Автоматизация изготовления и испытания задвижки

* Процессор Z8018133 МГц

* Память ОЗУ 256 Кбайт

* Память флэш-ПЗУ 512 Кбайт

* СОМ порты (4 шт.)

* Поддержка сети по интерфесу RS-485 (СОМ 3)

* Напряжение питания 5 В

* Малое энергопотребление в режиме прогона и режиме останова

* Генератор времени

* 1-канальный Z85230 контроллер последовательной связи

Работа контроллера с аналоговыми каналами ввода

Контроллер имеет 8 аналоговых каналов ввода. Они поступают на АЦП (MAX192), проходя через гальваническую развязку.

Таблица 8 - Аналоговые порты

Аналоговый порт	Контакт
+AIN1	11
+AIN2	12
+AIN3	13
+AIN4	14
+AIN5	15
+AIN6	16
+AIN7	17
+AIN8	18

Помимо этого иметься контакт 19 (AGND).

Цифровые каналы ввода вывода.

Контроллер имеет 8 входных и 16 выходных цифровых каналов. Они условно разделены на 3 группы 8-разрядных портов DIN, DOUT-1, DOUT-2.

Таблица 9 - Цифровые порты

Порт DIN	Контакт	Порт DOUT-1	Контакт	Порт DOUT-2	Контакт
-DIN1	1	DOUUT1-1	20	DOUUT1-2	28
-DIN2	2	DOUUT2-1	21	DOUUT2-2	29
-DIN3	3	DOUUT3-1	22	DOUUT3-2	30
-DIN4	4	DOUUT4-1	23	DOUUT4-2	31
-DIN5	5	DOUUT5-1	24	DOUUT5-2	32
-DIN6	6	DOUUT6-1	25	DOUUT6-2	33
-DIN7	7	DOUUT7-1	26	DOUUT7-2	34
-DIN8	8	DOUUT8-1	27	DOUUT8-2	35

Помимо этого, имеются контакты 9 (+DIN 1…4), 10 (+DIN 5…8) и 37 (GND). Электрическая схема подключения представлена в графической части проекта (лист № 5).

2.4 Расчет производительности стенда

Сформированная на основе декомпозиционного анализа структура нового (создаваемого) объекта любой степени сложности является его обликом, который преобразуется затем в техническое решение (ТР), представляющее собой конструктивное оформление структуры как ее описание, дополненное графическими изображениями без указания каких-либо метрических характеристик. Такое описание объекта, обладающего новизной, входит в описание изобретения, являющегося по отношению к реальному объекту более общим решением. Для создания реального объекта (проекта) необходимо ТР снабдить всеми метрическими характеристиками (количественными, размерными, силовыми и др.). Так для технологических систем, например, для автомата необходимо определить количество позиций, потоков (параллельно функционирующих позиций), рабочих органов; для автоматической линии - количество станков, агрегатов, участков и других количественных характеристик, конкретизирующих структуру этих машин и систем. Для автоматизированного стенда необходимо определить его производительность, если известно количество одновременно установленных изделий 1 штука.

Исходными для определения таких параметров являются функциональные критерии, количественно характеризующие показатели реализации функций создаваемого объекта. К основным из функциональных критериев относят производительность, точность, надежность. Важнейшим из них является производительность, так как все остальные критерии (с учетом критериев качества продукции) проявляются именно через производительность.

Базируясь на основных положениях теории производительности рабочих машин и систем, созданной Г.А.Шаумяном и его учениками, применительно к рассматриваемой задаче синтеза основных параметров технологических систем, представляется целесообразным следующий подход.

Производительность Q технологических автоматов и систем является функцией временных затрат Т, количества последовательно расположенных рабочих позиций q, количества параллельно расположенных позиций (потоков) р и других параметров, касающихся количества структурных компонентов системы, то есть Q = f(Т, q, р, ...). Так производительность любого обрабатывающего автомата (рабочей машины) может быть определена согласно следующей зависимости:

(11)

где К0=1/tp - технологическая производительность (tp - суммарное время рабочих ходов на всех последовательно размещенных позициях автомата): tx -время холостых ходов в цикле работы автомата; tп - время внецикловых простоев автомата, связанных с отказами, подналадкой, переналадкой и др. "собственных" простоев, отнесенное к единице выпущенной продукции, определяемое, например, как tп = tп*с/Qc (tп*с и Qc соответственно внецикловые простои за произвольный промежуток времени Т (смену, декаду и т.п.) и выпуск продукции за время бесперебойной работы Тс в течение промежутка времени Т= Тс + tп*с).

Производительность Q как потребность в выпускаемой продукции, обычно известна. Тогда в процессе параметрического синтеза определению подлежат уточняющие структуру автомата параметры q и р и/или другие метрические характеристики.

В параллельно агрегатированных автоматах (р>1, q=1, Q=QР) кривая производительности СР от количества потоков р экстремума не имеет. Однако Qр от р имеет предел

(12)

где К=1/tp - технологическая производительность (tр - время рабочих ходов на одной из параллельных позиций автомата).

Количество таких позиций (потоков) р в автомате в зависимости от потребного выпуска (Qр определяется путем преобразования (11) при q=1 из выражения

(13)

Изложенное показывает, что основным критерием при определении основных параметрических характеристик автомата согласно (13) является время внецикловых простоев tп, затрачиваемое на восстановление его работоспособности, утрачиваемой при отказах в работе различных подсистем (механизмов), поднастройках, перенастройках на выпуск новой продукции и другие собственные простои неорганизационного характера. Однако внецикловые простои, характеризуя и надежность системы, в большинстве случае носят случайный характер, отсюда прямое использование tП в качестве критерия весьма затруднено.

Вместе с тем, в теории и практике проектирования и применении рабочих машин в производстве широко используется оценка эксплуатационной надежности автоматов и систем с помощью коэффициента технического использования

(14)

где Тс - время бесперебойной работы автомата за произвольный фиксированный промежуток времени Т;

tп.с. - суммарные внецикловые простои автомата за время Т.

Тогда время внецикловых простоев tп, приходящееся на единицу выпущенной продукции, определяется через коэффициент технического использования зТ из следующей зависимости:

(15)

где Qc - количество продукции, выпущенное автоматом за время Тс (Qс=tп.c./tп). Учитывая, что отношение Тс к Qc представляет собой время цикла Тц= tp+tx, зависимость (15) можно представить в виде

 (16)

Полученная зависимость (16) позволяет определить параметрические характеристики q и р и другие параметры (время, производительность) через коэффициент технического использования зT.

При этом зT может быть задан заказчиком, или принят согласно таблицам, составленным на основании справочных и экспериментальных данных.

Для параллельно агрегатированных автоматов количество параллельных позиций (потоков) р определяется из выражения, полученного преобразованием (13) и выражением tп через зT

(17)

где Q - выпуск порции продукции р за время цикла Tц.

Способ определения параметра р для параллельно агрегатированных автоматов по формулам (13) и (17) не дает оптимального решения в отличие от параметра q, получаемого для последовательно и параллельно-паследовательно агрегатированных автоматов. Однако получаемый ряд значений р при различных зТ (от зТ1 до зТk) позволяет разработчику выбрать количество потоков р при наиболее благоприятном сочетании зТ и р или других изменяемых параметров.

Для автоматизированного стенда коэффициент технического использования зТ = 0,9. Количество параллельных позиций (потоков) р было ранее наедено и равняется 1. В параллельном агрегатировании количество последовательно расположенных рабочих позиций q = 1.

Чтобы определить производительность стенда необходимо та же знать время рабочих ходов, холостых ходов и простоев.

tp=tпод.давл+tиспыт (18)

tp=12+1=13 минут (19)

Время холостых ходов, это время на установку и снятие изделий:

tx = 10 минут, (20)

Время внецикловых простоев рассчитывается по формуле (16):

(21)

Примем tп равным 3 минуты, так как существуют ещё простои из-за ремонта и технического обслуживания раз в месяц. Производительность стенда будет равна

шт/мин, (22)

или Q = 2,496 шт/час

Фактическая производительность рассчитывается следующим образом:

(23)

и равняется QФ = 2,77 шт/час. Получается что в час на одном стенде можно испытать 3 изделия.

3. Информационное и программное обеспечение системы управления

3.1 Разработка алгоритма работы системы

Блок схема алгоритма управления представлена на листе 4 графической части проекта.

Алгоритм составлен на основании методики испытания задвижки.

3.2 Разработка управляющей программы

Информационное обеспечение системы управления определяется характеристиками информации, хранимой и обрабатываемой в системе, в аспекте процедур оперирования с данными безотносительно к их содержанию. Определим термин "данные" как первичные сведения, получаемые от прямого наблюдения за объектом управления и выражаемые в форме чисел, слов или специальных обозначений, а термин "информация" - как сведения, полученные после соответствующей переработки данных и раскрывающие содержание чисел, слов и обозначений, которые описывают объект управления.

Основными задачами информационного обеспечения системы являются: определение форм информационного представления объектов и процессов, структуры и состава информации, ее увязка с решаемыми задачами.

Система управления стендом включает контроллеры и ПЭВМ. Контроллеры принимают информацию с датчиков, выдают управляющие воздействия на исполнительные механизмы, управляя процессами испытаний на стенде, а ПЭВМ производит анализ, диагностику, обработку и регистрацию параметров испытаний, обеспечивает диалог с оператором, позволяющий получить наглядное представление о состоянии процесса, оборудования, значении технологических параметров.

Программное обеспечение состоит из многозадачного монитора реального времени, а так же восьми вспомогательных программных модулей

Программные модули:

KERNEL1.ASM - программный модуль для подготовки контроллера к работе: инициализация регистров контроллера, инициализация контроллера последовательной передачи данных синхронного и асинхронного обмена SСС и ЕSСС.

TERMINAL.ASM - программный модуль предназначен для инициализации жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) и клавиатуры контроллера - подпрограмма ТЕRМ IМТ, а также для вывода символа на ЖКИ без перекодировки - LCDCHOUTQ , вывод управляющего байта в контроллер ЖКИ - LCD_CTRL, установка и получение адреса видеопамяти - подпрограммы LCDSETACO и LCDGETACQ, установка и получение состояния светодиодов - LCDSETSTATEO и LCD GET STATE0, стандартная функция вывода на терминал, опрос клавиатуры - READKEY0, чтение и запись в регистр IR (регистр команд), запись в регистр DR (регистр данных).

TASK_MON.ASM - многозадачный монитор реального времени -программный модуль поддержки многозадачной работы, включает в себя процедуры инициализации, запуск задач, переключение задач, процедуры «засыпания» и «пробуждения» задач.

Подпрограмма просмотр архива - «просмотр архива» - ARC_MODE; очистка архива - «очистка архива» - ARC_RESET; изменение пароля - «изменить пароль» - SET_PAROL; отладка - «отладка» - TESTMODEQ; установка даты и времени - «дата/время» - SETDATIMEQ.

TASK1A.C - программный модуль индикации режимов работы стенда на ЖКИ контроллера. Программное обеспечение поддерживает следующие режимы: автомат - «автомат» - подпрограмма AUTO_MODE; ручное управление - «ручное управл.» - подпрограмма USERMODEQ, включает в себя подпрограммы контроля состояний давления и положения.

TASK2A.C - программный модуль для управления работой электрооборудования.

TASK3.C - программный модуль для связи с верхним уровнем через СОМ-порт интерфейса RS-232.

TASK5.C - программный модуль для связи с верхним уровнем через СОМ-порт интерфейса RS-485.

МАТН.С - программный модуль для проведения математических расчетов параметров, полученных в результате замера: нормализация параметров - CALC_PAR, расчет дебитов - CALCULI0 и CALCUL(2) расчет средних значений - CALC MID1, обнуление средних значений - CALCM1D0, сохранение параметров в архиве - SAVE ARCHTVE0.

ARCJSERV.C - программный модуль для работы с архивом: очистка, запись, перезапись и чтение архива.

MEASURE.ASM - программный модуль служит для инициализации измерений - MEASURE INITQ; обслуживания АЦП - прием и обработка аналоговых сигналов - ADCSERV0; обеспечивает ввод и фильтрацию ТС - FILTR_SERV0; счет в таймерах; проверка фильтров и запись установившихся значений - INPUT_U, вывод - OUTPUT_Y; опрос состояния программных таймеров - INPYTTQ, запуск программных таймеров на счет - ST ARTTIMERQ, их останов - STOP TIMER; перекодировка U12..U9 (возвращает числовой код датчиков) - CODE DAT; содержит таблицу управляющих байтов для АЦП, однополярный недифференцированный режим внешней синхронизации с учетом переворота, последовательности битов и инверсия передаваемых данных - ADCCTRLCODE0.

MEMORY.ASM - таблица переменных и их размер в байтах.

ASYNC.ASM - программный модуль для обеспечения связи через контроллер последовательной передачи данных асинхронного обмена.

EASYNC.ASM - программный модуль для обеспечения связи через контроллер последовательной передачи данных синхронного обмена.

MAIN.C - программный модуль содержащий дескрипторы задач.

4. Технологическое обеспечение проекта

4.1 Разработка маршрутного технологического процесса изготовления корпуса задвижки

Технологический процесс представляет собой совокупность различных операций, в результате выполнения которых изменяется форма, размеры, выполняется соединение деталей в сборочные единицы и изделия, осуществляется контроль требований чертежа и технических условий. Маршрутное описание технологического процесса заключается в сокращенном описании всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов. В технологии производства детали целесообразно соблюдать принцип постоянства баз, так как при смене баз в ходе технологического процесса точность обработки снижается из-за погрешности взаимного расположения новых и применявшихся ранее технологических баз.

Всю механическую обработку разбивают по операциям и таким образом выявляют последовательность выполнения операций, их число. Для каждой операции выбирают оборудование и определяют конструктивную схему приспособления. Задачей каждого предыдущего перехода является подготовка поверхности заготовки под последующую обработку и каждый последующий метод (операция или переход) должен быть точнее предыдущего, то есть обеспечивать более высокое значение показателей качества детали. Поэтому механическая обработка делится на:

черновую обработку, когда удаляется большая часть припуска, что позволяет обнаружить возможные дефекты заготовки; на первых одной- двух операциях. При базировании по черновым базам обрабатываются основные технологические базы;

чистовую обработку, когда в основном обеспечивается требуемая точность:

далее идут операции местной обработки, по ранее обработанным поверхностям, отделочные операции, когда достигается требуемая шероховатость поверхности и окончательно обеспечивается точность детали.

Контроль в ТП предусмотрен с целью технологического обеспечения заданных параметров качества, обработанной детали.

Разработанный ТП должен содержать общий план обработки детали и описание содержания операций ТП и выбор типа оборудования. Он должен быть прогрессивным, обеспечивать повышение производительности труда и качества детали, сокращать материальные и трудовые затраты и быть экологически безопасным.

Построение технологического маршрута обработки во многом определяется конструктивно-технологическими особенностями детали. Выбор маршрутной технологии существенно зависит от типа производства, уровня автоматизации и применяемого оборудования.

На основании анализа базового технологического процесса изготовления детали и выбора метода получения заготовки разработаем проектный вариант маршрутного технологического процесса, обеспечивающий требования рабочего чертежа детали. Проектируемый маршрутный технологический процесс приведен в таблице 10.

Таблица 10 - Проектный маршрутный технологический процесс

№	Наименование операции	Оборудование	Краткое содержание операции	Базирование
000	Заготовительная		Литьё в песчано-глинистые формы
010	Комбинированная с ЧПУ	Trevisan DS 300/70	1. Подрезать торец 1; точить поверхность 2 2. Подрезать торец 3. 3. Расточить отверстия 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. 4. Подрезать задний торец 11 5. Сверлить 8 отверстий 12. 6. Подрезать торец 13. 7. Сверлить 14 отверстий 14 8. Нарезать резьбу 15. 9. Подрезать торец 16; точить поверхность 17. 10. Подрезать торец 18 11. Расточить отверстия 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25. 12. Подрезать торец 26. 13. Сверлить 8 отверстий 27	Заготовка базируется по необработанным поверхностям на три призмы, с зажимом сверху

Для обработки детали выбираем горизонтально-расточной обрабатывающий центр фирмы GT Trevisan DS300/70C (рисунок 5), основной отличительной особенностью которого является наличие двух независимых шпинделей расположенных в одном шпиндельном узле, что позволяет производить операции фрезерования, сверления, расточки и точения поверхностей с использованием в конструкции управляемого план-суппорта. Поворотный стол с делением на 360.000 и с бесступенчатой регулировкой. Привод от бесщеточного реверсивного двигателя. Включает в себя систему контроля позиционирования паллеты со встроенным штифтом и системой зажима. Автоматическая смена инструмента с магазином-накопителем на 46 инструментов.

4.2 Выбор технологических баз и последовательности технологических переходов

Выбор технологических баз и последовательности технологических переходов является ответственным этапом проектирования технологических процессов, от которого в немалой степени зависят качество, производительность и эффективность процесса изготовления машин.

На операции 010 заготовка базируется на три призмы по необработанным поверхностям и зажимом сверху. Такое базирование позволяет обработать всю деталь полностью за один установ. В начале обработки происходит обмер всей детали измерительной головкой ReniShaw, то есть станок определяет ноль детали. Затем на первой позиции происходит обработка первого магистрального фланца, а именно: наружные и торцевые поверхности фланца, обрабатываются внутренние угловые поверхности для клина. После обработки фланца происходит поворот стола на 90?. На второй позиции происходит обработка горловины, в которой сверлится 14 отверстий и нарезается резьба. На третьей позиции происходит обработка второго магистрального фланца, которая аналогична первому.

4.3 Выбор и проектирование средств технологического оснащения

Режущий инструмент выбираем из литературы в соответствии с переходами. В проектной технологии будем использовать державки с зажимной системой Seco P+. Данная зажимная система для негативных пластин и может использовать три зажимные системы (D, P, M), подходящие для одного и того же посадочного места пластины. Для подрезки торцев выбираем державку типа Р, которая не имеет зажима сверху и тем самым обеспечивает свободный ход стружки. Державка типа Р предназначена главным образом для механической обработки режущими пластинами малого и среднего размера с отрицательным углом резания. Тип и размер пластины определяются выбором державки.

Для выбора стружколома и сплава пластины воспользуемся системой Secolor. Она основана на матрице из девяти квадратов, символизирующих различные обрабатываемые материалы и различные условия обработки (Рисунок 7). По этой системе выбираем для черновой обработки стружколом М5 и сплав ТР3000, а для чистовой обработки сружколом MF1 и сплав СР500.

При сверлении отверстий используем свёрла CrownLoc и perfoMAX.

Преимущества сверла CrownLoc:

геометрии для различных материалов заготовки:

Р,М,К - геометрия;

несколько диаметров наконечников для каждого сверла;

без переточек;

новый наконечник с каждой заменой.

Преимущества сверла perfoMAX:

прочные квадратные пластины;

оптимальное удаление стружки;

уникальная конструкция стружечных канавок;

низкий уровень шума;

низкие вибрации.

4.4 Расчёт режимов резания

Выбор режимов резания производится по каталогу режущего инструмента [14]. Методика расчёта: выбирается группа материала по каталогу, соответствующая материалу заготовки. В каталоге приведены таблицы, в которых изложены всевозможные способы обработки наружных, внутренних поверхностей, где выбирается вид державки. Затем выбирается по соответствующей державке пластина, а также стружколом и сплав пластины в зависимости от обрабатываемого материала и вида обработки: чистовая, черновая. Расчёт режимов резания ведётся по таблицам.

Исходные данные:

станок Trevisan DS300/70: кВт, об/мин;

резец PSSNR 2525M12 с пластиной SNMG 120412-M5 сплав ТР3000

сверло SD502-33-66-40R7

резец DCLNR 2525М12 с пластиной CNMG 120408-M5 сплав ТР3000

Назначение режимов резания для подрезания торца

Обрабатываемый диаметр O280

Глубина резания

Число проходов - 2

Подача

Сорость резания

Число оборотов

(24)

Потребляемая мощность

, (25)

Где - удельная сила резания;

- КПД.

Удельная сила резания:

(26)

Где - удельная сила резания;

- толщина стружки;

- передний угол;

Мощность, которую обеспечивает станок:

где - мощность электродвигателя привода главного движения, кВт;

- механический КПД.

кВт.

Таким образом, 5,2 < 16,2, следовательно, процесс резания может происходить.

Скорость снятия металла:

, см3/мин (27)

см3/мин

Назначение режимов резания для сверления

Сверление отверстий O22

Глубина резания

Число проходов - 8

Подача

Скорость резания

Число оборотов:

Потребляемая мощность:

Скорость снятия металла:

см3/мин

Назначение режимов для растачивания отверстий

Растачивание отверстия O160

Глубина резания

Число проходов - 2

Подача

Скорость резания

Число оборотов

Потребляемая мощность

Мощность, которую обеспечивает станок:

где - мощность электродвигателя привода главного движения, кВт;

- механический КПД.

кВт.

Таким образом, 5,5 < 16,2, следовательно, процесс резания может происходить.

Скорость снятия металла:

см3/мин

Для остальных переходов режимы резания рассчитываются аналогично и сведены в таблицу 11.

Таблица 11 - Режимы резания

Обрабатываемая поверхность	, мм	, мм/об	D, мм	, м/с	, об/мин
Подрезка торца, точение цил. пов.-ти	2,85	0,5	280	130	147
Подрезка торца	2,85	0,5	212	130	195
Растачивание отверстия	3,2	0,4	160	155	308
Растачивание отверстия: черновое чистовое	3,2 0,36	0,4 0,23	158 158	155 190	312 383
Растачивание отверстия:	3,4 0,37	0,4 0,23	170 180	155 190	290 336
Растачивание отверстия	3,4	0,4	210	155	235
Подрезка заднего торца	2	0,5	280	130	147
Сверление 8 отверстий	11	0,08	22	120	1739
Подрезка торца горловины	2,85	0,5	254	130	163
Сверление 14 отверстий под резьбу	6,5	0,16	13	60	1500
Фрезерование резьбы	1,8	0,15	11	170	2460

4.5 Инструментальная наладка

Инструментальная наладка представлена на листе 6 графической части проекта. Наладка выполнена на растачивание отверстия и сверление восьми отверстий. Эскиз детали вычерчен в тонких линиях. Обрабатываемые поверхности вычерчены основной линией. Показана траектория движения инструмента, опорные точки. Также на чертеже представлена таблица с координатами опорных точек.

4.6 Техническое нормирование операций

В серийном производстве определяется норма штучно калькуляционного времени ТШ-К:

(28)

где: Тшт - норма штучного времени;

Тп-з - норма подготовительно-заключительного времени;

n - размер партии запуска.

Штучное время:

(29)

Где tо - основное время;

tв - вспомогательное время;

tобс - время на обслуживание рабочего места;

tлп - время перерывов на отдых и личные потребности.

Основное время на каждый технологический переход определяем по формуле

, (30)

Где - длина обрабатываемой поверхности;

- сумма длин врезания и перебега;

- количество проходов;

- число оборотов шпинделя;

- подача;

Таким образом, основное время на подрезание торца горловины будет равно:

Основное время на остальные переходы рассчитывается аналогично и сведено в таблицу 12.

Таблица 12 - Результаты нормирования операции

Обрабатываемая поверхность	, мин	, мин
Подрезка торца, точение цил. пов.-ти	Обработка первого фланца	1,88	0,1
Подрезка торца		0,71	0,1
Растачивание отверстия		2,61	0,3
Подрезка заднего торца		0,84	0,1
Сверление 12 отверстий		2,3	0,3
Подрезка торца горловины	1,64	0,1
Сверление 12 отверстий под резьбу	3,03	0,3
Фрезерование резьбы	1,21	0,3
?	22,56*	3,0*

*Сумма времени с учётом обработки второго фланца.

Вспомогательное время:

(31)

Где - время на установку и снятие заготовки (4 мин);

- время на вспомогательные ходы;

- время на контроль (3 мин);

- время на смену инструмента (0,37 мин);

- время поворота стола на 360? (0,1 мин);

Время на вспомогательные ходы определяется по формуле:

(32)

Где L - длина холостого хода;

S - подача;

Тогда вспомогательное время будет равно:

мин

Оперативное время обработки первого магистрального фланца:

Время обслуживания рабочего места и время на личные потребности составляет 12 % от оперативного времени. Тогда:

Подготовительно-заключительное время

Тп-з = Тп-з1 + Тп-з2 + Тп-з3 , мин,

где Тп-з1 - время на ознакомление с документами, осмотр заготовки, инструктаж мастера, установление рабочих органов станка;

Тп-з2 - время на получение наряда, получение инструмента, необходимого для наладки;;

Тп-з3 - время на просмотр и проверку программы, допуск программы, пробная обработка.

Тп-з1 =14,5 мин; Тп-з2 =15,3 мин; Тп-з3 =9 мин

Партия запуска:

Где N - годовой выпуск деталей, N = 250;

Sn - число запусков в год (принимаем Sn = 24 [8]).

Тогда штучно-калькуляционное время:

4.7 Сравнение вариантов технологического процесса

Сравнивая два технологических процесса обработки, базовый и проектируемый, можно сказать следующее, что изготовление корпуса задвижки по проектируемому варианту значительно экономит время на изготовление. Постоянство баз, используемое в проектном варианте технологического процесса, обеспечивает лучшую точность обработки, по сравнению с базовым, где точность обработки снижается из-за погрешности взаимного расположения новых и применявшихся ранее технологических баз. Разработанный ТП более прогрессивный, обеспечивает повышение производительности труда и качества детали, сокращает материальные и трудовые затраты.

5. Эксплуатационная документация

5.1 Разработка руководства по эксплуатации стенда

Руководство по эксплуатации стенда

1. Испытание на прочность и плотность материала изделий.

- открыть вентиль на заглушке приспособления.

- установить испытуемое изделие в приспособление зажав его маховиком и поджав гидроцшшндром зажима.

Открыть затвор заглушки

- открыть вентиль

- заполнить изделие водой до вытеснения воздуха из заглушки, закрыть вентиль расположенный на заглушке приспособления.

- установить "Давление 2"

- довести давление в системе до нужной величины согласно технологического процесса по испытанию изделий

- после испытания изделия отрыть вентиль на заглушке приспособления сбросив тем самым давление до О.

- снять испытанное изделие со стенда.

2. Испытание на герметичность затвора.

- установить испытуемое изделие в приспособление поджав его

клыками и поджав гидроцилиндром зажима.

- открыть затвор заглушки.

- открыть вентиль

- заполнить изделие до затвора водой, закрыть затвор заглушки.

- установить "Давление 1"(рабочее)

- довести давление в системе до нужной величины согласно технологического процесса по испытанию изделий

- после испытания изделия отрыть затвор на заглушке сбросив тем самым давление до О.

- отжать гидроцилиндр зажима.

- отжать клыки приспособления.

- повернуть испытываемое изделие на 180 градусов и повторить

испытание.

- снять испытанное изделие со стенда.

5.2 Разработка паспорта на стенд

5.2.1 Назначение

Стенд для испытаний предназначен для проведения испытаний трубопроводной арматуры в приближенных к реальности условиям. На стенде можно проводить испытания задвижек Ду 80…200, водой давлением до Рр 1,4: 4; 6,3 МПа, и воздухом давлением 0,6 Мпа. На стенде проводятся испытания на прочность и плотность материала и изделия и испытание на герметичность затвора.

5.2.2 Техническая характеристика стенда

1. Давление применяемое на стенде для испытания изделий:

а) водой рабочее................................................ 1,6; 4,0; 6,3 МПа

б) водой пробное.................................................2,4; 6,0; 9,5 МПа

в) воздухом........................................................................0,6 МПа

2. Объём бака для воды............................................................90 л

3. Мультипликатор для создания высокого давления

а) диаметр пневмоцилиндра..................................................200 мм

б) диаметр штока мультипликатора........................................40 мм

в) ход штока мультипликатора..............................................250 мм

г) подача жидкости за 1 ход...................................................0,314 л

4. Насос для заполнения изделия водой..................................ПА-22

5. Гидроцилиндр зажима изделия

а) диаметр поршня..................................................................200 мм

б) ход поршня...........................................................................40 мм

6. Гидростанция: СВ-М1-40-1Н-2,2-5,3

а) рабочее давление........................................................... 12,5 МПа

б) мощность электродвигателя..............................................2,2 кВт

7. Габариты стенда

а) длина..................................................................................3500 мм

б) ширина.............................................................................1100 мм

в) высота................................................................................2000 мм

8. Масса ..................................................................................1700 кг

5.2.3 Устройство стенда

Гидростенд состоит из: рамы на ней установлен бак для воды объёмом 90 л, две стойки к которым крепится траверса с винтом. Траверса имеет заглушку с маховиком для создания верхнего уплотнения в испытываемом изделии, на заглушке установлен клапан для сброса давления. Также на раме установлена плита с гидроцилиндром для поджатия изделия, прихваты для захвата изделия. По кругу плиты имеется борт, который предохраняет от попадания воды за приделы стенда. Таким образом вода возвращается по патрубку обратно в бак. Также гидростенд имеет электрошкаф, в котором установлен мультипликатор для создания высокого давления, насоса для заполнения изделия водой, фильтров для очистки воды, клапанов обратных, датчиков давления, реле и микроконтроллера. За щитом установлена гидростанция.

5.2.4 Техника безопасности

1. К работе на стенде допускаются лица имеющие соответствующий допуск слесаря-испытателя, практический навык работы на соответствующих установках, знающие принцип работы стенда, технические требования на испытуемые изделия, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

2. Испытание производить только на исправном стенде. Перед испытанием провести осмотр стенда, все вентиля перед началом испытания должны находиться в закрытом положении, проверить работоспособность основным узлов и органов управления. Утечки воздуха и воды не допускаются.

3. После окончания испытания, давление в системе стенда должно равняться О.

4. Запрещается снимать испытуемое изделие со стенда, не сбросив давление до нуля вентилем находящимся на заглушке приспособления.

5. Конрольно-измерительная аппаратура должна действовать в пределах допустимых диапазонов действия.

6. Установить лицо ответственное за безопасную эксплуатацию стенда.

7. Работа на стенде запрещается:

а) при любых неисправностях стенда;

б) при истечении срока очередного освидетельствования стенда:

в) лицам не имеющим допуска к работе на стенде.

8. Стенд проверять 1 раз в 3 месяца давлением 150 кгс/см2, в присутствии мастера ОТК цеха эксплуатирующего стенд, слесаря испытателя и старшего мастера.

При положительных результатах аттестации в приложении паспорта делается соответствующая отметка. Срок проведенной аттестации и срок следующей аттестации указывается на бирке прикрепленной к аттестованному оборудованию.

корпус задвижка пневмогидроавтоматика стенд

6. Функционально-стоимостной и экономический анализ проектируемых систем стенда

6.1 Функционально-стоимостной анализ проектируемого варианта гидравлической и пневматической систем стенда

В данном разделе обоснована экономическая целесообразность разработки автоматизированного стенда для приемо-сдаточных и исследовательских испытаний арматуры высокого давления. Для этого используется функционально-стоимостной анализ проектируемого стенда. С использованием корректирующей формы функционально-стоимостного анализа производится анализ проектируемого варианта технической системы, подвергшийся инновационным преобразованиям. В результате данного анализа в проектируемом варианте обнаруживаются функциональные и структурные элементы системы, обладающие экономической несостоятельностью или функциональной недостаточностью. Именно эти элементы должны быть рационализированы повторно. При этом, кроме технических эффектов от разработки, появляются экономические, социальные, экологические и иные эффекты.

Построение структурной модели.

Структурная модель (СМ) - это упорядоченное представление элементов объекта и отношений между ними, дающее представление о составе материальных составляющих объекта, их основных взаимосвязях и уровнях иерархии. Структурная модель проектируемого варианта стенда представлена на рисунке 10.

Построение функциональной модели объекта.

Функциональная модель (ФМ) - это логико-графическое изображение состава и взаимосвязей функций объекта, получаемое по средствам их формулировки и установления порядка подчинения. ФМ проектируемого варианта стенда представлена на рисунке 11.

Построение совмещенной функционально-стоимостной модели (ФСМ) объекта.

В данном пункте производится функционально-стоимостной анализ проектируемого варианта стенда для приемо-сдаточных и исследовательских испытаний арматуры высокого давления. ФСМ объекта пригодна для выявления ненужных функций и элементов в объекте (бесполезных и вредных); определения функциональной достаточности и полезности материальных элементов объекта; распределения затрат по функциям; оценки качества исполнения функций; выявления дефектных функциональных зон в объекте; определения уровня функционально-структурной организации изделия.

Построение ФСМ осуществляется путем совмещения ФМ и СМ объекта. ФСМ проектируемого варианта стенда, для приемо-сдаточных и исследовательских испытаний арматуры высокого давления, представлена в таблице 13.

Оценка значимости функции ведется последовательно по уровням ФМ (сверху вниз), начиная с первого. Для главной и второстепенной, т.е. внешних функций объекта при оценке их значимости исходным является распределение требований потребителей (показателей качества, параметров, свойств) по значимости (важности).

Нормирующим условием для функции является следующее:

где rij - значимость jой функции, принадлежащей данному iому уровню ФМ; j=1,2,...,n;

n - количество функций, расположенных на одном уровне ФМ и относящихся к общему узлу вышестоящего уровня.

Для внутренних функций определение значимости ведется исходя из их роли в обеспечении функций вышестоящего уровня.

Определение относительной важности функции R.

Учитывая многоступенчатую структуру ФМ, наряду с оценкой значимости функций по отношению к ближайшей вышестоящей определяется показатель относительной важности функции любого i-го уровня Rij по отношению к изделию в целом:

где G - количество уровней ФМ.

В случае, если одна функция участвует одновременно в обеспечении нескольких функций верхнего уровня ФМ, ее значимость определяется для каждой из них отдельно, а относительная важность функции для объекта в целом рассчитывается как сумма значений Rij по каждой ветви ФМ (от iго уровня до первого), проходящей через эту функцию.

Оценка качества исполнения функций Q.

Обобщенный (комплексный) показатель качества варианта исполнения функций оценивается по формуле:

где n - значимость nго потребительского свойства;

Pnv - степень удовлетворения nго свойства в vом варианте;

m - количество свойств.

Важным элементом качества исполнения функций является функциональная организованность изделий, которая определяется следующими показателями.

Показатель актуализации функций, определяется коэффициентом актуализации:

где Fп - необходимые функции;

Fоб - общее количество действительных функций;

Показатель сосредоточения функций, определяется коэффициентом сосредоточения:

где Fосн - количество основных функций;

Fоб - общее количество функций.

Показатель совместимости функций, определяется коэффициентом совместимости:

где Fс - функции согласования;

Fоб - общее количество функций.

Показатель гибкости функций, определяется коэффициентом гибкости



где FP - количество потенциальных функции;

FП - количество необходимых функций.

Качество выполнения функций будет иметь вид:

Определение абсолютной стоимости функций.

Функционально необходимые затраты - минимально возможные затраты на реализацию комплекса функций объекта при соблюдении заданных требований потребителей (параметров качества) в условиях производства и применения (эксплуатации), организационно- технический уровень которых соответствует уровню сложности спроектированного объекта.

Абсолютная стоимость реализации функций Sабс определяется по формуле:

Sабс=Sизг+Sэкспл+Sтр+Sэн+Sпроч

где Sизг - затраты, связанные с изготовлением (приобретением) материального носителя функции. В состав этих затрат входят: затраты на проектирование, изготовление (модернизацию), пуско-наладочные работы, обучение персонала:

Sэкспл - эксплуатационные затраты;

Sтр - затраты, связанные с трудоемкостью реализации функции;

Sэн - энергозатраты на реализацию функции;

Sпроч - прочие затраты на реализацию функции .

Определение относительной стоимости реализации функций.

Относительная стоимость реализации функций SотнF определяется по формуле

где Sабс - суммарная абсолютная стоимость функционирования объекта.

SабсFij - абсолютная стоимость реализации jой функции iго уровня ФМ.

Построение функционально-стоимостных диаграмм (ФСД) и диаграмм качества исполнения функций (КИФ).

Данные диаграммы строятся для проектного варианта исследуемого объекта. Они имеют целью выявления зон диспропорции, т.е. зон избыточной затратности реализации функции, а также определение зон функциональной недостаточности (низкого качества исполнения функций).

Диаграммы ФСД и КИФ проектного варианта вынесены на графическую часть проекта и изображены на листе 8, (технико-экономические показатели проекта, иллюстрация).



Рисунок 10 - Структурная модель проектируемого стенда



Рисунок 11 - Функциональная модель проектируемого стенда

Обозначения, принятые в таблице:

r - значимость функции;

R - относительная важность функции;

Q - качество исполнения функции;

Sабс - абсолютная стоимость реализации функции;

Sотн - относительная стоимость реализации функции.

Таблица 13 - Функционально-стоимостная модель проектируемого варианта стенда

Индекс функции	Наименование функции	Материальный носитель функции	r	R	Q	Sабс.	Sотн.
F1	Распределение воды и воздуха	Система подачи воды и воздуха	0,4	0,16	-1,57	189000	-0,548
f1.1	Хранение и сбор воды	Бак с водой	0,1	0,04	-0,10	3000	-0,009
f1.2	Подача воды	Гидростанция	0,2	0,08	-0,20	25000	-0,073
f1.3	Подача воздуха	Пневмостанция	0,2	0,08	-0,16	25000	-0,073
f1.4	Устройство повышения давления	Мультипликатор	0,2	0,08	-0,16	8000	-0,023
f1.5	Подкачка воды на стенд	Насос	0,2	0,08	-0,16	8000	-0,023
f1.6	Распределение воды и воздуха	Клапана	0,1	0,04	-0,08	120000	-0,348
F2	Управление работой стенда	Система управления комплексом	0,6	0,36	-0,47	155800	-0,452
f2.1	Управление работой стенда	Система управления АДС	0,6	0,36	-0,59	20000	-0,058
f2.2	Управление подачей воды и воздуха	Система управления пневмостанцией, гидростанцией, мультипликатором, насосом	0,4	0,24	-0,39	20000	-0,058
f2.1.1	Управление диагностикой и испытанием	Система испытания и диагностики	0,4	0,24	-0,39	15000	-0,044
f2.1.2	Управление электромагнитами	Система управления электромагнитами	0,6	0,36	-0,59	10000	-0,029
f2.2.1	Получение и передача информации	Контроллер	0,5	0,3	-0,49	50000	-0,145
f2.1.1.1	Измерение давления	Датчик давления	0,3	0,18	-0,30	16000	-0,046
f2.1.2.1	Управление электромагнитами	Электромагниты клапанов	0,4	0,24	-0,39	2000	-0,006
f2.2.2	Получение данных	ПК	0,5	0,3	-0,49	2000	-0,058
f2.1.1.2	Устройство диагностирования	Датчик положения клапана	0,3	0,18	-0,30	2800	-0,008

? 344800

6.2 Расчет окупаемости и экономическая оценка проекта

Экономическая оценка проекта осуществляется с использованием следующих показателей:

1) чистая приведенная величина дохода (Net Present Value - NPV).

NPV представляет собой разность между приведенным к началу реализации проекта поступлениями от реализации проекта и инвестиционными затратами, т.е. сумму дисконтированного чистого денежного потока за период реализации проекта:

, (33)

где Т - продолжительность реализации проекта;

t - порядковый номер года реализации проекта;

NCFt - чистый денежный поток года t;

PV - коэффициент дисконтирования в году t;

2) коэффициент дисконтирования (PV - фактор) для года t определяется по формуле

, (34)

где r - ставка дисконта;

3) внутренняя норма доходности (Internal Rate of Return - IRR).

Внутренняя норма доходности (IRR) - это значение ставки дисконтирования, при котором сумма дисконтированных поступлений денежных средств равна сумме дисконтированных платежей или чистая приведенная величина дохода (NPV) обращается в ноль.

Таким образом, значение внутренней нормы доходности определяется из соотношения:

, (35)

4) периодом окупаемости проекта или периодом возврата инвестиций (Discounted Payback Period - DPP) называется период времени, за который дисконтированные поступления от результатов внедрения проектных решений покроют инвестиции, т. е. значение периода окупаемости определяется из соотношения:

, (36)

где CFt - поступление денежных средств от эффектов, связанных с внедрением проекта;

IN - инвестиционные затраты.

Таблица 14 - Таблица формирования денежного потока

№	Наименование показателей	Годы	Итого
		0	1	2	3	4	5
1 2 3	Эффект от проектного решения: - Результаты - Затраты Итого: денежные средства (Cash Flow) от реализации проекта (1-2)	0 0 0	190000 100000 90000	190000 100000 90000	190000 100000 90000	190000 100000 90000	190000 100000 90000	950000 500000 450000
4 5 6	Инвестиции Ликвидационная стоимость активов Итого: денежные средства (Cash Flow) от инвестиционной деятельности (5-4)	252800 192800 -60000
7	Чистый денежный поток средств (Net Cash Flow) (3+6)	-60000	90000	90000	90000	90000	90000	450000
8	Дисконтированный чистый денежный поток средств NCFt*PVt	-60000	68400	51300	38700	29700	22500	210600
9	Дисконтированный чистый денежный поток нарастающим итогом	-60000	8400	59700	98400	128100	150600

7. Безопасность и экологичность проекта

Современное машиностроительное производство представляет собой комплекс сложных технических систем, машин и оборудования с высоким уровнем механизации и автоматизации производственных процессов. До настоящего времени наибольшее внимание при создании новой технологии, машин и механизмов уделяется таким показателям, как производительность, стоимость и другие. Между тем, безопасность и экологичность, обеспечение комфортных условий труда, сведение к минимуму риска для обслуживающего персонала выдвигаются в число важнейших критериев, характеризующих технический уровень и качество машин, оборудования и технических процессов, определяющих их конкурентоспособность на мировом рынке.

Обеспечение безопасности труда реализуется как при проектировании производственных процессов, так и в процессе их выполнения. Решающим направлением улучшения условий труда, превращение всех производств в безопасные - является техническое перевооружение машиностроительных предприятий безопасной техникой.

Безопасность труда обеспечивается соблюдением стандартов по безопасности труда, правил по технике безопасности, санитарных норм и правил, инструкций по охране труда. Особое внимание обращается на соблюдение этих требований при создании новых видов оборудования, разработке и реализации производственных процессов.

В государственных стандартах по безопасности труда сформулированы требования к производственным процессам, оборудованию, промышленной продукции, средствам защиты работающих, установлены нормы и требования на параметры, характеризующие шум, вибрацию, ультразвук, запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, электро и взрывобезопасность, пожарную безопасность и т.д. Создание безопасных и экологичных производственных процессов, машин и оборудования составляет материальную основу обеспечения жизнедеятельности человека и является одной из основных целей системы управления безопасностью труда и экологической безопасностью предприятия.

7.1 Безопасность труда. Эргономика

7.1.1 Анализ безопасности труда

Условия труда на рабочих местах производственных помещений и площадок складываются под воздействием большого числа факторов, различных по своей природе, формам проявления, характеру действия на человека. При механической обработке металлов, пластмасс и других материалов на металлорежущих станках (токарных, фрезерных, сверлильных, шлифовальных, заточных и др.) возникает ряд физических, химических, психофизиологических и биологических опасных (ОФ) и вредных (ВФ) производственных факторов. Они подразделяются по своему действию на группы в соответствии с ГОСТ 12.01.003-74* ( СТ СЭВ 790-77).

Движущие части производственного оборудования, передвигающиеся изделия и заготовки, стружка обрабатываемых материалов, осколки инструментов, высокая температура поверхности обрабатываемых деталей и инструмента, повышенное напряжение в электроцепи или статического электричества, при котором может произойти замыкание через тело человека - относятся к категории физически опасных факторов.

Так, при обработке хрупких материалов (чугуна, латуни, бронзы, графита, карболита, текстолита и др.) на высоких скоростях резания стружка от станка разлетается на значительное расстояние (3-5 м). Металлическая стружка, особенно при точении вязких металлов (сталей), имеющая высокую температуру (400-600?С) и большую кинетическую энергию, представляет серьезную опасность не только для работающего на станке, но и для лиц, находящихся вблизи станка. Наиболее распространенными у станочников являются травмы глаз. Глаза повреждались отлетающей стружкой, пылевыми частицами обрабатываемого материала, осколками режущего инструмента и частицами абразива.

Физическими вредными производственными факторами, характерными для процесса резания, являются повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, высокий уровень шума и вибрации, недостаточная освещенность рабочей зоны, наличие прямой и отраженной блескости, повышенная пульсация светового потока. При отсутствии средств защиты запыленность воздушной среды в зоне дыхания станочников при точении, фрезеровании и сверлении хрупких материалов может превышать предельно допустимые концентрации. При точении латуни и бронзы количество пыли в воздухе помещения относительно невелико (14,5-20 мл/куб.м.). Однако некоторые сплавы (латунь ЛЦ40С и бронза Бр ОЦС 6-6-3) содержат свинец, поэтому токсичность пыли, образующейся при их точении, следует оценивать с учетом количества в сплаве свинца, приняв его предельно допустимую концентрацию. Размер пылевых частиц в зоне дыхания колеблется в широком диапазоне - от 2 до 60 мкм. При обработке латуни, бронзы, карболита, графита на повышенных скоростях резания (V=300-400 м/мин) количество пылевых частиц размером до 10 мкм составляет 50-60 % общего их числа.

В процессе механической обработки полимерных материалов происходят механические и физико-химические изменения их структуры (термоокислительная деструкция). При работе режущим тупым инструментом происходит интенсивное нагревание, вследствие чего пыль и стружка превращаются в парообразное и газовое состояние, а иногда возникает воспламенение материала, например, при обработке текстолита. Таким образом, при обработке пластмасс в воздух рабочей зоны поступает сложная смесь паров, газов и аэрозолей, являющихся химическими вредными производственными факторами.

Продукты термоокислительной деструкции (предельные и непредельные углеводороды, а также ароматические углеводороды) могут вызывать наркотическое действие, изменения со стороны центральной нервной системы, сосудистой системы, кроветворных органов, внутренних органов, а также кожно-трофические нарушения. Аэрозоль нефтяных масел, входящих в состав смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), может вызывать раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, способствовать снижению иммунобиологической реактивности.

Микроклимат на рабочем месте в производственных помещениях определяется температурой воздуха, относительной влажностью, скоростью движения воздуха, барометрическим давлением и интенсивностью теплового излучения от нагретых поверхностей. Производственные помещения, в которых осуществляются процессы обработки резанием, соответствуют требованиям СНиПов, санитарных норм проектирования промышленных предприятий. Естественное и искусственное освещение производственных помещений соответствует требованиям СНиП 23.05-95. Уровень шума не превышает 80 дБА. На случай пожара в цехе предусмотрены средства пожаротушения и эвакуационные выходы. На участке присутствует естественная и общеобменная вентиляция. Применяется местная вентиляция, обеспечивающая удаление пыли, мелкой стружки и аэрозолей СОЖ из рабочей зоны станков.

К психофизиологическим вредным производственным факторам процессов обработки материалов можно отнести физические перегрузки при установке, закреплении и съеме крупногабаритных деталей, перенапряжение зрения, монотонность труда.

К биологическим факторам относятся болезнетворные микроорганизмы и бактерии, проявляющиеся при работе с СОЖ.

7.1.2 Разработка средств защиты от электромагнитных полей

Источниками электромагнитных полей (ЭМП) являются: атмосферное электричество, радиоизлучения, электрические и магнитные поля Земли, искусственные источники (установки ТВЧ). Источниками излучения электромагнитной энергии являются промышленные установки высокочастотного нагрева, а также многие измерительные, лабораторные приборы. Источниками излучения могут быть любые элементы, включенные в высокочастотную цепь. Токи высокой частоты применяют для плавления металлов, термической обработки металлов, диэлектриков и полупроводников и для многих других целей. Для научных исследований в медицине применяют токи ультравысокой частоты, в радиотехнике -- токи ультравысокой и сверхвысокой частоты. Возникающие при использовании токов высокой частоты электромагнитные поля представляют определенную профессиональную вредность, поэтому необходимо принимать меры защиты от их воздействия на организм.

Токи высокой частоты создают в воздухе излучения, имеющие ту же электромагнитную природу, что и инфракрасное, видимое, рентгеновское и гамма-излучение. Различие между этими видами энергии -- в длине волны и частоте колебаний, а значит, и в величине энергии кванта, составляющего электромагнитное поле. Электромагнитные волны, возникающие при колебании электрических зарядов (при прохождении переменных токов), называются радиоволнами. Электромагнитное поле характеризуется длиной волны или частотой колебания. Интенсивность электромагнитного поля в какой-либо точке пространства зависит от мощности генератора и расстояния от него. На характер распределения поля в помещении влияет наличие металлических предметов и конструкций, которые являются проводниками, а также диэлектриков, находящихся в ЭМП.