Модернизация приводов подач вальцешлифовального станка фирмы Waldrih Siegen модели WS11h

Организация линейной интерполяции

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

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

; .

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

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

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

Для простого десятичного примера можно выбрать следующее:

накопитель с двумя декадами, ёмкость 99;

делитель N=100;

инкремент Х=7; У-5.

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

10=0,7; 10=0,5

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

Таблица 3.1 - Интерполяционный расчет методом ЦДА.

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

Этот десятичный пример также показан на рисунке 3.7.

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

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

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

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

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

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

3.2.4 Организация цифрового измерительного контура положения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

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

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

Определение капитальных вложений в средства автоматизации

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

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

К=Кбал+Кпл.

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

Кбал= Ц0+Ктр,

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

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

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

Таким образом, по базовому варианту:

Кббал=400+0.1*400=440 тыс.грв.

По проектируемому варианту:

Кнбал=460+0.1*460=506 тыс.грв.

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

Расчет изменяющейся части себестоимости производимой продукции

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

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

С=СМ+СЭ+ЗР+ЗБ+А+ЗЭК,

где СМ- стоимость расходуемых материалов, грв;

СЭ- стоимость расходуемой энергии, грв;

ЗР- основная и дополнительная зарплата основных рабочих, грв;

ЗБ- суммарные отчисления в бюджет, грв;

А- амортизационные отчисления на реновацию СУ, грв;

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

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

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

СМ=NЗАП*РШТ*Ц,

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

РШТ- вес единицы выпускаемого изделия, т;

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

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

Годовая программа запуска изделий определяется по формуле:

NЗАП=( NВЫП+ Н)*100/100-,

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

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

Н- страховой запас на пять дней, шт:

Н= NВЫП/ДРАБ*5,

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

Годовая программа выпуска определяется:

NВЫП= ПЧ*FД,

где FД- действительный фонд времени работы оборудования, час;

ПЧ- часовая производительность оборудования, шт/час.

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

ПЧ=1/8=0.125шт/час.

Действительный фонд времени работы оборудования укрупненно рассчитывается по формуле:

FД= 2070*S(1-/100),

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

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

Тогда:

FБД=2070*2*(1-6/100)=3890 час;

FНД=2070*2*(1-4/100)=3975 час.;

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

Nбвып=0.125*3892=487дет/год;

Nнвып=0.125*3975=516дет/год.

Страховой запас по базовому варианту:

Нб=487/253*5=10дет;

по проектируемому варианту:

Нн=516/253*5=10дет.

Таким образом, годовая программа запуска по базовому варианту:

NбЗАП=(487+10)*100/100-10=552дет/год;

по проектируемому варианту:

NнЗАП=(516+10)*100/100-3=542дет/год.

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

СбМ=552*15*650=5384250грв;

СнМ=542*15*690=5609230грв.

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

Общая стоимость расходуемой энергии определяется по формуле:

СЭ= Рс*Fд*Sм,

где Рс- средняя потребляемая мощность оборудования,кВт

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

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

Рс=(Р*ПВ*Км)/100,

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

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

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

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

Тогда потребляемая мощность по базовому варианту:

Рбс=(200*40*0.7)/100=56кВт;

по проектируемому варианту :

Рнс=(270*40*0.7)=75.6кВт.

Стоимость расходуемой энергии определится:

по базовому варианту:

Сбэ=56*3892*0.17=37125грв;

по проектируемому варианту:

Снэ=75.6*3975*0.17=51600грв.

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

Зр=Ч*Fд*Кп*Кд*n,

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

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

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

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

Зарплата основных рабочих по базовому варианту определится:

Збр=0.62*3892*1.2*1.05*3=9120грв/год;

по проектируемому варианту:

Знр=0.62*3975*1.2*1.05*3=9315грв/год.

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

по базовому варианту:

Збб=9120*37.5/100=3420грв;

по проектируемому варианту:

Знб=9315*37.5/100=3493грв.

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

А=Ас=(Кбал*Нс)/100,

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

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

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

Амортизационные отчисления на реновацию СУ по базовому варианту:

Абс=440*0.1=44 тыс. грв.;

по проектируемому варианту:

Анс=506*0.1=50.6 тыс. грв.

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

Зэк=Ср*п1+Сн*п2+Зтоир,

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

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

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

Заработная плата обслуживающего персонала определяется по формуле:

Ср(н)= Тр*Ч*Кп*Кд*Кот,

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

Тр=2070*S*/100,

оэффициент соответствует коэффициентам в формуле, приведенной выше.

Тбр= 2070*2*6/100=248.4ч/год;

Тнр= 2070*2*4/100=165.4ч/год;

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

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

По базовому варианту:

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

по проектируемому варианту:

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

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

Збтоир= 440*6/100=26.4тыс.грв;

Знтоир=506*6/100=30.4тыс.грв.

Итоговая сумма затрат на РСЭО по базовому варианту:

Збэк= 198.5*1+198.5*1+26400=26800грв;

по проектируемому варианту:

Знэк=132.3*1+132.3*1+30400=30600грв.

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

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

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

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

4.3 Расчет годового экономического эффекта

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

Эгод= [(Сб+Ен*Кб)-(Сп+Ен* Кб)]*Nпвып,

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

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

Ен- нормативный коэффициент эффективности капвложений, принимается равным 0.15

Удельные капвложения по базовому и проектируемому вариантам рассчитывается из формул:

Кб=Кббал/ Nпвып; Кп=Кпбал/ Nпвып,

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

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

Удельная себестоимость по базовому и новому варианту:

Сб=Сбаз/Nбвып; Сп=Спр/Nпвып,

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

Сб= 5504300/487=11302.5грв;

Сп=5754800/516=11152.8грв.

Величина годового эффекта от модернизации электрооборудования станка составляет:

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

Расчетный срок окупаемости капвложений определяется по формуле:

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

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

Расчет технико-экономических показателей проекта

Для расчета технико-экономических показателей определяются следующие величины:

Снижение себестоимости продукции:

С=Сбаз-Спр=11302-11152=150грв;

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

Увеличение программы выпуска:

Nвып=Nпвып- Nбвып=516-487=29 дет;

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

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

Тр=Тбр-Тпр=248.4-165.6=82.8час;

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

Изменение расхода энергии:

Сэ=Сбэ-Спэ=37100-51600=-14500грв;

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

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

Повышение коэффициента загрузки оборудования:

Кз=Кпз-Кбз,

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

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

Кз=0.96-0.94=0.02;

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

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

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

Таблица 4.2- Технико-экономические показатели проекта модернизации электрооборудования станка

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

5 ОХРАНА ТРУДА

5.1 О И ВПФ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5.2 ЭРГОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАБОЧЕГО МЕСТА

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

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

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

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

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

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

5.3 МИКРОКЛИМАТ РАБОЧЕГО МЕСТА. РАСЧЕТ МЕСТНОГО ОТСОСА

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

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

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

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

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5.1- Система вытяжки местного отсоса станка WS11h

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

Полные потери давления рассчитываются по зависимости:

H=; Hi = Hтрi + Hмсi =li +vi2/2,

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

- плотность воздуха ( = 1.2кг/м3).

Пользуясь данными приведенными в [ ] и рисунка 5.1 определяем:

H1= 0.05*3+ 0.15*173=29 Па;

H2=0.05*7+1*173=180 Па;

H3=0.05*1+0.15*173=26 Па;

Полные потери давления в сети составляют :

H=H1+H2+H3=29+180+26=235 Па.

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

Hв=1.1*H=258.5 Па.

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

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

Lв=1.15L=1.15*5184=5961.6 м3/час.

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

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

N= ,

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

р - КПД ременной передачи (0.95).

N= = 2.6 кВт.

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

5.4 ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

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

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

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

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

использование двойной изоляции;

использование зануления;

использование защитного заземления;

применение специальных электрозащитных средств;

организация безопасной эксплуатации электроустановок.

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

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

5.5 ТРЕБОВАНИЯ К ОСВЕЩЕНИЮ

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

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

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

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

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

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

5.6 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

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

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

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

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

изоляция горящих веществ от доступа кислорода или другого окислителя;

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

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

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

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

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

 6 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА

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

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

r1=17,5*,

где Q - масса взорвавшегося газа, тонн.

r1=17,5*=90.4 м.

Определяется радиус зоны действия продуктов взрыва:

r2=1,7*r1=1,7*90,4=153,7 м.

Рассчитывается коэффициент, определяющий порядок расчета величины избыточного давления:

,

где r3 - радиус зоны действия ударной волны, м.

=,1,44.

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

.

Ожидаемое избыточное давление принимаем равным 28 кПа.

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 6.1 - Результаты оценки устойчивости объекта

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

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на Allbest.ru