и борта тележек должны быть обшиты мягким материалом, круги укладывают на слой опилок. Круги необходимо хранить в специальных закрытых складах при температуре не ниже 5 С и влажности не выше 65%.

Каждый инструмент перед установкой на станок должен быть испытан потребителем. Согласно ГОСТ 12.3.028-82 испытаниям подвергаются все круги работающие со скоростями 40 м/с и более. В помещении для испытаний должна быть вывешена инструкция по проведению испытаний, разработанной на основе требований ГОСТ12.3.028-82 «ССБТ. Процессы обработки абразивным и эльборовым инструментом. Требования безопасности.»

Испытываемый инструмент, установленный на шпиндель стенда , заключают в камеру, обеспечивающую защиту работающего от осколков круга при его возможном разрыве. Алмазный и эльборовый инструмент, а также элементы его закрепления следует ограждать защитными кожухами, прочно закрепленными на станке. Их изготавливают сварными, из листовой углеродистой стали или в виде отливок . Форму и толщину стенок регламентирует по ГОСТ 12.3.028-82.

Материал и основные размеры защитных кожухов , а также форма и максимальные размеры инструментов указываются в паспорте шлифовального станка.

Таким образом, для данного рабочего места, опасными и вредными производственными факторами являются абразивная пыль, образующаяся при шлифовании деталей, а также возможность разрыва шлифовального круга, которая угрожает жизни окружающих людей.

5.2 ЭРГОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАБОЧЕГО МЕСТА

Эргономические требования устанавливаются к тем элементам оборудования , которые связаны с человеком при выполнении им трудовых действий в процессе монтажа, эксплуатации и ремонта оборудования.

Общие эргономические требования к рабочим местам приведены в ГОСТ 12.2.032-78 «Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования.» и ГОСТ 12.2.033-78 «Рабочее место при выполнении работ стоя.»

Рабочее место оператора станка с ЧПУ WS11h находится на специальной площадке, расположенной на суппорте и перемещающейся вместе с ним. Управление станком осуществляется с пульта оператора, который установлен на специальной станине. Экран размещен на уровне глаз оператора и имеет высокую четкость изображения. Пульт оператора включает бортовой промышленный компьютер обработки технических программ на базе PENTIUM 133MHz. На панели оператора расположены все необходимые кнопки управления, а также дисковод. Ввод программы осуществляется со стандартных дискет 3,5''. Здесь же расположена кнопка аварийного стопа. Размещение пульта позволяет обеспечить работу оператора в положении стоя, необходимую свободу действий. Рабочее место имеет хорошую освещенность.

Электрооборудование находится в электрических шкафах, расположенные рядом со станком и связаны кабелями с СЧПУ и электроприводом. Модульное размещение электрооборудования обеспечивает монтаж, наладку и ремонт.

На дверцах электрошкафов установлены табло со светящимися сообщениями аварийных ситуаций, которое облегчает диагностику электрооборудования. Вспомогательные механизмы и гидроагрегаты расположены в отдельных шкафах и имеют хороший доступ для обслуживания.

В целом эргономические условия работы оператора хорошие. Конструкция рабочего места, его размеры и взаиморасположение органов управления, средств отображения информации, вспомогательное оборудование соответствует психофизическим свойствам человека, а также характеру работ. Однако отсутствие кресла оператора является существенным недостатком эргономики рабочего места, потому что положение сидя обеспечивает более удобную рабочую позу человека, а возможность чередования положений сидя и стоя снижает утомляемость оператора.

5.3 МИКРОКЛИМАТ РАБОЧЕГО МЕСТА. РАСЧЕТ МЕСТНОГО ОТСОСА

Параметры микроклимата нормируются ГОСТ 12.1.005-88.ССБТ «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.». При создании надежных и эффективных систем вытяжной вентиляции металлорежущих станков, необходимо учитывать особенности технологического процесса, влияние движения инструмента, обработки заготовки и т.д. Конструирование вентиляционных систем для металлорежущего оборудования требует не только индивидуального подхода, но и последующего внесения в эти системы всевозможных доработок в процессе испытания и наладки.

Произведен расчет местного отсоса для удаления абразивной пыли при работе вальцешлифовального станка WS11h.

Объем запыленного воздуха L, удаляемого от абразивного круга станков, оборудованных защитными кожухами, определяется в зависимости от диаметра круга d. Для станка WS11h d=900мм, тогда L=1,6d =1,6x900=1,44 м=5184 м3 /час.

Система вытяжки местного отсоса приведена на рисунке 5.1. Конфигурация и скорости движения воздуха приняты по реальным условиям работы.

Рисунок 5.1- Система вытяжки местного отсоса станка WS11h

Исходя из требуемого расхода воздуха L= 5184 м3 /час и скорости его перемещения v= 17 м/с выбираются размеры сечений воздуховодов.

Полные потери давления рассчитываются по зависимости:

H=; Hi = Hтрi + Hмсi =li +vi2/2,

где ()i - приведенный коэффициент сопротивления трения i-го участка сети , 1/м; li- длинна i-го участка сети ,м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений, vi- скорость воздуха в сети ,м/с;

- плотность воздуха ( = 1.2кг/м3).

Пользуясь данными приведенными в [ ] и рисунка 5.1 определяем:

H1= 0.05*3+ 0.15*173=29 Па;

H2=0.05*7+1*173=180 Па;

H3=0.05*1+0.15*173=26 Па;

Полные потери давления в сети составляют :

H=H1+H2+H3=29+180+26=235 Па.

При выборе вентилятора расчетное падение давления в схеме вентиляции рекомендуется увеличивать на 10%. С учетом запаса

Hв=1.1*H=258.5 Па.

Производительность вентиляторов с учетом подсоса в воздухопроводе определяется по зависимости: Lв=(1.1...1.15)L,

где L- суммарный расчетный объем воздуха, удаляемого вентиляционной системой, м3/час.

Lв=1.15L=1.15*5184=5961.6 м3/час.

По аэродинамическим характеристикам [ ] с учетом исполнения подбираем вентилятор в зависимости от Hв и Lв. Принимается вентилятор с параметрами : в=0.7; =125с-1.

Потребную мощность электродвигателя для привода вентилятора рассчитывают в соответствии с формулой:

N= ,

где Lв- производительность вентилятора , м3/час; HВ- развиваемое вентилятором давление, Па; K- коэффициент запаса мощности, K=1.05...1.1; в-КПД вентилятора ; п -КПД подшипников (0.96...0.97)

р - КПД ременной передачи (0.95).

N= = 2.6 кВт.

После определения потребной мощности выбирается электродвигатель. Для привода вентиляторов в системе вытяжной вентиляции металлорежущих станков применяется ЭД серии А2 и 4А. Выбираем ЭД серии 4А100А с N=3 кВт и n=1500 об/мин

5.4 ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

В условиях широкого распространения электропривода в машиностроении большое значение приобретают вопросы защиты работающих от опасности поражения электрическим током. Требования безопасности к электрооборудованию: правила установки электрооборудования, правила технической эксплуатации электроустановок, правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок регламентируются ГОСТ 12.2.009-80 ССБТ, ПУЭ, ПТЭ и ПТБ.

Для производственных помещений с металлорежущими станками основными мерами защиты от поражения электрическим током являются следующие:

обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения;

устранение опасности поражения при появлении напряжения на различных частях оборудования в результате применения малых напряжений;

использование двойной изоляции;

использование зануления;

использование защитного заземления;

применение специальных электрозащитных средств;

организация безопасной эксплуатации электроустановок.

В цехах и на участках с металлорежущим оборудованием применяют, как правило, трехфазную четырехпроводную сеть с глухозаземленной нейтралью источника тока напряжением 220/380В. Для такой сети основным мероприятием, обеспечивающим безопасность в случае появления напряжения на нетоковедущих частях оборудования, является преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей оборудования (станин станков, корпусов электроприводов, каркасов шкафов, пультов управления), которые могут оказаться под напряжением выше 42В переменного и 110В постоянного тока, т.е. зануления. Принцип действия защиты состоит в превращении замыкания на корпус оборудования в однофазное короткое замыкание с целью срабатывания защиты автоматического отключения поврежденной установки от питающей сети. Такой защитой являются плавкие предохранители (время срабатывания 5-7с) или автоматические выключатели (1-2с). Во время срабатывания токовой защиты проявляются защитные функции заземления, т.к. оборудование через нулевой проводник оказывается подключенным к заземлению нейтрали источника тока. В результате при аварии снижается напряжение корпусов оборудование относительно земли.

Если питание МРС осуществляется от трехфазной трехпроводной сети 220/380В с изолированной нейтралью источника тока, то для обеспечения безопасности используют преднамеренное соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением выше 42В переменного и 110В постоянного тока, т.е. защитное заземление. Принцип его действия состоит в снижении до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, обусловленных замыканием на корпус. Выравнивание потенциала происходит в результате подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого к потенциалу заземленного оборудования. Для МРС применяют контурное заземления, при котором одиночные заземлители размещают в земле по контуру площадки с оборудованием. Безопасность обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения заземлителей.

5.5 ТРЕБОВАНИЯ К ОСВЕЩЕНИЮ

Важнейшую роль в общем комплексе вопросов производственной санитарии и безопасности труда играют улучшение и доведение до требуемых норм действительных условий естественного и искусственного освещения. Нормальной освещенностью считается та, которая создает благоприятное зрительное ощущение без напряжения глаз. Основополагающими документами, определяющими требования к проектирования освещения, является СНиП II-4-79 с изменениями от 14 декабря 1985г. При проектировании освещения следует руководствоваться также санитарными нормами СН 245-71.

Особое внимание при реконструкции, проектировании цехов должно уделяться дневному свету, который по гигиеническим условиям наиболее приемлем для зрения человека. Помещения, где постоянно находятся люди, должно иметь естественное освещение. Оно (освещение) подразделяется на боковое (проемы в стенах), верхнее и комбинированное. Коэффициент естественного освещения составляет 1 при комбинированном освещении [ ] .

Искусственное освещение по своему назначению бывает рабочим (для обеспечения нормальной работы в темное время суток), аварийным, эвакуационным, охранным. Производственные и другие помещения, как правило, освещают газоразрядными лампами низкого и высокого давления. Они экономичны и дают лучшую светоотдачу по сравнению с обычными лампами накаливания. Местное освещение зон обработки должно соответствовать ГОСТ 22758-77. Освещенность соответствует 200 лк при газоразрядных лампах в светильниках.

Аварийное освещение как внутри, так и снаружи помещения следует устанавливать в том случае, если возможно отключение рабочего освещения и нарушение в связи с этим нормальной работы, влекущее за собой взрыв, пожар, отравление людей и т.д. Аварийное освещение также необходимо там, где отключение рабочего освещения приведет к нарушению обслуживания больных в операционных, кабинетах неотложной помощи и т.д.

Эвакуационное освещение устанавливают на случай аварийного отключение рабочего освещения и необходимо в местах, опасных для людей, в проходах и под лестницами, по основным проходам производственных помещений и т.д.

Охранное освещение применяется в случаях, когда нет специальных технических средств охраны.

5.6 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Пожарная безопасность промышленных и других объектов регламентируют ГОСТ 12.1.004-85ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования», «Типовые правила пожарной безопасности для промышленных предприятий и инструкции на промышленных объектах».

Основные опасные факторы возникновения пожара, действующие на людей, - открытый огонь и искры, повышенная температура окружающей Среды, токсичные продукты горения, дым, пониженная концентрация кислорода, обрушение и повреждение зданий. На промышленных предприятиях пожары в большинстве случаев возникают из-за неисправностей электроустановок и сетей, технического оборудования, а также небрежного поведения обслуживающего персонала.

Пожар - это неконтролируемое горение вне очага, наносящее материальный ущерб. Основные методы тушения пожаров следующие:

охлаждение горящего вещества ниже температуры его воспламенения за счет ввода в зону горения других веществ с более низкой температурой и высокой теплоемкостью;

изоляция горящих веществ от доступа кислорода или другого окислителя;

уменьшение концентрации кислорода в зоне горения путем ввода в нее негорючих газов, паров, воды и т.п.

Наиболее эффективно и перспективно оснащение промышленных объектов оснащение системами автоматического пожаротушения, пожарной сигнализации. К таким относятся спринклерные, дренчерные, стационарные пенные, газовые, порошковые установки. Эти установки служат для тушения и локализации пожаров, защиты от огня зданий, технологического оборудования с одновременной подачей сигналов пожарной тревоги. Датчики пожарной сигнализации реагируют на выделяющееся при пожаре тепло, излучение открытого пламени, дым и газообразные продукты горения.

Организационные мероприятия по обеспечению пожарной безопасности включают в себя прежде всего оперативное обслуживание объектов и оснащение предприятий новейшей противопожарной техникой. Одним из направлений профилактики пожаров является своевременное грамотное расследование и установление причин пожаров и их предупреждение.

Электрооборудование и электрические сети, используемые на предприятии, должны отвечать требованиям ПУЭ, ПТЭ и ПТБ. Главный энергетик, начальник электроцеха, отвечающие за состояние электроустановок, должны обеспечить организацию своевременных осмотров и планово-предупредительных ремонтов электрооборудования, устранение даже самых незначительных нарушений, могущих привести к пожару; следить за правильностью выбора кабелей, электроприводов, другого электрооборудования в зависимости от класса пожаро- и взрывоопасности помещений; систематически контролировать безотказность действия защитной аппаратуры; следить за исправностью средств, предназначенных для ликвидации пожаров в электроустановках; обеспечить выполнение всеми руководителями и рабочими энергохозяйства требований типовых правил пожарной безопасности и местных инструкций.

Таким образом, в данном разделе были проанализированы опасные и вредные факторы, эргономика рабочего места, произведен расчет местного отсоса, рассмотрены электро и пожаробезопасность, приведены требования к освещению и намечен ряд мероприятий, улучшающих условия труда и отдыха людей.

6 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА

Мероприятия, направленные на повышение устойчивости работы проектируемой системы автоматического управления вальцешлифовального станка ws11 на случай взрыва 138 тонн пропана на расстоянии 545 метров.

Определяется радиус зоны детонационной волны по формуле, представленной в [ ]:

r1=17,5*,

где Q - масса взорвавшегося газа, тонн.

r1=17,5*=90.4 м.

Определяется радиус зоны действия продуктов взрыва:

r2=1,7*r1=1,7*90,4=153,7 м.

Рассчитывается коэффициент, определяющий порядок расчета величины избыточного давления:

где r3 - радиус зоны действия ударной волны, м.

=,1,44.

Так как коэффициент <2, то расчет величины избыточного давления производится по формуле:

Ожидаемое избыточное давление принимаем равным 28 кПа.

Вальцешлифовальный станок ws11 классифицируется как тяжелый. В его состав входят электроприводы рабочих движений, система смазки и охлаждения, соединительные кабели и шкафы системы управления. В состав последней, кроме всего прочего, входит контрольно-измерительная аппаратура (датчики) и ПЭВМ. Установка рассматриваемого объекта планируется в механическом цехе, представляющем собой массивное промышленное каменное здание с металлическим каркасом и крановым оборудованием грузоподъемностью от 5 до 100 тонн.

Основные элементы, влияющие на устойчивость объекта в целом, сведены в таблицу 6.1.

Критерием устойчивости объекта к воздействию ударной волны принимается значение избыточного давления, при котором здание, сооружение и оборудование объекта сохраняются или получают слабые разрушения.

Предел устойчивости объекта в целом выбирается как минимальное значение пределов устойчивости элементов, то есть 10 кПа.

Так как ожидаемое на объекте максимальное избыточное давление 28 кПа, а предел устойчивости 10 кПа, то объект является неустойчивым. Наиболее слабым элементом является контрольно-измерительная аппаратура и управляющая ПЭВМ.

Целесообразно повысить предел устойчивости цеха до 30кПа чтобы обеспечить целостность всего основного и вспомогательного оборудования.

Предлагается для повышения устойчивости объекта заблаговременное укрепление стоек и направляющих подъемно-транспортного оборудования. Дорогостоящие узлы контрольно-измерительной аппаратуры разместить ниже уровня пола.

Таблица 6.1 - Результаты оценки устойчивости объекта

Элементы цеха	Степень разрушения при Рф, кПа	Предел устойчивости элементов,кПа	Предел устойчивости объекта, кПа
	10	20	30	40	50	60	70	80
Массивное промышленное здание с металлическим каркасом, бетонным заполнением и крановым оборудованием									20	10
Технологическое оборудование: Вальцешлифовальный станок ws11 Подъемно - транспортное оборудование Контрольно - измерительная аппаратура и ПЭВМ Кабельные наземные линии									40 20 10 30