Аннотация
Вданном дипломном проекте представлен метод автоматизации процесса шлифованияпутем разработки системы автоматического управления натяга в узлах подшипниковкачения в шпинделе станка. Приведен обзор и анализ способов создания натяга вопорах качения станков.
Втехнологическом разделе разработан технологический процесс обработки деталитипа ступенчатое кольцо.
Вконструкторском разделе приведено проектирование и расчеты основных элементовшпиндельного узла, а также производится разработка принципа и устройствамеханизма создания регулируемого натяга.
Вразделе “ безопасность жизнедеятельности” приведен анализ опасных и вредныхфакторов и возможных чрезвычайных ситуаций, воздействующих на обслуживающийперсонал и окружающую среду при проведении технологического процесса, разработанымероприятия по уменьшению воздействия и защите от вредных факторовтехнологического процесса на природу.
Ворганизационно – экономическом разделе приведено краткое описание разделовбизнес-плана, расчет себестоимости и цены проектного варианта изделия,произведенного с применением автоматизации производства.
Введение
Машиностроениеявляется основой научно технического прогресса в различных отраслях народногохозяйства. Непрерывное совершенствование и развитее машиностроения связанно спрогрессом станкостроения, поскольку металлообрабатывающие станки вместе сдругими видами технологических машин обеспечивают изготовление любых новыхвидов оборудования.
Особое развитее получило программное и адаптивноеуправление процессами на станке. Устройства управления и контроля позволяютэффективно управлять процессами происходящими как на станке так и в нем самом,и безусловно влияющими на качество конечного продукта, сочетая гибкость иуниверсальность с высоким уровнем автоматизации.
Современное станочноеоборудование является базой для развития гибкого автоматизированногопроизводства, повышающего производительность труда в условиях средне имелкосерийного производства, а также обеспечивать высокую точностьобрабатываемых деталей.
1. Технологическийраздел1.1 Служебное назначениедетали
В данномразделе разрабатывается технологический процесс механической обработкиступенчатого кольца.
Ступенчатоекольцо крепится к валу ротора электрических машин для стопорения и регулировкиподшипника. Деталь проста по конструкции, но по своему назначению имеет большоезначение, так как не дает возможности подшипниковому узлу совершать осевоедвижение относительно вала ротора в процессе работы. Ступенчатое кольцоизготавливается из стали 10.
Основнаянагрузка на кольцо идет со стороны подшипника, и основными параметрами кольцаявляются: внешний диаметр Æ 150 d 11 и внутренний диаметр Æ 135 Н 14, при этомшероховатость поверхности Rz= 0.63 мкм, отклонение от параллельности0.03 мкм, ширина кольца 28+0.1мм.1.2 Анализтехнологичности конструкции детали
Детали исборочные единицы должны характеризоваться технологичностью конструкции, т.е.иметь такую конструкцию, которая обеспечивает их эффективное изготовление наимеющемся оборудовании при минимальных затратах времени и труда. Поэтому одиниз главных этапов технологической подготовки производства (ТПП) машин являетсятехнологический контроль деталей и изделий. При этом инженер-конструктор иинженер-технолог совместно оценивают, будет ли эффективен технологическийпроцесс изготовления детали или необходимо усовершенствовать конструкцию.
При отработкеконструкций деталей и изделий на технологичность необходимо тщательноанализировать: материал; вид и метод получения заготовки; методы механическойобработки; методы контроля; возможность применений перспективных технологий(ресурсосберегающих, безотходных, безлюдных и т.п.); методов механизации иавтоматизации, потребное оборудование, оснастку, инструмент, квалификациюперсонала.
Широкоеиспользование оборудования с ЧПУ, гибких производственных систем и комплексовобусловило повышение внимания к технологичности конструкции деталей и изделийдля автоматизированной обработки и сборки. В частности должна проводитсявсемирная стандартизация и унификация конструктивных элементов деталей дляуменьшения количества применяемых инструментов, деталь или сборочная единицадолжны быть удобны для позиционирования и координирования. В связи сприменением автоматических транспортных систем (роботов, манипуляторов)поверхности должны быть удобны для захвата. Поскольку применяется консольныйинструмент, обрабатываемые поверхности должны быть, по возможности, небольшойдлины, а для применения автоматизированной сборки детали должны иметьсоответствующие “ключи”.
Количественные показателитехнологичности конструкции деталей (изделий) включают абсолютную иотносительную трудоемкости; материалоемкость; себестоимость и др.
Оценка технологичностипроизводится руководствуясь ГОСТ 14.201-73, 14.204-73.
При анализетехнологичности детали определяются следующие показатели:
1. коэффициентстандартизации конструктивных элементов.
2. коэффициент точностиобработки.
3. коэффициент шероховатостиповерхности.
Таблица 1.1.
Анализ технологичности конструкции детали “кольцо” по геометрическойформе и конфигурации.№ п/п Требования технологичности Характеристика технологичности 1 2 11 Наличие поверхностей удобных для базирования и крепления при установке на станках Форма и размер кольца позволяют произвести удобное базирование на станках. ТЕХНОЛОГИЧНА 22 Материал заготовки Обрабатываемость резанием Материал заготовки углеродистая Сталь 10 хорошо обрабатывается на всех операциях. ТЕХНОЛОГИЧНА 33 Возможность использования рациональных методов получения заготовки Кольцо имеет простую форму, отсутствуют сложные переходы и размеры. Получение заготовки рациональных методов возможно. 34 Свойства материала детали должны удовлетворять существующую технологию изготовления, хранения, транспортировки. Свойства материала удовлетворяют технологии. ТЕХНОЛОГИЧНА 65 Доступность всех поверхностей детали для обработки на станках, и непосредственного измерения, отсутствие сложных контурных обрабатываемых поверхностей Все размеры детали прямолинейны и доступны для обработки. сложные контурные обрабатываемые поверхности отсутствуют. ТЕХНОЛОГИЧНА 46 Отсутствие глухих отверстий и торцов, подрезаемых с других сторон Отверстия присутствуют. ТЕХНОЛОГИЧНА 67 Форма конструктивных элементов деталей (КЭД) – фасок, канавок, выточек и т.п. должна обеспечивать удобный подвод инструмента Конструктивные элементы обеспечивают удобный подвод инструмента. ТЕХНОЛОГИЧНА 88 Конструкция детали должна быть удобной для позиционирования и координирования на станках с ЧПУ Удобна для координирования на станке с ЧПУ. ТЕХНОЛОГИЧНА 9 Возможность обработки поверхностей проходными резцами. Поверхность кольца может быть обработана проходными резцами
Вывод: по требованиям технологичности к геометрическойформе и конфигурации деталь технологична, т.к. 100 % требований онаудовлетворяет.
Таблица 1.2.
Анализтехнологичности конструкции детали “кольцо” по точностным требованиям (СТ СЭВ144-75, 145-75).№ Наименование КЭД Общее количество КЭД Количество КЭД, обрабатываемых по следующим квалитетам точности Высокая точность обработки (квалитеты) Средняя точность обработки (квалитеты) Свободные размеры (квалитеты) 6 7 8 9 % 10 11 12 % 13 14 % 1 Наружные цилиндрические поверхности 3 - - - - - - 1 - 33 - 2 66 22
Внутренние цилиндрические поверхности
ГОСТ 6636-69 2 2 100 33 Линейные размеры 5 2 - - - 20 - 1 - 20 2 - 60 44 Канавки ГОСТ 8820-69 1 1 100 55 Фаски 1 - - - - - - - - - - 1 100 Итого: 12 2 - - - 16 - 2 - 16 2 6 48
Вывод: поточностным требованиям конструкцию “кольцо” можно признать технологичной, т.к.48% поверхностей имеют точность свободных размеров, т.е. не требуют для ихдостижения особых методов обработки.
Таблица 1.3.
Анализ технологичности конструкции детали “кольцо” по параметрамшероховатости поверхности (ГОСТ 2789-73)
№
n/n Наименования КЭД
Общее
количество КЭД
Количество КЭД, имеющих следующую шероховатость поверхности Ra (Rz), мкм 100-50 40-20 10-2,5 2,5-1,25 1,25-0,63 11 Наружные цилиндрические поверхности 3 3(100%) 22 Линейные размеры 5 3(60%) 2(40%) 33
Внутренние цилиндрические
поверхности ГОСТ 6636-69 2 2(100%) 44 Фаски 1 1(100%) 55 Канавки ГОСТ 8820-69 1 - - 1(100%) Итого: 12 8(66%) 4(34%)
Вывод: по требованиям кшероховатости поверхностей конструкцию детали “кольцо” можно признатьтехнологичной, т.к. 66% поверхностей имеют шероховатость, которая может бытьполучена обычными технологическими методами.1.3 Расчет тактавыпуска, определение типа производства и выбор формы организациитехнологического процесса
Для оценки интервала времени, через который периодическипроизводиться выпуск деталей, обеспечивающего выполнение производственнойпрограммы в установленный срок необходимо определить такт выпуска деталей.
Вседальнейшие технологические решения при проектировании принимаются, применяютсяк установленному типу производства. Тип производства определяется по численномузначению коэффициента закрепления операций.
/>, (1.1)
где:
tв — такт выпуска деталей
Тшт.к.ср.-среднее штучное время основных операций.
Тшт.к.ср=5,12 мин.
/>, (1.2)
где:
F-действительныйгодовой фонд времени F=4015 ч.
N=1200шт.-годовая программа выпуска
/>
/>
Данноепроизводство является мелкосерийным, так как 20
Определимразмер партии деталей, одновременно запускаемых в производство.
/>, (1.3)
где:
txp-норма запаса (дней) для хранения на складе готовых деталей в ожидании сборки (txp=25)
253- числорабочих дней в году.
/>
Полученныйрезультат округляем до ближайшего кратного месячного объема выпуска: n=85 дет. 1.4 Выбор вида заготовкии способа ее получения
Способ полученияконкретных заготовок должен быть экономичным, производительным и определяетсяиспользуемым материалом, конфигурацией детали, объемом выпуска. В связи снебольшой программой рационально получение заготовки из сортового проката попричинам:
1. сокращение времениполучения заготовок по сравнению с другими способами (литье, штамповка)
2. отсутствиенеобходимости изготовления моделей для формирования и самих форм для отливкиили изготовления штампа для получения заготовки штамповкой.
3. более высокая точностьзаготовки из проката, что ведет к уменьшению припусков на обработку икомпенсирует более высокий расход материала.
Заготовка – прокат, труба158´25 ГОСТ 8731-74
Материал – Сталь10.
Технико-экономическоеобоснование выбора заготовки производят по металлоемкости, трудоемкостиизготовления, себестоимости, причем учитываются конкретные производственныеусловия. Значительную экономию обеспечивают сравнение вариантов получениязаготовок по коэффициенту использования материала:
/>, (1,4)
где
MД и Мз– соответственно, массы готовой детали и заготовки.
Трубныйпрокат доставляется на заготовительный участок, где его режут на заготовки Æ158´25l=32. После заготовительного участка заготовка доставляется в механическийучасток1.5 Выбор баз
В технологиимашиностроения детали и сборочные единицы при механической обработке и сборкедолжны занимать строго определенное положение относительно станка, инструмента,других деталей. Определенность такого положения определяется базированием.
Базирование — это придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбраннойсистемы координат (ГОСТ 21495-76). В общем случае база — это поверхность, линияили точка, принадлежащая заготовке (изделию) и используемая при базировании.Все многообразие поверхностей деталей машин (заготовок) классифицируется почетырем основным видам: исполнительные поверхности (определяют служебноеназначение); поверхности и свободные поверхности. В соответствии с этимразличают конструкторские, измерительные и технологические базы.
Конструкторскаябаза принадлежит данной детали (или сборочной единицы) и служит для определенияположения в изделии.
Технологическаябаза используется для определения положения заготовки или изделия в процессемеханической обработки (сборки).
Измерительнаябаза представляет собой поверхность, линию или точку, от которых производятотсчет исполняемых размеров.
Назначениетехнологических баз является принципиальным вопросом при проектированиитехнологических процессов механической обработки и сборки (ГОСТ 14.301 -83 идр.). Это определяет последующую точность и качество изготовления изделий.
При первомустанове заготовки для механической обработки используют черновуютехнологическую базу, к которой предъявляют следующие основные требования:поверхность должна быть близка к правильной геометрической форме (плоскость,цилиндр и т. п.), иметь удовлетворительные показатели точности и шероховатостии др. При механической обработке деталей черновую технологическую базуиспользуют только один раз, а оптимальный технологический процесс должен иметьне более трех смен баз.
От правильности решениявопроса о назначении технологических баз в значительной степени зависят:фактическая точность выполнения линейных размеров, заданных конструктором,правильность взаимного расположения поверхностей и т.п.
При назначениитехнологической базы, должны соблюдаться следующие принципы:
1. принципсовмещения технологической и измерительной базы, при этом погрешностьбазирования равна нулю;
2. принциппостоянства баз, т.е. на большинстве операций должны применяться одни и те жебазы;
3. силызакрепления необходимо прикладывать перпендикулярно выполняемому размеру.
Теоретические схемыбазирования заготовки выбираем, исходя из ГОСТ 21495 — 76 “Базирование и базы вмашиностроении”.
Выбор технологических базосуществляется из данных чертежа, учитывая служебное назначение детали.Отклонения и допуски расположения поверхности Æ150 d11, Æ6 H11 неуказанныеотклонения валов h11, отверстий H11, линейные размеры заданны относительноторца детали. Для обеспечения технологических требований к детали в качестветехнологической базы используют измерительную базу.
Таблица 4Схема базирования Погрешность базирования 1 2
/> Базирование при этом закреплении ведется по торцевой поверхности А. черновыми поверхностями при данном базировании являются поверхности А и В.для линейных размеров 5мм.,24мм.,20мм.,27.4мм.,30мм., погрешность базирования Е=0 т.к. конструкционная и технологическая база совпадают.Для диаметров Æ120Н14,Æ140h14, Æ145h14 а также для R=65 погрешность базирования Е=0 т.к. конструкционная и технологическая база совпадают
/> Базирование при этом закреплении ведется по торцевой поверхности С… Для линейных размеров 28мм.,10мм.,1.3мм.,17.5мм., погрешность базирования Е=0 т.к. конструкционная и технологическая база совпадают.Для диаметров Æ135, Æ13 погрешность базирования Е=0
1.6 Проектированиемаршрута обработки ступенчатого кольца
1.6.1 Базовый вариантобработки детали
На этом этапе надоустановить оптимальную последовательность технологических операций дляполучения заданной точности и шероховатости поверхности.
0. подготовительная.
1. Черновоеи чистовое растачивание основных поверхностей.
2. сверлениеотверстий
3. шлифованиеторцевой поверхности
4. Контрольразмеров и остальных точностных характеристик.
5. Промывкадетали.
В зависимости отмеханической обработки аналогичной детали в соответствующих условияхпроизводства, от вида исходной заготовки, построения технологического маршрутаобработки, применяемого оборудования и средств технологического оснащениясоставляем действующий технологический процесс.
Технологическая операциядолжна быть построена по принципу концентрации операций. Под концентрациейпонимается одновременное выполнение одних и тех же групп операций.
Таблица 1.5.Операция Содержание или наименование операции Станок, оборудование Оснастка 005 Навесить бирку с номером детали 010 Кузнечная пресс 015 Термическая обработка печь 020 1 переход- точить наружную поверхность до Æ150d11, 2 переход- торцевое точение до получения размера l=30+0.3, 3 переход- подрезать торец Æ150d11 с образованием канавки Æ140-1,0, 4 переход- точить канавку Æ145-1,0, 5 переход- расточить отверстие до Æ120H10 Станок токарный с ЧПУ Цанговый патрон 025 Расточить отверстие до Æ135+1.0, подрезать торец, точить фаску Токарный 16к20ф3 Цанговый патрон 030 Зачистить заусенцы Одно-шпиндельный полуавтомат 56525 Жесткая опора Специальная оправка 035 Сверлить 6 отв. Æ13мм. Вертикально сверлильный 2А135 040 Сверлить отверстие Æ6мм. Вертикально сверлильный 2А135 045
Шлифовать поверхность, выдерживать размер 28+0.1, êê 0.03 Плоскошлифовальный мод. 3е71081 050 Промыть деталь Машина моечная 055 Технический контроль Плита по ГОСТ 10905-86 060 Нанесение покрытия
1.6.2 Новый вариантобработки детали
Длясокращения времени затраченного на шлифовальный процесс предлагается егоавтоматизация за счет использования другого станочного оборудования. Этопозволит не только ускорить процесс обработки но и улучшить качество детали безизменения маршрута обработки.1.7 Определениеприпусков и размеров заготовки
Для одной изосновных поверхностей заготовки, имеющей наивысшие требования по точностиизготовления, припуски и промежуточные размеры определяютсярасчетно-аналитическим методом. На остальные поверхности заготовки припуски идопуски назначаются по ГОСТ 7505-89.
Расчетприпуска производится в направлении от обработанной поверхности к исходнойзаготовке.
Для определения припускови промежуточных размеров детали воспользуемся следующими формулами:
Минимальный припуск наобтачивание цилиндрических поверхностей (двухсторонний припуск):
/>. (1.5)
Минимальный припуск припоследовательной обработке противолежащих поверхностей (двухсторонний припуск):
/>, (1,6)
где
Rz – высота микронеровностей поверхностей, оставшихся при выполнении предшествующеготехнологического перехода, мкм;
Т – глубина дефектногоповерхностного слоя, оставшегося при выполнении предшествующеготехнологического перехода, мкм;
r0– изменение отклонениярасположения, возникшее на предшествующем технологическом переходе, мкм;
eу – величина погрешностейустановки при выполняемом технологическом переходе, мкм.
Для заготовок из прокатавыбирается для Æ150/>мм качество поверхностидетали Rz=25 мкм, T=150 мкм.
Определение минимальногоприпуска при чистовом точении Æ150мм.
Rz i-1=6.3мкм.
Ti-1=60мкм.
ri-1=85 мкм.
E=0
Zi min=416мкм.
Определение минимальногоприпуска при черновом точении Æ150мм.
Rz i-1=200мкм.
Ti-1=300мкм.
ri-1=1600 мкм.
E=0
Zi min=4200мкм.
Определение минимальногоприпуска на линейный размер L=28+0.1 мм.
Для однократногошлифования.
Rz i-1=32 мкм.
Ti-1=30мкм.
ri-1=5 мкм.
E=0
Zi min=67 мкм.
Определение припуска причистовом точении.
Rz i-1=50мкм.
Ti-1=50мкм.
ri-1=100 мкм.
E=0
Zi min=400мкм.
Определение припуска причерновом точении.
Rz i-1=125мкм.
Ti-1=75мкм.
ri-1=1000 мкм.
E=0
Zi min=2400мкм.
Для деталей из прокатавеличина пространственной погрешности (кривизна пруткового материала)определяется по формуле:
/>, (1.7)
где
D- кривизна профиляпроката, мкм на мм.
l- длина заготовки в мм.
/>, />
Минимальный припуск наобработку рассчитываем по формуле:
/>, (1.8)
/>, (1.9)
Минимальные(максимальные) промежуточные размеры определяют методом прибавления (для валов)или вычитания (для отверстий) минимальных (максимальных) значений промежуточныхприпусков:
Dmin i-1=Dmini+2Zmin i, Dmax i-1=Dmax i+2Zmax i,
где
Dmin i-1 и Dmaxi-1 – предельные размеры по предшествующим операциям, мм.
Dmin i и Dmaxi – предельные размеры по выполняемым операциям, мм. 2Zmin i и2Zmax i – предельные припуски по выполняемым операциям, мм.
Таблица.1.6.маршрут обработки Элементы припуска Расчетный припуск (мкм) Размер после перехода (мм) Допуски на промежуточный размер (мм) Принятые размеры по переходам Предельные размеры припусков />
Rzi-1
Ti-1
ri-1
ei-1 /> max min max min /> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 />
Прокат
Точение:
черновое
чистовое
200
63
300
60
1600
85
-
-
4200
416
154.4
150.2
149.8
4
0.4
0.25
158
150.6
149.8
154
150.2
149.6
7.4
0.74
3.8
0.59 />
Прокат
Точение:
черновое
чистовое
шлифование
125
50
32
75
50
30
1000
100
5
-
-
-
2400
400
67
30.87
28.47
28.07
28.01
1.2
0.4
0.25
0.01
32
28.87
28.32
28.01
30.8
28.47
28.07
28
3.13
0.55
0.31
2.33
0.4
0.07 /> 1.8 Разработка операции
Подробноприведем разработку операции 020.
1установить и закрепить деталь в патроне.
2подрезать торец 6 за два прохода.
3точение поверхности 3 за два прохода.
4подрезать торец 4 с образованием поверхности 5.
5точить канавку 1.
6расточить отверстие 2 за два прохода.
Деталькрепится в патроне 7102-0078 ГОСТ 24351-801.8.1 Выбор режущегоинструмента
Для обработки поверхности6 берем резец 2102-0191, режущая часть которого выполнена из твердого сплаваТ15К6 ГОСТ 21151-75.
Для обработки поверхности3 берем резец 2102-03111, режущая часть которого выполнена из твердого сплаваТ15К6 ГОСТ 21151-75.
Подрезать торец 4 собразованием поверхности 5 берем резец 2120-0019, режущая часть котороговыполнена из твердого сплава Т15К6 МИ 595-64.
Точить канавку 1 беремрезец 2310-0020, режущая часть которого выполнена из твердого сплава Т15К6 ГОСТ18876-73.
Расточить отверстие 2берем резец 2141-0058, режущая часть которого выполнена из твердого сплаваТ15К6 ОСТ 18283-73.
1.8.2 Выбор измерительногоинструмента
Для первого переходаиспользуется штангенциркуль ШЦ1-125-0.1 ГОСТ 166-80.
Для второго переходаиспользуется микрометр МК 175-1 ГОСТ 64507-78.
Для третьего переходаиспользуется штангенциркуль ШЦ2-160-0.1 ГОСТ166-80 и глубомер индикаторный ГОСТ7661-67.
Для четвертого переходаиспользуется штангенциркуль ШЦ2-160-0.1 ГОСТ166-80.
Для пятого переходаиспользуется штангенциркуль ШЦ1-125-0.1 ГОСТ166-80.1.8.3 Расчет режимоврезания и определение мощности
1 переход
Черновое точение торцевойповерхности:
t=1.5 mm – глубинарезания.
d=158 mm – диаметрзаготовки.
Режимы резания определяютсятабличным методом.
S=0.6 mm/об.
V=Vтабл.*k=157*1,4=220м/мин.
Определяем частотувращения шпинделя.
/>
Чистовое точение:
t=0.5 mm – глубинарезания.
Режимы резанияопределяются табличным методом.
S=0.2 mm/об.
V=Vтабл.*k=230*1,4=322м/мин.
Определяем частотувращения шпинделя.
/>
2 переход
Черновое точение:
t=3.7 mm – глубинарезания.
d=158 mm – диаметрзаготовки.
Режимы резанияопределяются табличным методом.
S=0.5 mm/об.
V=Vтабл.*k=114*1,4=160м/мин.
Определяем частотувращения шпинделя.
/>
Чистовое точение:
t=0.3 mm – глубинарезания.
d=150,6 mm – диаметрзаготовки
Режимы резанияопределяются табличным методом.
S=0.15 mm/об.
V=Vтабл.*k=270*1,4=378м/мин.
Определяем частотувращения шпинделя.
/>
3 переход
t=2.6 mm – глубинарезания.
d=150 mm – диаметрзаготовки.
Режимы резанияопределяются табличным методом.
S=0.25 mm/об.
V=Vтабл.*k=107*1,4=149,8м/мин.
Определяем частотувращения шпинделя.
/>
4 переход
t=2.5 mm – глубинарезания.
d=150 mm – диаметрзаготовки.
Режимы резания определяютсятабличным методом.
S=0.25 mm/об.
V=Vтабл.*k=107*1,4=149,8м/мин.
Определяем частотувращения шпинделя.
/>
5 переход
Растачивание отверстия
t=2.5 mm – глубинарезания.
d=108 mm – диаметрзаготовки
Режимы резанияопределяются табличным методом.
S=0.5 mm/об.
V=Vтабл.*k=114*1,4=160м/мин.
Определяем частотувращения шпинделя.
/>
Растачивание отверстия
t=2.5 mm – глубинарезания.
d=115 mm – диаметрзаготовки
Режимы резанияопределяются табличным методом.
S=0.3 mm/об.
V=Vтабл.*k=198*1,4=277,2м/мин.
Определяем частотувращения шпинделя.
/>1.8.4 Определение силырезания
Наибольшая сила резаниявозникает при наибольшем снятии припуска. В данном расчете наибольший припускснимается во втором переходе, где Р=7.4 мм.
/>. (1.10)
для силы Рz
/>. (1.11)
Kp=0.84*1*1.1*1*1=0.924
x=1 y=0.75 n=-0.15
где KgP=1.1 KlP=1 KjP=1 KGR=1 KMP=0.84
PZ=10*300*3.71+0.50.75*160-0.15*0.924=3107H
для силы Рy
Kp=0.84*1*1.4*1*1=1.17
x=0.6 y=0.8 n=-0.3
где KgP=1.1 KlP=1 KjP=1 KGR=1 KMP=0.84
Pу=10*240*40.6+0.50.8*160-0.3*0.924=767H
для силы Рx
x=1.05 y=2 n=-0.4
где KgP=1.4 KlP=1 KjP=1 KGR=1 KMP=0.84
Px=10*130*3.71.05+0.50.2*160-0.4*1.17=685H
Мощность резанияопределяется по следующей формуле.
/>, (1.12)
/>1.8.5 Расчет режимоврезания для шлифовального процесса
В проекте разрабатываетсясистема для автоматизации процесса шлифования, для расчета привода еговозможностей по управлению и регулированию его параметров необходимо знать силыкоторые будут возникать в проектируемом узле и которые предстоиткомпенсировать, и требуемые мощности привода. Рассчитаем их:
t=0.4 mm;
V=30 м/сек;
S=400мм/дв.ход;
i=1.
/>. (1.13)
При малых t Ру=8-10*Рzрекомендуемая нагрузка Pz=50 H, Py=500 H. Используя графикзависимости осевого смещения подшипников от схем монтажа и осевой нагрузки отпроцесса обработки Рис.1.1 получим предельное смещение опоры узла D=6мкм., что произойдетпри осевой жесткости подшипников этой серии j=250 H/мкм (монтаж по предложеннойсхеме увеличивает осевую жесткость на 20-25%, то j=300 H/мкм) достаточно дляэффективной обработки с заданными параметрами.
/>
Рис 1.1 Зависимостьосевого смещения подшипников от схем монтажа и преднатяга. Подшипники типа46216. осевой преднатяг: легкий А0=190 Н; средний А0=560Н
Полученные результатыбудут использоваться как база для расчета возможностей привода при осевомсмещении ротора. 1.9 Техническоенормирование
Техническиобоснованной нормой времени называется время, необходимое для выполненияоперации в определенных организационно-технологических условиях, наиболееблагоприятных для данного производства.
На основании габаритныхразмеров обрабатываемой заготовки и найденных режимов резания определяетсяосновное время операции, вспомогательное время, оперативное время, времятехнического обслуживания, организационного обслуживания, время перерывов вработе по естественным надобностям, подготовительно-заключительное время наоперацию, штучное и штучно-калькуляционное время.
Расчетпроизводится по следующим формулам:
Тшт=t0+tB+tобс+tn,(1.14)
где
tВ –вспомогательное время на операцию составляет 15% от оперативного времени, мин
t0=S t0j- основноевремя на операцию (машинное время). (мин.)
t0j- основноевремя на выполнение j перехода обработки элементарной поверхности.
/>, (1.15)
где
L — длинна обрабатываемойповерхности (мм.).
l — длинна перебега иглубина врезания инструмента.
i- число рабочих ходов.
n- частота вращениязаготовки.
S- подача на один оборот.
Для первой операции.
t01=t011+t012
t01 — основноевремя на первый переход.
t011 — основноевремя для чернового точения на первый переход.
t012 — основное время для чистового точения на первый переход.
/>
/>
t01=t011+t012=0,061+0,51=0,571мин
Для второй операции.
t02=t021+t022
t02 — основноевремя на второй переход.
t021 — основноевремя для чернового точения на второй переход.
/>
t022 — основное время для чистового точения на второй переход.
/>
t02=0,23+0,58=0,81мин
Для третей операции.
t03 — основноевремя на третий переход.
/>
Для четвертой операции.
t04 — основноевремя на четвертый переход.
/>
Для пятой операции.
t05=t051+t052
t05 — основноевремя на пятый переход.
t051 — основноевремя для чернового точения на пятый переход.
/>
t052 — основное время для чистового точения на пятый переход.
/>
t05=0,12+0,11=0,23мин
t0=0,57+0,81+0,2+0,12+0,23=1,931мин.
tв= tвy+tmB,(1.16)
где
tв-вспомогательное время на операцию.
tвy=1,31мин.-время на установку и снятие заготовки.
tmB=0,19 мин.- вспомогательное время.
tв=1,5 мин.
tобс — время наобслуживание оборудования– время (уборка стружки, смазка), мин.
tобс= 10% tо,(1.17)
tобс= 10%*1,931=0,1931
tп — время наличные потребности.
tп= 0,05 tо
tп= 0,05*1,931=0,0965 мин.
Тшт=1,931+1,5+0,1931+0,0965=3,72мин.
Определим штучнокалькуляционное время.
/>, (1.18)
где
ТПЗ-подготовительно заключительное время.
n – партия деталей, шт.
/>,
где
N – годовой объемвыпуска, шт.;
250 – кол-во рабочих днейв году;
5 — кол-во дней хранениязаготовки на складе;
/>шт.
ТПЗ= ТПЗ1+ ТПЗ 2 + ТПЗ 3
где
ТПЗ 1=6.2 мин.
ТПЗ 2 -=25,5мин. – время учитывающее дополнительные работы.
ТПЗ 3=10,5мин. – время на пробную обработку.
ТПЗ=6,2+25,5+10,2=42,2мин.
Тшт.к=3,72+(42,2:30)=5,12мин
2. Конструкторский раздел2.1 Анализ влияниявеличин натяга на производительность и точность обработки
В настоящее время большееколичество станков выпускаются со шпиндельными узлами на подшипниках качения.Поэтому очень важно в каждом случае выбрать оптимальную конструкциюшпиндельного узла.
Все конструктивные схемыразбиты на три группы: низкоскоростные, среднескоростные и высокоскоростные, помере увеличения их быстроходности, однако при этом происходит уменьшениежесткости и несущей способности (передаваемой мощности).
Шпиндели, работающие наприделах своих скоростей, неизбежно дают погрешности на точность обработки засчет линейного расширения от нагрева, повышенных вибрации в опорах. Этипараметры учтены таблицами и решаются еще на технологическом этапепроектирования узлов станка, но их также можно регулировать в процессеобработки за счет величин зазор-натяга в подшипниках несущих опор. Этимдостигается уменьшение температурного удлинения переднего конца шпинделя,увеличивается жесткость и виброустойчивость при резании (в зависимости отрежимов).
Влияние внутреннегозазора-натяга переднего двухрядного конического подшипника на показателиработоспособности шпиндельного узла показано на рис.2.1 и 2.2.
/>
Рис 2.1. Зависимостьжесткости С, динамической податливости К, некруглости обработанных деталей Dr, момента трения Мm. и коэффициентадемпфирования h от осевого зазора-натяга в конических роликоподшипниках.
/>
Рис. 2.2 Зависимостьжесткости С, предельной стружки Dt, некруглостиобработанных деталей Dr и избыточной температуры нагрева от радиальногозазора-натяга в конических роликоподшипниках
Как видно для обеспечениявысокой жесткости и виброустойчивости и незначительного нагрева необходимоустанавливать при сборке требуемый внутренний зазор-натяг. Для опор срадиальными и радиально-упорными подшипниками натяг создается путем смещениянаружного кольца относительно внутреннего, а также за счет натяга посадки.Смещение колец подшипника определяет преднатяг опоры — легкий, средний итяжелый. С увеличением преднатяга жесткость увеличивается, а предельная частотавращения уменьшается, и это уменьшение значительно (рис. 2.3).
/>
Рис.2.3 Зависимость быстроходности d nспаренных (дуплекс) радиальныхшарикоподшипников класса точности 2 от силы преднатяга A0.
Нопотеря в скорости обработки, а соответственно и в производительностикомпенсируется точностью обработки см. Рис.2.4
/>
Рис. 2.4 Зависимостьжесткости j, биения вращения Dd, некруглости деталей D r, избыточного нагрева D t, предельной стружки tот зазор-натяга H посадки наружных колец подшипников 3102110(а) и 46208(б)
Жесткость шпиндельныхузлов в значительной мере определяет точность обработки детали наметаллорежущих станках. Упругие отжимы шпинделя возникают в результатеподатливости опор шпинделя, собственного прогиба шпинделя, деформациисопряженных с подшипником детали.
Упругие смешения в опорахкачения складываются из упругих сближений d/г тел качения и колец,контактных деформаций d//г на поверхность посадки колец на шпиндель и вкорпус.
Общее упругое сближение:
dг =d/г+d//г. (2.1)
Параметры контактныхдеформаций d//г и величены упругого смещения также определяются величинойзазор-натяга, входящей в их расчетные формулы и коэффициенты их определяющие.
d/г=К1Ра (мм), (2.2)
где
К1, а — коэффициенти показатель степени для опор различных типов.
Р- нагрузка (кГ).
Р=izCddrf(r),.3)
где
r=e/2dr;
f(r)=1/p/>;
z — число тел качения водном ряду подшипника;
i — количество рядов.e-предварительный натяг (мм);
f(r) — интервалраспределения нагрузок;
Cd- коэффициент типаподшипника (кГ/мм.);
d — диаметр отверстияподшипника.
/>
Рис. 2.5 Определениерадиальной податливости шпинделя на роликоподшипниках типа 3182100 и 4162900 взависимости от прилагаемой нагрузки F и диаметра вала d.
d//г=/>, (мм) (2.4)
где
d, D — внутренний и наружный диаметры подшипника (мм.)
b — ширинаподшипника (мм.)
k2=0.005¸0.025 мм3/кГ.
Меньшеезначение k2будет при повышенной точности, больших натягах и приустановке внутреннего кольца на конус.
/>
Рис. 2.6.График для определения коэффициента К2для расчетаподатливости двухрядных роликоподшипников типа 3182100 и 4162900
½*1/p(r/>) для 0
F(r)= ½ для r>=1 (2.5)
¼ дляr=0
Жесткостьподшипника определяется как:
J=P/dr. (2.6)
Очевидно, что увеличениепредварительного натяга выше граничного значения е, соответствующего значению r=1, не приводит кдальнейшему увеличению жесткости опоры. Только между значениями r = 0 и r= 1 находится область,где изменение натяга приводит к существующему изменению жесткости подшипников.
Такой результатсоответствует физической картине деформации подшипников, если рассматриватьвнутреннее кольцо подшипника как тело, установленное между двумя пружинами(нижняя пружина — нижняя половина комплекта роликов; верхняя пружина — верхняяполовина комплекта роликов; плоскость раздела комплекта роликов перпендикулярнанаправлению радиальной нагрузки на подшипник). При установке подшипника сзазором нагрузки воспринимают лишь ролики, расположенные ниже плоскостираздела, при монтаже с натягом “включаются” ролики верхней половины комплекта(вторая пружина). Поиск оптимального распределения нагрузок в опорах — являетсяодной из основных задач при проектировании ШУ. Этот оптимум и даст величинымаксимальной скорости обработки при поддержании жесткости достаточной дляполучения требуемой точности.
2.2 Обзор способовсоздания предварительного натяга2.2.1 Само регулируемыеподшипниковые опоры
Известны подшипниковыеопоры, которые содержат радиально упорный подшипник и регулятор его натяга.Регуляторы создают натяг или расслабляют опору в зависимости от величины отцентробежных сил, что весьма ограничивает их применение, но при этомсаморегулирование исключает сложности с устройством систем управления этогопараметра.
Опора рис 2.7., используетупругие элементы как регулятор натяга, состоящий из набора грузов 4,размещенных между конусной торцевой поверхностью кольца 5 и нажимным кольцом 6.Для создания сил, смещающих кольца подшипников 2 и 3 регулятор натяга снабженупругим элементом в виде кольца 7, охватывающего набор грузиков 4. По мереувеличения числа оборотов центробежная сила грузиков возрастает и компенсируетчасть усилия, передаваемого нажимным кольцом ролика 6. Это ведет к частичнойразгрузке опоры.
/>
Рис. 2.7
Но эта опора при простотеисполнения и монтаже имеет малую радиальную жесткость, и отсутствуетвозможность изменения сил натяга по другим динамическим характеристикам помимоскорости вращения.
В подшипниковой опореизображенной на рис. 2.8, спроектированной на основе предыдущей, повышенарадиальная жесткость.
/>/>
Рис.2.8
Это достигается тем, чтоупругое кольцо жестко смонтировано на наружной цилиндрической поверхностиопорного кольца, при этом опорное кольцо выполнено с равномерно расположеннымипо окружности на наружной поверхности выступами и сквозными одностороннимипазами для размещения грузиков.
Регулятор натяга здесьсостоит из грузов 4, размещенных между конической поверхностью нажимного кольца5 и опорным кольцом 6. На наружной цилиндрической поверхности опорного кольцавыполнены пазы 7, образующие равномерно расположенные по окружности выступы 8на которое напресованно упругое кольцо 9.
При радиальном нагруженииопоры часть роликов поворачивает нажимное кольцо в плоскости опоры и перемещаетчасть грузиков в радиальном направлении. Упругое кольцо воспринимает этоперемещение, так как ото напресованно на опорное кольцо.
Таким образом, болеежесткий монтаж упругого кольца на опорном обеспечивает повышение радиальнойжесткости.2.2.2 Устройство длярегулирования осевого зазора подшипника
Устройство содержиткорпус 2, в котором установлено резьбовое кольцо 3, воздействующее на наружноекольцо подшипника 1. На торце резьбового кольца 3 выполнены глухие отверстия 4,в которые заглублены штыри 5, закрепленные на крышке 6. Крышка 6 имеет напериферии сквозные отверстия 7 под крепежные болты 8, ввернутые в резьбовыеотверстия 9 в корпусе 2. Шаг расположения глухих отверстий 4 образует с шагомрасположения сквозных отверстий 7 нониусную шкалу, что позволяет надежнофиксировать резьбовое кольцо 3 с соответствующим угловым шагом.
/>
Рис2.9
На Рис 2. 9. показаноустройство, разрез; на Рис 2.10. — крышка устройства; на Рис 2.11. устройство,вариант исполнения; на Рис 2.12. — разрез А-А.
Устройство длярегулирования осевого зазора подшипника 1 содержит — корпус 2, в которомустановлено резьбовое кольцо 3, воздействующее на наружное кольцо подшипника 1.На торце резьбового кольца 3 выполнены глухие отверстия 4, в которые входятштыри 5 крышки 6, имеющей на периферии сквозные отверстия 7 под крепежныеэлементы (болты) 8, входящие в резьбовые отверстия 9 в корпусе 2.
На рис 9. и 10представлена конструкция устройства, в которой в корпусе 2 имеется трирезьбовых отверстия 9. На торце кольца 3 выполнено семь отверстий 4, а накрышке — семь штырей 5 и на периферии — шесть отверстий 7, каждое из которыхпоследовательно обозначено буквами а, б в, г, д, е. Штыри, а следовательно иотверстия резьбового кольца, находящиеся с ними в зацеплении, смещеныотносительно соответствующих отверстий а, б, в, г, д, е, на углы j,2j,3j,4j,5j,6j.
/>
/>
Рис. 2.10 Рис.2.11
/>
Рис 2.12
При закреплении стопорнойкрышки а различных положениях на корпусе это смещение позволяет фиксироватьрезьбовое кольцо через угловые промежутки j, равные цене одногоделения – нониуса.
/>, (2.7)
где
Z1 — количество отверстий на торце резьбового кольца;
Z2 — количество крепежных отверстий в крышке.
Крышку 6 выводят иззацепления с резьбовым кольцом 3. затем регулируют положение кольца и фиксируютпоследнее стопорной крышкой 6 подбирая ее положение на корпусе.
Углу j соответствует дуга L наокружности расположения отверстий стопорной крышки.
/>, (2.8)
где
D — диаметр окружностирасположения отверстий стопорной крышки.
Для получениябесступенчатого регулирования подшипника достаточно крепежные отверстия встопорной крышке выполнить овальными с наибольшим размером сечения каждогоотверстия, равным 0,5L. Предложенное устройство обеспечивает высокую точностьрегулирования кольца подшипника, а также надежное его стопорение в требуемомположении.2.2.3 Устройстваоснащенные приводами перемещений колец
Устройство длярегулирования натяга подшипников качения шпинделя выполнено в виде,установленных в корпус между наружными кольцами подшипников, распорных втулок свозможностью осевого перемещения, снабженных приводом их осевого движения. Засчет обеспечения заданного натяга в процессе работы, внутренние, обращенныеодин к другому торцы распорных втулок взаимодействуют на кольца подшипника.
На гильзе 1, являющейсякорпусом шпинделя, смонтировано, по посадке с зазором кольцо 2 с тремякулачками 3, установленными с возможностью взаимодействия со сферическимиконцами толкателей 4. Концы толкателей 4 выполнены конусными. Между наружнымикольцами подшипников размещены с возможностью осевого перемещения две распорныевтулки 5 с 25 конусными поверхностями на внутренних, обращенных один к другомуторцах, контактирующие вторыми торцами с наружными кольцами подшипников 6шпинделя 7. Толкатели 4 установлены в радиальных отверстиях гильзы 1 свозможностью взаимодействия своими конусными поверхностями с конуснымиповерхностями распорньгх втулок 5. К гильзе 1 прикреплен кронштейн 8, шарнирносоединенный с тягой 9, на резьбовом конце которой расположены регулирующие гайки10 и 11 и коромысло 12, жестко связанное с корпусом 13 шпиндельной бабки.Силовое замыкание толкателя 4 с кулачком 3 осуществляется пружиной 14.
/>
Рис. 2.13
Для создания натяга вподшипниках необходимо отвернуть внутреннюю гайку 10 и завинтить наружную гайку11. При этом тяга 9 перемещается вверх, поворачивая с помощью кронштейна 8кольцо 2 по часовой стрелке (Рис.2.14). Кулачки 3 скошенной поверхностьювоздействуют на сферические торцы толкателей 4, перемещая их в радиальномнаправлении к оси шпинделя, раздвигая при этом распорные втулки 5 конуснымиконцами. Распорные втулки, перемещаясь в осевом направлении, создаютнеобходимый натяг в подшипниках. Внутренняя гайка 10 после окончаниярегулировки затягивается и все устройство при этом стопорится. Величину натягаустанавливают в зависимости от нагрузки.
/>
Рис. 2.14 2.2.4 Опора с регулируемымнатягом в зависимости от температурного расширения
В предыдущем описанииопора качения, содержит установленные в корпусе подшипники и устройство длясоздания предварительного натяга с помощью нажимного органа, воздействующего поменьше мере на одно из колец этих подшипников под действием силового органа,размещенного вне опоры и связанного с нажимным органом по средством канала,заполненного упругой мало сжимаемой средой, например гидропластом. Кроме того,силовой орган выполнен в виде гидроцилиндра с поршнем, воздействующим наупругую среду, а нажимной орган — в виде нескольких плунжеров, равномернорасположенных по окружности. С целью автоматического регулирования величиныпредварительного натяга подшипников в зависимости от их фактической температурыпредлагаемая опора снабжена датчиком температуры, установленным в зонеподшипника и управляющим устройством для создания предварительного натяга. НаРис.2.15 изображена предлагаемая опора качения; на Рис.2.16 — разрез по А—А.Опора качения состоит из подшипника 1, установленного в корпусе 2. Устройстводля создания предварительного натяга имеет нажимной и силовой органы. Нажимнойорган содержит плунжеры 3, которые находятся в гнездах втулки 4 ивзаимодействуют с нажимным кольцом подшипника через промежуточное кольцо 5.Силовой орган представляет собой цилиндр 6, установленный вне опоры. Внутрицилиндра 6 расположен плунжер 7, находящийся под воздействием поршня S, накоторый действует масло под давлением, потопающее из гидросистемы по магистрали9. Канал 10 между плунжерами 3 и 7 заполнен гидропластом. В зоне подшипника 1расположен датчик 11-температуры, контролирующий режим работы 15 опоры иуправляющий устройством для создания предварительного натяга. В результатеэтого повышается надежность, долговечность и к. п. д. опоры.
/>
/>
Рис.2.15 Рис.2.162.3 Проектированиевысокоскоростных шпиндельных узлов приводов главного движения
В представленномдипломном проекте автоматизируется процесс шлифования. Одной из проблем,возникающей при эксплуатации шпиндельных узлов станков на опорах качения врежимах шлифования является их повышенное тепловыделение. Высокие частотывращения требуют более тщательного исполнения точности форм посадочныхповерхностей подшипников и спрягаемых с ними деталей, более узких допусков наволичины посадок. Необходимым условием решения данной задачи является такжевыбор оптимального предварительного натяга в подшипниках опоры. Практикапоказывает, что при наличии слишком малых или чрезмерно больших предварительныхнатягов ухудшаются динамические характеристики узла, растут потери мощности натрение в радиальноупорных шарикоподшипниках, что приводит к повышенномунагреву, снижению точности и долговечности всего шпиндельного узла. Сложностьрешения обьяснястся тем, что, наиболее приемлемые с точки зрения жесткости ибыстроходности “Х” и “О” -образные схемы устаовки не обеспечивают равномерногораспределения осевых нагрузок между подшипниками. Кроме того, при вертикальномрасположении шпинделя сила веса может привышать требуемые усилияпредварительного натяга. В особенности это характерно для скоростных узлов,имеющих в качестве привода электрошпиндель.
При рассматривании моделираспределения осевой нагрузки между подшипниками передней опоры шпинделя сучетом внешних сил и усилий натяга, она должна быть достаточно простой, длятого чтобы рассмотреть большее число вариантов разрабатываемой конструкции. Нопри этом на стадии котцептуального проектирования модель должна хотябы налинейном уровне обеспечивать адекватность реальным процессам.
Пусть в передней опореустановлены naрадиально-упорных шарикоподшипников навстречуожидаемой внешней нагрузке Р и nв подшипников, необходимых длясоздания преднатяга подшипников “А”
Используем линейнуюмодель зависимости осевой силы, приложенной к подшипнику от относительногосмещения колец. При наличии преднатяга нагрузка в подшипниках “А” и “В” будетнеодинаковой.
/>, (2.9)
где
P1a, P1b –нагрузка наподшипники “А”, “В”, “Н”;
Р0 – суммарная силапреднатяга в передней опоре Н;
na, nb– количество подшипников в передней опоре;
а, ь — относительныесмещения колец подшипников;
j — жесткость подшипника.
При наличии внешней силыР шпиндель сместится в осевом направлении на величину d
/>, (2.10)
где
P – внешняя осевая сила(Н);
d — осевое смещениешпинделя (мкм);
F — результирующая осеваянагрузка (Н);
G — сила веса ротора (Н).
Область допустимой работыподшипников опоры ограничивается величинами максимальной Р1мах и минимальнодопустимой Р1мin нагрузками на подшипник рис. 2.17.Из этого условия ипредставленных зависимостей можно определить допустимый диапазон изменениярезультирующей нагрузки Fmin…Fmax.
В общем случае существуетоптимальное решение данной задачи рис.2.17, 2.18. Опттимум получаетсяпересичением плоскостей нагрузок с введением верхних и нижних ограничений подопустимым нагрузкам на подшипник.
Полученные соотношениямогут быть использованны для расчета оптимальных условий натяга ввысокоскоростных шпиндельных узлах а также приделы их регулирования взависимости от режимов резния. 2.4 Расчет шпиндельногоузла
На основании исходныхпараметров опоры шпиндельного узла выполнены на подшипниках качения.2.4.1 Выбор компоновочнойсхемы
На основании требований кточности обработки и скоростных параметров выбираем схемы узла Рис. 2.19.Данная схема является высокоскоростной и при этом имеет большую радиальнуюжесткость.
/>
Рис. 2.19 компоновачнаясхема
В мотор-шпинделях, гдерасстояние между обмотками статора и валом ротора должны быть постоянными воизбежание нагрева и обгорания обмоток, поэтому величина радиальной жесткостикрайне важна. Предполагается использовать в опорах комплекты дуплексныхподшипников 46216 и 46218.2.4.2 Определениекомпоновочной схемы
/>, (2.11)
На основании эскизногопроекта, технологических расчетов режимов и методических данных приводимзначения параметров проектируемого шпиндельного узла:
Максимальная частотавращения шпинделя — 4000 об/мин.
Тип смазки – пластичнаяЦИАТИМ-202. Для заданной точности станка допустимая температура наружнегокольца- 35С0
Класс точностиподшипника- 3
Предварительныйнатяг-легкий, средний.
Угол контакта — 26 град.
Диаметр передного концашпинделя dk = 120.00мм.
Диаметр межопорной частишпинделя dm = 90.00мм.
Диаметр заднего концашпинделя dз = 80.00 мм.
Длинна переднего концашпинделя a =100.00 мм.
Межопорное расстояние b=350.00мм. 2.4.3 Расчет жесткостиопор ШУ
Расчет опор дляшпиндельного узла, предназначенного для шлиф процесса основывается на силах,действующих на круг во время обработки. Для получения поверхности сшероховатостью Rz=0.63 подшипники и посадочные места, отвечающие за жесткостьопор должны иметь следующие параметры.
При этом рекомендуемыйпреднатяг при посадке должен составлять -3¸-2 мкм.
Осевая жесткостьподшипников выбранной серии j0=25 кгс/мкм, но так как монтаж на быстроходныеопоры идет по схеме “Т” осевая жесткость увеличивается на 20% и составляетj0=30 кгс/мкм
Рекомендуемая силапреднатяга для сдвоенных подшипниках в опорах равна А0=90 кГс
Общая поддатливастьподшипника равна:
/>=0.4*3=1, (2.12)
где
dR0 — радиальнаяподдатливасть;
Kd- биение.
По зависимости осевогосмещения подшипника от схемы монтажа определим возможное осевое смещение — оносоставит 6 мкм. Эта величина максимально возможного смещения в шпиндельном узлепри рассчитанном процессе резания. Радиальная величина нагрузки – Рz= 5000. Н
Передняя и задняя опорысостоят из подшипников одного типа и серии:
Таблица2.2обозначение d D B T C
C0
nпред, пласт М, кг 46216 90 160 30 30 111000 76200 4300 1,68
Число тел качения вподшипнике z= 14, угол контакта a= 26 град
Сила преднатягаподшипника А0=900Н, осевая сила 500Н
Радиальная жесткость опорсоставляет 735470 Н/мм
Осевая жесткость опор318898 Н/мм, что соответствует табличным значениям. По этим значениямрадиальная жесткость шпиндельного узла равна 384049.72 Н/мм. 2.4.4 Расчет электрическихпараметров шпиндельного узла
Проектируемый шпиндельныйузел может выполнять не только операции связанные с шлифованием, предполагаетсяиспользовать его в приводах ГПМ, снижая их массу и повышая их гибкость. Поэтомупараметры должны удовлетворять широкому спектру требований по силе резания,моменту и скорости вращения с неизменными параметрами жесткости и устойчивостиработы.
Электрический приводрассчитывается исходя из требуемой номинальной мощности и напряжения питающейсети:
Pн=10 кВт,
Uн=380 В.
Номинальная частота f=50Гц.
По этим параметрамвыбираем асинхронный двигатель с коротко замкнутым ротором 4А132М2 на основаниикоторого и проектируем шпиндельный узел.1
Номинальный (фазнай) токI =21 A.
Номинальная скоростьn=4000 об/мин.
w — угловая скоростьвращения ротора АД; 400
Номинальный момент
M=/>=/>. (2.13)
Момент инерции J=0.09 кг×м2
Индуктивность рассеяниястатора lds =43×10-4 Гн
Индуктивность рассеянияротора ldr =51×10-4 Гн
Взаимная индуктивностьстатора и ротора Lm= 0.1045 Гн
Число пар полюсов 2n=3
КПД h=88%, cosj=0.9
Отношение />7.5. Отношение />1.7, />2.8
Активное сопротивлениестатора rc=0,45 Ом.
Активное сопротивлениеротора rр=0,7 Ом.
Величина векторапотокосцепления ротора
/>, (2.14)
где
/> - обобщенные векторы, соответственно, тока, потокосцеплениястатора;
/> - обобщенный вектор потокосцепления ротора;
Lm — взаимнаяиндуктивность статора и ротора;
/> - индуктивность рассеяния, соответственно, статора и ротора.
/> =/>=19*(0,1+51*10-4)+19*0,1=3,8.2.4.5 Расчет тепловогопараметра шпиндельного узла
Шпиндельным узлам,работающим на больших скоростях, к которым предъявляются высокие требования поточности и жесткости, необходим эффективный тепло отвод. Асинхронный двигательимеет коэффициент полезного действия равный η=88%, то есть потеримощности, подаваемой на обмотки, составляет 10%. Эта мощность расходуется напотери в роторе и трение. Если первый показатель нельзя изменить, так какувеличение проводимости материала ротора повлечет изменение остальныхпоказателей системы, включая стоимость узла, то второй параметр можноконтролировать величиной объема СОЖ в системе. Отвод температуры из шпиндельнойбабки производится за счет прокачки жидкости, отводящую на себя излишнюютемпературу через технологические отверстия в корпусе у передней и заднейопоры. Объем жидкости, циркулирующей через систему, рассчитывают по формуле:
/> (2.15)
где
Q – количествоотводящегося тепла за время Δt;(кДж/мин)
qm – расходохлаждающей жидкости; (кг/мин)
Cm – удельнаятеплота охлаждающей жидкости;(кДж/кг*с0)
ΔT – приращение температуры.С0
Ротор, как и статор, впроцессе работы также нагреваются, что может привести к обугливаниюповерхностей и, как следствие, снижению мощности двигателя, что не допустимо.Охлаждение их также предусмотрено и производится с отдельного ввода. Жидкость,проходя через пазы муфты статора, предотвращает его перегревание.
/> (2.16)
qm=72/1.9*10=4л/мин 2.4.6 Определениенапряжений и перемещений в вале ротора
Вал узла иустановленный на нем ротор составляют неразъемную систему для обеспечения передачивращающего момента. Роторные пластины, жестко установленные на втулке,устанавливаются на вал с натягом Δ=0.034мм. Это достигается нагревомвтулки на 190 С0, что приведет к объемному расширению на 40мкм. Приостывании между цилиндрами возникает контактное напряжение pk. Припосадке внешний радиус внутреннего цилиндра сократится, и точки цилиндра наконтактной поверхности получат отрицательное смещение.
/> (2.17)
где
E –коэффициент упругости первого рода (Па);
а –внутренний диаметр вала (мм.);
b- внешнийдиаметр ротора (мм.);
c- внутреннийдиаметр ротора (мм.).
Картинараспределения напряжений в сопряженных цилиндрах показана рисунке 2.20.
/>
Рис. 2.20
Таким образом, в результате посадки оба цилиндра будутработать как одно целое и в (составном цилиндре) возникнут напряжениявзаимодействия. Если внутренний радиус вала мал, то посадка труб по соотношению(2.17) дает почти двукратное снижение эквивалентного напряжения в контактныхзонах. В дальнейшем при нагрузке ротора моментом, контактное давление недопустит прокручивания и пластической деформации, если рабочее давление не превышаетдавление предварительного обжатия. Проектируемый шпиндельный узел (исходя изтребований предъявляемых к двигателю) способен развить момент до 100 Н*м, притребуемых в режимах резания 23 Н*м. Рассчитаем критический момент, при a=50мм., b=173 мм, c=72 мм, h=140 мм:
/>
/> (2.18)
где
P – силаприложенная к валу;
f-коэффициент трения;
h- ширинаротора.
/>
Этоудовлетворяет требованиям, предъявляемым к жесткости соединения с запасом в 10раз. Натяг вала и ротора соответствует посадке П6.
3. Система управления3.1 Электрический приводс асинхронным двигателем
ЭП стрехфазным асинхронным двигателем (АД) является самым массовым видом привода впромышленности, коммунальном и сельском хозяйстве. Такое положение определяетсяпростотой изготовления и эксплуатации АД, их меньшими по сравнению сдвигателями постоянного тока массой, габаритами и стоимостью, надежностью вработе.
Восновную общепромышленную серию 4А входят двигатели на мощности от 0,06 до-400кВт с высотами осей вращения от 50 до 355 мм, которые выпускаются всамых различных модификациях и конструктивных исполнениях: с. повышеннымипусковым моментом и скольжением; с фазным ротором; встраиваемые; малошумные; совстроенной температурной защитой; с электромагнитным тормозом; с подшипникамискольжения; химострйкие. АД различаются также по климатическому исполнению икатегории размещения. Для комплектации ЭП большой мощности выпускаются АД серийАН-2 (мощностью до 2000 кВт), АВ (мощностью до 8000кВт), ДАЗО (мощностью до1250кВт) и ряд других.
ДляЭП крановых механизмов производятся специализированные АД серии MTF (с фазнымротором) и MTKF (с короткозамкнутым ротором), а для рабочих машин и Механизмовметаллургического производства—серии МТН (с фазным ротором) и МТКН (скороткозамкнутым ротором). В составе этих серий выпускаются и многоскоростныеАД. Двигатели указанных серий отличаются повышенной механической прочностью,большими пусковыми моментами при сравнительно небольших пусковых токах,хорошими динамическими показателями. Крановые и металлургические АД новой серии4МТ отличаются улучшенными технико-экономическими показателями работы,расширенной шкалой мощностей, более высоким уровнем стандартизации.
Основнойобластью применения АД вплоть до недавнего времени являлся нерегулируемый ЭП. Впоследние годы в связи с разработкой и Серийным выпуском электротехническойпромышленностью тиристорных преобразователей частоты и напряжения сталисоздаваться регулируемые асинхронные ЭП с характеристиками, не уступающими посвоим показателям ЭП постоянного тока. Применение таких ЭП в, силу определенныхпреимуществ АД представляет собой прогрессивную тенденцию развитияавтоматизированных ЭП не только в нашей стране, но и за рубежом.
Сразработкой и освоением серийного производства мощных силовых полупроводниковыхприборов появилась возможность широкого применения мощных преобразователейчастоты (ПЧ) для питания обмоток высоковольтных АД. Таким образом, появиласьвозможность создания регулируемых по скорости мощных высоковольтных асинхронныхэлектроприводов.
Известно,что механические и динамические характеристики, энергетические показатели АД вчастотно-регулируемом электроприводе определяются: принятым законом частотногоуправления, способом частотного управления, алгоритмической и аппаратнойреализацией автоматической системы регулирования (АСР) электропривода.
Несмотряна большое количество разработанных и исследованных структур АСР длянизковольтных электроприводов, применение их для мощных высоковольтныхэлектроприводов не представляется возможным. Это связано с особенностямивысоковольтного электропривода, а именно:
· значительнымусложнением непосредственного измерения параметров электропривода;
· условиемминимальной асимметрии питающих токов, вытекающей из требования к повышеннойэнергетике электропривода;
· применениемтрехфазного двух обмоточного АД, питающегося от двухсекционного преобразователячастоты, вытекающим из условия улучшенных энергетических, регулировочныхсвойств и способа наращивания выходной мощности.
Кромеперечисленных особенностей необходимо отметить, что значительная частьвысоковольтных АД рассчитана на высокие скорости вращения (6000 об/мин и выше),что исключает возможность применения вращающихся на валу АД датчиков.
Такимобразом, на основании анализа приведенных законов, способов, техническихустройств частотного управления асинхронными электроприводами, можно сделатьследующие выводы.
1. Для мощныхэлектроприводов механизмов, работающих с постоянным моментом сопротивления навалу целесообразно применение закона частотного управления с постоянствомпотокосцепления ротора, отличающегося наивысшей перегрузочной способностью иобеспечивающего наилучшие динамические свойства двигателя.
2. Для мощныхэлектроприводов механизмов, благодаря своим высоким энергетическим показателеми простоте технической реализации целесообразно использовать закон частотногоуправления по минимуму потерь.
3. Для наращивания мощностиэлектропривода и одновременного повышения его энергетических показателей,используются трехфазные одно-обмоточные двигатели с пространственным сдвигоммежду трехфазными статорными обмотками, питающимися от трехфазногопреобразователя частоты токами (напряжениями) с фазовым сдвигом в 60 эл.град.
4. Известные в настоящеевремя технические устройства для частотного управления асинхроннымэлектроприводом в полной мере не отвечают требованиям, предъявляемым к мощномувысоковольтному электроприводу и им присущи следующие недостатки:
· ограниченнаянизкоскоростными электроприводами область применения, необходимостьизготовления специальной машины или переделка серийной, применение специальныхустройств для механического сочленения валов, невозможность применения взапыленных и агрессивных средах, что обусловлено наличием датчиков на валу ивнутри машины;
· высокаясложность технической реализации, обусловленная наличием сложных техническихустройств: координатного преобразования, фильтров, фазовращателей,функциональных преобразователей, блоков коррекции мгновенного значения частоты;
· наличиебольшого числа датчиков, осуществляющих высоковольтную гальваническую развязку;
· невысокаянадежность, что обусловлено наличием датчиков на валу и внутри машины, высокойсложностью технической реализации блоков АСР, датчиков, осуществляющихвысоковольтную гальваническую развязку.3.2 Техническое описаниесистемы
В основе описания АД припеременной частоте питающей сети лежит общая теория электрических машин.
Основой этого служатуравнения, составленные в фазовых координатах. Особенностью АД являетсясовокупность магнитосвязанных цепей с коэффициентами само- и взаимоиндукции,периодически изменяющимися в функции угла поворота ротора относительно статора.В зависимости от степени насыщения магнитной системы машины, эти коэффициентымогут зависеть еще и от токов во всех обмотках. При записи уравнений в фазовыхкоординатах получают систему дифференциальных уравнений высокого порядка (втрехфазной системе координат число уравнений равно 14) с переменнымикоэффициентами. Пользоваться такой системой для исследованияэлектромеханических процессов, происходящих в АД не представляется возможным всвязи с громоздкостью, наличием переменных коэффициентов, нелинейностью.Дальнейшее упрощение и преобразование исходной системы уравнений основываетсяна следующем общем методе. При этом уравнения в фазовых координатахпреобразуются к уравнениям, выраженным через обобщенные (результирующие)векторы, вводится система относительных единиц для токов, напряжений,потокосцепления, скоростей вращения, частот, моментов, активных, индуктивныхсопротивлений. Введение системы относительных единиц упрощает вид уравнений, авыражение переменных через результирующие векторы приводит к видудифференциальных уравнений, при котором коэффициенты дифференциальных уравненийненасыщенной машины являются постоянными величинами. Для насыщенной машинынеобходимо вводить зависимость величин этих коэффициентов от магнитногосостояния машины.
После указанныхпреобразований получают систему дифференциальных уравнений шестого порядка спостоянными коэффициентами, что значительно упрощает описание АД и делаетвозможным использование этой системы для исследования электромеханическихпроцессов, протекающих в АД. Дальнейшее преобразование полученной системыуравнений сводится к переводу векторов, входящих в уравнение, в различныесистемы координат (в зависимости от цели решаемой задачи).
Приматематическом описании АД принят ряд допущений, соответствующихидеализированному представлению АД:
· фазныеобмотки симметричны, одинаковы, воздушный зазор по все окружности ротораодинаков;
· неучитываются потери в стали, а также высшие гармоники магнитодвижущей силы ирабочего потока;
· параметрыАД постоянны и не зависят от токов в обмотках АД;
Цель проектасводится к разработке автоматической системы регулирования частоты тока,поступающего на обмотки статора асинхронного электропривода и напряженияпитания на базе автономного мостового инвертора тока с трехфазнымодно-обмоточным двигателем. При этом автоматическое изменение электрическихпараметров регулирует механические силы, действующие на привод.3.3 Анализ существующихсредств автоматизации
Известныев настоящее время технические устройства для частотного управления асинхроннымэлектроприводом в полной мере не отвечают требованиям, предъявляемым к мощномувысоковольтному электроприводу и им присущи следующие недостатки:
· ограниченнаянизкоскоростными электроприводами область применения, необходимостьизготовления специальной машины или переделка серийной, применение специальныхустройств для механического сочленения валов, невозможность применения взапыленных и агрессивных средах, что обусловлено наличием датчиков на валу ивнутри машины;
· высокаясложность технической реализации, обусловленная наличием сложных техническихустройств: координатного преобразования, векторных фильтров, фазовращателей,функциональных преобразователей, блоков коррекции мгновенного значения частоты;
· наличиебольшого числа датчиков, осуществляющих высоковольтную гальваническую развязку;
· невысокаянадежность, что обусловлено наличием датчиков на валу и внутри машины, высокойсложностью технической реализации блоков АСР, датчиков, осуществляющихвысоковольтную гальваническую развязку.3.4 Обоснование системыавтоматического управления
При частотномуправлении асинхронными двигателями наиболее часто используются следующиезаконы: поддержание постоянства потокосцепления статора (Y1=const),поддержание постоянства главного потока машины (Y0=const),поддержание постоянства потокосцепления ротора (Y2=const), ирегулирование величины потокосцепления в зависимости от величины нагрузочногомомента (Y1, Y0, Y2)=f(M)).
Первый законреализуется при поддержании постоянного отношения ЭДС статора к угловой частотеполя. Основным недостатком такого закона является пониженная перегрузочнаяспособность двигателя при работе на высоких частотах, что обусловленоувеличением индуктивного сопротивления статора и, следовательно, снижениемпотокосцепления в воздушном зазоре между статором и ротором при увеличениинагрузки.
Поддержаниепостоянства главного потока повышает перегрузочную способность двигателя, ноусложняет аппаратную реализацию системы управления и требует либо измененийконструкции машины, либо наличия специальных датчиков.
При поддержаниипостоянного потокосцепления ротора, момент двигателя не имеет максимума, однакопри увеличении нагрузки увеличивается главный магнитный поток, приводящий кнасыщению магнитных цепей и, следовательно, к невозможности поддержанияпостоянства потокосцепления ротора.
Общим недостатком законовс поддержанием постоянства потокосцепления являются: низкая надежность,обусловленная наличием датчиков, встраиваемых в двигатель, и потери в стали приработе двигателя с нагрузочным моментом меньше номинального. Эти потери вызванынеобходимостью поддержания постоянного номинального потокосцепления в различныхрежимах работы.
Существенно повысить КПДдвигателя можно путем регулирования магнитного потока статора (ротора) взависимости от величины нагрузочного момента (скольжения). Недостатками такогоуправления являются низкие динамические характеристики привода, обусловленныебольшой величиной постоянной времени ротора, из-за чего магнитный поток машинывосстанавливается с некоторой задержкой и сложность технической реализациисистемы управления.
В то же времясуществует ряд приводов таких механизмов как насосы, компрессоры, конвейеры ит. д., которые занимают промежуточное положение между динамичными и низкодинамичными, и для которых существующие системы не в полной мере удовлетворяютпредъявляемым к этим приводам требованиям. Высоко динамичные привода имеютсложную систему управления и повышенные энергетические потери при недогрузедвигателей, а низко динамичные привода не всегда способны отработать быстрыеизменения статического момента.
Как уже былоотмечено, высокими энергетическими характеристиками обладают системы срегулированием магнитного потока в функции нагрузки. Увеличить их динамическиехарактеристики можно путем форсировки статорного напряжения (тока) во времяпереходных процессов и частых формирований управляющих воздействий. Получитьвысокую надежность можно за счет применения упрощенной системы регулирования,отказа от встроенных в двигатель и механически связанных с ротором датчиков.3.5 Схема включения,статические характеристики и режимы работы асинхронного двигателя
Трехфазный АДимеет обмотку статора, подключаемую к трехфазной сети переменного тока снапряжением U и частотой f, и обмотку ротора, которая может быть выполнена подвум вариантам (рис.3.1).
/>
Рис.3.1. Схемы включенияАД с фазным ротором (а) и с короткозамкнутым ротором (б)
Первый вариантпредусматривает выполнение обычной трехфазной обмотки из проводников с выводамина три контактных кольца. Такая конструкция соответствует АД с фазным ротором ипозволяет включать в роторную цепь различные электротехнические элементы,например резисторы для регулирования скорости, тока и. момента ЭП, и создаватьс той же целью. Специальные схемы включения АД. Другой вид обмотки получаютзаливкой алюминия в пазы ротора, в результате чего образуется конструкция,известная под названием “беличья клетка”. Схема АД с такой обмоткой, не имеющейвыводов и получившей название короткозамкнутой.3.5.1 Регулированиепараметров электропривода с асинхронным двигателем изменением напряжения
Изменение величинынапряжения, подводимого к статору АД, позволяет осуществлять в статических идинамических режимах регулирование его мощности с помощью относительно простыхсхем управления.
Для регулирования координаткороткозамкнутого АД между сетью переменного тока со стандартным напряжением U 1номи статором (рис.2, а) двигателя 2 включен регулятор I напряжения,выходное напряжение которого U 1рег изменяется с помощью внешнегосигнала управления U. Изменяя величину этого сигнала, можно регулироватьнапряжение на статоре двигателя U 1рег в пределах от величинысетевого напряжения U 1ном и практически до нуля. При, этом частотанапряжения на двигателе не изменяется и равна стандартной (50 Гц).
/>/>
Рис.3.2 Схемарегулирования координат АД изменением напряжения на статоре (а) и механическиехарактеристики(б)
Регулированиенапряжения на статоре не приводит к изменению скорости холостого хода w0=2pf1 /p и невлияет на критическое скольжение sk, но существенно изменяетвеличину критического (максимального) момента Mk. Как следует изсхемы, снижение напряжения приводит к резкому уменьшению Мк, пропорциональноквадрату напряжения.
В результатепри U 1рег =var искусственные характеристики (рис.3.2, б) оказываютсямалопригодными для целей регулирования скорости, так как по мере уменьшениянапряжения резко снижаются критический момент АД и тем самым его перегрузочнаяспособность, а диапазон регулирования скорости очень мал. Характеристики 3—6построены при напряжениях 1;0,8; 0,6 и 0,4 от U 1ном.
Для регулированиянапряжения на статоре АД могут использоваться различные электротехническиеустройства—автотрансформаторы, магнитные усилители и тиристорные регуляторынапряжения (ТРН). Последние получили в настоящее время наибольшеераспространение из-за высокого КПД, простоты в обслуживании, легкостиавтоматизации работы ЭП. Рассмотрим принцип действия ТРН и основанную на егоиспользовании систему ЭП “тиристорный регулятор напряжения — асинхронныйдвигатель” (ТРН — АД).
/>/>
Рис. 3.3. Схема (а) якривые напряжения (б) однофазного ТРН
На рис. 3.3, а показанасхема регулирования напряжения на однофазной нагрузке переменного тока Zy.Силовая часть однофазного ТРН образована двумя тиристорами VS1 и VS2,включенными по встречно-параллельной схеме, которая обеспечивает протеканиетока в нагрузке в оба полу периода напряжения сети U1. Тиристоры получаютимпульсы управления Ua, от СИФУ, которая обеспечивает их сдвиг на уголуправления a в функции внешнего сигнала управления Uy.
Осуществляя подачуимпульсов управления на тиристоры с некоторой задержкой относительнопредельного режима (угол управления a¹О), то к нагрузке будетприкладываться часть напряжения сети (рис. 3.3,6). Изменяя угол управления а отнуля до p,можно регулировать напряжение на нагрузке от полного напряжения сети до нуля.На основе однофазной схемы создаются трехфазное схемы для регулированиянапряжения на статоре АД. Такая схема, состоящая из шести тиристоров VS1 — VS6,доказана на рис. 3.4
/>
Рис.3.4 Схематрехфазного тиристорного регулятора-напряжения
Форма напряжения нанагрузке является несинусоидальной. Несинусоидальное напряжение можнопредставить как совокупность нескольких синусоидальных напряжений—гармоник,каждая из которых изменяется с определенной частотой. Частота изменения первойиз них (основной гармоники) равна частоте питающего напряжения, а частотадругих гармоник больше, чем первой. Обычно 1-я гармоника имеет наибольшуюамплитуду, и по ней ведутся все основные расчеты.3.5.2 Регулированиескорости асинхронного двигателя изменением частоты
Данныйспособ, называемый частотным, является одним из наиболее перспективных, ишироко внедряется в настоящее время. Принцип его заключается в том, что,изменяя частоту fi питающего АД напряжения, можно в соответствии с выражением w0== 2pf1/p изменять егоскорость w0получая различные искусственные характеристики. Этот способобеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а получаемыехарактеристики обладают высокой жесткостью. Для лучшего использования АД иполучения высоких энергетических показателей его работы — коэффициентовмощности, полезного действия, перегрузочной способности- одновременно счастотой необходимо изменять и подводимое к АД напряжение. Закон изменениянапряжения при этом зависит от характера момента нагрузки Мc.
Припостоянном моменте нагрузки Mc =const напряжение на статоре должнорегулироваться пропорционально его частоте: U/f=const.
Для вентиляторногохарактера момента нагрузки это соотношение имеет вид: U/f2=const.
Такимобразов, при реализации частотного способа регулирования скорости АД долженбыть использован преобразователь частоты, который позволяет также регулироватьи напряжение на статоре АД.
3.6 Схема включения АД иего характеристики
Необходимымэлементом ЭП является преобразователь частоты 1и напряжения, на вход которогоподается стандартное напряжение сети U (380 В.) промышленной частоты f =50 Гц, а с его выхода снимается переменное напряжение U1per регулируемой частоты f1рег (рис.3.5,а)
/>
Рис.3. 5.Схема асинхронного ЭП (а) и механические характеристики АД (6) при частотномрегулировании
Регулированиевыходной частоты и напряжения осуществляется с помощью управляющего сигнала Uy,изменение которого определяет в конечном итоге изменение скорости двигателя 2.
Анализ механическиххарактеристик АД U/f =const показывает, что скорость wо идеального холостогохода АД изменяется при регулировании f1, а критический момент Mк, остаетсянеизменным.
Так как w0~f1 и xк~f1 то и моментМ~U/f
Областьчастот f1- область регулированиядля асинхронного двигателя (характеристики 3—5) соотношение U/f=const может выполняться, так как напряжение, подводимое к АД, регулируется отноминального (сетевого) в сторону уменьшения. Поэтому М=const и АД имеет постояннуюперегрузочную способность.
Рассмотримтеперь принципы действия и виды применяемых в этой системе ЭП преобразователейчастоты.
3.7 Преобразователичастоты3.7.1 Принцип действия ПЧ
Различныетипы ПЧ, которые нашли применение в области частотного управляемого,асинхронного ЭП, могут быть разделены на две группы, отличающиеся друг от другапо используемым техническим средствам и по структуре.
Первую группусоставляют так называемые электромашинные вращающиеся ПЧ, в которых, дляполучения переменной частоты, используются обычные или специальныеэлектрические машины.
/>
Рис.3.6. Схема электромашинного ПЧ с синхронным генератором
На рис.3.6.приведена схема ПЧ с синхронным генератором 3, от которого питаются триасинхронных двигателя 5—7. Преобразователь состоит из двух частей: агрегатапостоянной скорости, включающего асинхронный двигатель 1 и приводимый имгенератор постоянного тока 2, и агрегата переменной скорости, состоящего из регулируемогодвигателя постоянного тока 3, приводящего во вращение синхронный генераторпеременной частоты. Двигатель 1 питается от сети со стандартной частотой f1 =50 Гц, а на выводах синхронного генератора 4 частота и напряжение могутрегулироваться. С помощью резистора R1 в цепи обмотки возбуждения генератора 2изменяется напряжение, подводимое к якорю двигателя 3, и тем самым его скоростьи скорость генератора 4. При этом меняется частота напряжения на выводахсинхронного генератора 4, определяемая выражением fрег=pwсг/(2p), и на двигателях 5—7.Напряжение на этих двигателях регулируется с помощью резистора R3, включенногов цепь обмотки возбуждения синхронного генератора 4.
Применение ПЧпозволяет плавно регулировать скорость двигателей 5—7 в широком диапазоне,однако процессу регулирования частоты в этой системе свойственны существенныенедостатки. Для создания преобразователя необходимы четыре электрическиемашины, рассчитанные на полную мощность потребителей что определяетгромоздкость установки и ее дороговизну, особенно при больших мощностяхнагрузки. Двойное преобразование энергии—энергии переменного токачастоты,f1==50Гц в энергий постоянного тока и далее опять в энергиюпеременного тока регулируемой частоты — сопровождается выделением потерьэнергии во всей цепи преобразования, что определяет невысокий КПД системы, инаконец, процессу изменения частоты в этой системе свойственна инерционностьрегулирования, связанная с изменением скорости электромашинного агрегата,обладающего механической инерцией
В настоящеевремя большое распространение получили статические ПЧ. Названные так,потому, что в них используются не имеющие движущихся частей элементы иустройства, такие, как полупроводниковые приборы, реакторы, конденсаторы и т.д. Использование статических ПЧ позволило повысить технико-экономическиепоказатели регулируемого частотного ЭП за счет увеличения его КПД ибыстродействия, устранения шума и упрощения обслуживания. Статические ПЧ подразделяютсяна две группы: без с непосредственной связью питающей сети и нагрузки и спромежуточным звеном постоянного тока.3.7.2 Преобразователи беззвена постоянного тока
Упрощеннаяфункциональная схема ПЧ без звена постоянного тока (рис.3.7).состоит из силовойчасти 3, с которой связан асинхронный двигатель 4, и блока 2 управления. Спомощью указанных блоков осуществляется преобразование электрической энергиипеременного тока стандартных напряжений U1 и частоты f1 в энергию переменноготока с регулируемыми напряжением Uрег и частотой fper.
/>
Рис 3.7… Блок-схема ПЧ снепосредственной связью
Силовая часть3 выполняется на базе полупроводниковых приборов (тиристоров или транзисторов),управляемых сигналами с блока 2.
Одна израспространенных тиристорных схем трехфазного ПЧ (НПЧ) состоит из треходинаковых комплектов 2—4 тиристоров (рис.3.8), обеспечивающих питание обмотокстатора АД zа,zв,zс.
/>
Рис.3.8.Схема трехфазного НПЧ
Каждый изтрех комплектов содержит шесть тиристоров, три из которых анодами подсоединены,а три других катодами к вторичным обмоткам трансформатора 1. В схеме нулеваяточка трансформатора 1 соединена с общей точкой трехфазной обмотки статора,поэтому схема называется нулевой. Каждая фаза этой схемы работает независимо отостальных, поэтому ее действия можно рассмотреть работу одной из фаз, напримерА, управляемую группой 2 тиристоров VS1 — VS6.
Фазныенапряжения на вторичных обмотках трансформатора 1 изменяются по синусоидальномузакону (рис.3.9, а), а нагрузка имеет активный характер (если нагрузкойявляется АД, то ее характер будет активно-индуктивный),
Еслитиристоры VS1 — VS6 закрыты (управляющие импульсы от блока управления на них неподаются). В этом случае все напряжение с выхода трансформатора прикладываетсяк закрытым тиристорам и напряжение на статоре равно нулю.
/>
Рис 3.9 Графикинапряжений сети на входе (а) и на выходе (б, в) НПЧ
Подавая отблока управления импульсы на тиристор VS1 в момент времени t1, на VS2- в моментt2 наVS3—в момент t3. Так как в эти моменты времени потенциалы анодовтиристоров более высокие, чем катодов, то они откроются и к фазе статора будетприложено напряжение, представляющее собой положительные участки трех синусоидвторичных напряжений трансформатора Ua, Ub и Uc (рис.9.б). Если снятьуправляющие импульсы с VS1- VS3 и подать импульсы на тиристоры VS6, VS4 и VS5 вмоменты t5, t6, t7, то на нагрузке также образуется напряжение в виде участковсинусоид, но уже противоположной полярности. При поочередном открытиитиристоров VS1—VS3 и VS4— VS6 в указанном порядке кривая Uрег будетпериодически повторяться. Таким образом, к фазе обмотки статора подводитсянапряжение переменного тока с периодом Tрег и частотой fper=l/Tper.
Период Трегэтого напряжения больше, чем период сетевого напряжения T1, частота напряженияна статоре АД fрег меньше, чем частота питающего напряжения f1. Соотношениемежду этими величинами для трехфазной схемы
Tрег=Т1(3+2(h-1))/3,
где h = 2,3,...— число открываемых тиристоров в группе. Из этого следует, что ПЧ беззвена постоянного тока с непосредственной связью питающей сети и нагрузки можетобеспечивать регулирование частоты на статоре f1 АД только в сторону ееуменьшения по сравнению с сетевой. Плавность и расширение диапазонарегулирования частоты на выходеПЧ достигается введением паузы Dtрег между моментомснятия импульсов управления с тиристоров VS1 — VS3 и подачей их на тиристорыVS4—VS6.
3.7.3 Преобразователи созвеном постоянного тока
Схема ПЧ созвеном постоянного тока состоит из двух основных блоков: управляемоговыпрямителя 2 (рис.3.10) и управляемого инвертора 3 с блоками 1 и 5 управления.
/>
Рис.3.10 Схема ПЧ созвеном постоянного тока
Напряжениесети U1 стандартной частоты f1 подается на вход управляемого выпрямителя 2,преобразующего переменное напряжение U1 в постоянное Е0. Это напряжение можнорегулировать в широких пределах с помощью блока управления. Выпрямленное ирегулируемое напряжение E0 подается на вход инвертора 3, который преобразуетнапряжение постоянного тока Е0 в трехфазное напряжение Uрег регулируемойчастоты fрег, которое подается на двигатель 4. Частота выходного напряженияfрег инвертора регулируется блоком 5 управления в функции сигнала управленияUy.13.8 Управляемыеинверторы
Вчастотно-управляемом асинхронном ЭП применяются., различные инверторы,отличающиеся видами коммутации тиристоров, схемами их соединения, способамирегулирования напряжения на АД.
В зависимостиот способа коммутации тока тиристоров инверторы делятся на ведомые сетью иавтономные. В инверторах, ведомых, сетью (их еще называют зависимымиинверторами), коммутация тока с тиристора на тиристор обеспечиваетсянапряжением переменного тока источника питания.
В автономных(независимых) инверторах для коммутации тока используются дополнительныеэлементы—тиристоры, диоды, конденсаторы и катушки индуктивности.
Автономныеинверторы делятся на инверторы напряжения и тока. Автономные инверторынапряжения (АИН) подключаются к источнику напряжения, например управляемомувыпрямителю, на выходе которого включен конденсатор большой емкости. АИН имеетжесткую внешнюю характеристику, т. е. с изменением тока нагрузки напряжение наего выходе практически не изменяется. Вследствие этих свойств, прииспользовании АИН управляющими воздействиями на двигатель являются частота инапряжение.
Питаниеавтономных инверторов тока (АИТ) осуществляется от источника тока, напримеруправляемого выпрямителя, к выходу которого подключается реактор большойиндуктивности. При использовании АИТ управляющими воздействиями на АД являютсячастота и ток статора.
Каждый извидов автономного инвертора имеет в частотно управляемом асинхронном ЭП своюобласть применения. Для АИН характерны практическая независимость выходногонапряжения от режима работы АД, что обусловливает его предпочтительноеиспользование в разомкнутых асинхронных ЭП, а также при управлении группойрегулируемых АД. Недостатками ПЧ с АИН являются использование конденсаторов наих входе большой мощности, массы и габаритов; большое количество тиристоров иКоммутирующих элементов; введение в схему ПЧ для обеспечения рекуперацииэнергии в сеть дополнительного ведомого сетью инвертора.
ПЧ с АИТ поотношению к двигателю является источником переменного тока регулируемойчастоты, что позволяет создать достаточно простые и быстродействующиеасинхронные ЭП и определяет его предпочтительное применение для индивидуальныхреверсивных ЭП, работающих в интенсивном повторно кратковременном режиме. Кдостоинствам ПЧ с АИТ относятся также отсутствие конденсатора на входе АИТ;возможность рекуперации активной энергии в сеть без усложнения схемы;относительно небольшое количество тиристоров и силовых диодов. Недостатком АИТявляется необходимость включения входного реактора.
Регулированиевыходного напряжения ПЧ может осуществляться несколькими способами. В ПЧ снепосредственной связью регулирование выходного напряжения осуществляется также, как и в управляемых выпрямителях. Такое управление получило названиефазового.
В ПЧ созвеном постоянного тока регулирование напряжения на нагрузке (статоре АД)производится или от специального регулятора напряжения, или самим инвертором.
Первый способ, в свою очередь, может быть реализован двумяпутями—за счет использования управляемого выпрямителя (фазовое управление) илинеуправляемого выпрямителя и размещаемого между ним и инвертором широтно-импульсногопреобразователя (ШИП) (амплитудное регулирование напряжения). К достоинствамэтого способа следует отнести широкий диапазон регулирования напряжения ивозможность использования для любого типа инвертора.
Второй способсвязан с совмещением функций регулирования частоты и напряжения в самоминверторе. Оно реализуется с помощью; сложных алгоритмов управления тиристорамии предусматривает использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ).3.9 Схема управленияпараметрами системы
/>
Рис.3. 11.: Схема ПЧ созвеном. постоянного тока и АИН
На рис.3.11показана схема силовой части ЭП с асинхронным двигателем 3, в которомиспользован ПЧ со звеном постоянного тока и автономный инвертор 2 напряжения. Вэтой схеме на выходе управляемого выпрямителя 1 включены реактор фильтра l0 иконденсатор Со, обеспечивающий вместе с диодами VD7— VD12 циркуляцию реактивноймощности. Автономный инвертор 2 напряжения выполнен на тиристорах VS1 — VS6.Конденсаторы С и реакторы L вместе с диодами VD1—VD6 образуют цепиискусственной коммутации, обеспечивающие выключение тиристоров VS1— VS6 внужный момент. Амплитуда напряжения на выходе инвертора регулируется изменениемнапряжения Е0 на его входе с помощью блока управления выпрямителем 1, а егочастота fper определяется частотой коммутации тиристоров VS1—VS6, задаваемойблоком управления инвертором.
Частотноеуправление является экономичным, так как обеспечивает регулирование скорости АДбез больших потерь мощности в роторной цепи, ухудшающих КПД ЭП и приводящих кнеобходимости завышения мощности АД.
Регулированиев этой системе может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороныот естественной характеристики, т.е. АД может иметь скорость как больше, так именьше номинальной.
Трехфазнаянагрузка Zа, Zв, Zс (обмотки статора АД) соединена на коротко, а тиристорыVS1—VS6 (рис.3.12), на которых выполнен инвертор, соединены по мостовой схеме ипо сигналам от блока управления системы ЧПУ открываются в требуемойпоследовательности.
/>
Рис.3.12инвертор управления коротко замкнутого статора.
Продолжительностьоткрытого состояния каждого тиристора l, составляет половину илитреть периода Тper=l/fper а сдвиг моментов открытия тиристоров VS1 — VS6составляет шестую часть этого периода.
Анализируяработу схемы рис. 3.11 оказывается, что при l=Трег/2, форма напряженияна фазах нагрузки соответствует кривым на рис. 3.13 с амплитудой напряжения,равной Е0
/>
Рис. 3.13.Диаграмма работы тиристоров и график изменения напряжения на нагрузке, при- l=Трег/2
В теченииинтервала I открыты тиристоры 1 и 6. Напряжение идет с фазы А на фазу В и равноU0 –оно положительно так как идет с плюсового вывода. На интервале II открытытиристоры 1 и 2, фазы А и С при этом приложенное напряжение меньше в двое инаправление токов на обмотке отрицательно.
Таким жеобразом можно описать схемы соединения фаз обмоток стартера для оставшихсяинтервалов. Напряжения на фазах нагрузки имеет ступенчатую форму.
Изменениязначений фазных токов с помощью регулятора тока позволит менять этот параметрпо ширине и скважности сигнала на вход тиристорного инвертора. Сигналы обратнойсвязи по току, приходящие с датчиков, контролирующих этот параметр от двух фаз,приходит на регулятор, где сравнивается с заданными (сформированными)значениями, полученными с управляющей ЧПУ которая и управляет процессом.
Параметрызначения величины и амплитуды напряжения на обмотках стартера преобразуется извеличины w снятого с тахогенератора-вращающегося трансформатора и такжерегулируются, в зависимости от заданных УЧПУ значений, управляя величиноймощности на управляемом выпрямителе. При поступлении положительных сигналов на входширотно- импульсного модулятора Uу=Uз-Uос он начинает генерировать импульсыуправления. А эти сигналы распределяются регулятором по тиристорам выпрямителя.Пусть при процессе обработки произошло увеличение момента нагрузки двигателя(увеличилась глубина шлифовки) в результате начнется снижение скорости вращениякруга. В соответствии с:
Uвых=Up-g*w,
где
Uвых-напряжение идущее с регулятора.
g-коэффициент обратной связи по скорости регулируемый за счет изменения тока сдатчиков
Величинасигнала Uу, величина рассогласования в регуляторе влияющая на работу ШИМ,начнет повышаться, что вызовет увеличение амплитуды напряжения обмоток иуменьшения скважности их токов- увеличение тока стартера и момента АД, чтоприведет к прекращению снижения скорости.3.10 Регулятор тока
Он включает в себя аналоговую(датчики тока, фазовращатели) и цифровую (схема выбора режимов, дешифраторкодов и формирователи). Датчики тока (ТТ1 и ТТ2) включены только в обмотках фазА и В
Фазоврашательпредставляет собой фильтр второго порядка, настроенный на частоту. ФВосуществляет формирование синусоидальной формы сигнала ТА', подавляявысокочастотные пульсации. При этом он вносит фазовый сдвиг сигнала ТА' на 60эл. градусов в сторону отставания по сравнению с сигналом ТА, поступающимнепосредственно с датчика тока. Датчик тока построен по принципу магнитногокомпаратора и конструктивно выполнен на ферритовом кольце.
/>/>
Рис.3.14Зависимость индуктивности обмотки lk датчика тока от намагниченности
Магнитноеполе, создаваемое фазным током двигателя компенсируется полем тока,протекающего по компенсационной обмотке wk трансформатора тока ТТ1 иТТ2. Поскольку число витков обмоток Wн и Wk разное, то обеспечиваетсямасштабирование по отношению к измеряемому току. Компенсационный ток Iк формируетсяимпульсным усилителем ИУ, управляемым компаратором D1. Переключение D1осуществляется производной от ЭДС самоиндукции на обмотке wk. ЭДСзависит от тока в обмотке wk и от индуктивности обмотки (рис. 3.14).
Знак тока Iкзависит от полярности напряжения Е NА на выходе ИУ.
Длительностьполу периодов устанавливается автоматически такой, что постоянная составляющаятока Iк в обмотке wk будет пропорциональна измеряемому току Iа.
На выходе ИУвключены индуктивности L1 и L2, исключающие резкое нарастание тока Iк.
В случае,если по какой-либо причине не произойдет переключение D1, нарастание сигнала ТАвызовет пробои стабилитронов VI и V2, что повлечет переключение D1 и возврат крабочему циклу намагничивания кольца.
/>
Рис. 3.15.Формирователь импульсов управления инвертором.
Схема формирователясигналов управления инвертором формирует сигналы КА1 и КА4 (фазы А). КB6 и КB3(фазы B), КC2 и К25 (фазы C). Схема формирователя представлена на рис. 3.15
Изменение уровнянапряжения обеспечивается элементами V46, V47, V40,V41, R77, R78.3.11 Регулятор скорости
Ииспользуется в приводе подачи. Он предназначен для формирования сигналовзадания фазных токов фаз А и В, для контроля функционирования контурарегулирования скорости и выработки сигналов “перегрев двигателя” и “превышениемомента” на валу двигателя.
Функциональнаясхема блока приведена в приложении.
Усилительрегулятора скорости (ОУ Dl, D2) выполнен по схеме ПИ-регулятора,вырабатывающего сигнал задания момента Uq… Уровень сигнала U определяетзадание момента на валу двигателя. Ограничение выполняется диоднымограничителем V6...V9. Повторитель на ОУ D2 служит для согласованияПИ-регулятора с последующими схемами.
/>
Рис. 3.16. Временныедиаграммы работы регулятора тока РТ
Припревышении уровня на выходе ПИ-регулятора (Dl) срабатывает компаратор D3,расположенный в схеме ФБЛ. Выдается сигнал блокировки ФБ в блок автоматики АП5.
Сигналзадания тока статора Tзс формируется в виде суммы двух векторов, модули которыхпропорциональны сигналам Ud и Uq. Векторное суммирование эквивалентносуммированию двух синусоидальных сигналов, смещенных на 60°, амплитуды которыхсоответственно пропорциональны Ud и Uq. Фаза полученного сигнала зависит отполярности и отношения (Uq/Ud). Суммирование выполняет ОУ D14.
Сигналзадания тока ротора Гзр, пропорциональный Uq, формируется в формирователе ФТР.Этот сигнал определяет (совместно с частотой скольжения) величину и направлениемомента на валу двигателя. 3.12 Математическоеописание асинхронного двигателя
Асинхроннаямашина представляет собой систему, как минимум двух обмоток, одна из которыхрасположена на неподвижной части (статоре), другая на вращающейся части(роторе) машины. Момент машины образуется в результате взаимодействия токов вэтих обмотках. Трехфазная обмотка статора подключается к питающей сети,трехфазная обмотка ротора замкнутая. Обмотки статора и ротора магнитосвязаны,поэтому потокосцепление обмотки статора определяется как токами, протекающимипо трем фазам обмотки статора, так и токами фаз ротора. Это же относится и кобмотке ротора. Таким образом, имеются две трехфазные обмотки, вращающиеся однаотносительно другой. Если к обмотке статора приложено трехфазное напряжение, аобмотка ротора замкнута, то мгновенные значения фазных напряжений статора иротора задаются следующими уравнениями:
/> (3.1)
Исходя изтеории результирующего вектора, описанной в системе уравнений 3.1, умножимпервое и четвертое уравнения системы (1) на />, второе и пятое на />, третье и шестое на />. Суммируя полученные произведения, получим:
/>
/>,
или
/> (3.2)
гдепотокосцепления Y1 и Y2 зависят от токов ротора истатора, а также от индуктивностей обмоток машины.
Определимвеличины потокосцеплений статора и ротора. Предположим, что статор и ротор трехфазногоасинхронного двигателя имеют симметричные обмотки, воздушный зазор по всейокружности ротора одинаков, магнитное поле в воздушном зазоре распределеносинусоидально, оси обмоток статора и ротора не совпадают, образуя произвольныйугол j (рис. 3.17). Устанавливаем величину полного магнитного потока,сцепленного со статорной обмоткой фазы A. Для этого учитываем магнитные поля,созданные фазными токами I1A, I1B, I1C.Принимаем, что индуктивности фазных обмоток статора одинаковы и равны l1,взаимные индуктивности фаз A-B, A-C и B-C также одинаковы и равны l0(по условиям симметрии асинхронной машины).
Тогда общиймагнитный поток, сцепленный со статорной обмоткой фазы A выразится следующимобразом:
/>.
Подставиввместо I1C величину (-I1A-I1B) (так как суммафазных токов асинхронного двигателя равна нулю), получим:
/>.
Проделаваналогичные операции с фазами B и C, запишем следующую систему уравнений:
/> (3.3)
Заметим, чтоиндуктивность фазной обмотки статора включает в себя индуктивности от полейрассеяния и от главного потока, то есть
l1=l1l+l10(3.4).
Так как, вобщем случае, взаимная индуктивность двух обмоток со сдвинутыми на некоторыйугол осями равна произведению взаимной индуктивности, которая имела бы местопри совпадении осей обмоток, на косинус угла между осями, то взаимнуюиндуктивность можно выразить соотношением:
/> (3.5).
Учитываявыражения (4) и (5), преобразуем систему уравнений (3) к следующему виду:
/> (3.6)
где
L1= l1l + 1,5×l10 = l1l + L0-полная индуктивность фазы статора.
Рассуждаяаналогичным образом относительно обмотки ротора, получим следующие выражениядля фазных потокосцеплений роторной обмотки с собственным потоком:
/> (3.7)
где
L2= l2l + L0 — полная индуктивность фазы ротора.
Определяемвеличину общего потокосцепления фазы A статора, созданного намагничивающимисилами статора и ротора:
/>
или,учитывая, что I2a + I2b + I2c = 0 и />:
/>
Выразиваналогичным образом потокосцепления для фаз статора B и C, запишем следующуюсистему уравнений:
/>
Учитывая, что/> и />, умножим первое уравнение системы (8) на />, второе на />, третье на /> и просуммируем полученные произведения:
/>
или
/> (3.9).
Таким жеобразом получим формулу потокосцепления ротора:
/>. (3.10)
Объединивуравнения (2), (10) и (11), получим систему уравнений обобщенного асинхронногодвигателя:
/>(3.7)
где
L0 — взаимная индуктивность обмоток статора и ротора,
L1 — индуктивность статора от потоков рассеяния,
L2 — индуктивность ротора от потоков рассеяния.3.13 Регулированиеосевого перемещения ротора
Величина ЭДС в статорнойобмотке Е1 двигателя определяется частотой тока ¦1, магнитным потоком Фми параметрами статорной обмотки (R об., W).
E1=и1и2и3¦1W1RобФм.(3.12)
Приближенно длянапряжения на стартере U1»E1
При этом
Фм=a*i*t*B0, (3.13)
где
i, t -геометрическиепараметры стартера
a- коэфициент полюсногоперекрытия (a=0.6¸0.8)
B0 — магнитная индукция взазоре.
Из уравнений следует,что:
U1 =и1и2и3¦1W1Rобa*i*t*B0, (3.14)
Откуда
B0=U/KU*¦1, (3.15)
где
КU= и1и2и3W1Rобa*i*t
Примем в качестведопущения, что B0=соnst внутри статора (на участке L), а за егопределами уменьшается по экспотенциальному закону.
B0=B0е-Кх
/>
Элементарная сила dFаприложенная к участку ротора шириной dx
dFa=kFB2dx=kFB20e-2Kx dx
после интегрированияполучаем:
Fa=/>(3.16)
Для малых смещений можетбыть использованна линейная модель зависимости силы от величины смещения.
Fa=KF*B20x=/>
Момент, развиваемыйдвигателем:
M=/>, (3.17)
где
S-скольжение ротора
Ri -параметрысопротивления обмоток
w=2p¦1 – круговая частота
То есть
M»Cm/>
и значит:
Fa=/>=/>
/>
Регулированиепроисходит путем управления ¦ на входе в преобразователь на выпрямителе. Здесьзадается от ЧПУ мощность привода так как система ШИМ позволяет производить регулированиена мощностях меньше наминала. Далее тиристорный инвертор увеличивая и уменьшаяU в обмотках статора компенсирует силу Fa смещением ротора магнитнымполем, также производя регулирование скорости вращения о момента на валу.
Определимвеличины потокосцеплений статора и ротора. Предположим, что статор и ротортрехфазного асинхронного двигателя имеют симметричные обмотки, воздушный зазорпо всей окружности ротора одинаков, магнитное поле в воздушном зазорераспределено синусоидально, оси обмоток статора и ротора не совпадают, образуяпроизвольный угол j (рис. 3.17).
4. Бжд 4.1 Анализ опасных ивредных факторов, возможных чрезвычайных ситуаций технического процесса
Примеханической обработке металлов, пластмасс и других материалов наметаллорежущих станках (токарных, фрезерных, сверлильных, шлифовальных,заточных и др.) возникает ряд физических, химических, психофизиологических иопасных биологических и вредных производственных факторов.
Движущиесячасти производственного оборудования, передвигающиеся изделия и заготовки;стружка обрабатываемых материалов, осколки инструментов, высокая температураповерхности обрабатываемых деталей и инструмента; повышенное напряжение вэлектроцепи или статического электричества, при котором может произойтизамыкание через тело человека — относятся к категории опасных физическихфакторов.
Так,при обработке хрупких материалов (чугуна, латуни, бронзы, графита, карболита, текстолитаи др.) на высоких скоростях резания стружка от станка разлетается назначительное расстояние (3—5 м). Металлическая стружка, особенно при точениивязких металлов (сталей), имеющая высокую температуру (400—600 °С) и большуюкинетическую энергию, представляет серьезную опасность не только дляработающего на станке, но и для лиц, находящихся вблизи станка. Наиболеераспространенными у станочников являются травмы глаз. Так, при токарнойобработке от общего числа производственных травм повреждение глаз превысило50%, при фрезеровании 10% и около 8% при заточке инструмента и шлифовании;Глаза повреждались отлетающей стружкой, пылевыми частицами обрабатываемогоматериала, осколками режущего инструмента и частицами абразива.
Вреднымифизическими производственными факторами, характерными для процесса резания,являются повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны; высокийуровень шума и вибрации; недостаточная освещенность рабочей зоны; наличиепрямой и отраженной блескости; повышенная пульсация светового потока. Приотсутствии средств защиты запыленность воздушной среды в зоне дыханиястаночников при точении, фрезеровании и сверлении хрупких материалов можетпревышать предельно допустимые концентрации. При точении латуни и бронзыколичество пыли в воздухе помещения относительно невелико (14,5-20 мг/м3).Однако некоторые сплавы (латунь ЛЦ40С и бронза Бр ОЦС 6-6-3) содержат свинец,поэтому токсичность пыли.
Продуктытермоокислительной деструкции (предельные и непредельные углеводороды, а также ароматическиеуглеводороды) могут вызывать наркотическое действие, изменения со стороныцентральной нервной системы, сосудистой системы, кроветворных органов,внутренних органов, а также кожно-трофические нарушения. Аэрозоль нефтяныхмасел, входящих в состав смазывающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ), может вызыватьраздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, способствоватьснижению иммунобиологической реактивности.
Квредным психофизиологическим производственным факторам процессов обработкиматериалов резанием можно отнести физические перегрузки при установке,закреплении и съеме крупногабаритных деталей, перенапряжение зрения,монотонность труда.
Кбиологическим факторам относятся болезнетворные микроорганизмы и бактерии,проявляющиеся при работе с СОЖ.
Приработе на станке также нельзя не учесть тяжесть работа персонала во времятехнологического процесса в производственном помещении. Данные об этомпараметре документированы в ГОСТ 12.1.005- 88 ССБТ. Общиесанитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. См. Рис.4.1.
Гдекатегория работы “средняя тяжесть 2б” — работы связанные с ходьбой и переноскойтяжестей до 10 кг
Допустимые иоптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости движениявоздуха в рабочей зоне производственных помещений.
Таблица 4.1Период года. Категория работы.
Температура С0 Относительная влажность % Скорость воздуха м/с. оптимальная допустимая оптимальная допустимая оптимальная допустимая холодный Ср.тяж.2б 17-19 15-21 40-60 Не более75 Не более 0.2 Не более 0.4 Теплый Ср.тяж.2б 20-22 16-21 40-60
Не более
55 при 28
60 при 27
65 при 26
70 при 25
75 при 24 Не более 0.3 0.2-0.5
К станкуподводится напряжение величиной в 380 В и частотой 50 Гц. Прикосновение ктоковедущим частям электрооборудования может вызвать серьезные электрическиетравмы. Допустимые значения силы тока для переменного тока — до 60 мА, дляпостоянного — 50…60 мА.
Причиной пожара может стать перегрев двигателей или другихузлов в результате перегрузок, а также неисправностей, самовозгорания проводки,короткого замыкания силовых цепей. Самовозгорание также может возникнуть из-заиспользуемых в процессе обработки СОЖ поэтому пожароопасность имеет категорию“В”.4.2 Разработка мербезопасности
Впроцессе металлообработки основные меры безопасности направлены напредотвращение попадания продуктов резания за зону обработки. В связи с этим напроектируемый шлифовальный станок устанавливают защитный кожух. Также в связи свысокой степенью автоматизации привода допускается и отсутствие оператора вовремя тех. процесса. Станок имеет повышенную точность изготовления и егоконструкция, не имеющая механических приводов для органа главного движения, недает опасной вибрации и шума.
Оценкауровня шума станка может быть проведена приближенно.
Основнымисточником шума являются электродвигатели и зона резания.
Уровеньшума двигателя оценивается согласно ГОСТ 16372-77
Примощности двигателя в 20 кВт.
Видстанка — шлифовальный.
Сучетом номинальной мощности (20кВт) и частотой вращения шпинделя (свыше 3150мин-1) выбираем уровень шума равный 95дБА. Вносим поправку с учетомвида станка и влияние этого параметра на шум от зоны резания.
ΔL=10дБА.
Lобщ=L+ ΔL=95+10=105 дБА.
Придопустимом уровне шума Lобщ=80 дБА. При этих значениях необходимоиспользовать звукозащитный кожух, что соответствует КЛАССУ 4 – уменьшение шумана 15 дБА.
Lобщ=105-15=90дБА.
Рабочееместо оператора при станке должно быть удобным и не стеснять действий. Работапо наладке и смене заготовок должна вестись в хорошо оборудованном и освещенномместе. Расчеты освещения и средств по поддержанию микроклимата рабочего местанеобходимы, так как операция обработки связана с большой точностью и объемомпроизводства, где сбои в программе выпуска недопустимы.
4.2.1 Меры безопасностипри работе в производственных помещениях
Производственныепомещения, в которых осуществляются процессы обработки резанием, могутсоответствовать требованиям СНиП 11-2—80, СНиП 11-89—80, санитарных нормпроектирования промышленных предприятий СИ 245—71. Бытовые помещениясоответствуют требованиям СНиП II-92—76. Все помещения оборудованы средствамипожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83.
Полировальные и шлифовальные отделения помещений относятсясоответственно к помещениям взрывопожарных производств категории Б и к классуВ.4.2.2 Вентиляции впроизводственных помещениях
Дляобеспечения чистоты воздуха и нормализации параметров микроклимата впроизводственных помещениях помимо местных отсасывающих устройств,обеспечивающих удаление вредных веществ из зоны резания (пыли, мелкой стружки иаэрозолей СОЖ) должна быть предусмотрена приточно-вытяжная обще обменнаясистема вентиляции.
Помещения, вкоторых хранятся и готовятся растворы бактерицидов для СОЖ, должны бытьоборудованы местной вытяжной вентиляцией.
Воздуховодыдля удаления пыли титановых и магниевых сплавов должны иметь гладкие внутренниеповерхности без карманов и углублений (исключающих скапливание пыли),минимальные длину и число поворотов. Радиусы закруглений должны быть не менеетрех диаметров. Воздуховоды установок для отсасывания магниевой пыли должныбыть оборудованы предохранительными клапанами, открывающимися наружу из взрывоопасногопомещения.
Воздух,удаляемый местными отсасывающими устройствами при обработке магниевых сплавовна полировальных и шлифовальных станках, должен быть очищен в масляных фильтрахдо поступления его в вентилятор. Фильтры и вентиляторы должны быть изолированыот цеха, где производится обработка резанием. Во избежание опасности завихренияи образования взрывоопасной смеси магниевой пыли с воздухом не допускаетсяприменять для очистки сухие центробежные циклоны и суконные фильтры.
Помещения вцехах и на участках обработки резанием, пребывание в которых связано сопасностью для работающих, например обработка бериллия, должны быть отделены отдругих помещений изолирующими перегородками, иметь местную вытяжную вентиляциюи знаки безопасности по ГОСТ 12.4.026—76*.
Для снятиястатического электричества пылеприемники и воздуховоды вентиляционных установокдолжны иметь заземление по ГОСТ 12.1.030-81.
Помещения ивоздуховоды от местных отсосов и общеобменной вентиляции должны очищаться пографику, утвержденному в соответствии с принятой на предприятии формойвнутреннейдокументации.
Всоответствии с требованиями СНиП II-33-75 ворота, двери и технологическиепроемы должны быть оборудованы воздушными и воздушно-тепловыми завесами.4.2.3 Освещению впроизводственных помещениях
Естественноеи искусственное освещение производственных помещений должно соответствоватьтребованиям СНиП 23-05-95.Для зданий, расположенных в III и IV климатическихрайонах, должны быть предусмотрены солнцезащитные устройства. В помещениях снедостаточным естественным светом и без естественного света должны применятьсяустановки искусственного ультрафиолетового облучения в соответствии с СН245-71. Для местного освещения следует применять светильники, установленные наметаллорежущих станках и отрегулированные так, чтобы освещенность в рабочейзоне была не ниже значений. Для местного освещения должны использоватьсясветильники с не просвечиваемыми отражателями с защитным углом не менее 30°.Кроме того, должны быть предусмотрены меры по снижению отраженной блескости.
Чисткастекол, оконных проемов и световых фонарей должна проводиться не реже двух разв год. Чистка ламп и осветительной арматуры для инструментальных цехов должнапроводиться не реже двух раз в год, а для остальных производственных помещений- не реже четырех раз в год.
Нормированиепроектирования искусственного и естественного освещения производится дляобеспечения не только удобства, но и качества производственного процесса Рис4.2. Хорошее освещение при высокоточной работе снижает вероятность привизуальном контроле параметров обработки.
Таблица 4.2Степень точности зрительной работы Наименьший размер объекта различения мм. Контраст объекта различения с фоном Характеристика фона Освещенность Искусственная лк. Коэффициент естественного освещения % комбин. общее
Верхнее,
комбин. боковое 1 2 3 4 5 6 7 8 Очень высокая От 0.15-0.3 Средний Темный 3000 750 7 2.5 4.2.4 Размещениепроизводственного оборудования и организация рабочих мест
Дляработающих, участвующих в технологическом процессе обработки резанием, должныбыть обеспечены удобные рабочие места, не стесняющие их действий во времявыполнения работы. На рабочих местах должна быть предусмотрена площадь, накоторой размещаются стеллажи, тара, столы и другие устройства для размещенияоснастки, материалов, заготовок, полуфабрикатов, готовых деталей и отходовпроизводства.
Для работысидя рабочее место оператора должно иметь кресло (стул, сиденье) срегулируемыми наклоном спинки и высотой сиденья. Эргономические требования привыполнении работ сидя и стоя приведены в ГОСТ 12.2.032-78, ГОСТ 12.2.033-78.
На каждомрабочем месте около станка на полу должны быть деревянные решетки на всю длинурабочей зоны, а по ширине не менее 0,6 м от выступающих частей станка.
Приразработке технологических процессов необходимо предусматривать рациональнуюорганизацию рабочих мест.
Удобноерасположение инструмента и приспособлений в тумбочках и на стеллажах, заготовокв специализированной таре, применение планшетов для чертежей позволяет снизитьутомление и производственный травматизм рабочего. Типовые схемы организациирабочих мест станочников разработаны специалистами “Оргстанкинпром”Минстанкопрома.
За базовыйпринят плоскошлифовальный станок мод. ЗЕ711В-1 высокой точности. Справа отрабочего находится приемный стол 5 и стеллаж 6 для приспособлений с выдвижнойплатформой, на которой закреплен стеллаж 7 для хранения абразивов. Справа отрабочего расположены тумбочка 2 и бак охлаждения 8. Перед станком под ногирабочего устанавливается регулируемая подставка 3, имеется стул 4 для отдыха.
Расстановка в цехах и перестановка действующеготехнологического оборудования должны отражаться на технологической планировке,утверждаемой администрацией по согласованию с главными ширина груза,перемещаемого подвесным конвейером, талью на монорельсе;
Ширинацеховых проходов и проездов, расстояние между металлорежущими станками иэлементами зданий должны устанавливаться в зависимости от применяемогооборудования, транспортных средств, обрабатываемых заготовок и материалов.Проходы и проезды в цехах и на участках должны обозначаться разграничительнымилиниями белого цвета шириной не менее 100мм.
На территориицеха или участка проходы, проезды, люки колодцев должны быть свободными, незагромождаться материалами, заготовками, полуфабрикатами, деталями, отходамипроизводства и тарой.
Материалы,детали, готовые изделия у рабочих мест должны укладываться на стеллажи и вящики способом, обеспечивающим их устойчивость и удобство захвата прииспользовании грузоподъемных механизмов. Высоту штабелей заготовок на рабочемместе следует выбирать исходя из условий их устойчивости и удобства снятия сних деталей, но не выше 1 м; ширина между штабелями должна быть не менее 0,8.
Освобождающаясятара и упаковочные материалы необходимо своевременно удалять с рабочих мест вспециально отведенные места.4.2.5 Меры безопасноститехнологического процесса
Разработкатехнологической документации, организация и выполнение технологическихпроцессов обработки резанием должны соответствовать требованиям системыстандартов безопасности труда ГОСТ 12.3.002—75* “Процессы производственные.Общие требования безопасности” и ГОСТ 12.3.025—80 “Обработка металлов резанием.Требования безопасности”.
Дляобеспечения безопасности работы режимы резания должны соответствоватьтребованиям стандартов и техническим условиям для соответствующего инструмента.
Припроектировании, организации и проведении технологического процесса сборкинеобходимо учитывать требования безопасности как общие для всего процесса, таки для каждой операции по видам работ. Основными требованиями безопасности дляпроцесса являются:
-заменаопераций, связанных с возникновением опасных и вредных производственныхфакторов, операциями, при которых этих факторов нет или они обладают меньшейинтенсивностью;
-заменавредных веществ безвредными или менее вредными, сухих способов обработкипылящих материалов — мокрыми;
-повышениеуровня механизации работ путем широкого применения механизированногоинструмента, сборочных испытательных стендов, приспособлений смеханизированными зажимами;
-комплекснаямеханизация и автоматизация производства, где используется ручной труд, путемширокого применения автоматических линий, полуавтоматов и роботов, автоматов спрограммным управлением, дистанционное управление операциями при наличииопасных и вредных факторов;
-оснащениецехов средствами внутрицехового транспорта, встраивание транспортных средств втехнологические линии и участки, создание комплексных транспортных систем,увязанных с выполнением основных технологических операций;
-применениесредств коллективной и индивидуальной защиты работающих;
-рациональнаяорганизация труда и отдыха с целью профилактики монотонности и гиподинамии, атакже ограничение тяжести труда;
-своевременноеполучение информации о возникновении опасных и вредных производственныхфакторов на отдельных технологических операциях;
-внедрениесистемы контроля и управления технологического процесса, обеспечивающее защитуработающих и аварийное отключение производственного оборудования;
-своевременноеудаление и обезвреживание отходов производства, являющихся источниками опасныхи вредных факторов.
Установкаобрабатываемых заготовок и снятие готовых деталей во время работы оборудованиядопускается вне зоны обработки, при применении специальных позиционныхприспособлений (например, поворотных столов), обеспечивающих безопасность трудаработающих. При обработке резанием заготовок, выходящих за пределыоборудования, должны быть установлены переносные ограждения и знакибезопасности по ГОСТ 12.4.026-76*.
Дляисключения соприкосновения рук станочников с движущимися приспособлениями иинструментом при установке заготовок и снятии деталей должны применятьсяавтоматические устройства (механические руки, револьверные приспособления,бункеры и др.).
Контроль настанках размеров обрабатываемых заготовок и снятие деталей для контроля должныпроводиться лишь при отключенных механизмах вращения или перемещения заготовок,инструмента и приспособлений.
Дляохлаждения зоны резания допускается применять минеральное масло с температуройвспышки не ниже 150°, свободное от кислот и влаги. СОЖ должны подаваться в зонурезания методом распыления в соответствии с гигиеническими требованиями,утвержденными Минздравом СССР, и при циркуляции в зоне охлаждения подвергатьсяочистке.
Шлифовальныйинструмент и элементы его крепления (болты, гайки, фланцы) должны бытьограждены кожухами, прочно закрепленными на станке. Зазор между наружнымдиаметром нового круга и кожухом должен быть не менее 9 мм для кругов наружнымдиаметром до 100 мм; 10 мм — для кругов 100—300 мм; 15мм— для круговсвыше 300 мм. Зазор между боковой стенкой кожуха и фланцами для крепления круганаибольшей высоты, применяемого на данном станке, должен быть не менее 5 мм.При работе съемная крышка защитного кожуха должна быть надежно закреплена.
При работе салмазным отрезным, камнеобрабатывающим, правящим инструментом должныприменяться средства защиты (кожухи, ограждения, колпаки и т. п.), входящие вкомплект поставки оборудования, на котором применяется алмазный инструмент.
Стружку(отходы производства) от металлорежущих станков и с рабочих мест следуетубирать механизированными способами. Транспортирование стружек отпылестружкоприемняка осуществляется посредством резинового или металлическогорукава, длину которого выбирают, исходя из удобства обслуживания станка.Воздух, поступающий в помещение цеха, подвергается двухступенчатой очистке: напервой ступени от стружки и крупной пыли в стружкоотделителе — циклоне, навторой ступени — от мелкодисперсной пыли — через фильтр. Рукавный матерчатыйфильтр из лавсана встроен в циклон. Смесь воздуха, стружки и пыли необходимо очищатьот стружки и пыли перед вентилятором с тем, чтобы продлить срок службыустановки. Для своевременной разгрузки бункера циклона от сухой элементнойстружки и пыли предусмотрен автоматический клапан, работа которогорегулируется. Для улавливания масляного тумана, отходящего от металлорежущихстанков, применяют серийно изготовляемый агрегат АЭ2-12.
На первойступени используется инерционный эффект очистки от крупных частиц и капельмасла (кольцевая камера 2), вторая ступень выполнена в виде патронов, заполненныхмногослойной тонкой сеткой, а третья ступень (фильтр-шумоглушитель 3) состоитиз нескольких слоев дырчатого пенополиуретана, которые размещены послевентилятора 4 и служат одновременно глушителем шума
В рядеслучаев пневматические транспортные рукава от нескольких станков объединяют втранспортную сеть
Пневмотранспортнуюсеть прокладывают в местах, доступных для осмотра и ремонта. Для прочисткипневмотранспортной сети групповых пыле-стружкоотсасывающих установок безразъема трубопроводов следует предусматривать устройство герметичных люковпосле колен и отводов, а также на горизонтальных участках сети. В последнемслучае расстояние между люками принимается не более 12 м.
Припроектировании пневматических и пылестружкоотсасывающих установок следует учитыватьмодель станка, процесс обработки, обрабатываемый материал, количествоотделяющейся стружки в единицу времени, насыпную плотность стружки и другиефакторы, исходя из которых, определяются транспортные скорости, сопротивление втрубопроводах, а также объемный расход удаляемого воздуха.
Порядокрасчета систем и установок непрерывного удаления стружки и пыли непосредственноиз зоны резания следующий:
а)устанавливают объемный расход воздуха, исходя из принятой транспортной скоростии диаметра трубопровода;
б) определяютпотери давления в сети;
в) подбираютвентиляторы и электродвигатели. Расход воздуха (M'/c), перемещающего смесь.4.2.6 Меры безопасностипри использовани СОЖ и ПАВ в технологическом процессе
Выбор СОЖнеобходимо осуществлять, учитывая, что следующие их виды имеют соответствующееразрешение Министерства здравоохранения СССР в соответствии с ГОСТ 12.3.025-80:
масляные СОЖ:МР-1; MP-2y,^P-3; МР-4; МР-6/3; ОСМ-3; СМ-5; ЛЗ-СОЖ 2СО: МЗ-СОЖ 2СИО; ЛЗ-1ПО;ЛЗ-1ПИО;3-СОЖ IT; ЛЗ-ЭМ/30: ЛЗ-СОЖ8 (5-10%-ная эмульсия);
эмульсоры:укринол-1 (эмульсии 1.5; 3,3; 5,7; 10; 16%-ные); аквол-2 (эмульсии 3; 5,7;10%-ные); ИХП-45Э (эмульсии 5; 10%-ные);
синтетическиеи полусинтетические жидкости: аквол-10 (эмульсии 2
,5.7_10%-ные,аквол-11 (эмульсии 3; 5,5; 10%-ные); НСК-5у (эмульсия 10%-ная).
Антимикробнаязащита СОЖ должна проводиться добавлением бактерицидных присадок ипериодической пастеризацией жидкости.
ПастеризацияСОЖ проводится нагреванием до 75-80 °С, кратковременной выдержкой и последующимохлаждением в регенераторе или охладителе до рабочей температуры.
Периодичностьзамены СОЖ должна устанавливаться по результатам контроля ее содержания, но нереже одного раза в шесть месяцев при лезвийной обработке одного раза в месяц —при абразивной обработке для масляных СОЖ и одного раза в три месяца для водныхСОЖ. Очистку емкостей для приготовления СОЖ, трубопроводов и систем подачиследует проводить один раз в 6 мес., для масляных и один в 3 мес. для водныхСОЖ.
Хранить итранспортировать СОЖ необходимо в чистых стальных резервуарах, цистернах,бочках, бидонах и банках, а также в емкостях, изготовленных из белой шерсти,оцинкованного листа или пластмасс. СОЖ должны храниться в помещениях всоответствии с требованиями СНиП П-106-72.
ОтработанныеСОЖ необходимо собирать в специальные емкости. Водную и масляную фазу можноиспользовать в качестве компонентов для приготовления эмульсий. Масляная фазаэмульсий может поступать на регенерацию или сжигаться. Концентрация нефтепродуктовв сточных водах при сбросе их в канализацию должна соответствовать требованиямСНиП II-32-74. Водную фазу СОЖ очищают по ПДК или разбавляют до допустимогосодержания нефтепродуктов и сливают в канализацию.
Дляобезжиривания деталей можно вместо органических растворителей применитьхимическое и электрохимическое обезжиривание в щелочных растворах,поверхностно-активные вещества (ПАВ), заменить хлорированные углеводородысинтетическими моющими средствами. К числу ПАВ, выпускаемых промышленностью,относятся сульфанол НП-1, сульфанол НП-3, продукт ДС-РАС, смачиватель Д Б,эмульгаторы ОП-7 и ОП-10. Концентрация ПАВ, достаточная для оптимальногосмачивания загрязненных поверхностей, составляет 2—6 г/л, а для моющих средств4—8 г/л. Следует иметь в виду, что рабочая температура для ОП-7 60-75° длясульфинола, ДС-РАС 75-85 °С. Получили применение ПАВ — синтамолы МЦ-10 и ДТ-7,альфанолы, синтамид и пр. Обладая свойствами, близкими к свойствам эмульгаторовОП-7 и ОП-10, они подвержены биологическому разложению, исключая тем самымзагрязнение окружающей среды. Для промывки и обезжиривания следует применятьжидкость и растворы, приготовляемые на предприятии централизованно по рецептам,согласованным с местными органами санитарного надзора. В случае применениялегковоспламеняющихся жидкостей рабочие места для промывки и обезжириваниядолжны быть оборудованы местной вытяжной вентиляцией во взрывобезопасномисполнении. Количество легковоспламеняющихся жидкостей на рабочем месте недолжно превышать сменной потребности. По окончании смены эти жидкостинеобходимо сливать в плотно закрывающиеся небьющиеся сосуды и сдавать нахранение в специальные кладовые. Обтирочный материал следует хранить вметаллической таре с плотно закрывающейся крышкой. Использованные обтирочныематериалы должны ежедневно в конце смены удаляться с рабочих мест.4.2.7 Операции связанные сиспользованием вредных веществ
Приорганизации работы в замкнутых агрегатах с температурой воздуха 30 °С и вышедолжно предусматриваться чередование в работе подручных и ведущих клепальщиковчерез определенные промежутки времени работы; организуется вентиляция дляобдува работающих, обеспечивающая подвижность воздуха на рабочем месте впределах 0,5—1,5 м/с, при этом разница температур подаваемого воздуха и воздухав агрегате не должна превышать 5 0С.
Приполировании в процессе сборки рекомендуется замена хромсодержащих полировальныхпаст составами, в которых нет соединений хрома или они имеются в небольшомколичестве; допускается вводить в пасты безвредный порошок электрокорундавместо окиси хрома или заменять вредный стеарин жировыми кислотами; в составпаст нередко вместо говяжьего жира вводят гудронное сало, что уменьшаетконцентрацию вредных летучих веществ и снижает загазованность воздушной среды. 4.2.8 Опасное действиешума и вибрации и защиты от него
Динамический диапазонзвуков, воспринимаемых человеком, простирается от порога слышимости (0 дБ) допорога болевых ощущений (130 дБ). При воздействии на ухо шума с уровнемзвукового давления более 145 дБ возможен разрыв барабанной перепонки.
Под воздействиемпродолжительного громкого шума острота слуха снижается. Такое временноеснижение слуховой чувствительности (адаптация слуха) представляет собойзащитную реакцию организма. Наступающее вслед за адаптацией слуховое и общееутомление является первым симптомом патологического процесса, которыйпостепенно развивается в тугоухость, а иногда и полную глухоту.
Действие шума на организмчеловека не ограничивается только поражением слуха. Через центральную нервнуюсистему органы слуха связаны с другими органами. Интенсивный шум воздействует впервую очередь на центральную нервную систему, что ведет к нарушению еерегуляторной функции, а это отрицательно сказывается на деятельности внутреннихорганов и кровообращении. Под влиянием сильного шума (90—100 дБ) притупляетсяострота зрения, появляются головные боли и головокружение, нарушаются ритмдыхания и пульс, повышается артериальное кровяное давление, сокращаетсявыделение желудочного сока, снижается кислотность, что может привести кгипертонии, гастриту и другим болезням. Особенно вреден для человека импульсныйшум.
Совокупность возникающихпод действием шума нежелательных изменений в организме человека можнорассматривать как шумовую болезнь.
В производственныхусловиях интенсивный шум делает неразборчивыми речь и звуковые сигналы, чтозатрудняет общение между работающими, отрицательно влияет на их психику инарушает условия безопасности труда. Вызываемое шумом утомление ослабляетвнимание и замедляет психические реакции, что приводит к увеличению брака итравматизму. Шум высоких уровней снижает производительность труда на 15—20%.
Вибрация воспринимаетсяорганизмом человека лишь при непосредственном контакте с вибрирующим телом. Взависимости от того, на какие части тела распространяются механическиеколебания, различают общую и местную (локальную) вибрацию.
Общая вибрацияраспространяется на все тело и происходит, как правило, от вибрацииповерхности, на которой находится человек (пол, сиденье, виброплатформа и т.п.). Наиболее опасна вибрация тела с частотой, совпадающей с собственнойчастотой внутренних органов (7—9 Гц), могущая привести к механическимповреждениям последних вследствие резонансных явлений.
Под действием вибрациикак локальной, так и общей, наблюдаются нарушения деятельности центральнойнервной системы. Комплекс симптомов, характерный для воздействия вибрации,получил название вибрационной болезни. Больные вибрационной болезнью обычножалуются на мышечную слабость и быструю утомляемость.
Шум и вибрация оказываютотрицательное воздействие также на сооружения, конструкции, механизмы. Так,интенсивный шум ускоряет коррозию металлов. Вибрация наносит еще больший вред,постепенно разрушая здания и другие сооружения, вызывая усталостные явления вдеталях машин, особенно при возникновении резонанса, и приводя к их поломке.Вибрация в производственных помещениях, особенно в тех случаях, когда онапередается прецизионному оборудованию, существенно затрудняет или даже делаетневозможной обработку деталей по высоким классам точности и шероховатости. 4.3 Анализ вредноговоздействия тех процесса на природу и разработка мероприятий по ее защите
4.3.1 Классификация ихарактеристика мероприятий по охране окружающей среды от промышленныхзагрязнений
Под методами охраныокружающей среды от загрязнения отходами производства понимают совокупностьтехнических и организационных мероприятий, позволяющих свести к минимуму или —в идеале — совершенно исключить выбросы в биосферу как материальных, так иэнергетических загрязнений.
Следует сразу жеоговориться, что каких-либо универсальных рецептов, радикально решающихпроблему борьбы с загрязнениями, пока, к сожалению, не существует. Метод,дающий хорошие результаты в случае данного загрязнения определеннойконцентрации или уровня, может оказаться бесполезным или малоэффективным вдругих условиях. Наиболее эффективным обычно оказывается сочетание несколькихметодов борьбы с загрязнениями, рационально подобранных применительно к томуили иному конкретному случаю.
Классификация методовохраны окружающей среды от промышленных загрязнений представлена на Рис.4.3.Как явствует из этой схемы, все способы борьбы с загрязнениями можно разбить надве большие группы: пассивные и активные.
/>
Рис.4.3
К числу пассивныхотносятся методы, использование которых не связано с непосредственнымвоздействием на источник загрязнения. Эти традиционно применяемые методы,носящие защитный характер, делятся, в свою очередь, на три подгруппы — рациональное размещение источников загрязнений, (как материальных, так иэнергетических), локализацию загрязнений и очистку выбросов в биосферу. Нанынешнем уровне развития технологии применение пассивных методов являетсяосновным средством борьбы с загрязнением окружающей среды.
Сущность активных методовзаключается в совершенствовании существующих и разработке новых технологическихпроцессов, оборудования и оснастки с целью максимального снижения массы,объема, концентрации материальных или уровня энергетических загрязнении всякогорода. Очевидно, что при таком подходе проблема устранения загрязнений решаетсярадикально. Поэтому активным методам как более прогрессивным последние годыуделяется все большее внимание. Однако разработка и внедрение этих методов вомногих случаях связаны с изменением существующей технологии производства.
Вопрос о рациональномразмещении источников загрязнений (“защите расстоянием”) решается на различныхуровнях (общегосударственным, региональном, местном) в зависимости от ихмасштаба (расположение территориально-производственных комплексов на территориистраны, производственных объединений и отдельных предприятий в республике,области или городе, цехов внутри предприятия, оборудования внутри цеха), причемучитывается большое количество разных факторов (уровень производственныхвредностей, рельеф местности, метеорологические условия, вопросы водоснабженияи канализации, населенность, планировка производственных зданий и кварталовжилой застройки, особенности применяемой технологии производства и т. д.).
Примером рациональногоразмещения источников загрязнения может служить надлежащий выбор высоты дымовыхтруб, выбрасывающих в воздушный бассейн продукты сгорания, образующиеся приработе электростанций и котельных. При достаточно высокой дымовой трубе,загрязненный газ достигает приземного слоя атмосферы на значительном расстоянииот трубы, когда содержащиеся в нем вредные вещества уже успеют рассеяться ватмосфере. Следует, однако, оговориться, что приведенный пример иллюстрируетвозможность снижения уровня загрязнений воздушного бассейна в локальном или, влучшем случае, региональном, но отнюдь не в глобальном масштабе, посколькуаккумулирующиеся в атмосфере вредные вещества рано или поздно опускаются вприземной слой атмосферы и на землю.
Для снижения уровнейэнергетических загрязнений применяются средства защиты, обеспечивающие ихчастичную локализацию. К ним относятся экранирование источников шума,электромагнитных полей и ионизирующих излучений, поглощение шума, демпфированиеи динамическое гашение вибраций.
Более высокая степеньлокализации загрязнений может быть достигнута путем изоляции и герметизации ихисточников. Такая герметизация осуществляется с помощью специальных камер,кожухов, боксов и т. п., в которые заключается технологическое оборудование,выделяющее загрязняющие окружающую среду вещества или излучения. В качествепримера можно привести выполняемую в камере окраску изделии распылением. Влитейном производстве снижению пылеобразования в значительной мере способствуетгерметизация вспомогательного оборудования, в частности применение закрытыхвибрационных конвейеров и пневмотранспорта всасывающего типа для перемещениясыпучих пылящих материалов. Изоляция шумного оборудования позволяет намногоснизить уровень шума.4.3.2 Классификацияотходов. Утилизация отходов производства
Как уже указывалось, впроцессе машиностроительного производства образуются большие количестваразнообразных отходов. Эти отходы можно разбить на две группы — основные ипобочные.
Основными являются отходытвердых материалов, используемых непосредственно для изготовления деталеймашин, приборов и других изделий, полностью или частично утратившиепервоначальные потребительские качества. Это в первую очередь металлическиеотходы всех видов, а также отходы металлосодержащие (окалина, шламы, шлаки) инеметаллические (древесина, пластмассы, резина и т. п.). Сюда же следуетотнести и производственный мусор. К побочным относятся отходы веществ,применяемых или образующихся при проведении технологических процессов. Побочныеотходы могут быть твердыми (зола, абразивы, древесные отходы модельных цехов),жидкими (СОЖ, минеральные масла и другие нефтепродукты, отработанные травильныерастворы и электролиты) и газообразными (отходящие газы).
Наконец, многиетехнологические процессы сопровождаются выделением теплоты, являющейсяэнергетическим отходом производства.
Использование вторичныхсырьевых ресурсов и отходов производства — одно из важнейших направленийповышения эффективности производства является необходимым условием сниженияуровня промышленного загрязнения окружающей среды.
Известные, в настоящеевремя, методы позволяют в принципе утилизировать практически все названные вышеотходы производства, как основные, так и побочные (утилизация последнихосуществляется преимущественно путем их регенерации и рекуперации, т. е.восстановления исходных свойств отработанных материалов или температурытеплоносителя для повторного использования в технологических процессах). Ксожалению, далеко не все из этих методов сочетают в себе эффективность сэкономичностью и универсальностью. Поэтому сейчас во всех технически. Несмотряна применение при обработке резанием различных методов стружколомания,значительная часть образующейся стружки имеет вьюнообразный характер и низкуюнасыпную массу — от 0,15 до 0,60 т/м3. Не говоря уже о трудноститранспортировки такой стружки, при переплаве ее в металлургических агрегатахувеличивается продолжительность плавки, а угар металла достигает 20%. Поэтомувьюнообразную стружку подвергают дроблению на стружкодробилках различных типов(фрезерных, молотковых и валковых). Бузулукским заводом тяжелого машиностроениясерийно выпускается стружкодробильный агрегат СДА-7
В металлической стружке,предназначенной для переплава, суммарное содержание безвредных примесей, влагии масла не должно превышать 3%. Наличие этих примесей сверх указанного пределаприводит к ухудшению качества выплавляемого металла и к загрязнению окружающейсреды. В то же время стружка содержит до 20% и более СОЖ (эмульсий, масел и т.п.). Поэтому стружку подвергают обезжириванию, используя центрифуги,моечно-сушильные установки и нагревательные печи.
Отделение влаги и СОЖ отстружки при обработке ее на центрифугах происходит под действием центробежныхсил. На некоторых предприятиях (ЗИЛ, Воронежский механический завод и др.)созданы установки для промывки стружки в горячей воде или специальном щелочномрастворе с последующей ее просушкой. Наиболее полно удаляется СОЖ из стружкипри ее обжиге в нагревательных печах (чаще всего барабанного типа,изготовляемых на основе сушильных барабанов, выпускаемых Бердичевским заводом“Прогресс”).
Для приведенияметаллической стружки в компактное состояние применяется холодное и горячеебрикетирование Рис.4.6 — процесс уплотнения стружки под воздействиемопределенных механических нагрузок, при которых из стружки получают брикетыплотностью не менее 4000 кг/м3.
По форме брикет чащевсего представляет собой цилиндр с отношением высоты к диаметру 0,4—0,7.мНаибольшее распространение получил метод брикетирование стружки в холодномсостоянии на специальных брикет прессах различных конструкций.
К достоинствам способахолодного брикетирования относятся сравнительно высокая производительность,возможность механизации процесса.4.4 Выводы по разделуБЖД
Вразделе безопасность жизнедеятельности проведен анализ опасных и вредныхфакторов, возможных чрезвычайных ситуаций, возникающих при механическойобработке на шлифовальном станке, а также проведен расчет уровня шума станка.Рассмотрены основные требования к мерам безопасности и безвредности работы наместе наладчика оператора. Разработаны меры безопасности при эксплуатации станка.Проведена экологическая оценка тех процесса и предложены меры по сбору иутилизации отходов методом холодного брикетирования.
5. Организационно-экономический раздел5.1 Разработкабизнес-плана организации специализированной фирмы по разработке программногопродукта для автоматизации металлорежущего оборудования
Цель автоматизациишлифовального процесса путем разработки автоматической системы управления параметровстанка является – повышение производительности станка, получение деталейлучшего качества и увеличение срока службы дорогостоящих подшипниковых узловстанка. С помощью применения этой автоматизации отпадет надобность вдополнительных манипуляциях механического регулирования, что приведет кувеличению производительности труда.
Бизнес-план занимает одноиз важнейших мест в планировании работы предприятия. Зарубежные бизнесменыдавно осознали, что без бизнес-плана нельзя начинать сколько-нибудь стоящее коммерческоемероприятие. Американский опыт становления малого бизнеса свидетельствует, чтоесли вы начинаете собственное дело без бизнес-плана, то, в скором временистанете банкротом. Больше того, как показывает мировая практика, бизнес-планнужен всем: и тем, у кого вы собираетесь просить деньги на реализацию своегопроекта (банкирам и инвесторам), и вашим сотрудникам, желающим знать своиперспективы и четче понять свои задачи, а главное — вам самому, чтобы тщательнопроанализировать свои идеи, проверить их на реалистичность.
Цель бизнес-плана –смоделировать вашу будущую деятельность, доказать ее экономическуюцелесообразность и эффективность, возможность возврата в договорные срокивзятых взаймы средств, определение опасных мест в бизнесе и мероприятий попрофилактике риска, чтобы во время работы над ним еще раз все проанализироватьи понять, хватит ли у него средств и сил для продолжения задуманного плана. Ноличное участие руководителя в работе не означает, что над бизнес-планом будутработать лишь сотрудники данного предприятия. Наоборот, все больше привлекаютсяк работе консультанты со стороны, что позволяет рассматривать проделаннуюработу независимым взглядом. Только объединив все усилия сотрудников,консультантов и руководителя можно достичь поставленных целей и составитьграмотный, а главное «жизнеспособный» бизнес-план, позволяющийдостичь поставленных перед предприятием задач.
Бизнес план имеетстандартную форму, включающую в себя 11 разделов, составляется на 3-5 летвперед
Разделыбизнес-плана:
1) Резюме.
2) Нашпродукт или вид услуг.
3) Оценкарынка сбыта.
4)Конкуренция.
5) Стратегиямаркетинга.
6) Планпроизводства.
7)Организационный план.
8)Юридический план.
9) Финансовыйплан.
10) Оценкариска и страхование.
11) Стратегияфинансирования.5.2 Резюме
Есть небольшое количествосредних и больших по размерам фирм занимающихся разработкой и производствомметаллообрабатывающего оборудования для них, в первую очередь, и направленданный продукт.
Предполагаетсяавтоматизировать часть процесса обработки детали типа кольцо ступенчатое.Ступенчатое кольцо крепится к валу ротора электрических машин для стопорения ирегулировки подшипника.
Это позволяет:
-снизить трудоемкостьобработки
-снизить себестоимостьобработки
-сократить времяобработки и обслуживания.
Ожидаемый частный годовойэкономический эффект от автоматизации шлифовального процесса путем разработкиавтоматической системы управления параметров станка является снижение затрат наобработку детали типа кольцо ступенчатое при годовой программе выпуска 1000 ед.5.3 Наш продукт
Обрабатываемая деталь –ступенчатое кольцо, применяемое в электрических машинах, а именно в ихподшипниковых узлах. Кольцо крепится на валу ротора и выполняет задачустопорение подшипников качения, являющихся опорой вала. Кольцо препятствуетпрокручиванию и движению подшипников что позволяет регулировать жесткость ихпосадки. Годовая программа выпуска 1000 ед. 5.4 Оценка рынка сбыта
Покупателямиданного вида продукции являются производители двигателей, как постоянного, таки переменного тока, поскольку в любых моделях двигателей используютсяподшипники качения. Отличительными чертами предлагаемой продукции являютсякачество и точность сопрягаемых поверхностей.
В связи стем, что электрические машины работают на больших скоростях, подшипникивоспринимают большие нагрузки, что может привести к их заклиниванию и выходу изстроя подшипникового узла в целом. При этом работоспособный (по электрическим иэнергетическим показателям) узел подлежит дорогостоящему ремонту по заменеузлов. Наш продукт снижает риск заклинивания и выхода из строя путем точного ижесткого фиксирования подшипников на посадочных местах. Качество же сопрягаемыхповерхностей позволит не только обеспечивать большую площадь контакта, но ипроизводить улучшенный тепло отвод от узлов подверженных нагреву от трения.
Благодаря этим качествамнаш продукт может быть востребован среди производителей и может войти встандартную комплектацию силовых электрических машин.5.5 Конкуренция
В настоящий моментпроизводство детали осуществляется по следующему производственному процессу см.табл.5.1. (указанны только автоматизируемые в дальнейшем операции).
Таблица 5.1Операция наименование операции Станок, оборудование Разряд Инструмент 1 2 3 4 5 020 Токарная с ЧПУ токарно-винторезный 4
резцы 2102-0191,
2102-03111, 2120-0019, 2310-0020,2141-0058 025 Токарная с ЧПУ Токарный 16к20ф3 3 резцы 2120-0019, 2141-0058 035 Вертикально сверлильная 2А135 3 Сверло Æ13 2301-0042 040 Вертикально сверлильная 2А135 3 Сверло Æ6мм. 2307-0042 045 Плоскошлифовальная Плоскошлифовальный мод. 3е71081 3 Круг пл. 500*100*305
5.6 Стратегия маркетинга
Общеизвестно, двигателемторговли является реклама. Средства массовой информации предоставляютширочайшие возможности для доведения информации о производимом продукте допотенциальных покупателей. Рекламу своей продукции фирмы осуществляют путемвыпуска рекламных проспектов. Реклама данного вида продукции может осуществлятьсяна различных конференциях и специализированных выставках. На начальном этапеинформация о продукции будет распространяться среди постоянных заказчиков.Предоставление пробной партии изделий производителям силовых машин, так жебудет способствовать распространению новой технологии. В настоящий момент новыеинтернет технологии позволяют максимально расширить рынок сбыта. 5.7 Планированиепроизводства
Данное изделие будетвыпускаться на производственных площадях, арендуемых фирмой у “Рязанскогозавода счетно-аналитических машин” с использованием ресурсов от проверенныхпоставщиков этих заводов. Сотрудничество с заводом позволяет не толькоиспользовать его площади, но и обращаться к его поставщикам. Это обеспечиваетуменьшение транспортных расходов, на доставку материалов и комплектующих. Впоследствии при возможной кооперации с производителями высокоточногооборудования возможно как перенесения части производства на территорию завода –потребителя нашей продукции, так и производство необходимых блоков длявыпускаемой ими техники, что потребует расширения производства и увеличениямощности. Возможность работы с высококвалифицированными специалистами этого предприятияповысит качество продукции.
Все эти параметрыблаготворно скажутся на цене изделия.5.8 Организационноепланирование
Для изготовления даннойпродукции ранее необходимы бы были следующие специалисты:
1. инженеры
2. младший обслуживающийперсонал;
3. конструктора;
4. основные ивспомогательные рабочие.
Персонал,необходимый для реализации плана производства состоит из одного человека (см.табл. 5.2.):
Таблица 5.2.Профессия Разряд Стаж работы Численность Оплата труда на 01.01.01 гг. руб. в мес. Директор 3г. 1 6000 Инженер–наладчик 3 2г. 1 4000 Токарь-оператор 4 1г. 1 5000 Контролер 3 5лет 1 4000 Итого: 19000
Предлагаемый персоналбудет наниматься с требованием о высшем образовании ко всем работающим, высокойквалификации, и стажем работы не менее года с точной техникой. Возрастные рамкине накладываются, требования только к профессионализму.
5.9 Юридическоепланирование
В качестве изготовителяпривлекается акционерное общество. Для данного предприятия выбрана частнаяформа собственности, а симбиоз с государственным предприятием позволит освоитьсяи укрепиться на рынке технологий и это обеспечит максимальный контроль средствначального капитала. Возможное дальнейшее слияние с крупными предприятиями –партнерами позволит освоиться и укрепиться на рынке высоких технологий вРоссии.
5.10 Финансовоепланирование
Финансовое планированиерассчитывается с помощью статей расходов калькуляции. Расчет технологическойсебестоимости ведется по базовому и проектному вариантам обработки кольца.Определение стоимости внедрения в производство детали с вложенной в нее новойтехнологией включает в себя следующие расходы:
· заработнаяплата исполнителей;
· отчисленияво внебюджетные фонды;
· стоимостьрасходных материалов;
· стоимостьиспользования и обслуживания оборудования;
· накладныерасходы;
· прочиерасходы.
В статью “заработнаяплата исполнителей” относим заработную плату работников, непосредственноучаствующих в производстве см. табл. 5.2.
Затраты по статье“отчисления во внебюджетные фонды” составляют 40% (от основной З/П +дополнительная З/П):
Свф=19000*0,4=7600руб.
Затраты на сырье иосновные материалы включают в себя 10-20% (+транспортные расходы) от заработнойплаты основных производственных рабочих, и включает расходы на закупку стальныхтруб-заготовок.
Ссо=19000*0.2=3800руб.
Полуфабрикаты,комплектующие и покупные изделия составляют также 10-20% и состоят изинструментальной оснастки и средств производства.
Спк=19000*0.2=4560руб.
Топливо и энергия идут наобеспечение работы и оборудования.
Стэ=19000*0.1=1900руб.
Статья “На содержание,эксплуатацию оборудования” связана с амортизацией оборудования, с текущимремонтом станков, с затратами на вспомогательные материалы для поддержания ихработопригодности и составляют:
Сэо=19000*0.05=950руб.
На статью “накладныерасходы” относят расходы, связанные с управлением и организацией работ.
Снр=Зисп*К,(5.1)
где
Снр — накладные расходы, (руб.);
Зисп — зарплата исполнителей, (руб.);
К — коэффициент учетанакладных расходов, К=0.8.
Снр=19000*0,8=15200руб.
Общезаводские расходыпойдут на обеспечение удобства работы, а также на упаковку готовой продукции,оплату труда цехового персонала (начальник цеха, экономист, нормировщик,технолог, бригадиры, вспомогательные рабочие, уборщица):
· всезатраты на вспомогательный материал, идущий на ремонт цеха;
· затратына амортизацию помещения цеха;
· затратына энергию;
· затратына тепло-водоснабжение;
· затратына почтово-телеграфные расходы;
· затратына телефонные расходы;
· затратына командировки;
· затратысвязанные с техникой безопасности и т. д.
· дополнительнаяЗ/П цехового персонала и вспомогательных рабочих;
· отчислениена социальные нужды.
Сор=19000*0.02=380руб.
На статью “прочиерасходы” относят затраты на машинное время станков:
Спр= Сэо*0.1=95 руб.
Результаты расчетовсводятся в таблице 5.3.
Таблица 5.3.№ Статьи расходов Обозначение Себестоимость базовая проектная 1 2 3 4 5 1 Сырье и основные материалы
Ссо 4700 3800 2 Полуфабрикаты, комплектующие и покупные изделия
Спк 4660 4560 3 Топливо и энергия (на технологические цели)
Стэ 2350 1900 4 Заработная плата основных производственных рабочих
Зисп 23500 19000 5 Отчисления во внебюджетные фонды
Свф 9400 7600 6 На содержание, эксплуатацию оборудования
Сэо 1175 950 1 2 3 4 5 7 Накладные расходы
Снр 18800 15200 8 Общезаводские расходы
Сор 470 380 9 Прочие расходы
Спр 117 95
ИТОГО (стоимость разработки) Сраз. 65172 53485
Метод определения ценызаключается в начислении наценки на издержки с учетом нормы рентабельностиреализации изделия:
Ц=1.2* Сраз. /N мес, (5.2)
где
N мес.- штук в месяц
Ц=1.2*53485/84=773 руб.
Базовый вариант
Базовый состависполнителей и их заработная плата
Таблица 5.4.Профессия Разряд Стаж работы Численность Оплата труда на 01.01.01 гг. руб. в мес. Директор 3г. 1 6000 Инженер 3 2г. 1 4000 Оператор-наладчик 3 3г 1 5000 Токарь 2 1г. 1 4500 Контролер 3 5лет 1 4000 итого: 23500
Затраты по статье“отчисления во внебюджетные фонды” составляют 40% (от основной З/П +дополнительная З/П):
Свф=23500*0,4=9400руб.
Затраты на сырье иосновные материалы включают в себя 10-20% (+транспортные расходы) от заработнойплаты основных производственных рабочих, и включает расходы на закупку стальныхтруб-заготовок.
Ссо=23500*0.2=4700руб.
Полуфабрикаты,комплектующие и покупные изделия составляют также 10-20% и состоят изинструментальной оснастки и средств производства.
Спк=23500*0.2=4660руб.
Топливо и энергия идут наобеспечение работы и оборудования.
Стэ=23500*0.1=2350руб.
Статья “На содержание,эксплуатацию оборудования” связана с амортизацией оборудования, с текущимремонтом станков, с затратами на вспомогательные материалы для поддержания ихработопригодности и составляют:
Сэо=23500*0.05=1175руб.
На статью “накладныерасходы” относят расходы, связанные с управлением и организацией работ.
Снр=Зисп*К,(5.3)
где
Снр — накладные расходы, (руб.);
Зисп — зарплата исполнителей, (руб.);
К — коэффициент учетанакладных расходов, К=0.8
Снр=23500*0,8=18800руб.
Общезаводские расходыпойдут на обеспечение удобства работы, а также на упаковку готовой продукции,оплату труда цехового персонала (начальник цеха, экономист, нормировщик,технолог, бригадиры, вспомогательные рабочие, уборщица);
Сор=23500*0.02=470руб.
На статью “прочиерасходы” относят затраты на машинное время станков:
Спр= Сэо*0.1=95 руб.
Результаты расчетовсводятся в таблице 5.5.
Таблица 5.5. Калькуляция себестоимости производства№ Статьи расходов Обозначение Базовая себестоимость 1 2 3 4 1 Сырье и основные материалы
Ссо 4700 2 Полуфабрикаты, комплектующие и покупные изделия
Спк 4660 3 Топливо и энергия (на технологические цели)
Стэ 2350 4 Заработная плата основных производственных рабочих
Зисп 23500 5 Отчисления во внебюджетные фонды
Свф 9400 6 На содержание, эксплуатацию оборудования
Сэо 1175 7 Накладные расходы
Снр 18800 8 Общезаводские расходы
Сор 470 9 Прочие расходы
Спр 117
ИТОГО (стоимость разработки) Сраз. 65172 5.10.1 Определениекритического объема выпуска или “точки безубыточности”
Для определениякритического объема выпуска разделим затраты в течении года на переменные иусловно постоянные.
Таблица 5.6. Переменныезатраты№ Статьи расходов Сумма расходов в год, руб. Доля, % 1 2 3 4 1 Сырье и основные материалы 45600 10 2 Полуфабрикаты, комплектующие и покупные изделия 54720 12 3 Топливо и энергия (на технологические цели) 22800 5 4 Заработная плата основных производственных рабочих 228000 50 1 2 3 4 5 Отчисления во внебюджетные фонды 91200 20 6 На содержание, эксплуатацию оборудования 11400 2 7 Общезаводские расходы 4560 1 Итого 458280 100
Отсюда величинапеременных затрат на выпуск единицы продукции составляет:
Зперем/ед=458280/1000=458.28руб.
Таблица5.7. Постоянные затраты№ Статьи расходов Сумма расходов год, руб. Доля, % 1 2 3 4 1 Накладные расходы 182400 99.3 2 Прочие расходы 1140 0.7
Итого Зпост. 183540 100
На основании этих данныхвычисляем критический объем выпуска:
P*Q= Зпост. +Зперем/ед*Q, (5.4)
773*Q=183540+458.28*Q
Q=582.6 единиц продукциив год. То есть примерно 40% от предполагаемого выпуска. Построим графикбезубыточности:
Постоянные затраты:FC=183540 руб.
Переменные затраты: VC=458280руб.
TC=183540+458*Q–себестоимость.
TR=773*Q – прибыль.5.11 Оценка риска истрахование
В связи с тем, чтобудущее производство будет проходить на территории уже функционирующихпроизводств завода Красный Пролетарий с использованием ресурсов от поставщиковэтих заводов, риск о возможных проблемах с поставками – минимален. Оборудованиепредполагается застраховать в “ИНГОССТРАХЕ”, который предоставляет определенныескидки на свои услуги развивающимся частным предприятиям. Риски, связанные сопасностью от пожара и других чрезвычайных ситуаций, предусматриваетсякомпенсировать страховкой оборудования и здоровья персонала.
· пожарыпо любой причине;
· залив,взрыв, стихийное бедствие;
· умышленноепротивоправное уничтожение или повреждение третьими лицами, падение летательныхаппаратов и их частей
· изменениемеждународных цен и т.д.
Была выбрана комплекснаяпрограмма страхования, что позволило получить 40% скидку и дополнительныельготы.
5.12 Стратегияфинансирования
Фирма берет кредит в“Московском Индустриальном Банке”, под залог имущества. Срок кредита составляет5 лет, а процентная ставка 28% годовых.
Для реализации данногопроекта необходимы денежные средства в сумме 30000 рублей, источник этой суммы– льготный кредит от коммерческого банка.
Срок полного возвратавложенных средств с учетом банковской кредитной ставки – 24 месяца.
Получаемый доходпланируется направить на дальнейшие разработки, а также на обновлениеинформации в существующем программном обеспечении.5.13 Расчет годовогоэкономического эффекта
Годовой экономическийэффект определяется по формуле
/> (5.5)
где
Эг – годовойэкономический эффект (руб.)
Цб, Цпр –цена ед. изделия (руб.)
Вб, Впр– производительность по базовому и предлагаемому вариантам
Рб, Рпр– величина обратная сроку службы по базовому и предлагаемому вариантам.(лет)
Иб, Ипр–эксплуатационные расходы по базовому и предлагаемому вариантам.(руб.)
Кб, Кпр–капитальные вложения.
Ен –нормативный коэффициент эффективности кап. вложений.(=0.25)
Nг – годовойвыпуск деталей.
Себестоимость обработкипо обоим вариантам равна:
Сраз.баз. =80700 руб.
Сраз. пр… =53485 руб.
Эг=(((1150*250):15.25)-773)*1000=18 млн. руб.
Данный частный годовойэкономический эффект полученный в результате автоматизации процесса обработки“кольца” показывает, что внедрение автоматизации позволило сократить расходы напроизводство детали, увеличить скорость окупаемости производства (на седьмоммесяце пойдет процесс получения прибыли), сократить количество основных рабочихна производстве за счет более профессиональных. А также получение годовогоэффекта, при полной загрузке оборудования, в размере до 18 млн. руб.
Список использованныхисточников
1. В.А. Лизогуб“Проектирование шпиндельных узлов, направляющих и механизмов подачметаллорежущих станков и станочных комплексов” М., МИП, 1992г.
2. “Металлорежущие станки”-методическое указание по курсовому проектированию. Альбом чертежей длястудентов специальности 0501 М. ВЗМИ 1984г.
3. В.А. Лабунцов“Энергетическая электроника” М. “Энергоатом издат” 1987г.
4. В.В. Москаленко“Энергетический привод”. М. “Высшая школа”1991г.
5. В.А. Лизогуб “Несущиесистемы и шпиндельные узлы” пособие М., ВЗМИ, 1977г
6. Е.А. Чернов, В.П. Кузьмин“Комплектные электроприводы станков с ЧПУ”, Горький, “Волго-Вятскоеиздательство”, 1989г
7. В.Н. Степанов, В.Ч. Полещук“Электрические машины технических систем” уч. пособие М. 1995г.
8. В.Н. Цыпленков “Выборэлектропривода технических систем” уч. пособие, М., 1995г.
9. Ю.В. Новиков, О.А. Калашников“Разработка устройств сопряжения”, М., “Эком”, 2000г.