Реконструкция агрегата поштучной загрузки слябов печного участка стана 2000

Работа из раздела: «Производство и технологии»

Содержание

• Введение
• 1. Литературный обзор
• 1.1 Описание подъемного стола
• 1.2 Описание работы подъемного стола
• 1.3 Анализ состояния вопроса, цели и задачи работы
• 1.4 Задачи проекта
• 2. Конструкторская часть
• 2.1 Расчет привода сталкивателя слябов
• 2.1.1Техническое задание
• 2.1.2 Описание конструкции, назначения и принципа действия исполнительной машины
• 2.1.3 Разработка и описание кинематической схемы привода
• 2.1.4 Энергокинематический расчет привода
• 2.1.5 Подбор редуктора привода
• 2.1.6 Расчет и проектирование реечной передачи
• 2.1.7 Ориентировочный расчет и конструирование приводного вала
• 2.1.8 Предварительный выбор подшипников и корпусов подшипниковых узлов приводного вала
• 2.1.9 Проверка долговечности выбранных подшипников
• 2.1.10 Уточненный расчет приводного вала
• 2.1.11 Подбор муфт
• 2.1.12 Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений.
• 2.2 Разработка гидропривода подъемного стола
• 2.2.1 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя
• 2.2.2 Расчет и выбор насосной установки
• 2.2.3 Описание работы гидропривода
• 2.2.4 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов
• 2.2.5 Определение потерь давления в аппаратах и трубопроводах
• 3. Технологическая часть
• 3.1 Разработка технологического процесса изготовления рейки
• 3.1.1Описание конструкции и назначения детали
• 3.1.2 Нормоконтроль чертежа
• 3.1.3 Анализ технологичности конструкции детали
• 3.1.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки
• 3.1.5 Припуски на механическую обработку
• 3.1.6 Выбор плана обработки
• 3.1.7 Предварительное нормирование времени операций
• 3.1.8 Выбор типа производства
• 3.1.9 Выбор оборудования
• 3.1.10 Выбор режущего инструмента
• 3.1.11 Выбор приспособления
• 3.1.12 Выбор средств измерения
• 3.1.13 Расчет режимов резания
• 3.1.14 Расчет технической нормы времени
• 3.2 Расчет и конструирование торцевой фрезы
• 3.2.1 Фрезерование
• 3.2.2 Конструкции фрез
• 3.2.3 Расчет и конструирование фрезы
• 3.2.4 Режимы резания при фрезеровании
• 4. Безопасность жизнедеятельности
• 4.1 Анализ опасных и вредных факторов участка нагревательных печей
• 4.2 Меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда
• 4.3 Расчет вентиляции участка печей
• 4.4 Меры по обеспечению устойчивой работы участка в условиях чрезвычайной ситуации
• 4.5 Меры по охране окружающей среды
• Заключение
• Введение
• Металлургическая промышленность является одной из ведущих отраслей экономики России. Трудно назвать хотя бы одну область развития современной технологии, где не используется продукция металлургической промышленности. Прокатное производство является заключительной стадией в процессе производства готовой продукции - проката различного сортамента. Стан 2000 является одним из самых современных цехов в структуре ОАО 'Северсталь'.
• Предложенная тема дипломного проекта - реконструкция агрегата поштучной загрузки слябов печного участка стана 2000. Данный механизм - агрегат поштучной загрузки слябов установлен на стане с 1976 года.
• Агрегат для поштучной загрузки слябов на рольганг, обеспечивает подачу слябов для нагревательных печей.
• В состав агрегата поштучной загрузки слябов входят: подъемный стол, сталкиватель слябов со стола, рольганг загрузки.
• Стол подъемный предназначен для приема стопы слябов с передаточной тележки и последующей передачи по одному слябу на загрузочный рольганг при помощи сталкивателя слябов.
• В настоящее время очень актуальным становится увеличение выпуска продукции и уменьшения ее себестоимости. Для этого на стане 2000 листопрокатного цеха №2 было предложено, загрузку печей осуществлять горячими слябами температурой 400° С, не дожидаясь их остывания на складе слябов.
• Однако конструкция подъемного стола не позволяет осуществлять подачу горячих слябов, т.к. из-за высокой температуры резко уменьшается ресурс подъемного стола, что приводит к аварийным простоям стан 1

1. Литературный обзор

1.1 Описание подъемного стола

Стол подъемный предназначен для приема стопы слябов с передаточной тележки и последующей передачи по одному слябу на загрузочный рольганг при помощи сталкивателя слябов.

В линии загрузки слябов в печи №1-4 устанавливаются четыре подъемных стола: по два со стороны печи №1 и со стороны печи №4.Стол состоит из подвижной рамы 1, рисунок 1.1 на которую укладывают стопу слябов 3.

Рисунок 1.1- Кинематическая схема подъемного стола: 1-подвижная рама; 2-стойки; 3- стопа слябов; 4-опорные стойки; 5 - гидроциндры; 6-кронштейны; 7-реечно шестеренная передача.

Рама опирается на два вертикально расположенных гидроцилиндра 5. Между рамой и торцами плунжеров гидроцилиндров имеются сферические опоры. К верхней поверхности рамы прикреплены стационарно с равномерным распределением по длине рамы (через 1000 мм) десять стоек 2, между которыми могут проходить консольные балки передаточной тележки (на рисунке не показана) при подъеме стола в момент приема с нее слябов.

Устойчивое положение подвижной раме при ее перемещении и при сталкивании слябов на загрузочный рольганг придают две опорные стойки - левая и правая 4, закрепленные стационарно на фундаменте.

На левом и правом краях верхней поверхности подвижной рамы предусмотрены горизонтальные щитки, предохраняющие направляющие стоек от засорения окалиной.

Стол оснащен двумя гидроприводами от плунжерных гидроцилиндров. Гидроцилиндры имеют автономный подвод рабочей жидкости в полости. Для синхронизации работы гидроцилиндров и предотвращения перекосов при подъеме стол оборудован торсионным валом с зубчатыми рейками. Рейки стационарно расположены в стойках.

От гидроцилиндров стол получает поступательное движение вверх, перемещаясь по направляющим, встроенных в левую и правую стойки. Опускание стола производится под собственным весом.

Грузоподъемность стола зависит т максимальной массы слябов, характерных для данного стана, и при укладке трех наиболее тяжелых слябов составляет величину - 135 т. Минимальное число (два - три сляба) принято, исходя из возможности обеспечения передачи очередной стопы слябов со склада подъемными кранами или передаточной тележки. Контакт между торцевыми поверхностями плунжеров гидроцилиндров и опорными узлами рамы контролируется контактными конечными выключателями типа КУ - 701 (на схеме они обозначены соответственно SQ1 и SQ2), установленными на кронштейнах 6.

С правым гидроцилиндром через речно-шестеренную передачу 7 сопрягается датчик типа arb-xOg17. Указанный датчик позволяет контролировать с высокой точностью текущее положение плунжера гидроцилиндра и крайние, верхние и нижние положение стола с обеспечением остановки его в этих положениях.

В процессе подъема стола со слябами возможно дискретное контролирование хода стола с фиксацией промежуточных положений, соответствующих толщине сляба.

На уровне, соответствующем верхней поверхности сляба на загрузочном рольганге, параллельно продольной оси стола прокладывается линия визирования фотореле. При этом осветитель может быть установлен по правую сторону от стола, а фотореле по левую.

1.2 Описание работы подъемного стола

Для приёма слябов стол находится в рабочем положении. Индикация механизма 20 единиц (одна единица соответствует одному миллиметру хода). Тележка со стопой слябов заходит своей консольной частью в пределы стола таким образом, чтобы стопа слябов оказалась над столом. Затем стол поднимается вверх, принимая на себя слябы и освобождая от них тележку.

Тележка уходит за очередным пакетом слябов, а стол поднимается на расчётное положение, при котором нижняя плоскость верхнего сляба находится на уровне верхней кромки роликов загрузочного рольганга. Расчет нижней плоскости слябов производится следующим образом: при движении подъёмного стола вверх в момент срабатывания третьего фотодатчика из шести установленных, в контроллер заносится фактическое положение подъёмного стола. Следующим шагом к этой величине прибавляется толщина сляба, задаваемая оператором с поста управления, и вычитается число коррекции равное разнице расстояния луча светового барьера и уровня рольганга. Число коррекции вносится в контроллер при настройке фотодатчиков. В дальнейшем стол поднимается на величину, соответствующую толщине сляба и при свободном загрузочном рольганге производится передача поднятого сляба на этот рольганг сталкивателем с подъёмного стола. Подъём очередного сляба на требуемый уровень представляется возможным только при нахождении сталкивателя в исходном положении. На уровне 8 и 978 единиц индикации подъёмного стола находится минимальный и максимальный конечный выключатель. При подъёме стола происходит синхронизация индикации и фактического положения механизма.

1.3 Анализ состояния вопроса, цели и задачи работы

Стан 2000 осуществляет горячую прокатку слябов, поставляемых кислородно-конвертерным цехом. Слябы складируются на складе слябов, после этого поступают в нагревательные печи. Подъемный стол обеспечивает подачу слябов для нагревательных печей.

В настоящее время очень актуальным становится увеличение выпуска продукции и уменьшения ее себестоимости. Для этого на стане 2000 листопрокатного цеха №2 было предложено, загрузку печей осуществлять горячими слябами температурой 400° С, не дожидаясь их остывания на складе слябов.

Однако конструкция подъемного стола не позволяет осуществлять подачу горячих слябов, т.к. из-за высокой температуры резко уменьшается ресурс подъемного стола, что приводит к аварийным простоям стана.

Существующая система подъёмного стола была установлена при постройке стана в 1976 году. Данная система основывается на подъемном механизме с механическим приводом и представляет собой червячный редуктор с парой винт-гайка преобразующий крутящий момент от электродвигателя в поступательное движение стола. Так как предыдущая система проектировалась на электропривод с одним электродвигателем, то система состоит из двух редукторов с парами винт-гайка соединенными между собой промежуточным валом который синхронизирует вращательное движение редукторов.

Так как система старая то не существует удовлетворительных систем диагностики, позволяющих отслеживать как текущее состояние, так и находить неисправности. Из-за сильного износа системы происходит постоянный выход оборудования из строя. Так как данная система снята с производства очень давно, готовых узлов и блоков нет, приходится чинить вышедшее из строя оборудование собственными силами, что не всегда позволяет материальная база. В результате чего стол функционирует практически только в ручном режиме с большими простоями оборудования, что замедляет работу стана и приносит убытки.

Сопоставив все вышеперечисленные факты, было решено произвести реконструкцию подъемного стола.

Основной целью реконструкции является замена механического привода подъема стола на гидравлический.

1.4 Задачи проекта

В проекте реконструкции подъемного стола необходимо отразить следующие задачи:

- разработка гидросистемы подъемного стола с расчетом и выбором гидроаппаратуры;

- расчет привода сталкивателя слябов;

- разработка процесса обработки детали с выбором металлорежущих станков и расчетом применяемого инструмента;

- разработка системы автоматизации работы подъемного стола;

2. Конструкторская часть

2.1 Расчет привода сталкивателя слябов

2.1.1Техническое задание

Исходные данные

Наибольшее усилие сталкивания, кН	120
Вес сляба, т	36
Размеры слябов: толщина, мм	150 - 250
ширина, мм	900 -1850
длина, мм	4500 - 10500
Скорость рабочего хода, м / сек	0,407
Скорость холостого хода, м /сек	0,814
Рабочий ход сталкивателя, мм	3400
Двигатель переменного тока
Мощность двигателя, кВт	67
Число оборотов, об/мин	560/1120
Тормоз ТКП - 400

2.1.2 Описание конструкции, назначения и принципа действия исполнительной машины

Сталкиватель слябов предназначен для сталкивания слябов с подъемного стола на рольганг загрузки нагревательных печей стана 2000. Привод сталкивателя слябов состоит из следующих основных узлов:

- электродвигатель переменного тока с возможностью реверсирования. Электродвигатель снабжен электромеханическим тормозом.

- двухступенчатого цилиндрического редуктора.

- реечной передачи.

Вращение от вала электродвигателя передается через муфту на быстроходный вал редуктора. От тихоходного вала редуктора через муфту вращение передается на опорный вал реечной передачи. На рейке смонтирована штанга, которая перемещается по направляющим с помощью кареток с подшипниками качения. Принципиальналья схема работы сталкевателя показана на рисунке 2.1.

Для предотвращения выхода из зацепления рейки с валом - шестерней предусмотрены конечные выключатели. Торможение штанг осуществляется с помощью электромагнитного тормоза. Вал-шестерня реечной передачи смонтирован на подшипниках качения.

Рисунок 2.1- Принципиальная схема сталкивателя

2.1.3 Разработка и описание кинематической схемы привода

На рисунке 2.2 представлена кинетматическая схема приводасталкевателя слябов. От двигателя переменного тока 1 вращающий момент через муфту 2 передается на быстроходный вал редуктора 3. Тихоходный вал редуктора соединен с валом-шестерней 5 муфтой 4 . Вал размещен в закрытом корпусе на двух подшипниковых опорах. Посредством реечной передачи 6 крутящий момент передается на штангу сталкивателя.

Рисунок 2.2- Кинематическая схема привода

2.1.4 Энергокинематический расчет привода

Для подбора электродвигателя выполним энергокинематический расчет привода. Для определения общего КПД привода устанавливаем источники потери мощности на основе анализа кинематической схемы привода. В данном приводе к ним относятся: муфта, цилиндрическая передача, подшипники качения.

Источниками потерь в данной схеме являются:

·	зубчатые муфты	2 шт
·	Подшипниковые опоры (качения)	5 пар
·	Цилиндрическая зубчатая передача	3 шт

По справочным таблицам находим значения КПД указанных потерь:

h--_{зубчатой муфты} = 0,99

h--_{подш. кач} = 0,99

h--_{зуб.передача} = 0,96

h_общ = h²_{зубчатой муфты}· h⁴_{подш. кач}· h³_{зуб.передача}

h_общ = 0,99²·0,99⁴·0,96³ = 0,83

По требуемой мощности на выходе проверяем существующий электродвигатель по формуле (2.1)

F · V,кВт, (2.1)

где F - усилие сталкивания, кН;

V - скорость рабочего хода, м / сек;

120 · 0,407 = 48,8 кВт

При выборе электродвигателя должно соблюдаться условие N_ЭЛ ?N_p

По значению N_p делаем вывод, что существующий электродвигатель переменного тока ДП - 72 удовлетворяет условиям.

Техническая характеристика двигателя:

Двигатель переменного тока ДП - 72.

N_{дв -} 67 кВт, n_дв- 560/1120 мин ^-1;

Определение крутящих моментов на валах.

Определяем число оборотов вал - шестерни по формуле (2.2)

n = = 19.8 мин ^-1 (2.2)

передаточное отношение двухступенчатого редуктора:

u _ред. = 560 / 19,8 = 28,2

Определяем значения частот вращения и моментов на валах:

Определим максимальный крутящий момент на вал - шестерне:

Вал электродвигателя n _{1(эл max)} = 1120 мин ^-1

Быстроходный вал редуктора n ₂ = n ₁ = 1120 мин ^-1

Тихоходный вал редуктора

n ₃ = n ₂ / u _ред = 1120 / 28,2 = 39,7 мин ^-1

Вал - шестерня n ₄ = n ₃ = 39,7 мин ^-1

Определим угловые скорости валов по формуле (2.3)

w₁ = pn₁ / 30,с^-1, (2.3)

w₁ = 3,14 * 1120 / 30 = 117,2 с^-1

w₂ = 3,14 · 1120 / 30 = 117,2 с^-1

w₃ = 3,14 · 39,7 / 30 = 4,15 с^-1

w₄ = 4,15 с^-1

Определим крутящие моменты на валах по формуле 2.4

T_i = N_i / w_I,Нм, (2.4)

где N_i - мощность приводимая к i - му валу, кВт:

w_I - угловая скорость i - го вала, с^-1;

N_i = N_i-1 · h--_{i-1, I}

Подставив значения в формулу мощности получим:

N₁ = 67 кВт;

N₂ = N₁ · h--_м,· h--_п.кач. = 67 · 0,99² = 65,66 кВт

N₃ = N₂ · h--_ред,· h--_п.кач. = 66,33 ^х 0,99² · 0,99 = 59,91 кВт

N₄ = N₃· h--_м,· h--_п.кач. = 59,91· 0,96 · 0,99 = 58,13 кВт

Крутящие моменты:

T₁ = N₁ / w₁ = 67000 / 117,2 = 571,7 Нм

T₂ = N₂ / w₂ = 65660 / 117,2 = 565,9 Нм

T₃ = N₃ / w₃ = 59910 / 4,15 = 14291,5 Нм

T₄ = N₄ / w₄ = 58130 / 4,15 = 14007,2 Нм

2.1.5 Подбор редуктора привода

Редуктор относится к стандартным изделиям, параметры которого регламентированы ТУ. Каждый тип редуктора имеет условное обозначение (марку и основные параметры), которые приводятся в специальных справочниках. Тип редуктора и схема сборки определяется передаточным отношением редуктора и особенностями привода (взаимным расположением входных концов). Марку редуктора подбираем с учетом условия:

Т_{тих.треб.}<= Т_{ред.станд.}.

Передаточное отношение редуктора равно 28,2, соответственно при передаточных числах от 8 до 30 выбираем двухступенчатый редуктор. Момент на тихоходном валу равен 14291,5 Нм, согласно этого значения, с учетом выше названного условия, подбираем по справочным материалам редуктор. Редуктор марки ЦД 2_1160 (цилиндрический двухступенчатый) с максимальным крутящим моментом Мб =4250 кг м. = 42500 Нм

Число оборотов быстроходного вала - n_б=1500 мин ^-1.

Передаточное число редуктора _u_ред = 28,2

Межосевое расстояние А_{1, 2} = 450мм, 710мм

На быстроходной и тихоходной ступенях зубчатые колеса выполнены косозубыми. Техническая характеристика редуктора представлена в таблице 2.1

Таблица 2.1 -Техническая характеристика редуктора

Межосевое расстояние, мм	ma	Число зубьев	i
		шес.	кол.
450	7	19	106	5,58
710	12	19	96	5,05

2.1.6 Расчет и проектирование реечной передачи

Подбор материала реечной передачи. Назначаем материал вала-шестерни и рейки. В нашем случае для вала-шестерни и рейки выбираем широко распространенную в машиностроении сталь 40ХН (поковка). Термообработка: улучшение с твердостью НВ ₂ < 350 ед., у_в = 800 Н/мм ², у_т = 630 Н/мм² .

Геометрический расчет реечной передачи

Допускаемые напряжения реечной передачи.

Допускаемые напряжения для расчета на контактную выносливость определяют по зависимости: (2.5)

,МПА, (2.5)

где,- предел контактной выносливости зубьев,МПа:

НВ =

= 2·HB + 70 = 2·248 + 70 = 567 МПа

K_HL - коэффициент долговечности.

Для улучшенных колес K_HL= 1,6

(S_H) - коэффициент безопасности. (S_H) = 1,1

НВ =

[у_H] = 567·1.6 / 1.1 = 824 мПа

Определяем предварительное значение делительного диаметра по формуле (2.6).

d¹ = (2.6)

где К_н - коэффициент нагрузки

К_н = К_нб· К_нв· К_нн

К_нб - коэффициент распределения нагрузки

Для прямозубых передач К_нб = 1

К_нв - коэффициент концентрации

К_нв = К_нв⁰· (1-х) +х = 1,23·(1-0,7) +0,7 = 1,07

К_нн = 1, т.к. н < 1 м/с

К_н = 1·1,07·1 = 1,07

Ш_d - коэффициент ширины Ш_d = 0,4

d¹ = = 391 мм

Допускаемые напряжения для расчета на изгибную выносливость определяют по зависимости: (2.7)

/[S_F],МПF_r

где у_F·limb - предел выносливости

[S_F] - предел безопасности [S_F] = 1,75

у_F·limb = 1,8 HB = 1,8·248 = 447,3 мПа

[у_F] = 447,3 / 1,75 = 255 мПа

Для реверсивных передач уменьшаем допускаемое напряжение на изгиб на 25 %.

[у_F] = 255·0,75 = 191 МПа

Определяем предварительное значение модуля по формуле (2.8)

m¹ = ,мм, (2.8)

где K_F - коэффициент нагрузки по изгибу

K_F = K_Fв · K_Fн

K_Fв - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине зуба

K_Fн - коэффициент, учитывающий динамическое действие нагрузки

K_Fв = 1,05 ; K_Fн = 1

[у_F] = 571,4 · 0,8 = 457,1 МПа

m¹ = = 27.4 мм

Примем m = 28 мм

Определение числа зубьев вал - шестерни по формуле 2.9

Z₁ = d¹ / m = 391 / 28 = 13.9 (2.9)

Округляем количество зубьев до z = 14

Уточняем значение делительного диаметра

d = m · z₁

d = 28 · 14 = 392,мм,

Диаметр вершин зубьев определяем по формуле 2.10

d_б1 = d + 2(h_б + x₁)m,мм, (2.10)

где, h_б- коэффициент высоты головки, мм;

х₁ - коэффициент смещения, мм;

d_б1 = 392 + 2(1+0,52)28 = 477мм

Диаметр впадин определяем по формуле 2.11

d_f1 = d - 2(h_б+ c- x₁)m,мм, (2.11)

где c ^- коэффициент радиального зазора

d_f1 = 392 - 2(1+0,25-0,52)m = 351 мм

Толщина зуба на поверхности делительного цилиндра в торцовом сечении определяется по формуле (2.12)

S_t = (0.5р + 2x₁tgб)m / cos в (2.12)

S_t = (0.5·3.14 + 2·0.52·tg20)28 / cos 0 = 54 мм

Расчет рейки

Нормальный шаг определяем по формуле (2.13)

Р_n = р · m = 3.14 · 28 = 87.92 мм (2.13)

Число зубьев определяем по формуле (2.14)

Z₂ = L / Р_n + 0.5 (2.14)

где L - рабочий ход сталкивателя, мм;

Z₂ = 3400 / 87.92 + 0.5 = 40

Высоту зуба определяем по формуле (2.15)

h = (2· h_б+ c)m = (2·1+0.25) 28 = 63 мм (2.15)

Высоту головки зуба определяем по формуле (2.16)

h_б = hб· m = 1·28 = 28 мм (2.16)

Толщину зуба определяем по формуле (2.17)

S_у = 0.5рm = 0.5·3.14·28 = 43.96 мм (2.17)

Передаточное отношение реечной передачи определяем поформуле (2.18)

u = z₂ / z₁ = 40 / 14 = 2.8 (2.18)

Ширину рейки определяем по формуле (2.19)

b = (2 - 10) m = 275 мм (2.19)

Расчет зубьев реечной передачи на контактную прочность и изгиб

Проверку передачи на контактную выносливость производим по формуле (2.20)

(2.20)

Окружную сила определяем по формуле (2.21)

F_t = (2.21)

= 709 H / мм ²

Проверку зубьев на изгибную выносливость производим по формуле (2.22)

(2.22)

где Y_в - коэффициент, учитывающий наклон зуба.

Y_F - коэффициент формы зуба.

Для прямозубых Y_в = 1, Y_F = 4,28

у_F = = 42.9 H / мм ²

Проверка передачи на кратковременную пиковую нагрузку.

Максимальные контактные напряжения на рабочих поверхностях зубьев определяем по формуле(2.23)

(2.23)

Максимальное напряжение изгиба в зубьях зубчатых колес.

При действии кратковременных перегрузок зубья проверяют на пластическую деформацию по формуле (2.24)

(2.24)

Силы, действующие в зацеплении

Окружную силу определяем по формуле (2.25)

(2.25)

Радиальную силу определяем по формуле (2.26)

(2.26)

2.1.7 Ориентировочный расчет и конструирование приводного вала

Данный расчет выполняется как проектный с целью определения предварительного диаметра вала, при этом учитывается только крутящий момент, значение которого находится по результатам энергокинематического расчета. Влияние изгиба вала компенсируется понижением допускаемых напряжений при кручении.

Минимальный диаметр вала определяем по формуле (2.27)

(2.27)

где допускаемое напряжение при кручении, для стальных валов,МПа;

= 15….25 мПа

Выходной вал редуктора и приводной вал открытой цилиндрической передачи соединяются посредством муфты поэтому предварительный диаметр приводного вала согласуем с посадочным диаметром муфты.

Минимальный диаметр вала получаем 180 мм.

Длина первой ступени вала

Первая ступень рассчитана для установки зубчатой полумуфты.

Принимаем: d₁ = 180 мм, l₁ = 180 мм;

Вторая ступень промежуточная. Высота бурта для опоры полумуфты 5 мм.

Принимаем: d₂ = 190 мм, l₂ = 180 мм;

Третья ступень вала рассчитана под канавку для упорных полуколец.

Принимаем: d₃ = 175 мм, l₃ = 16 мм;

Четвертая ступень вала рассчитана под вспомогательную опору (подшипник качения), поэтому диаметр вала на этом участке согласуем с диаметром внутреннего кольца подшипника

Длина четвертой ступени исходя из конструктивных особенностей и предполагаемого подшипника.

Принимаем: d₄ = 190 мм, l₄ = 180 мм;

Пятая ступень вала - упорный бурт. Диаметр выбираем ориентируясь на подшипник и исходя из конструктивных особенностей конструкции.

Принимаем: d₅ = 220 мм, l₅ = 37,5 мм;

Шестая ступень вала рассчитана под установку бандажа - для регулирования зазора между вал - шестерней и рейкой.

Принимаем: d₆ = 280 мм, l₆ = 90 мм;

Цилиндрическая шестерня находится на седьмой ступени.

Принимаем: d₇ = 477 мм, l₇ = 275 мм;

Восьмая ступень вала рассчитана под установку бандажа - для регулирования зазора между вал - шестерней и рейкой.

Принимаем: d₈ = 280 мм, l₈ = 90 мм;

Девятая ступень - упорный бурт. Диаметр выбираем ориентируясь на подшипник и исходя из конструктивных особенностей конструкции. Принимаем: d₉ = 220 мм, l₉ = 37,5 мм;

Десятая ступень вала рассчитана под вспомогательную опору (подшипник качения), поэтому диаметр вала на этом участке согласуем с диаметром внутреннего кольца подшипника.

Принимаем: d₁₀ = 190 мм, l₁₀ = 180 мм;

Одиннадцатая ступень вала рассчитана под канавку для упорных полуколец.

Принимаем: d₁₁ = 175 мм, l₁₁ = 16 мм;

Двенадцатая промежуточная. Высота бурта для опоры полумуфты 5 мм.

Принимаем: d₁₂ = 190 мм, l₁₂ = 180 мм;

Тринадцатая ступень рассчитана для установки зубчатой полумуфты.

Принимаем: d₁₃ = 180 мм, l₁₃ = 180 мм;

2.1.8 Предварительный выбор подшипников и корпусов подшипниковых узлов приводного вала

Проектирование начинаем с выбора типа опоры (качения, скольжения). Нагрузки и скорость вала располагаются в пределах, допускаемых для подшипников качения. Эти опоры проще и дешевле, легче обеспечивается смазка и защита от загрязнения. Подшипники качения разных типов отличаются величиной и направлением воспринимаемой нагрузки, формой и числом тел качения, способностью самоустанавливаться, жесткостью в осевом и радиальном направлениях, быстроходностью, стоимостью, точностью изготовления и другим признакам.

Выберем тип подшипника с учетом конкретных условий эксплуатации. Основными требованиями к опорам приводного вала являются: высокая грузоподъёмность, жесткость, способность передавать большие мощности, незначительная окружная скорость, способность воспринимать преимущественно радиальные нагрузки, т.е. нагрузку, действующую перпендикулярно оси вращения подшипника. Особенностью данной реконструкции является использование существующих посадочных мест. Согласно всех перечисленных требований к опорам, наиболее подходящими вариантами являются подшипники роликовые конические двухрядные.

По посадочным диаметрам подбираем марки и условное обозначение подшипников. листопрокатный сляб гидравлический редуктор

При выборе способа крепления подшипников на валу следует учитывать тип опоры, величину осевой нагрузки, тип подшипника, характер посадки. Левый и правый подшипник фиксируем жестко. Внутреннюю обойму зажимаем торцевой шайбой, наружную между буртом и крышкой, которая крепится к корпусу болтами.

Техническая характеристика подшипника представлена в таблице.2.2.

Таблица 2.2- Техническая характеристика подшипников

Марка подшипника	d	D	B	Допустимая динамическая нагрузка, С кгс	Допустимая статическая нагрузка, С 0 кгс
2097738	190	320	172	101000	132000

2.1.9 Проверка долговечности выбранных подшипников

Составляем расчетную схему вала рисунок 2.3. При этом производится схематизация конструкций, опор, действующих нагрузок. Подшипники, воспринимающие только радиальные нагрузки, заменяются шарнирно-подвижными опорами. Силы на вал передаются через поставленные на него детали и узлы. Принимается, что эти детали и узлы передают силы посередине своей рабочей ширины.

Так как в компоновке вала правая опора используется лишь как вспомогательная и на распределение сил не влияет, то проведем расчет без ее учета. Данная опора используется лишь для центровки длинной консольной части вала, которую пришлось выполнять из-за привязки к корпусным деталям существующего привода.

Рисунок.2.3- Расчетная схема приводного вала.

где -консольная сила от муфты,Н;

(2.28)

Определение реакций опор.

Они определяются из уравнений моментов:

Рассмотрим плоскость ZOX.

еM _A = 0 F_r · l₂ - R_bz * (l₂+l₃) = 0

еM _B = 0 _F_r * l₃ + R_az * (l₂+l₃) = 0

L₁ = 375 мм; L₂ = 385 мм; L₃ = 385 мм; L₄ = 375 мм

R_bz = R_az = = 13005,6 H

Рассмотрим плоскость YOX.

е--M _A = 0 _F_m · l₁ + F_t · l₂ + R_by · (l₂+l₃) + F_m * (l₃+l₄+ l₄) = 0

е--M _B = 0 -F_m · (l₁+l₂+ l₃) - R_ay · (l₂+l₃) + F_t · l₃ + F_m · l₄ = 0

R_by = R_ay=

R_by = R_ay=

Составляющие опорных реакций суммируются геометрически s

R_A= 66,6 кH

= 66,6 кH

В результате расчета получены усилия, действующие на опоры А и В.

Сведем данные в таблицу 2.3

Таблица 2.3-Усилия, действующие на подшипниковые опоры

Опора	Допустимая статическая нагрузка, кН Со	Усилие, кН	Суммарное усилие, кН
		плоскость ZOX	плоскость YOX
А	1320	13,005	65,320	66.6
В	1320	13,005	65,320	66.6

Определение долговечности подшипника

Расчетную долговечность подшипника определяют по формуле (2.29)

(2.29)

для опоры А

для опоры В

Подшипники пригодны для машины, если расчетная долговечность больше или равна требуемой . Рекомендуемые значения приведены в справочной литературе. Для машин с кратковременной и прерывистой эксплуатацией, с повышенными требованиями к надежности, рекомендуемые значения ресурсов подшипников.

= 8000….12000 часов. Исходя из этого, следует:

для опоры А 388456912000

для опоры В 388456912000

Делаем вывод, выбранные подшипники пригодны для машины.

2.1.10 Уточненный расчет приводного вала

Уточненный расчет выполняется как проверочный, с целью определения коэффициента запаса усталостной прочности в опасных сечениях вала.

Расчет выполняется в паре с ориентировочным.

Признаком опасных сечений является:

· пиковое значение нагрузок - моментов;

· наличие источников концентраций напряжений (канавок, шпоночных пазов, посадок с натягом).

Исходные данные:

конструкция и размеры вала (с эскизной компоновки);

материал вала - сталь 40ХH;

величина крутящего момента (из энергокинематического расчета);

величина и направление сил, действующих на вал.

Расчет вала на выносливость и заключение о работоспособности вала.

Расчетной схем вала представлена на рисунке 2.4.

Определение реакций опор рассмотрено в пункте 2.1.10.

R_A= 66,6 кН ; R_В= 66,6 кН.

Определение изгибающих моментов и построение эпюр с целью выявления опасных сечений рисунок 2.4,2.5,2.6,2.7.

Плоскость ZOX

Сечение 1-1, смотреть со стороны опоры А

Сечение 2-2

Сечение 3-3

Рисунок 2.4- Расчетная схема приводного вала

Рисунок 2.5-Эпюра изгибающих моментов в плоскости ZOX приводного вала

Рисунок 2.6- Эпюра изгибающих моментов в плоскости YOX приводного вала

Рисунок 2.7-Сечение 4-4 Эпюра крутящих моментов приводного вала

Плоскость YOX

Сечение 1-1, смотреть со стороны опоры А

Т_1-1=-F_m 0<X<0/375

T_1-1=0 X=0

Сечение 2-2

Сечение 3-3

Сечение 4-4

Самый большой изгибающий момент в сечении вала 3-3.

Т _3-3=47,931 кНм

Проверочный расчет вала на выносливость:

Определение коэффициента запаса прочности по формуле (2.30)

(2.30)

где S_у - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

S_ф - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

[S] = 1.5 - 3

Определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям по формулам (2.31)

S_у = (2.31)

S_ф =

Определим пределы выносливости в расчетном сечении вала по формулам (2.32)

(у_-1)_D = Н/мм ² (2.32)

(ф_-1)_D = Н/мм ²

у_-1 = 380 H / мм ²

ф_-1 = 0,58 ;у_-1 = 0,58·380 = 220,4 H / мм ²

Определим напряжения в опасном сечении по формуле (2.33)

у_a = ,Н/мм ², (2.33)

ф_a = , Н/мм ²,

Суммарный изгибающий момент

у_a =

ф_a =

(у_-1)_D = 380 / 2,9 = 131,03 H / мм ²

(ф_-1)_D = 220,4 / 2,6 = 84,76 H / мм ²

Коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений определим по формулам (2.34)

(2.34)

(2.34)

где K_у и К_ф - эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

K_у = 1,45 К_ф = 1,3

К_d - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения;

К_d = 0,5

К_F - коэффициент влияния шероховатости

К_F = 1

S_у = 131,03 / 8 = 16,37

S_ф = 84,76 / 1,16 = 73,06

S =

15.97 > 3,0, следовательно, проверочный расчет вала на выносливость в опасном сечении вала в отношении прочности прошел.

2.1.11 Подбор муфт

В данной конструкции привода наматывающего устройства применены зубчатые муфты типа МЗ. Для зубчатых муфт максимальный расчетный момент М_к, который муфта может передать и по которому муфта подбирается по ГОСТу, определяется по формуле (2.35)

М_к = k₁ · k₂· Т,Нм, (2.35)

где k₁ - коэффициент безопасности, равный 1,2;

k₂ - коэффициент условия работы муфты, равный 1.

Т - момент передаваемый муфтой.

М_{к 1} = k₁· k₂ · Т ₁ = 1,2 · 1 · 571,7 = 686,04 Нм

М_{к 3} = k₁ · k₂ ·Т ₃ = 1,2 · 1 · 14291,5 = 17149,8 Нм

Исходя из полученных значений и диаметров валов подбираем муфты по справочнику [3]

для вала №1 МЗ 7

для вала №2 МЗ 10

Техническая характеристика зубчатых муфт представлена в таблице 2.4.

Таблица 2.4-Характеристика зубчатых муфт

Обозначение муфты	d, мм	Мк, кгс м	n, об/мин	Масса, кг (не более)
МЗ 7	120	1900	2120	110
МЗ 10	180	5000	1400	262

2.1.12 Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений

Размеры шпонок нормированы, шпонки призматические обыкновенные ГОСТ 8788-58 и 8789-58. Размеры сечений (b · h) принимаются в зависимости от диаметра вала - d. На приводном валу рассчитываемой нами зубчатой передачи применяется шпоночное соединение для крепления зубчатой муфты. Диаметр этого участка приводного вала равен 180 мм, исходя из которого подбираем номинальные размеры шпонок. Ширину шпонок выбираем равной (0,25 - 0,30) d, тогда для вала сечением 180 мм ширина шпонки будет равна 45 - 54 мм. Размеры сечений призматических шпонок выбираем нестандартные: 4540мм. Длина шпонки выбирается по ГОСТ 8789-58, 8792-58 и 8793-58, либо определяется длиной ступицы, либо величиной передаваемого момента. Для нашего вала длина шпонки =200 мм.

Проверочный расчет призматических шпонок производится по формулам:

а) на смятие по формуле (2.36)

?_см=[?_см],Н/мм,² (2.36)

б) на срез по формуле (2.37)

ф_с=Н/мм ² (2/37)

где ? _см, [?_см] -действительное и допускаемое напряжения на смятие для шпоночного соединения,Н/мм²;

ф_см,, [ф_см]действительное и допускаемое напряжения на срез для шпоночного соединенияН/мм²;

М_К- крутящий момент, передаваемый соединением;

d-диаметр вала, мм;

b.l.h-высота, ширина, рабочая длина шпонки, мм;

Чаще всего ограничиваются расчетами на смятие.

L_{раб 1} = l - b = 200 - 45 = 155 мм

L_{раб 2} = l - b = 500 - 45 = 155 мм

Находим действительное напряжение смятия для шпоночного соединения:

s_{см 1} = (4 · 14291,5 * 10³) / 180 / 155 / 40 = 51,22 Н/мм ²

s_{см 2} = (4 * 14291,5 * 10³) / 180 / 155 / 40 = 51,22 Н/мм ²

Допускаемое напряжение смятия для шпоночного соединения:

[у_см]=100ч120

условие проверочного расчета на смятие для шпонки зубчатой муфты выполняется.

2.2 Разработка гидропривода подъемного стола

2.2.1 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

Гидропривод подъемного стола состоит из двух параллельно установленных в линии гидроцилиндров и распределительной аппаратуры.

Исходя из нагрузки N, действующей на гидроцилиндры и рабочего давления Pp в гидросистеме определяем диаметры плунжеров гидроцилиндров.

В данном задании рассматривается случай, где рабочий орган и выходное звено ГЦ совершают поступательное движение.

Нагрузка N состоит из нагрузки, создаваемой грузом Nгр и нагрузки от веса подъемного стола Nст и определяется по формуле (2.38)

N = Nгр + Nст = 1300 кН + 387 кН = 1687, кН, (2.38)

Ввиду того, что плунжеры гидроцилиндров будут втягиваться род действием внешней нагрузки (веса стола или веса стола с грузом) гидроцилиндры выполнены однополостными (плунжерными).

Диаметр штока плунжера определяем по формуле (2.38)

dпл = , м, (2.38)

Примем рабочее давление Рр = 14 МПа, руководствуясь техническими характеристиками привода.

dпл = = 0,277 м

Примем диаметр плунжера равным dпл = 0,28 м

Рабочий ход плунжера гидроцилиндра выбираем из условий работы подъемного стола и равен Н = 0,95 м

Геометрические характеристики гидроцилиндров представлены в таблице 2.5

Таблица 2.5-Геометрические характеристики гидроцилиндров

Обозначение	dпл, м	Н, м	F, м 2	V, м 3
ГЦ 1, ГЦ 2	0,28	0,95	0,061	0,058

2.2.2 Расчет и выбор насосной установки

Выбор насосной установки осуществляется исходя из требуемых расхода жидкости и давления в гидроприводе.

Определяем максимальный расход жидкости, необходимый для питания ГЦ.

Для гидроцилиндра с односторонним штоком определяем по формуле(2.39) Подьем

Qпод = Vпод * F, м ³/с, (2.39)

где Vпод - скорость поршня гидроцилиндра при подъеме, м/с;

Vпод = 0,047 м/с

Qпод = 0,047 * 0,061 * 2 = 0,0057 м ³/с,=344 л/мин

Опускание без груза

Vоп = 0,047 м/с

Qоп = 0,047·2·0,061 = 0,0057 м ³/с = 344 л/мин

Величина требуемого давления на выходе из насоса определяется по формуле (2.40)

Рн = Рр + Рн,МПа, (2.40)

где Рн - суммарные потери давления в линии, соединяющей насос с ГЦ при рабочем ходе,МПа;

Потери давления Рн могут быть определены лишь после разработки конструкции гидроблока управления и ГП в целом, поэтому первоначально

примем Рн = ·Рр, а затем выполним проверочный расчет.

Рн = * 14 = 21 МПа

На основании полученных значений Рн и Qпод выбираем насос НАМ 74М - 224/320 .

аксиально - поршневой насос высокого давления, с электрогидравлическим механизмом управления подачей, и вспомогательным насосом низкого давления.

Рабочий объем - 224 см ³

Давление на выходе поршневого насоса - 32 МПа

Доминальная подача - 200 л/мин

Давление на выходе шестеренного насоса - 2,5 МПа

Номинальная подача - 22 л/мин

2.2.3 Описание работы гидропривода

Гидросистема подъемного стола представляет собой однопоточную систему и состоит из двух гидроцилиндров подъема и опускания стола, управляющей и распределительной гидроаппаратуры, фильтров, трубопроводов.

Источником давления в гидросистеме являются два насоса НАМ 74М - 224/320.В напорной линии установлены два обратных клапана КО 1 и КО 2 для предотвращения слива жидкости в бак при выключенных насосах. Для регулирования потока жидкости выбраны гидрораспределители 1Р 323, схема распределения потока - 44,схема движения потоков представлена на рисунках 2.8и 2.9.

Для предотвращения самопроизвольного опускания стола в гидросистеме установлен гидрозамок (клапан обратный управляемый). Фильтрация рабочей жидкости осуществляется двумя магнитными фильтрами, установленными в сливной линии.

Конечные выключатели КВ 1 и КВ 2 предназначены для остановки стола при подъеме и при опускании. В качестве рабочей жидкости используется масло И - 40 А.

Подъем

Вкл. ЭМ 2 и ЭМ 4 РР 1 и РР 2 вкл. в поз.2

Рисунок 2.8-схема движении потоков

Стоп --- КВ 1 откл. ЭМ 2 и ЭМ 4

Опускание

Вкл. ЭМ 1 и ЭМ 3 РР 1 и РР 2 вкл. в поз. 1

Рисунок 2.9-схема движения потоков

2.2.4 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

Гидроаппаратуру выбираем по максимальному расходу и по давлению.

Гидрозамок (клапан обратный управляемый) 1КУ - 50

по ТУ 2-053-0221244.063-91 [ 4. с.102 ]

Условный проход - 50 мм

Номинальный поток рабочей жидкости - 500 л/мин

Давление нагнетания - 32 МПА

Номинальный перепад давления - 0,4 МПа

Гидрораспределитель золотниковый [ 4. с.76 ]

1Р 323 - АЛ 1 - 44 В 6 220В УХЛ 4 по ТУ 2-053-1846-87

Условный проход - 32 мм

Номинальный перепад давления - 0,4 МПа

Давление на входе - 32 МПа

Расход рабочей жидкости - 500 л/мин

Способ установки золотника - пружинный возврат

Вид управления - электрогидравлический с 2 электромагнитами с пружинным возвратом золотника пилота

Схема распределения - 44

Гидроклапан обратный 1МКО 32/32 по ТУ 2-053-1841-87 [ 4. с.100 ]

Условный проход - 32 мм

Номинальный поток рабочей жидкости - 400 л/мин

Давление нагнетания - 32 МПа

Номинальный перепад давления - 0,25 МПа

Давление открывания - 0,15 МПа

Клапан предохранительно - разгрузочный М - ПКП - 32 - 02 А по ТУ 2-053-1737-85 [ 4. с.119 ]

Условный проход - 32 мм

Номинальное давление - 32 МПА

Номинальный расход - 250 л/мин

Магнитный очистительный сепаратор типа ФММ 27 по ТУ 2-053-1838-87 [ 4. с.277 ]

Диаметр условного прохода - 100 мм

Номинальный поток рабочей жидкости - 400 л/мин

Номинальное давление - 1,6 МПа

Перепад давления при номинальном расходе - 0,025МПа

Степень очистки - 88 %

Дроссель с обратным клапаном КВМК 32 G 1.1 по ТУ 2-053-1753-85 [ 4. с.138 ]

Диаметр условного прохода - 32 мм

Номинальный поток рабочей жидкости - 250 л/мин

Рабочее давление - 32 МПа

Клапан предохранительный - КПрЖ - 80м

Номинальный расход - 320 л/мин

Вентиль 22лс 69нж 1, Ду 32, угловой фланцевый с ручным управлением

Номинальное давление - 40 МПа

Диаметр условного прохода - 32 мм

Вентиль 15С 76НЖV угловой запорный фланцевый с ручным управлением

по ТУ 26-07-041 - 71

Номинальное давление - 32 МПа

Диаметр условного прохода - 70 мм

Внутренний диаметр трубопровода определяется по формуле (2.41)

d = 2·,м, (2.41)

где Q - мах. расход жидкости в трубопроводе, л/мин;

Vp - рекомендуемая скорость течения жидкости в трубопроводе[ 4. с.447 ]

Напорная линия Vp = 4 м/с

при Q = 200 л/мин участки 0 - 1, 0 ¹- 1¹, 1 - 46, 1¹ - 46¹

d = 2·= 0,032, м,

при Q = 175 л/мин участки 1 - 6, 1¹ - 6¹, 8 - 15, 7 - 15¹, 18 - 19

d = 2·= 0,03, м,

при Q = 344 л/мин участки 6¹ - 8, 15¹- 18

d = 2·= 0,043,м,

Сливная линия Vp = 2 м/с

при Q = 175 л/мин участки 20 - 23, 20¹- 26, 28 - 35, 28 - 43

d = 2·= 0,043 м

при Q = 344 л/мин участки 23 - 28, 35 - 45

d = 2·= 0,060 м

Для обеспечения ламинарного режима течения жидкости принимаем внутренний диаметр трубопровода

при 175 л/мин и 200 л/мин = 55 мм

при 344 л/мин = 70 мм

Минимально допустимая толщина стенки трубопровода (2.42)

д = ,м, (2.42)

где у_вр - предел прочности на растяжение материала трубопровода,МПа;

у_вр = 340 МПА

Р - максимальное давление жидкости в трубопроводе,МПа;

Кб - коэффициент безопасности; Кб = 2 - 8

д = = 0,0068 м

д = = 0,0086 м

Выбираем стальные бесшовные холоднодеформированные трубы по ГОСТ 8734 - 75

1. 70 · 7 - для участков 0 - 1, 0 ¹- 1¹, 1 - 46, 1¹ - 46¹, 1 - 6, 1¹ - 6¹, 8 - 15, 7 - 15¹, 15 - 12, 15^{1 -} 12¹, 18 - 19, 28 - 35, 28 - 43

2. 89 · 9 - для участков 6¹ - 8, 15¹- 18, 20 - 23, 20¹- 26, 23 - 28, 28 - 35, 28 - 43, 35 - 45

2.2.5 Определение потерь давления в аппаратах и трубопроводах

Определение потерь давления в аппаратах

Потери давления ДРга в гидроаппаратах с достаточной точностью определяются по формуле (2.42)

ДРга = ДРо + А· Qмах+B· Q²мах,МПа (2.42)

где ДРо - давление открывания или настройки аппарата,МПа;

А и В - коэффициенты аппроксимации экспериментальной зависимости потерь давления в аппарате от расхода жидкости через него,;

Qмах - максимальный расход жидкости в аппарате, л/мин;

Коэффициенты А и В определяются по формуле (2.43)

А = , , (2.43)

В = , ,

где - Qном - номинальный расход аппарата, л/мин;

ДРном -потери давления в аппарате при номинальном расходе

При подъеме

Гидрозамок 1КУ - 50

А = = 15

В = = 1814

ДРга = 0,15 + 15 · 0,0057 + 1814 · 0,0057² = 0,29 МПа

Гидроклапан обратный 1МКО 32/32

А = = 7,6

В = = 1148

ДРга = 0,15 + 7,6 · 0,0029 + 1148 · 0,0029² = 0,18 МПа

Гидрораспределитель 1Р 323 - АЛ 1 - 44 В 6 220В УХЛ

А = = 6

В = = 726

ДРга = 0 + 6 · 0,0029 + 726 · 0,0029² = 0,02 МПа

При опускании

Гидрозамок 1КУ - 50

А = = 15

В = = 1814

ДРга = 0,15 + 15 · 0,0057 + 1814 · 0,0057² = 0,29 МПа

Гидрораспределитель 1Р 323 - АЕ 1 - 44 В 6 220В УХЛ

А = = 6

В = = 726

ДРга = 0 + 6 · 0,0029 + 726 · 0,0029² = 0,02 МПа

Дроссель с обратным клапаном КВМК 32 G 1.1

А = = 35,7

В = = 8503

ДРга = 0 + 35,7 · 0,0029 + 8503 · 0,0029² = 0,17 МПа

Магнитный очистительный сепаратор типа ФММ 2

А = = 1,9

В = = 2869

ДРга = 0 + 1,9 ·0,0029 + 2869 · 0,0029² = 0,029 МПа

Результаты расчета потерь давления в гидроаппаратах сводим в таблицу 2.6

Таблица 2.6-Потери давления в гидроапаратах

Наименование и модель аппарата	ДРо, МПа	А,	В,	Этап цикла	Qмах,	ДРга,МПа
1	2	3	4	5	6	7
Гидрозамок 1КУ - 50	0,15 0,15	15 15	1814 1814	подъем опускание	0,0057 0,0057	0,29 0,29
КО 1 Гидроклапан обратный МКО 32/32	0,15	7,6	1148	подъем	0,0029	0,18
КО 2 Гидроклапан обратный МКО	0,15	7,6	1148	подъем	0,0029	0,18
РР 1 Гидрораспределитель 1Р 323 - АЛ 1 - 44 В 6 220В УХЛ	0 0	6 6	726 726	подъем опускание	0,0029 0,0029	0,02 0,02
РР 2 Гидрораспределитель 1Р 323 - АЛ 1 - 44 В 6 220В УХЛ	0 0	6 6	726 726	подъем опускание	0,0029 0,0029	0,02 0,02
Др 1 Дроссель с обратным клапаном КВМК 32 G 1.1	0	35,7	8503	опускание	0,0029	0,17
Др 2 Дроссель с обратным клапаном КВМК 32 G 1.1	0	35,7	8503	опускание	0,0029	0,17
Ф 1 Магнитный очистительный сепаратор типа ФММ 27	0	1,9	2869	опускание	0,0029	0,029
Ф 2 Магнитный очистительный сепаратор типа ФММ 27	0	1,9	2869	опускание	0,0029	0,029

Общие потери давления в гидроаппаратах напорной линии.

ДРга= 0,29 + 0,18·2 + 0,02·2 = 0,69 МПа

Общие потери давления в гидроаппаратах сливной линии.

ДРга= 0,29 + 0,02·2 + 0,17·2 + 0,029·2 = 0,73 МПа

Определение потерь давления в трубопроводах

Потери давления по длине

Потери связаны с вязким трением. Влияние оказывает и режим течения жидкости. Различают два режима: ламинарный и турбулентный, причем переход из одного режима в другой происходит при критическом числе Рейнольдса.

Определяем число Рейнольдса (2.43)

Re = (2.43)

где х - фактическая скорость течения жидкости, м/с:

н - кинематический коэффициент вязкости жидкости. Выбираем И - 40 А.

н = 40·10 м ²/с

х = ,м/с

Потери давления ДР на вязкое трение в трубопроводе определяются по формуле (2. 45)

ДР = ,МПа, (2.45)

где с - плотность рабочей жидкости, кг/м ³;

Q - расход жидкости в линии, л/мин;

л - коэффициент гидравлического трения на i-том участке

n- число участков

Коэффициент л для гладких цилиндрических трубопроводов при ламинарном режиме

л =

при турбулентном режиме

л =

Для гладких круглых труб, а также для отверстий в корпусе гидроблока управления Re= 2300

При подъеме

Напорная линия на участках 0 - 1, 0 ¹- 1¹, 1 - 46, 1¹ - 46¹

х = = 1,34 м/с

Re = = 1876 - ламинарный режим

л = = 0,034 L = 5 м, d = 0.056 м

ДР = = 0,0024 МПа

При опускании

Сливная линия на участках 18 - 19, 15 - 12, 15^{1 -} 12¹

х = = 1,17 м/с

Re = = 1638 --- ламинарный режим

л = = 0,039 L = 6 м, d = 0.056 м

ДР = = 0,0025 МПа

Результаты расчета потерь давления по длине сводим в таблицу 2.7

Таблица 2.7- Потери давления по длине

Этап цикла	Линия	Qmax,	Участок	dст, м	fст, м 2	,	Re	л	L, м	ДР, МПа	ДР, МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
подъем	н	0,0033	0-1, 0'-1', 1-46, 1'-46'	0,056	0,0025	1,34	1876	0,034	5	0,0024
		0,0029	1-6, 1'-6', 8-15, 7-15', 18-19	0,056	0,0025	1,17	1638	0,039	12	0,005
		0,0029	6'-6, 15'-15, 7-8	0,071	0,0039	0,73	1300	0,049	3,5	0,0006
		0,0057	6-7, 15-18	0,071	0,0039	1,44	2556	0,044	34	0,02
											0,028
опускание	сл	0,0029	18-19, 15-12, 15'-12'	0,056	0,0025	1,17	1638	0,039	6	0,0025
		0,0057	18-15, 26-28, 43-45	0,071	0,0039	1,44	2556	0,044	39	0,02
		0,0029	15'-15, 20-26, 20'-26, 28-43	0,071	0,0039	0,73	1300	0,049	13	0,0022
											0,025

Местные потери давления в трубопроводе.

Местные потери (ДРм) складываются из потерь в различных местных сопротивлениях

(ДРм) и определяются по формуле (2.46)

ДРм = ,МПа, (2.46)

где, о - коэффициент i-того местного сопротивления, выбираем из справочника [ 4. с.448 ]

fcт - площадь внутреннего сечения трубопровода перед i-тым сопротивлением.

n- число местных сопротивлений

Подъем

Напорная линия

на участках 0 - 1, 0 ¹- 1¹

со внутренним диаметром d = 0.056 м имеется:

2 - местных сопротивления тройник о = 0,3

Уо = 2 · 0,3 = 0,6

ДРм = = 0,0005 МПа

Опускание сливная линия на участках 18 - 19, 15 - 12, 15^{1 -} 12¹

со внутренним диаметром d = 0.056 м имеется:

1 - резкое расширение о = 0.5

4 - резкое сужение о = 0.3

4 - резкое расширение о = 0.95

1 - тройник - потоки складываются о = 1,5

Уо = 0,5 + 0,3·4 + 0,95·4 + 1,5 = 7

ДРм = = 0,004 МПа

Результаты расчета местных потерь давления заносим в таблицу 2.8

Таблица 2.8-Местные потери давления

Этап цикла	Линия	Qmax,	Участок	fст, м 2	Вид местного сопротивления	Кол-во мест сопр.	о	Уо	ДРм, МПа	ДРм, МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
подъем	н	0,0033	0 - 1, 0'-1'	0,0025	тройник	2	0,3	0,6	0,0005
		0,0029	1-6, 1'-6', 8-15, 7-15, 18-19	0,0025	резкое сужение резкое расширение тройник поток проходящий тройник резкое расширение колено	10 10 2 2 1 1 1	0,3 0,95 0,7 2 0,3 0,5 1,2	19,9	0,012
		0,0029	6'-6, 7-8, 15'-15	0,0039	тройник поток проходящий	2 1	0,5 2	3	0,0007
		0,0057	6-7, 15-18	0,0039	тройник тройник резкое сужение резкое расширение тройник	1 1 1 1 1	0,9 0,3 0,3 0,5 1,5	3,5	0,003
										0,0042
опус-кание	сл.	0,0029	18-19, 15-12, 15'-12'	0,0025	резкое расширение резкое сужение резкое расширение тройник	1 4 4 1	0,5 0,3 0,95 1,5	7	0,004
		0,0029	15-15' 20-26, 20'-26 28-43	0,0039	резкое расширение резкое сужение колено тройник тройник тройник резкое расширение резкое сужение поток проходящий	4 2 3 2 2 1 2 2 1	1,6 0,5 1,2 0,7 0,5 0,9 0,6 0,24 2	17,98	0,0045
		0,0057	26-28, 43-45	0,0039	колено тройник поток проходящий вход в ёмкость тройник	4 1 1 1 1	1,2 0,5 0,1 2 1,5	8,9	0,008
										0,0165

Заключительным этапом является расчет суммарных потерь давления в напорной и сливной линиях, которые сводятся в таблицу 2.9

Таблица 2.9-Суммарные потери давления

Линия	Этап цикла	ДРга МПа	ДР МПа	ДРм МПа	ДР МПа
1	2	3	4	5	6
напорная	подъем	0,69	0,028	0,0042	0,72
сливная	оускание	0,73	0,025	0,0165	0,77

По результатам расчета уточняем расчет и выбор насосной установки по давлению

Рн = Рр + Рн = 14 + 0,72 = 14,72 МПа < 32 МПа

Выбранный насос подходит, т. к. обеспечивает необходимое давление в гидроприводе. Настройка насосов будет производится на 15 МПа.

3. Технологическая часть

3.1 Разработка технологического процесса изготовления рейки

3.1.1Описание конструкции и назначения детали

Деталь 'Рейка' предназначена для преобразования вращательного движения вала-шестерни в поступательное движение штанги сталкивателя. Деталь состоит из зубчатой части, которая имеет следующие параметры: модуль нормальный m = 28 мм, число зубьев z = 20, длина зубчатой части b = 1671,24 мм, шаг Р = 87,96 мм, высота зуба h = 63 мм. Для крепления к штанге в рейке просверлены 12 отверстий d = 22 мм, а также для удобства крепления имеется паз глубиной 12 мм во всю длину рейки.

Допуски на размеры шероховатости поверхностей, указанные на чертеже, выбраны в соответствии со стандартами и условиями работы.

Марка материала для изготовления данной детали - сталь 40ХН.

Механические свойства стали 40 ХН представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1-Механические свойства стали 40ХН (ГОСТ 1050-88

ут, МПа	ув, МПа	НВ
630	800	248

3.1.2 Нормоконтроль чертежа

Технический чертеж данной детали выполняется на формате А 4, в масштабе 1:5. На чертеже показывается главный вид детали, указываются все размеры поверхностей с допусками. Проставляются габаритные размеры детали и линейные размеры зубчатой части. Указываются размеры, угол и количество фасок, имеющихся на детали, указывается линейный размер длины и глубины паза. Для того, чтобы показать глубину и ширину паза, делается сечение А-А. На главном виде проставляются шероховатости всех поверхностей и предельные отклонения от правильной геометрической формы и правильного взаимного расположения поверхностей, указываются базовые поверхности. В правом верхнем углу чертежа строится таблица с указанием всех остальных параметров зубчатой части детали. Также на чертеже указывается твердость детали и неуказанные предельные отклонения.

3.1.3 Анализ технологичности конструкции детали

Для обеспечения точности установки детали обработку посадочного места необходимо выполнить со шлифовкой.

Изготовление данной детали имеет несколько недостатков. Одним из них является использование как минимум трех различных станков: фрезерный, сверлильный, шлифовальный. Это затрудняет изготовление детали и увеличивает время на производство детали. Также недостатком можно назвать высокую твердость исходной заготовки (сталь 40ХН имеет твердость НВ=230-280). Для этого необходимо выбирать износостойкий дорогой инструмент.

3.1.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки

В условиях заданной программы, материала и технических требований оптимальным вариантом заготовки будет являться полосовой прокат, обжатый по размерам детали с учетом припусков. Заготовку получаем с помощью ручной газовой (ацетилено-кислородная) резки. Точность резки от ± 4 до ± 10 мм. Длина заготовки 1928,11 мм с припуском 28,11 мм, ширина 421,6 мм и толщина 136,6 мм с припусками 16,6 мм.

Такой вариант заготовки является максимально экономичным и соответствующим всем требованиям.

3.1.5 Припуски на механическую обработку

Заготовка - полоса стальная горячекатаная рисунок.

Качество поверхности проката R_z = 200 мкм, h = 300 мкм. Минимальный припуск на черновую обработку определяется по формуле (3.1).

2z_чер.min = 2[(R_zпрок + h_прок) + _прок + _черн],мм, (3.1)

R_zпрок + h_прок = 500 мм

Кривизна заготовки _к = 2,5 · 1900 = 4,75 мм

Значение _черн примем 2,3 мм

2z_чер.min = 2(0,5 + 4,75 + 2,3) = 15,1 мм

Минимальный припуск на чистовую обработку определяется по формуле (3.2)

2z_чист.min = 2[(R_zчерн + h_черн) + _ост + _чист],мм, (3.2)

2z_чист.min = 2(63 + 60 + 405 + 230) = 1516 мкм = 1,5 мм

Общий припуск

2z_о.min = 15,1 + 1,5 = 16,6 мм

Минимальный припуск на черновую обработку по длине

R_z + h = 10 мм, _к = 2,5 · 405 = 1,01 мм

2z_чер.min = 2(10 + 1,01 + 2,3) = 26,62 мм

Минимальный припуск на чистовую обработку

2z_чист.min = 2(63 + 60 + 405 + 230) = 1516 мкм = 1,5 мм

Общий припуск

2z_о.min = 26,62 + 1,5 = 28,11 мм

Результаты выбора припусков поверхностей на механическую обработку заносим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2- Табличные данные припусков

Размер детали, мм	Припуск, мм	Допуск заготовки, мм	Размер заготовки, мм
1900h14	28,11	10	1933±5
405h14	16,6	0,8	422,4±0,8
120±0,1	16,6	0,8	137,4±0,8

Схема расположения припусков и допусков до размера 120±0.1 мм показа на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1- Схема расположения припусков и допусков на обработку размера 120±0,1 мм

Заготовка - полоса стальная горячекатаная с размерами:длина 1933,ширина 422.4 высота заготовки 137.3 представлена на рисунке 3.2.

Качество поверхности проката R_z = 200 мкм, h = 300 мкм

Рисунок 3.2-Эскиз заготовки

3.1.6 Выбор плана обработки

1. Фрезерная. Установить деталь на столе вертикально - фрезерного станка. Фрезеровать торцы в размер 1900 мм.

Фрезеровать поверхность 3.

Фрезеровать поверхность 3 на длину L = 175 мм, h = 63 мм на всю ширину поверхности 3.

Установить деталь на столе продольно - фрезерного станка.

Фрезеровать поверхность 4 в размер 120 ± 0,1 мм.

Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 405 мм.

Фрезеровать паз b =250 мм, h = 12 мм на всю длину поверхности 4.

Переустановить деталь.

Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 275 мм.

Фрезеровать поверхность 3 шириной 65 мм с обеих стороной на всю длину поверхности 3.

Фрезеровать фаски.

2. Сверлильная. Сверлить 12 отверстий 22 мм.

3. Зубонарезная. Фрезеровать зуб m = 28 мм, число зубьев z = 20, длина зубчатой части b = 1671,24 мм, шаг Р = 87,96 мм, высота зуба h = 63 мм.

4. Шлифовальная (плоскошлифовальный станок). Шлифовать поверхности 1, 2, 3, 4.

3.1.7 Предварительное нормирование времени операций

В таблице 3.3 приведены данные о предварительном времени на обработке детали.

Таблица 3.3-Предварительное время на обработку детали

Наименование операции	Расчетная формула То	То., мин	Расчетная формула Тш.к.	Тш.к., мин
Фрезеровать торцы Черновой проход Чистовой проход	Т = 7l	3,8 1,9	Тш.к.= цк· То цк = 1,84	350,7
Фрезеровать поверхность 3 Черновой проход Чистовой проход	Т = 6l Т = 4l	11,4 7,6
Фрезеровать поверхность 3 на длину L = 175	Т = 6l	10,5
Фрезеровать поверхность 4 в размер 120 ± 0,1 мм Черновой проход Чистовой проход	Т = 6l Т = 4l	11,4 7,6
Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 405 мм	Т = 6l	11,4
Фрезеровать паз	Т = 6l	22,4
Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 275 мм	Т = 6l	57
Фрезеровать поверхность 3 шириной 65 мм Черновой проход Чистовой проход	Т = 6l Т = 6l Т = 4l	22,8 11,4 7,6
Фрезеровать фаски	Т = 7l	26,6
Сверлильная	Т = 0,5d·l	5,5	цк= 1,72	9,46
Зубонарезная	Т = 7l	38.5	цк= 1,66	63,9
Шлифовальная	T = 2,5B·l	19	цк= 2,1	39,9

3.1.8 Выбор типа производства

Тип производства по ГОСТ 3.1108-88 характеризуется коэффициентом закрепления операций К_з.о..

Годовая программа N = 1000 штук.;

Действительный годовой фонд времени работы оборудования определяем по формуле (3.3).

F_д = (D-d)· h· S ·К_р· 60, мин, (3.3)

где D = 365- количество календарных дней в году;

d = 114- количество выходных и праздничных дней;

h = 8 - продолжительность смены в часах;

К_р= 0,97 - коэффициент, учитывающий потери времени на ремонт, наладку.

S = 1 - число смен;

F_д = (365-114)· 8·1·0,97·60 = 116866 мин = 1947,76 час.;

Нормативный коэффициент загрузки оборудования ?_зн = 0,75;

Расчетное количество станков

m_p = NT_ш-к / 60· F_д · ?_зн, штук;

m_p1 = 1000·305,2 / 60· 1947,76 ·0,75 = 3,5 штук;

m_p2 = 1000·9,46 / 60· 1947,76 ·0,75 = 0,11 штук;

m_p3 = 1000·63,9 / 60·1947,76 ·0,75 = 0,73 штук;

m_p4 = 1000·39,9 / 60· 1947,76 ·0,75 = 0,45 штук;

Фактический коэффициент загрузки рабочего места определяется по формуле (3.4)

з_зф = m_p/р; (3.4)

где р - принятое число рабочего мест;

з_{зф 1} = 3,5 /3= 1,16;

з_{зф 2} = 0,11 /1= 0,11;

з_{зф 3} = 0,73/1= 0,73;

з_{зф 2} = 0,45 /1= 0,45;

Количество операций, выполняемых на рабочем месте определяется по формуле (3.5)

О = з_зн / з_зф; (3.5)

О ₁ =0,75 / 1,16 = 9;

О ₂ =0,75 / 0,11 = 6,8;

О ₃ =0,75 / 0,73 = 1,03

О ₃ =0,75 / 0,45 = 1,7

В таблице 3.4 приведены данные по технологическому процессу обработки детали.

Таблица 3.4.Данные по технологическому процессу

№	Операция	Тш-к	mp,шт.	Р,шт.	ззф	О,шт.
1	Фрезерная	347,1	3,5	3	1,16	0,64
2	Сверлильная	9,46	0,11	1	0,11	6,8
3	Зубофрезерная	63,9	0,73	1	0,73	1,03
4	Шлифовальная	39,9	0,45	1	0,45	1,7

УР = 6 ; О = 10,14 ;

К_з.о.= УО/ УР ;

К_з.о.= 10,14/6 = 1,69;

значит, производство будет мелкосерийное

3.1.9 Выбор оборудования

1. Для фрезерования торцов заготовки выбираем вертикально - фрезерный станок модели 6А 59.

Основные параметры станка 6А 59:

Размеры рабочей поверхности стола, мм - 10002500

Наибольшее перемещение стола, мм

продольное - 2000

поперечное - 1000

Число скоростей шпинделя - 18

Частота вращения шпинделя, мин ^-1 - 25 - 1250

Подача, мм/мин

стола - 2,5 - 2200

шпиндельной бабки - 0,6-550

Скорость быстрого перемещения, мм/мин

стола - 3600

шпиндельной бабки - 750

Мощность электродвигателя привода

главногодвижения, кВт - 22

Габаритные размеры, мм:

длина - 6500

ширина - 4550

высота 4700

Масса, кг - 23600

2. Для фрезерной операции выбираем продольно - фрезерный станок модели 6606.

Основные параметры станка 6606:

Размеры рабочей поверхности стола, мм - 6302000

Расстояние между торцами горизонтальных

шпинделей, мм - 470-870

Наибольшее перемещение, мм

стола продольное - 2000

гильз шпинделей - 200

Число шпиндельных бабок:

горизонтальных - 2

вертикальных - 1

Число скоростей шпинделя - 18

Частота вращения шпинделя, мин ^-1 - 16 - 1600

Подача, мм/мин

стола - 10 - 3000

шпиндельной бабки - 10-3000

Мощность электродвигателя привода

главного движения, кВт - 113

Габаритные размеры, мм:

длина - 6200

ширина - 3750

высота - 3600

Масса кг - 21500

3. Для сверлильной операции выбираем вертикально - сверлильный станок модели 2Г 175М.

Размерырабочейповерхностистола - 7101250

Наибольший диаметрсверления - 75

Частота вращения шпинделя, мин ^-1 - 22 1000

Подача шпинделя (револьверной головки) - 0,05 - 2,24

Мощность электродвигателя привода главного движения, кВт 11

Габаритные размеры:

длина - 1500

ширина - 1800

высота - 3650

Масса, кг - 5000

4. Для зубонарезной операции выбираем реечно - фрезерный станок модели 5414.

Наибольшие размеры нарезаемой рейки, мм

Модуль - 36

Длина - 3500

Ширина - 500

Угол наклона зубьев, град ± 15

Наибольший диаметр фрезы, мм - 430

Частота вращения шпинделя, мин ^-1 - 6,3 -80

Подача фрезы, мм / мин - 8 -125

Мощность электродвигателя привода

главного движения, кВт - 10

5. Для шлифовальной операции выбираем плоскошлифовальный станок модели 3Д 725

Основные параметры станка 3Д 725:

Размеры рабочей поверхности стола, мм - 6302000

Наибольшее перемещение столаи шлифовальной бабки, мм

продольное - 2300

поперечное - 660

вертикальное - 645

Размеры шлифовального круга, мм - 500305100

Частота вращения шпинделя, мин ^-1 - 1470

Скорость продольного перемещения стола, м/мин - 330

Мощность электродвигателя привода

главного движения, кВт - 30

Габаритные размеры, мм:

длина - 6050

ширина - 2800

высота - 2860

Масса, кг 15500

3.1.10 Выбор режущего инструмента

В таблице 3.5 приведены данные о режущем инструменте, применяемого при обработке детали.

Таблица 3.5-Применяемый режущий инструмент

Наименование операции	Режущий инструмент
1	2
Фрезерная	Фреза торцевая насадная со вставными ножами, оснащенными пластинами из тв.сплава (ГОСТ 24359-80) Т 15К 6 D=500 мм, Z=26. D=160 мм, Z=16. D=250 мм, Z=20.
Фрезерная	Фреза цилиндрическая с мелким зубом (ГОСТ 3752-58) Р 6М 5 D=100 мм, Z=18, L=160 мм
	Фреза цилиндрическая с мелким зубом (ГОСТ 3752-58) Р 6М 5 D=100 мм, Z=18, L=160 мм
	Фреза торцевая насадная с механическим креплением пятигранных твердосплавных пластин (ГОСТ 22085-76) D=100 мм, Z=8.
Сверлильная	Сверло спиральное с коническим хвостовиком средней серии Р 6М 5 (ГОСТ 10903-77) 22мм.
Зубофрезерная	Фреза дисковая модульная (ГОСТ 10996-64) Р 6М 5 390 мм, Z=14.
Шлифовальная	ПП 450 х 63 х 127 (ГОСТ 17122-79)

3.1.11 Выбор приспособления

Станочное приспособление выбиваем с условием того, чтобы

Обеспечивалось требуемое базирование и надежное закрепление детали на операциях, высокую жесткость установленной на станке детали, учитывая возможность автоматизации обработки и других требований.

Выбор приспособления производим и заносим в таблицу 3.6.

Таблица 3.6.Выбор приспособления

№	Операция	Приспособление
1	Фрезерная	Регулируемые опоры Машинные тиски Прижимные планки
2
3	Зубофрезерная
4	Сверлильная	Машинные тиски с пневмозажимом
5	Шлифовальная	Магнитный стол

3.1.12 Выбор средств измерения

Выбираем средства измерения и контроля размеров, в зависимости от типа производства и величины допуска контролируемого параметра для каждой операции и заносим в таблицу 3.7.

Таблица 3.7-Средства измерения

Операция	Средства измерения и контроля
Фрезерная	Ленточная рулетка
	Штангенциркуль ШЦ-11
Сверлильная	Нутромер микрометрический
Зубофрезерная	Зубомер НЦ-4 Шагомер БВ-5070 Универсальный эвольвентомер БВ-5078
Шлифовальная	Штангенциркуль ШЦ-11

3.1.13 Расчет режимов резания

Делаем выбор режимов резания для фрезерной операции.

Фрезеровать торцы

Задаем глубину резания.

для чернового прохода t = 7 мм

для чистового прохода t = 0,11 мм

Из справочника выбираем значение подач

для чернового прохода S_z = 0,15 мм/зуб

для чистового прохода S = 1,7 мм/об

Рассчитываем окружную скорость фрезы для чернового прохода по формуле (3.6)

,м/мин, (3.6)

где К_V - общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания;

K_V = K_mV·K_nV·K_иV

K_mV - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

K_mV = К_г (750 / у_в)^nv

K_mV = 0,7 (750 / 800)^1.35 = 0,64

K_nV - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

K_nV = 0,6

K_иV - коэффициент, учитывающий материал инструмента;

K_иV = 1

K_V = 0,64 · 0,6 ·1 = 0,38

= 28,1 м / мин

Определяем частоту вращения щпинделя по формуле (3.7)

,об/мин, (3.7)

= 89,5 об / мин

По паспорту станка n=100 мин ^-1

, м/мин,

Определяем основное время обработки формуле (3.8)

,мин, (3.8)

где L - длина хода инструмента, мм;

i - число проходов;

n - частота вращения, мин ^-1;

S - подача, мм/об;

мин

Рассчитываем окружную скорость фрезы для чистового прохода

= 42,9 м / мин

Определяем частоту вращения щпинделя

= 136,6 мин ^-1

По паспорту станка n=160 мин ^-1

м/мин

мин

Таблица 3.8-Режимы резания

Наименование операции и перехода	В,мм	Lр.х., мм	i	t,мм	S,мм/о	n, мин-1	V, м/мин	То, мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Фрезерная: Фрезеровать торцы в размер 1900 мм Черновой проход Чистовойпроход	137,4	422,4	4 2	7 0,11	2,7 1,7	100 160	31,4 50,2	6,24 4,9
Фрезеровать поверхност 3 Черновой проход Чистовой проход	422,4	1900	1 1	7,55 0,75	7,92 1	100 160	157 251,2	2,34 8,1
Фрезеровать поверхность 3 на длину L = 175 мм, h = 63 мм на всю ширину поверхности 3	175	422,4	10	6,3	4,5	200	157	4,7
Фрезеровать поверхность 4 в размер 120 ± 0,1 мм Черновой проход Чистовой проход	422,4	1900	1	7,55 0,75	7,92 1	100 160	157 251,2	2,34 8,1
Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 405 мм	120	1900	1	8,3	2,88	320	160,7	2,06
Фрезеровать паз b =250 мм, h = 12 мм на всю длину поверхности 4	250	1900	2	6	4,5	200	157	2,1
Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 275 мм	80	1900	10	6,5	1,8	500	157	21
Фрезеровать поверхность 3 шириной 65 мм Черновой проход Чистовой проход	65	1900 1900	2 2	2 0,75	1,8 1	800 1000	251,2 314	2,6 3,8
Фрезеровать фаски	5	1900	2	5	0,5	630	63,3	12,1
Сверлильная: Сверлить 12 отверстий 22 мм	22	40	12	11	0,3	500	32	3,6
Зубонарезная: Фрезеровать зуб		275	20	63	2	15,4	14	100

Режимы резания для шлифовальной операции сводим в таблицу 3.9

Таблица 3.9-режимы резания для шлифовальной операции

Операция	Скорость круга	Скорость заготовки	Глубина шлифования	Продольная подача	То
	Vк, м /с	Vз, м / мин	t, мм	S	мин
Предварительное шлифование	30	12	0,02	0,5В	0,63
Окончательное шлифование	30	3	0,01	0,2В	2,5

В - толщина круга

3.1.14 Расчет технической нормы времени

Рассчитываем норму времени для фрезерной операции Оперативное время определяем по формуле (3.8)

Т_оп = Т_о + Т_в, мин, (3.8)

где Т_о- основное время, мин.

Т_в- вспомогательное время, мин.

Т_в= Т_у.с.+ Т_з.о.+ Т_уп.+ Т_из

Т_у.с.- время на установку и снятие детали, мин;

Т_з.о.- время на закрепление и открепление, мин;

Т_уп.- время на приемы управления, мин;

Т_из.- время на измерение детали, мин;

Время на установку и снятие детали - 0,39 мин

Время на закрепление и открепление - 0,7 мин

Время на приемы управления

включить или выключить станок - 0,02 мин

подвести или отвести инструмент к детали при обработке - 2 мин

переместить стол - 1,6 мин

Время на измерение детали - 2,5 мин

Основное время фрезерной операции

Т_о = 6,24 + 4,9 + 2·2,34 + 2·8,1 + 4,7 + 2,06 + 2,1 + 21 + 2,6 + 3,8 + 12,1 = =68,48 мин

Оперативное время

Т_оп = 68,48 + 0,39 + 0,7 + 0,02 + 2 + 1,6 + 2,5 = 75,69 мин

Норма штучного времени по операции подсчитывается по формуле (3.9)

Т_шт=Т ₀+t_в+t_т+t_орг+t_п+t_п-з, мин, (3.9)

где Т₀ - основное время обработки детали, мин;

t_в - вспомогательное время;

t_т - время технического обслуживания рабочего места;

t_орг - время организационного обслуживания;

t_п - время перерывов;

t_п-з - подготовительно-заготовительное время.

Время технического обслуживания рабочего места - 9,5 % от оперативного времени

t_т = 75,69 ·9,5 / 100 = 6,94 мин

Время организационного обслуживания - 1,4 % от оперативного времени

t_орг = 75,69 · 1,4 / 100 = 1,02 мин

Затраты времени на перерывы, отдых и личные надобности - 5 % от оперативного времени

t_п = 75,69 · 5 / 100 = 3,65 мин

Подготовительно-заготовительное время

На наладку станка и установку приспособлений - 26 мин

На установку фрез - 6 мин

Получение инструмента и приспособлений до начала 10 мин

и сдача их после обработки

t_п-з = 26 + 6 + 10 = 42 мин

Т_шт = 75,69 + 6,94 + 1,02 + 3,65 + 42 = 126,7 мин

Аналогично рассчитывается время остальных операций, и результаты сводим в таблицу 3.10

Таблица 3.10-Время обработки детали

Наимено-вание операции	То мин.	tв	tT, мин	tорг., мин	tп, мин.	tп-з, мин.	Тшт., мин.
		установ.	закр. откр.	упр. стан.	изм.	общ.
Фрезерная	68,4	0,39	0,7	3,62	2,5	7,21	6,94	1,02	3,65	42	126,7
Сверлильная	3,6	0,13	0,235	0,55	0,25	1,16	0,3	0,04	0,22	13	18,32
Зубофрезерная	100	0,13	0,235	0,55	0,25	1,16	2,52	1,8	5,04	19	129,2
Шлифовальная	4,01	0,13	0,2	0,3	0,25	0,88	0,1	0,1	0,12	4	7,45
Итого	180,					10,4					281,7

3.2 Расчет и конструирование торцевой фрезы

3.2.1 Фрезерование

Фрезерование является одним из наиболее распространённых и высокопроизводительных способов механической обработки резанием. Обработка производится многолезвийным инструментом - фрезой.

Фрезерование-обработка резанием металлических и неметаллических материалов, при котором режущий инструмент - фреза - имеет вращательное движение, а обрабатываемая заготовка - поступательное. Фрезерование осуществляется на фрезерных станках.

Различают два основных вида фрезерования: тангенциальное, при котором режущие лезвия вращающегося цилиндрического инструмента образуют обработанную поверхность параллельно оси его вращения, и радиальное, когда лезвия вращающегося инструмента образуют обработанную поверхность перпендикулярную к оси его вращения.

Фрезерованием обрабатываются горизонтальные, вертикальные, наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особенностью процесса резания при фрезеровании является то, что зубья фрезы не находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью всё время. Каждое лезвие фрезы последовательно вступает в процесс резания, изменяя толщину срезаемого слоя от наибольшей к наименьшей, или наоборот. Одновременно в процессе резания могут находиться несколько режущих кромок. Это вызывает ударные нагрузки, неравномерность протекания процесса, вибрации и повышенный износ инструмента, повышенны на грузкина станок.

Как тангенциальное (например, цилиндрической фрезой), так и радиальное (например, торцевой фрезой) фрезерование может осуществляться двумя способами, зависимости от направления движения подачизаготовки:

- встречное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, противоположно направлению движенияподачи;

- попутное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, совпадает с направлением движенияподачи.

При встречном фрезеровании нагрузка на зуб возрастает от нуля до максимума, силы, действующие на заготовку, стремятся оторвать её от стола, а стол поднять. Это увеличивает зазоры в системе СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь), вызывает вибрации, ухудшает качество обработанной поверхности. Этот способ хорошо применим для обработки заготовок с коркой, производя резание из-под корки, отрывая её, тем самым значительно облегчая резание. Недостатком такого способа является большое скольжение лезвия по предварительно обработанной и наклёпанной поверхности. При наличии некоторого округления режущей кромки она не сразу вступает в процесс резания, а поначалу проскальзывает, вызывая большое трение и износ инструмента по задней поверхности. Чем меньше толщина срезаемого слоя, тем больше относительная величина проскальзывания, тем большая часть мощности резания расходуется на вредное трение.

При попутном фрезеровании этого недостатка нет, но зуб начинает работу с наибольшей толщины срезаемого слоя, что вызывает большие ударные нагрузки, однако исключает начальное проскальзывание зуба, уменьшает износ фрезы и шероховатость поверхности. Силы, действующие на заготовку, прижимают её к столу, а стол - к направляющим станины, что уменьшает вибрации и повышает точность обработки.

3.2.2 Конструкции фрез

Инструментом при фрезеровании являются фрезы (от французского la frais - клубника), представляющие собой многолезвийный инструмент, лезвия которого расположены последовательно в направлении главного движения резания, предназначенные для обработки с вращательным главным движением резания без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи, направление которого не совпадает с осью вращения.

Фрезы бывают:

по форме - дисковые, цилиндрические, конические;

по конструкции - цельные, составные, сборные и насадные, хвостовые;

по применяемому материалу режущей кромки - быстрорежущие и твердосплавные;

по расположению лезвий - периферийные, торцовые и периферийно-торцовые;

по направлению вращения - праворежущие и леворежущие;

по форме режущей кромки - профильные (фасонные и обкаточные), прямозубые, косозубые, с винтовым зубом;

по форме задней поверхности зуба - затылованные и незатылованные,

по назначению - концевые, угловые, прорезные, шпоночные, фасонные, резьбовые, модульные и др.

Цельные фрезы изготавливают полностью из инструментального материала. У составных фрез режущую часть изготавливают из инструментального материала, а приваренный к ней хвостовик из конструкционной стали.

К составным относятся также фрезы, у которых зубья - пластины из инструментального материала напаивают на корпус фрезы. У сборных фрез зубья закрепляют в корпусе механически с помощью специальных крепежных элементов. Режущий элемент - зуб - может представлять собой резец с напаянной твердосплавной пластинкой или монолитную пластинку из инструментальной стали, твердого сплава или другого инструментального материала.

Наиболее компактную конструкцию имеют цельные и составные фрезы. При небольших размерах у них может быть больше зубьев, чем у сборных фрез. Недостатки цельных фрез - повышенный расход инструментального материала; составных с напайными пластинками твердых сплавов - невозможность регулирования положения зубьев при износе и трудность восстановления в случае поломки. Для переточки такие фрезы необходимо снимать со станка.

Сборные конструкции обеспечивают наиболее рациональное использование инструментального материала. Изношенные зубья можно быстро заменить, не снимая фрезу со станка. Вследствие этого сокращаются потери времени, связанные со сменой инструмента для переточек. К недостаткам сборных конструкций можно отнести трудность размещения большого числа зубьев в корпусе определенного размера, из-за чего при равных диаметрах сборные фрезы обычно имеют больше зубьев, чем цельные и составные; наличие крепежных деталей, удерживающих режущие элементы в корпусе, а следовательно повышенную трудоемкость изготовления фрез; высокие требования к точности обработки базовых поверхностей, обеспечивающих заданное положение вставных зубьев, и к точности размеров самих зубьев в конструкциях, где смену зубьев выполняют без последующей тонкой регулировки их положения в корпусе фрезы; соответствующие требования к точности твердосплавных пластинок в конструкциях фрез с механически закрепляемыми неперетачиваемыми пластинками.

При разработке новых конструкций фрез выполняют следующие основные требования.

1 . Число зубьев должно быть по возможности большим, так как от него пропорционально зависит минутная подача, т.е. производительность обработки.

Вместе с тем зубья должны быть достаточно прочными, а расстоянии е между ними, форма и шероховатость поверхности стружечных канавок должны обеспечивать надежное размещение и отвод стружки (последнее особенно важно для концевых фрез, обрабатывающих глубокие пазы). В некоторых случаях, например при образовании сплошной сливной стружки, у концевых фрез переднюю поверхность зубьев делают ступенчатой для дробления стружки. Число, форма зубьев и их размещение (шаг) должны обеспечивать равномерную работу без значительных вибраций. Это в ряде случаев достигается изготовлением фрез с неравномерным шагом зубьев.

У торцовых фрез для обработки чугуна, когда отвод стружки несложный, применяют сборные конструкции с близким размещением зубьев или с режущими элементами, каждый из которых имеет по два-три зуба.

2. Угол наклона стружечных канавок должен обеспечивать плавную работу фрезы и нужное направление отвода стружки. При фрезеровании труднообрабатываемых материалов концевыми фрезами хорошие результаты получают, повышая прочность фрезы при уменьшении числа зубьев с одновременным увеличением угла наклона до 35-45°, при этом удается повысить минутную подачу, несмотря на сокращение числа зубьев.

Для уменьшения вибрации иногда прибегают к изготовлению концевых фрез с изменяющимся от зуба к зубу углом наклона. Особенно хорошие результаты получают, сочетая этот прием с неравномерным шагом зубьев.

3. При снятии больших припусков торцевыми, концевыми и дисковыми фрезами, а также для прорезных и отрезных фрез должно быть обеспечено рациональное распределение припуска между зубьями фрезы, обеспечивающее снижение нагрузки на зуб, разделение стружки и надежный ее отвод. Для этого применяют торцевые дисковые ступенчатые фрезы, дисковые фрезы с разнонаправленными зубьями и зубьями, размещенными в шахматном порядке. У прорезных фрез, обрабатывающих глубокие пазы, и отрезных фрез уменьшают число зубьев (в том числе путем стачивания зубьев через один у стандартной фрезы), применяют разнонаправленные зубья, затачивают переходные режущие кромки у четных или нечетных зубьев, делают углубление на боковой поверхности диска фрезы у стружечной канавки.

4. Форма режущего клина должна обеспечивать наименьшее сопротивление резанию при сохранении достаточной прочности и стойкости инструмента. Следует стремиться к использованию инструмента с положительным передним углом; при больших силах резания добиться достаточной прочности инструмента, применяя двойную форму передних поверхностей с узкой фазкой и отрицательным передним углом у главной режущей кромки и положительным передним углом на остальной передней поверхности, а также применяя положительный угол наклона главной режущей кромки л. В случаях, когда это допускается жесткостью технологической системы, следует применять торцевые фрезы с малыми углами в плане и с переходной режущей кромкой.

5. При высоких требованиях к шероховатости обработанной поверхности и точности размеров должна быть обеспечена высокая размерная стойкость инструмента за счет применения фрез (торцевых, дисковых) с зачистной режущей кромкой и фрез с регулируемым расстоянием между режущими кромками (для дисковых трехсторонних фрез при обработке пазов).

6. Особое внимание должно быть уделено выбору способа установки и закрепления фрезы, обеспечивающему минимальное биение зубьев, высокую прочность, жесткость и возможность быстрой замены фрез, особенно на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

3.2.3 Расчет и конструирование фрезы

На вертикально - фрезерном станке модели 6А 59 производится торцевое фрезерование полки шириной 65 мм длиной 1900 мм; припуск на обработку h = 2 мм. Материал обрабатываемой заготовки - сталь 40ХН, у_в = 800 МПа. Обработка - черновая.

Выбираем фрезу торцевую насадную с механическим креплением пятигранных твердосплавных пластин (ГОСТ 22085-76)

D=100 мм, Z=8

Задаем глубину резания.

t = 2 мм

Из справочника [7] выбираем значение подач

S_z = 0.18 мм/зуб

Главная составляющая силы резания по формуле (3.10)

P_z = = 2326 H (3.10)

K_mр = (у_в / 750)ⁿ = 800 / 750 = 1,1

Равнодействующая сила Р = 0,9 P_z = 2093,4 Н

Расстояние между опорами фрезерной оправки l = 160 мм

Суммарный момент, действующий на фрезерную оправку по формуле (3.11)

М_сум=

Допустимое напряжение на изгиб оправки принимаем у_и.д. = 250 МПа

Диаметр отверстия фрезы под оправку по формуле (3.13)

d = = 0,0297 м (3.13)

принимаем ближайший диаметр отверстия фрезы по ГОСТ 9472 - 83:

А =32 мм

Устанавливаем окончательно наружный диаметр фрезы: D = 2,5·d = 2,5·32 = 80 мм

Принимаем ближайший диаметр фрезы по СТ СЭВ 201 - 75: D = 100 мм

Окончательно число зубьев фрезы

Z = = 8

Принимаем Z = 8

Определяем шаг зубьев фрезы:

окружной торцевой шаг определяем по формуле (3.13)

S_окр = = 39,2 мм (3.13)

Осевой шаг при щ = 20^є, сtg 20^° = 2,75 определяем по формуле (3.14)

S_ос = 39,2·2,75 = 107,8 мм (3.14)

Отверстие фрезы и шпоночный паз выполняют по ГОСТ 9472 - 83.

Определяем геометрические параметры рабочей части фрезы:

главный угол в плане ц = 67^°; вспомогательный ц₁ = 67^°.

Выбираем материал фрезы: корпуса - сталь 40Х; режущих пластин - Т 15К 6.

Допуски на основные элементы фрезы и другие технические требования принимаем по ГОСТ 8721 - 69.

3.2.4 Режимы резания при фрезеровании

Рассчитываем окружную скорость фрезы для чернового прохода по формуле (3.15)

,м/мин, (3.15)

где, К_V - общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания;

K_V = K_mV· K_nV· K_иV

где K_mV - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

K_mV = К_г (750 / у_в)^nv

K_mV = 0,7 (750 / 800)^1.35 = 0,64

K_nV - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

K_nV = 0,6

K_иV - коэффициент, учитывающий материал инструмента;

K_иV = 1

K_V = 0,64 · 0,6 · 1 = 0,38

= 238,3 м / мин

Определяем частоту вращения щпинделя

= 758,9 мин ^-1

По паспорту станка n=800 об/мин

мин ^-1

Определяем мощность, затрачиваемую на резание по формуле (3.16)

N_рез = = 9,7 кВт (3.16)

Проверяем, достаточна ли мощность привода станка

N_рез ? N_шп

У станка 6А 59 N_шп = 22 кВт; 9,7 < 22, следовательно, обработка возможна.

Определяем основное время обработки по формуле (3.17)

,мин, (3.17)

где L - длина хода инструмента, мм;

i - число проходов

n - частота вращения, об/мин;

S - подача, мм/об;

мм

При черновом торцевом фрезеровании врезание определяем по формуле (3.18)

12 мм (3.18)

Принимаем , тогда L = 1900 + 12 + 3 = 1915 мм

мин

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Анализ опасных и вредных факторов участка нагревательных печей

Для стана 2000 характерна повышенная температура внутри помещения цеха.

Таким образом, одним из наиболее вредных факторов, влияющих на персонал, является инфракрасное излучение.

Источником инфракрасного излучения является сляб, нагретый в нагревательной печи до температуры ~ 1400єС. Под влиянием ИКИ в организме человека возникают биохимические сдвиги и изменения функционального состояния центральной нервной системы: образуются специфические биологически активные вещества типа гистамина, хомина, повышается уровень фосфора и натрия в крови, в центральной нервной системе развиваются тормозные процессы, уменьшается нервно-мышечная возбудимость, понижается общий обмен веществ.

При инфракрасном облучении кожи повышается ее температура, изменяется тепловое излучение. При инфракрасном облучении возникают ощущения жжения, боль.

Другим вредным фактором на стане 2000 является повышенный шум. Этот шум создается работой агрегатов, кранов, а также движением полосы по рольгангам.

Шум отрицательно влияет на организм человека, и в первую очередь, на его центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Длительное воздействие шума снижает остроту слуха и зрения, повышает кровяное давление, утомляет центральную нервную систему, в результате чего ослабляется внимание, увеличивается количество ошибок в действиях рабочего, снижается производительность труда.

Кроме вышеназванных, вредных для здоровья факторов, существуют еще и опасные факторы, к которым относятся повышенное содержание газа в воздухе, и большое количество оборудования, работающего на электричестве.

Взрывоопасными являются места возможного скопления газа. В частности это маслоподвалы и посты резки, где присутствует природный газ, кислород, азот и др.

Особенно много мест где опасность представляет собой электрические машины и токоведущие кабели.

Производственные травмы могут быть:

Механические (ушибы, порезы и др.);

Тепловые (ожоги, обморожение);

Химические (химические ожоги и поражения);

Электрические (электрический удар и др.);

Лучевые (вызванные ионизирующими излучениями);

Комбинированные (одновременно механическая и тепловая травмы).

Наиболее распространенными травмами на участке печей в ЛПЦ-2 являются термические ожоги, отравления газом.

Нагревальщик может получить ожог при работе непосредственно вблизи печи (при опрокидывании слябов между печью и приемным рольгангом).

Воздействие газа на организм нагревальщика происходит в результате утечки газа на магистрали, либо вблизи постов резки.

К профессиональным заболеваниям нагревальщиков относятся такие болезни как близорукость, частичная потеря слуха, болезни сердца и сосудов.

4.2 Меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда

ЛПЦ-2 является вторым переделом металлургического производства. Цех включает в себя прокатное отделение (стан 2000) и отделение отделки листа. На стане 2000 производят прокатку полос толщиной от 1,2 до 16 мм. Оборудование стана 2000 включает в себя методические нагревательные печи, черновую и чистовую группу клетей, две группы моталок, а также рольгангов и конвейеров. Рабочие места в цехе представлены постами управления, с которых операторы осуществляют контроль за технологическим процессом прокатки. А также различными ремонтными площадками, мастерскими и кабинами кранов.

Основным путем оздоровления труда в горячем цехе, где ИКИ - основной компонент микроклимата, являются изменение технологических процессов в направлении ограничения источников тепловыделений и уменьшении времени контакта работающих с ними.

Важное значение имеют теплоизоляция поверхности оборудования; устройство защитных экранов, покрытых теплоизоляционными материалами, ограждающих рабочих от лучистого конвекционного тепла, водяные и воздушные завесы; укрытие поверхности нагревательных печей полыми экранами с циркулирующей в них проточной водой снижает температуру воздуха на рабочем месте.

В данном случае для снижения интенсивности излучений от наружных поверхностей применяется водное охлаждение.

Для снижения шума в производственных помещениях применяются различные методы: уменьшение уровня шума в источниках его возникновения, звукопоглощение и звукоизоляция; установка глушителей шума; рациональное размещение оборудования; применение средств индивидуальной защиты.

Широкое применение получили методы снижения шума на пути его распространения посредством установки звукоизолирующих и звукопоглощающих преград в виде экранов, перегородок, кожухов, кабин и др. Физическая сущность звукоизолирующих преград состоит в том, что наибольшая часть звуковой энергии отражается от специально выполненных массивных ограждений из плотных твердых материалов (металла, дерева, бетона) и только незначительная часть проникает через ограждение.

На стане 2000 для защиты от шума, издающего вращающимися частями машин применяются защитные кожухи. Для защиты от шума, возникающего при движении полосы по рольгангу, при ее смотке, на постах управления устанавливаются специальные шумоизоляционные стекла. Рабочий персонал, занятый непосредственно вблизи шумных объектов, снабжается специальными наушниками.

Для защиты от прикосновений к токоведущим частям электроустановок применяются следующие средства защиты: изоляция кабелей, специальные шкафы. Около опасных мест вывешиваются предупредительные плакаты.

Источником света в цехе служат лампы ДРЛ, расположенные под сводом крыш цеха. На постах управления применяются люминесцентные лампы.

Вентиляция воздуха в помещении цеха осуществляется путем аэрации, для чего в стенах здания устанавливаются проемы, а на кровле - аэрационные фонари.

На участке нагревательных печей постоянно существует опасность возникновения пожара, поэтому участок оборудован пожарной сигнализацией. На каждом посту, в мастерских и насосных расположены переносные огнетушители. Непосредственно вблизи постов находятся пожарные щиты. Также в маслонасосных печей имеются датчики задымленности, откуда сигнал поступает на ЦПС.

Всем работникам ЛПЦ-2 каждый год выдается спецодежда (х/б костюм, ботинки кирзовые, каска). Каждый месяц работающие получают кусок мыла и по одной паре рабочих рукавиц.

Совокупность практических мероприятий, основанных на научных положениях гигиены труда, называется производственной санитарией. К ней относятся: оборудование помещений вентиляцией (вытяжной и приточной), отоплением и другими санитарно-техническими устройствами; оснащение душевых, туалетов, гардеробов, столовых, питьевых точек в цехе; благоустройство и содержание территории цеха; обеспечение СИЗ, мылом и рукавицами. В ЛПЦ-2 для рабочих имеется отдельная раздевалка, совмещенная с душевой. Раздевалка обустроена шкафчиками с двумя отделениями, скамейками и умывальниками. В мастерских цеха организованы вентиляция и кондиционирование. Имеются питьевые точки. В каждой мастерской предусмотрен рукомойник. Цех оборудован туалетами. Также располагает собственной столовой. Территория цеха озеленена и находится в постоянной чистоте. Один раз в шесть месяцев производится контроль воздуха на рабочих местах на наличие вредных веществ, паров, газов и их концентрации.

В ЛПЦ-2 предусмотрены несколько графиков работы персонала. Для нагревальщиков и операторов постов управления печного участка предусмотрен следующий график работы:

- 4 смены с 7.00 до 15.00 - 1 выходной день

- 4 смены с 15.00 до 23.00 - 1 выходной день

- 4 смены с 23.00 до 7.00 - отсыпной и выходной день

Один раз в год предоставляется очередной отпуск, продолжительность которого в летнее время 42 дня, а в зимнее - 44 дня.

4.3 Расчет вентиляции участка печей

Одним из основных вопросов безопасности труда является организация вентиляции производственных помещений и рабочих мест. Для вентиляции в помещении, в котором находится оператор, используется искусственная вентиляция. На участке печей через торцевые окна печей в помещение цеха поступает большое количество тепла.

Расчет необходимого количества воздуха h, м/ч;

Расчет по избыткам явного тепла по формуле (4.1)

,м ³/ч,

где h_о.з. - количество воздуха, удаляемое из рабочей или обслуживаемой зоны помещения местными отсосами, м ³/ч;

Q_я - избытки явного тепла в помещении, КДж/ч;

с - массовая удельная теплоемкость воздуха, равная 1 КДж/кг с;

р - плотность поступающего воздуха, равная 1,2 кг/м ³;

t_о.з. - температура воздуха, удаляемое из рабочей или обслуживаемой зоны помещения местными отсосами, который используется на технологические и другие нужды;

t_п. - температура воздуха подаваемого в помещение,С ⁰;

t_у.х. - температура воздуха удаляемого из помещения за пределы рабочей зоны,С ⁰;

,

По расчетному воздухообмену определяют площади приточных и вытяжных отверстий. При условии равенства этих площадей, площадь каждой из них может быть рассчитана по упрощенной формуле (4.2)

, м ², (4.2)

где H - расстояние между центрами нижних и верхних отверстий, м;

Дt - разность между средней температурой цеха и наружной, С^°;

м - средний коэффициент расхода для отверстий (0,54 - 0,58).

При выделяющихся вредных веществах по формуле (4.3)

, м ³/ч, (4.3)

где G - количество вредных веществ, поступающих в воздух помещения, мг/ч;

С_о.з. - концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом местными отсосами, мг/ч;

С_у.х. - концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом из помещения за пределы рабочей зоны, мг/ч ³;

С_п - концентрация вредных веществ в воздухе, подаваемом в помещение, мг/ч ³.

Расход воздуха удаляемого зонтом по формуле (4.4)

,м ³/ч, (4.4)

где h_к - количество воздуха подтекающего к зонту, м ³/ч;

F_з. - площадь сечения зонта, м ²;

F_и - площадь источника, м ².

Высота расположения зонта над поверхностью источника.

Z < 2.8· v F_и.

Z < 2.8· v 1,5

Z < 3,4 м ²

тогда площадь выходного сечения зонта равна

F_з. = 1,5· F_и.

F_з. = 1,5·1,5 = 2,25 м ²

тогда расход воздуха удаляемого зонтом равен

Обмен воздуха, осуществляемый вентиляцией, обеспечивает состояние воздушной среды, удовлетворяющее санитарным нормам для безопасной работы персонала обслуживающего участок печей стана 2000.

4.4 Меры по обеспечению устойчивой работы участка в условиях чрезвычайной ситуации

К факторам, влияющим на устойчивость работы объектов, относятся: район расположения объекта, планировка и застройка территории объекта, системы электроснабжения, технология, производственные связи объекта, система управления, подготовленность объекта к восстановлению.

Особое внимание обращается на газоснабжение, т.к. газ может создавать угрозу населению и производству, проверяется возможность отключения подачи газа на объект и отдельные участки.

Повышение устойчивости объекта достигается усилением наиболее слабых (уязвимых) элементов и участков объектов.

Основные меры по повышению устойчивости:

- защита работающих и населения;

- усиление прочности зданий, сооружений, имеющих важное значение, но имеющих малопрочные элементы (закрепление оттяжками, устройство бетонных и металлических поясов, повышающих жесткость конструкции);

- повышение устойчивости наиболее ценного и уникального оборудования, эталонных контрольно-измерительных приборов, это оборудование размещается в облегченных трудносгораемых зданиях (меньше повреждаются при разрушении) или размещаются в заглублениях, подземных или специально построенных помещениях повышенной прочности, устраиваются защитные шатры, кожухи, зонты, козырьки, сетки над оборудованием;

- повышение устойчивости технологического процесса за счет резервирования систем автоматики, обеспечения возможности ручного управления, сокращение числа используемых станков, линий; размещения производства отдельных видов продукции в филиалах, параллельных цехах, замены сложной технологии более простой, разработки способов безаварийной остановки производства по сигналу тревоги;

- повышение устойчивости систем энергоснабжения за счет создания дублирующих источников электроэнергии, газа, воды, пара (прокладка дополнительных коммуникаций, закольцевание их), принятия мер против разрушения (усиление опор, заглубление, усиление перекрытий), введения передвижных электростанций, насосных установок с автономным приводом;

приспособления ТЭЦ к различным видам топлива;

- повышение устойчивости водоснабжения: питание от нескольких водоисточников, скважин, расположенных на достаточно большом расстоянии друг от друга, внедрение оборотного водоснабжения, защита воды от заражения (дополнительная очистка, защита водозаборов);

- повышение устойчивости систем теплоснабжения (заглубление коммуникаций, закольцовывание);

- устойчивость управления производством: создание групп управления (по числу смен) для руководства производством, спасательных и аварийно-восстановительными работами, устройства пункта управления в одном из убежищ, дублирование связи;

- повышение устойчивости материально-технического снабжения объекта:

создание запасов сырья, материалов, оборудования, топлива, обеспечение их сохранности;

- проведение противопожарных мероприятий - сведение до минимума возможности возникновения пожаров от светового излучения, от воспламенении, вызванных воздействием ударной волны, защите от светового излучения подлежат сгораемые кровли, деревянные стены и элементы (окраска огнезащитной краской, покрытие известковой смесью, обмазка глиной, закрашивание стекол окон), разборка малоценных сгораемых объектов, конструкций, очистка территории от сгораемых материалов, сооружение противопожарных водоемов, противопожарных преград (брандмауэров).

Газовое хозяйство нагревательных печей прокатного отделения ЛПЦ-2 начинается с задвижки 240 ДУ-600, установленной на подводящем газопроводе природного газа с южной стороны здания прокатного отделения (в районе первой оси ряда ? Г ?) и состоит из газопровода высокого давления 6 кг/см ², коллектора, ГРУ, коллектора низкого давления, газопровода разводки газа на нагревательные печи, клапанов безопасности, дросселей и горелок.

Возможные чрезвычайные ситуации в ЛПЦ - 2:

Прекращении подачи эл. энергии по питающим линиям;

Загорании природного газа в трубопроводе;

Затопление маслоподвала;

Разрыв водовода технической воды;

Падение давления газа в цеховом газопроводе до 100 мм. вод. ст.

При прекращении подачи эл. энергии по питающим линиям (при прекращении подачи эл. энергии срабатывают клапаны безопасности) нужно:

1. сообщить диспетчеру цеха, диспетчеру УГЭ, начальнику смены, старшему нагревальщику о прекращении подачи эл. энергии;

2. сообщить диспетчеру газового цеха о прекращении потребления газа;

3. собрать персонал участка, не участвующий в ликвидации аварии (операторы, посадчики, бригадиры склада слябов, наждачники) в комнате сменно-встречных собраний стана, организовать поиск отсутствующих, прекратить все ремонтные работы;

4. перевести задвижки 2ОП печей 1-4 на ручное управление;

5. закрыть задвижки 2ОП печей 1-4 вручную;

6. закрыть задвижки (№ 1-36) на горелках всех зон печей 1-4;

7. открыть продувочные свечи СП-3 - СП-12 на всех зонах печей 1-4;

8. закрыть задвижки 1РУ - 5РУ перед ГРУ;

9. нагревальщики металла собираются на тепловом щите, старший нагревальщик докладывает начальнику смены о выполнении работ и наличии людей на месте сбора,

После подачи напряжения:

10. персонал цеха возвращается на рабочие места;

11. запустить вентиляторы печей 1-4;

12. открыть дымовые клапаны и шиберы на трубы полностью;

13. отрыть задвижки 1РУ - 5РУ перед ГРУ, установить давление газа после ГРУ (600 мм. вод. ст.(0,06 МПа)) регуляторами давления РДУК 200/140;

14. продуть газопроводы газом на свечи СП 2а-1 - СП 2а-4 до положительного анализа (О₂<1%) в двух последовательно взятых пробах;

15. принять газ на печи согласно технологической инструкции ТИ 105-П.ГЛ.2-01-97.

При загорании природного газа в трубопроводе:

1. об аварии сообщается в газоспасательную станцию, диспетчеру комбината, пожарную часть и начальнику смены газового цеха;

2. после этого приступают к ликвидации аварии. Для этого необходимо прекратить подачу газа на резаки, затем снизить давление до 100 мм. вод. ст., сбить пламя используя кошму, асбест, воду или пар, перекрыть участок горевшего трубопровода запорной арматурой и поставить перед ней заглушки. При затоплении маслоподвала:

1. в этом случае необходимо разобрать схемы на установленное в подвале оборудование;

2. после этого на площадке лестницы при спуске в подвал устанавливается передвижной насос, напорный рукав выносится на улицу и начинается откачка воды.

При разрыве водовода технической воды:

1. об аварии сообщатся диспетчеру цеха водоснабжения и диспетчеру комбината;

2. авария ликвидируется следующим образом: в насосной станции выключаются насосы технической воды, на них разбираются электросхемы и изымаются жетон-бирки, место разрыва трубопровода перекрывается запорной арматурой и в зависимости от его величины устраняется место разрыва.

При падении давления газа в цеховом газопроводе до 100 мм. вод. ст.

в этом случае прекращается подача газа на резаки;

о случившемся сообщается начальнику смены газового цеха;

к выяснению причины падения давления и принятию мер по его восстановлению привлекается только персонал обученный на право работы в газоизолирующей аппаратуре.

Перечисленные чрезвычайные ситуации являются наиболее вероятными в ЛПЦ-2. Разработан специальный план ликвидации аварий, знать который входит в обязанности каждого работника цеха.

4.5 Меры по охране окружающей среды

На стане 2000 во втором листопрокатном цехе ОАО 'Северсталь' получают горячекатаный металл. Бывают случаи, когда из-за сбоев оборудования или неквалифицированных действий технологического и обслуживающего персонала, на различных участках прокатки происходят бурежки. Полученный брак скидывают в карман, где после остывания полосы разрезают на мерные части. Затем скопившуюся пачку недокатов, с помощью мостового крана грузят в железнодорожный вагон и отправляют на переработку в копровый цех.

При прокатке полос голову подката и хвост отрубают на летучих ножницах, полученная в результате обрезь падает в склиз, откуда при открывании створок попадает в короб. При полном наполнении короба его кантуют в яму с обрезью и прочим металлоломом. Затем автотранспортом доставляют в копровый цех для дальнейшей переработки.

В процессе прокатки рабочим валкам клетей, роликам рольганга и прочему оборудованию, непосредственно занятому в производственном процессе требуется водяное охлаждение. После охлаждения оборудования, вода с окалиной, примесями масла и густых смазок попадает в лоток. Окалина остается в лотке, а вода по желобам поступает в отстойники, где очищенная от масла поступает в градильни и охлаждаясь, возвращается в насосную охлаждения валков.

Во избежании засорения желобов каждый плановый ремонт, работниками ЛПЦ-2 производится чистка лотков от окалины, которая в последствии переправляется в копровый цех.

При прокатке тончайшего листа из-за высоких температур и высоких скоростей прокатки выделяется большое количество металлической пыли, которая оседает на оборудовании и конструкциях цеха. Для уменьшения вреда здоровью работающих, каждый плановый ремонт, пыль с помощью мощных промышленных пылесосов собирается в специальную тару, и затем отправляется на переработку.

Проливы масла собираются в специальную цистерну и отправляются автотранспортом на участок регенерации склада масел производства холоднокатаного листа для переработки. Окончательно масло убирается при помощи опилок и ветоши. Использованные опилки и ветошь собираются и хранятся в специальной герметично закрывающейся емкости. Мусор вывозиться раз в неделю автотранспортом на свалку цеха благоустройства.

Отработанную установленный срок СОЖ сливают в специальную цистерну. Вы возят ее автотранспортной цистерной на участок регенерации склада масел ПХЛ для утилизации.

Заключение

В данном проекте реконструкции агрегата поштучной загрузки слябов стана 2000 решены следующие задачи:

1. Спроектирован привод сталкивателя слябов у подъемного стола участка загрузки нагревательных печей;

2. Разработан гидропривод подъемного стола с расчетом и выбором гидроаппаратуры;

3. Разработан технологический процесс изготовления рейки сталкивателя слябов;

4. Произведен расчет и конструирование торцевой фрезы;

5. Разработана система автоматизации работы подъемного стола;

6. Разработаны меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда участка загрузки нагревательных печей;