Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Модернизация поперечно–строгального станка с ходом ползуна 700 мм на базе модели 7307

Модернизация поперечно–строгального станка с ходом ползуна 700 мм на базе модели 7307

Характеристика станков строгальной группы, выпускаемых в РФ и других странах, их отличительные признаки, пути и цели модернизации. Методика реконструкции поперечно-строгального станка модели 7307. Расчеты несущей системы модернизированного станка.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	дипломная работа
Язык	русский
Дата добавления	31.05.2010
Размер файла	7,2 M

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Рисунок 12 - Кинематическая структура коробки скоростей

3.7 Определение крутящих моментов на валах коробки скоростей

Крутящие моменты на валах Т, Н·м, могут быть найдены по формуле:

(3.22)

где Р_эд. - мощность на валу двигателя, кВт;

- КПД участка кинематической цепи от двигателя до рассчитываемого вала;

n - расчетная частота вращения вала, об/мин.

Кинематический расчет коробки скоростей выполнен с использованием программы «SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении А.

3.8 Расчет прямозубой эвольвентной передачи

Определение модуля зубчатой передачи расчетом на контактную выносливость зубьев

Для прямозубой цилиндрической передачи модуль m_н, мм, определяется по формуле:

(3.23)

где K_d - вспомогательный коэффициент; для прямозубых передач K_d = 770;

z₁ - число зубьев шестерни;

T₁ - вращающий момент на шестерне, Нм;

u - передаточное отношение передачи;

_НР - допускаемое контактное напряжение, МПа;

K_H - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца;

(3.24)

где b - рабочая ширина венца зубчатой передачи;

d₁ - делительный диаметр шестерни.

Определение модуля зубчатой передачи расчетом на выносливость зубьев при изгибе

Для прямозубой цилиндрической передачи модуль m_F, мм, определяется по формуле:

(3.25)

где K_m - вспомогательный коэффициент; для прямозубых передач K_m = 14;

K_F - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца при изгибе;

_FP - допускаемое изгибное напряжение, МПа;

Y_F₁ - коэффициент учитывающий форму зубьев шестерни.

Определение стандартного модуля зубчатой передачи

Из полученных расчетных значений m_H и m_F выбирается наибольшее значение и округляется в сторону увеличения до стандартного модуля по ГОСТ 9563 - 60. При этом должно выполняться следующее условие:

m₁ m₂ … m_k, (3.26)

где m₁ - модуль зубчатых передач группы, расположенной первой от электродвигателя;

m_k - модуль зубчатых передач группы, расположенной последней от электродвигателя.

Определение межосевого расстояния зубчатой передачи

Для прямозубой цилиндрической передачи межосевое расстояние А, мм, определяется по формуле:

(3.27)

где m - стандартный модуль передачи, мм;

z₂ - число зубьев зубчатого колеса, сопряженного с шестерней.

При определении межосевых расстояний по группам передач должно выполняться следующее условие:

A_w₁ A_w₂ … A_wk, (3.28)

где A_w₁ - межосевое расстояние передач группы, расположенной первой от электродвигателя;

A_wk - межосевое расстояние передач группы, расположенной последней от электродвигателя.

Расчет прямозубой эвольвентной передачи выполнен с использованием программы «SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении Б.

3.9 Расчет клиноременной передачи

С использованием программы «SIRIUS 2» произведем полный расчет клиноременной передачи с двумя шкивами без натяжного ролика при передаваемой мощности не более 30 кВт.

Окружная скорость ремня V, мин ^-1, определяется по формуле:

, (3.29)

где d₁ - расчетный диаметр шкива, мм;

n₁ - мощность, передаваемая передачей, кВт.

Расчетная длина ремня L, мм, определяется по формуле:

, (3.30)

где d₂ - расчетный диаметр шкива, мм;

А - приблизительное межцентровое расстояние, мм.

Число ремней z определяется по формуле:

, (3.31)

где N - мощность, передаваемая передачей, кВт;

N₀ - мощность, передаваемая одним ремнем, кВт;

К₁ - поправочный коэффициент, зависящий от угла обхвата;

С_Р - коэффициент режима работы.

Коэффициенты К₁ и С_Р определяются по формулам:

, (3.32)

, (3.33)

где С - обозначение типа станка;

????угол обхвата на малом шкиве, который определяется по формуле:

. (3.34)

Тяговое усилие передачи Р, Н, находится по формуле:

. (3.35)

Усилие на вал от одного ремня G, Н, определяется по формуле:

, (3.36)

где S - предварительное натяжение ремня, Н.

Уточненное межцентровое расстояние А₂, мм, вычисляется по формуле:

. (3.37)

Результаты расчета находятся в приложении В.

3.10 Расчет и построение свертки коробки скоростей

Разработка компоновочной схемы коробки скоростей

Компоновочная схема разрабатывается в следующем порядке:

а) определяются расстояния между осями валов и проводятся осевые линии.

б) на осях располагаются зубчатые колеса, муфты и другие передачи, и механизмы в соответствии с кинематической схемой. При этом нужно обеспечить возможность перемещения подвижных зубчатых колес и муфт, размещения механизмов управления, регулирования подшипников, сборки и разборки узла, а также обратить внимание на то, чтобы передвижные блоки зубчатых колес не сцепились одновременно с двумя неподвижными колесами на смежном валу.

в) вдоль оси каждого вала проставляются все соответствующие конструктивные размеры, что позволяет определить его ориентировочную длину.

Вычерчивание свертки коробки скоростей

а) Выбирается положение оси первого вала.

б) Из центра первого вала проводится окружность радиусом, равным расстоянию между осью первого вала и осью соседнего вала. Любая точка на этой окружности может быть центром этого вала и будет удовлетворять условию зацепляемости колес. Центр выбирается с учетом возможности рационального расположения и остальных валов.

в) Таким же путем определяются центры других валов. При расположении валов необходимо обеспечить простую форму корпуса, удобство его обработки, сборки и разборки. Нужно стремиться располагать центры валов на одних и тех же линиях как по вертикали так и по горизонтали, что делает корпус более технологичным.

Определение усилий действующих в зубчатых зацеплениях

На основе построенной свертки выполняется расчетная схема (рисунок 13), представляющая собой условное изображение расчетной цепи зубчатых передач. В полюсе зацепления каждой зубчатой пары, по нормали к боковым поверхностям зубьев, действуют силы F_n, Н, величина которых определяется по формуле:

(3.38)

где m и z - модуль и число зубьев зубчатого колеса;

Т - вращающий момент, приложенный к валу зубчатого колеса, Нмм.

Сила, действующая со стороны шестерни на валу электродвигателя на натяжение ремней входного вала:

F₁= 307,33 H.

Сила, действующая со стороны шестерни на входном валу на зубчатое колесо промежуточного вала 1:

Сила, действующая со стороны шестерни на промежуточном валу 1 на зубчатое колесо промежуточного вала 2:

Рисунок 13 - Свертка коробки скоростей

Сила, действующая со стороны шестерни на промежуточном валу 2 на зубчатое колесо выходного вала:

3.11 Расчет и подбор подшипников

Определение реакций в опорах валов

Необходимо определить реакции в каждой опоре с помощью уравнений статики, которые имеют следующий вид:

, , , (3.39)

где F_kx - сумма всех сил, действующих в плоскости Ozx;

F_ky - сумма всех сил, действующих в плоскости Ozy;

m_O(F_k) - сумма моментов сил относительно выбранной точки плоскости.

Выбор подшипников по статической грузоподъемности

Критерием для подшипника служит неравенство:

P₀ C₀, (3.40)

где Р₀ - эквивалентная статическая нагрузка;

С₀ - табличное значение статической грузоподъемности выбранного подшипника.

Величины приведенной статической нагрузки для радиальных подшипников определяются как большие из двух следующих значений:

P₀ = X₀F_r + Y₀F_a_; P₀ = F_r, (3.41)

где Х₀ - коэффициент радиальной нагрузки;

Y₀ - коэффициент осевой нагрузки;

F_r - постоянная по величине и направлению радиальная нагрузка, Н;

F_а - постоянная по величине и направлению осевая нагрузка, Н.

Выбор подшипников по динамической грузоподъемности

Критерием для выбора подшипника служит неравенство:

Стр. С, (3.42)

где Cтр. - требуемая величина динамической грузоподъемности подшипника;

С - табличное значение динамической грузоподъемности выбранного подшипника.

Требуемая динамическая грузоподъемность Стр, Н, определяется по формуле:

(3.43)

где Р - эквивалентная динамическая нагрузка, Н;

n - частота вращения вала для которого подбирается подшипник, об/мин;

Lh - долговечность подшипника, выраженная в часах работы;

- коэффициент, зависящий от формы кривой контактной усталости.

Эквивалентная динамическая нагрузка Р, Н, для шариковых радиально-упорных подшипников определяется по формуле:

P = (XVFr + YFa) KбKт, (3.44)

где Fr - радиальная нагрузка, приложенная к подшипнику;

Fa - осевая нагрузка, приложенная к подшипнику;

V - коэффициент вращения;

Kб - коэффициент безопасности;

Kт - температурный коэффициент.

Расчет подшипников качения выполнен с использованием программы

«SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении Г.

3.12 Расчет сечения сплошного вала

Определение диаметра средних участков вала

Под средними участками вала следует понимать участки, на которых расположены шестерни и зубчатые колеса. Определение диаметра производится расчетом на изгиб с кручением.

После завершения расчета, разрабатывается конструкция каждого вала, которая должна обеспечивать возможность сборки коробки скоростей и свободного продвижения зубчатых колес до места посадки.

Расчет валов на усталостную прочность

Расчет сводится к определению расчетных коэффициентов запаса прочности для предположительно опасных сечений валов.

Условие прочности в данном расчете, имеет вид:

(3.45)

где n - расчетный коэффициент запаса прочности;

[n] = 1,3 1,5 - требуемый коэффициент запаса для обеспечения прочности;

[n] = 2,5 4 - требуемый коэффициент запаса для обеспечения жесткости;

n - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

n - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

(3.46)

где -1 и -1 - пределы выносливости для материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения, МПа;

_а, а и m, m - амплитуды и средние напряжения циклов нормальных и касательных напряжений, МПа;

k и k - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и при кручении;

и - масштабные факторы для нормальных и касательных напряжений;

и - коэффициенты, учитывающие влияние постоянной составляющей цикла на усталостную прочность.

Можно считать, что нормальные напряжения, возникающие в поперечном сечении вала от изгиба, изменяются по симметричному циклу, тогда:

(3.47)

где Мизг. - суммарный изгибающий момент в наиболее нагруженном сечении, Нмм;

W - момент сопротивления сечения при изгибе, мм3.

Для круглого сечения вала:

(3.48)

Для круглого сечения со шпоночной канавкой:

(3.49)

где b и t - ширина и высота шпоночной канавки, мм.

Для сечения вала со шлицами:

(3.50)

где = 1,125 - для шлицев легкой серии;

= 1,205 - для шлицев средней серии;

= 1,265 - для шлицев тяжелой серии.

Так как момент, передаваемый валом, изменяется по величине, то при расчете принимают для касательных напряжений наиболее неблагоприятный знакопостоянный цикл - отнулевой:

(3.51)

где Wк - момент сопротивления вала при кручении, мм3.

Для круглого сечения вала:

(3.52)

Для сечения вала со шпоночной канавкой:

(3.53)

Для сечения вала со шлицами:

(3.54)

Расчет на прочность шпонок и шлицевых соединений

Условие прочности по смятию для призматической шпонки имеет вид:

(3.55)

где z - число шпонок;

_см. - напряжение смятия, МПа;

[]см. - допускаемое напряжение при смятии, МПа;

lp - рабочая длина шпонки, мм;

d - диаметр вала, мм;

h - высота шпонки, мм.

Условие прочности из расчета на срез шпонки:

(3.56)

где []ср. - допускаемое напряжение при срезе, МПа.

Расчет шлицевых соединений условно производят на смятие втулки в месте ее соприкосновения с боковыми поверхностями зубьев.

(3.57)

где = 0,70,8 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по зубьям;

z - число зубьев;

l - рабочая длина зуба вдоль оси вала, мм;

h - рабочая высота контактирующих зубьев в радиальном направлении, мм;

rср. - средний радиус, мм.

Расчет сечения сплошного вала выполнен с использованием программы «SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении Д.

В результате проведенных расчетов можно построить компоновочную схему развертки коробки скоростей (рисунок 18) /4/.

Рисунок 14 - Развертка коробки скоростей

3.13 Расчет потерь на трение в подшипниках качения валов

Сопротивление вращению в подшипниках качения складываются из следующих составляющих:

а) гистерезисные потери при циклической упругой деформации сжатия материала тел качения и беговых дорожек в точках контакта;

б) проскальзывание тел качения относительно беговых дорожек, вызванное сдвиговой деформацией материала в точках контакта;

в) скольжение тел качения относительно беговых дорожек при нарушении качения в результате сдвигов и перекосов обойм подшипника под нагрузкой;

г) трение тел качения о сепаратор и (в подшипниках с центрированным сепаратором) трение сепаратора об обоймы;

д) выдавливание и вязкий сдвиг масла в точках контакта;

е) завихрение и разбрызгивание смазочного материала смазочного масла, соприкасающегося с подшипником.

Основными потерями в подшипниках являются потери на трение, которые определяются моментом трения /12/.

Момент трения в подшипниках рекомендуется определять по следующей формуле:

(3.58)

где М₀ - момент трения холостого хода, зависящий от типа подшипника и условий его работы;

М₁ - момент трения зависящий от нагрузки.

Момент трения холостого хода, зависящий от типа подшипника и условий его работы М₀, Н^.мм, рассчитывается по формуле:

(3.59)

где f₀ - табличный коэффициент, полученный в результате экспериментальных исследований различных типов подшипников при различных типах систем смазывания;

- кинематическая вязкость масла, мм²/с;

n - частота вращения вала, мин -¹;

D_ср. - средний диаметр подшипника, мм.

Момент трения зависящий от нагрузки М₁, Н^.м, рассчитывается по формуле:

, (3.60)

где f₁ - коэффициент, зависящий от типа подшипника;

g₁ - коэффициент, зависящий от соотношения радиальной и осевой нагрузок;

Р₀ - эквивалентная статическая нагрузка, Н.

Потеря мощности, обусловленная потерями на трение в подшипнике Р_тр, Вт, определяется по формуле:

, (3.61)

где n - частота вращения вала, мин^-1.

Расчет потерь на трение в подшипниках выполнен с использованием программы «SIRIUS 2».

Результаты расчета находятся в приложении Е.

3.14 Расчет теплового баланса опор качения

Уравнение теплового баланса при установившемся режиме работы под-шипника имеет следующий вид /15/:

W = W₁ + W₂, (3.62)

где W - тепловыделение в подшипнике, Вт;

W₁- количество тепла, переносимого смазкой, Вт;

W₂- количество тепла, отводимого корпусом подшипника во внешнюю среду, Вт.

Количество тепла, переносимого смазкой W₁, Вт, вычисляется по формуле:

W₁ = cQ(t₂ - t₁), (3.63)

где с - удельная объемная теплоемкость масла, Дж/м³C;

t₁ и t₂ - температура смазки на входе и выходе из подшипника;

Q - расход масла, м³/с.

Количество тепла, отводимого корпусом подшипника во внешнюю среду W₂, Вт, вычисляется по формуле:

W₂ = kF(t_м - t_в), (3.64)

где F - свободная поверхность подшипникового узла, м²;

k - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²С;

t_м- средняя температура масла в нагруженной зоне;

t_в - температура окружающего воздуха.

Теплообразование в подшипнике W, Вт, определяется мощностью расходуемой на трение:

W = P_тр., (3.65)

Из приведенных формул следует, что необходимое для отвода тепла количество жидкого масла Q, л/мин, определяется по формуле:

. (3.66)

Расчет теплового баланса опор выполнен с использованием программы «SIRIUS 2». Результаты расчета находятся в приложении Ж.

3.15 Выбор и обоснование посадок

Выбор посадок подшипников качения

При назначении полей допусков для посадок вала под внутреннее кольцо и отверстия корпуса под наружное кольцо подшипников качения необходимо учитывать:

а) вращается вал (внутреннее кольцо) или корпус;

б) вид нагрузки;

в) режим работы;

г) тип и размеры подшипников;

д) класс точности подшипника;

е) скорость вращающегося кольца;

ж) условия монтажа и эксплуатации и т.п.

В соответствии с указанными условиями, для посадки на вал шариковых радиальных подшипников класса точности L0, циркуляционном нагружении (вращающийся вал) и нормальном режиме работы, выбирается поле допуска k6. Для посадки подшипников в корпус выбирается поле допуска Н7.

Выбор посадок шлицевых соединений

Для неподвижных прямобочных шлицевых соединений:

а) в качестве посадки по диаметру при центрировании по наружному диаметру выбирается посадка F10/h9;

б) в качестве посадки по ширине шлица выбирается посадка D9/e8.

Для подвижных прямобочных шлицевых соединений:

а) в качестве посадки по диаметру при центрировании по наружному диаметру выбирается посадка F10/h9;

б) в качестве посадки по ширине шлица выбирается посадка D9/f8.

Выбор посадок шпоночных соединений

Для подвижных шпоночных соединений выбирается посадка H7/h6.

Для неподвижных шпоночных соединений выбирается переходная посадка H7/p6.

Для посадки призматических шпонок в вал использована посадка N9/h9.

3.16 Проектирование узла ползуна

К передней части ползуна крепится суппорт. Крепление суппорта осуществляется вращением кривошипной рукоятки за квадрат валика 8, который, затягивая хомут 10 стяжными винтами 11, поджимает торец суппорта к торцу ползуна. Место строгания устанавливают вращением кривошипной рукоятки за квадрат валика 20, который через конические шестерни 19, 18 передает вращение винту XV.

Винт XV, вращаясь, перемещается вместе с ползуном относительно корпуса гайки 9, соединенного через серьгу 7 с кулисой. Гайкой ползуна выбирается осевой люфт в резьбовом соединении с помощью пружин 16 и подвижных гаек 17.

С левой стороны ползуна смонтирована часть механизма автоматической откидки резца при обратном ходе ползуна, состоящая из толкателя 4, вилки 5, штанги 6 и фрикционного тормоза, прикрепленного к планке 12. Штанга имеет возможность, перемещаться вдоль оси относительно ползуна на длину 7 мм.

Один конец штанги находится в опоре 1, а другой во вкладышах фрикционной коробки 14. Вкладыши из тормозной фрикционной ленты поджимаются к штанге гайками 13 на усилие, необходимое для подъема резца при обратном ходе ползуна. В начале обратного хода ползуна штанга 6 остается неподвижной на ход 7 мм, так как штанга тормозится тормозными вкладышами, находящимися во фрикционной коробке 14, и резец поднимается над деталью.

Как только опора 1 доходит до вилки 5, штанга начинает двигаться вместе с ползуном, преодолевая силу трения во вкладышах фрикционной коробки и на всей длине хода ползуна; резец находится в приподнятом положении. Для уменьшения усилия трения во вкладышах фрикционной коробки 14 установлена пружина 2, которая рассчитана на усилие примерно 8 кгс, которое регулируется гайкой 3. Для равномерного распределения нагрева штанги 6, возникающего от силы трения во вкладышах фрикционной коробки, в штангу 6 необходимо на две трети объема залить эмульсию или машинное масло.

В начале перемещения ползуна с суппортом в направлении рабочего хода штанга остается неподвижной. Пружина 8 (см. рис. 15) возвращает параллелограмм в исходное положение, тем самым и резец возвращается в рабочее положение. Ползун, пройдя 7 мм свободного хода относительно штанги в (см. рис. 15) в направлении рабочего хода, движется вместе со штангой, преодолевая силу трения во вкладышах фрикционной коробки 14. Включать или выключать механизм автоматической откидки резца рукояткой 15. Нагрев штанги при длительной непрерывной работе допускается до 70° С. Для транспортировки ползуна на верхней плоскости его имеются два резьбовых отверстия М20, заглушённых пробками. В соединение винт-гайка установка саморегулируемый зазор /5/.

Рисунок 15 - Ползун

3.17 Проектирование узла кулисный механизм

Кулисный механизм служит для преобразования вращательного движения кулисной шестерни в возвратно-поступательное движение ползуна (рис. 16).

Корпус 14 механизма смонтирован в корпусе станины и вращается на двух конических роликоподшипниках, которые регулируют гайками /6/.

Люфт в подшипниках выбирают так, чтобы при обкатке, станка на максимальных двойных ходах ползуна в течение 30 мин температура подшипников не поднималась выше 85° С.

К корпусу 14 жестко крепится зубчатый венец, который и передает вращательное движение. В направляющих корпуса 14 находится палец-гайка 9, на котором надет камень 10.

Рисунок 16 - Кулисный механизм

3.18 Расчет коробки подач

Определение диапазона регулирования подач

Общий диапазон регулирования привода R_n, определяется по формуле /7/:

, (3.67)

где S_max - наибольшая горизонтальная подача, мм/дв. ход

S_min - наименьшая горизонтальная подача, мм/дв. ход

Подставив известные значения n_max и n_min, получим:

(3.68)

Расчет числа зубьев храпового колеса

Согласно кинематической схемы поперечины и стола необходимо определить угол поворота храпового колеса при Smin и Smax

Определяем угол поворота конического колеса z1=32 1 (град.) по формуле:

, (3.69)

где S - подача стола, мм/дв. ход

t - шаг винта, мм.

Определение угла поворота 2 (град.) зубчатого колеса z2=18:

, (3.70)

где z1 - число зубьев ведущего колеса,

z2 - число зубьев ведомого колеса,

Определение угла поворота 3 (град.) зубчатого колеса z4=46:

, (3.71)

где z3 - число зубьев ведущего колеса,

z4 - число зубьев ведомого колеса,

Определение угла поворота 4 (град.) зубчатого колеса z6=46:

, (3.72)

где z5 - число зубьев ведущего колеса,

z6 - число зубьев ведомого колеса,

4. Исследовательская часть

4.1 Расчеты несущей системы модернизированного станка модели 7307

В настоящее время при создании сложных технических объектов все большее внимание уделяется внедрению систем инженерного анализа. Системы компьютерного инженерного анализа не только позволяют оценить принципиальную работоспособность будущей конструкции (например, по условиям прочности) - они нашли широкое применение при моделировании технологических процессов металлообработки, ковки и штамповки, литья металлов и пластмасс.

В данном проекте использовался один из наиболее распространенных в нашей стране конечно-элементного пакет ANSYS, который применяется для инженерного анализа несущих систем станков /11/.

Для расчетов была приготовлена модель станка, которая была спроектирована в системе КОМПАС - 3D. Она представлена на рисунке 17.

Рисунок 17 - Расчетная модель станка

В процессе работы были произведены четыре вида анализа несущей системы станка. Это статический, модальный, тепловой и термодеформационный анализ. Их результаты представлены ниже.

Расчет на жесткость (статический расчет)

На рисунке 18 представлено деформированное состояние несущей системы станка после проведения расчета.

Рисунок 18 - Деформированное состояние станка

На рисунке 19 показаны результаты статического расчета в контурном представлении

Рисунок 19 - Контурное представление результата статического расчета

Модальный расчет

Модальный анализ выполняется для того, чтобы построить часть динамических характеристик рассматриваемой модели: собственные частоты (модальные частоты); амплитудно-частотные характеристики. Знание этих характеристик позволяет принять решение о динамическом качестве модели.

В процессе выполнения расчета обнаружились десять собственных частот. Результаты расчет на четырех из них представлены на рисунках 20 - 23.

Рисунок 20 - 1-я мода

Рисунок 21 - 2-я мода

Рисунок 22 - 3-я мода

Рисунок 23 - 4-я мода

Тепловой расчет

При решении задач теплообмена в Ansys устанавливается распределения температур в рассматриваемой модели объекта. Кроме того, можно использовать результаты теплового расчета для вычисления тепловых напряжений и перемещений.

Перенос тепла в общем случае может осуществляться в трех формах: теплопроводности, конвекции и излучении. Распространение тепла в твердом теле происходит благодаря теплопроводности. Перенос тепла посредством теплопроводности обусловлен наличием вещественной среды, и тем, что теплообмен совершается только между непосредственно соприкасающимися частицами тела. Результат теплового расчета представлен на рисунке 24.

Рисунок 24 - Контурное представление результата теплового расчета

Термодеформационный расчет

На рисунке 25 представлен результат термодеформационного расчета.

Рисунок 25 - Контурное представление результата термодеформационного расчета

5. Расчет экономического эффекта от модернизации поперечно - строгального станка мод. 7307

5.1 Исходные данные для расчета экономического эффекта от модернизации

Проведенная модернизация поперечно-строгального станка мод. 7307 позволила снизить штучное время на обработку деталей.

Рассчитаем годовой экономический эффект от модернизации.

В качестве детали - представителя для проведения расчетов выбрана деталь «корпус».

База для сравнения вариантов - поперечно-строгальный станок мод. 7307 до модернизации /8/.

Исходные данные представлены в таблицах 1,2,3.

Таблица 1 - Исходные данные для расчета затрат на модернизацию станка

№ п/п

Показатели

Усл. обозн.

Ед.изм.

Значение

1

Часовая тарифная ставка рабочих, участвующих в проведении модернизации

ЧТСм

руб./час

24

2

Суммарная трудоемкость работ по модернизации

Трм

час

110

3

Коэффициент, учитывающий заработную плату

Кдз

-

1,2

4

Районный коэффициент

Курал

-

1,15

5

Коэффициент отчислений на социальные нужды

Ксн

-

1,281

6

Коэффициент, учитывающий прочие (накладные) расходы на модернизацию оборудования

Кпрм

-

2,5

7

Стоимость базового оборудования

Цобнемод

руб.

150000

8

Общая стоимость комплектующих изделий, заменяемых в ходе проведения модернизации

Сзамкомп

руб.

34000

Таблица 2 - Исходные данные для расчета затрат на комплектующие изделия для модернизации станка

Наименование комплектующих изделий

Количество(Qкомпл), шт.

Цена (Цкомпл) руб./шт

Ползун

1

3000

Коробка подач

1

6500

Механизм переключения скоростей

1

5300

Коробка скоростей

1

6200

Кулисный механизм

1

1000

Суппорт

1

5000

Станина

1

7000

Таблица 3-Исходные данные для расчета экономического эффекта от применения модернизированного оборудования

Показатели

Условное

обозначение

Ед.изм.

Базовый

вариант

Модерн.

вариант

1. Штучное время

tшт

мин/шт.

5

4,4

2. Годовая программа

Nвып

шт./год

25000

25000

3. Количество смен в день

hсмен

смен / день

1

1

4. Количество часов работы

в смену

Fсмен

час/смен

8

8

5. Коэффициент потерь

времени на ремонт

и наладку оборудования

Крн

-

0,95

0,95

6. Стоимость оборудования

Цоб

руб

150000

-

7. Стоимость 1 м? здания

Цзд

руб./м?

4000

4000

8. Площадь здания, занимаемая единицей оборудования

Sоб

м?

5

5

9. Коэффициент, учитывающий дополнительную

производственную площадь

Кдоп

-

1,2

1,2

10. Часовая тарифная ставка

ЧТС

руб./час

24

24

11. Стоимость 1кВт-ч электроэнергии

Цэл

руб./кВт-ч

1,28

1,28

12. Мощность оборудования

Моб

кВт

5,5

5,5

13. Норма годовых амортизационных отчислений для оборудования

Наоб

%

10

10

14. Норма годовых амортизационных отчислений для здания

Назд

%

2,5

2,5

15. Норма годовых затрат на текущий ремонт оборудования

Нремоб

%

3

3

16. Норма годовых затрат на текущий ремонт здания

Нремзд

%

1

1

17. Норма годовых затрат на содержание здания

Нсодзд

%

3

3

18. Цена инструмента

Цинстр

руб./шт.

2300

2300

19. Срок службы инструмента

Тслинстр

мин

8000

8000

20. Нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений

Ен

руб./год/

руб.

0,15

0,15

5.2 Расчет затрат на проведение модернизации

1 Расчет заработной платы, участвующих в проведении модернизации, с отчислениями

Годовая заработная плата с отчислениями, (С_зп, руб.) рассчитывается по формуле:

(5.1)

где ЧТСм - часовая тарифная ставка, участвующих в модернизации руб./час;

Трм - суммарная трудоемкость работ по модернизации оборудования, час;

К _дз - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату;

К _урал - районный коэффициент;

К _сн - коэффициент отчислений на социальные нужды;

руб.

Расчет затрат на комплектующие изделия для модернизации оборудования

Расчет затрат на комплектующие изделия для модернизации оборудования (Сзамкомпл, руб.) осуществляется по формуле:

, (5.2)

где n-число наименований комплектующих изделий, используемых для

модернизации оборудования;

Qкомпл - количество i-х комплектующих изделий, используемых для модернизации оборудования, шт.;

Цкомпл - цена i-х комплектующих, руб./шт.

Скомпл=3000·1+6500·1+5300·1+6200·1+1000+5000·1+7000·1=34000 руб.

Расчет прочих расходов на модернизацию оборудования

Величина прочих расходов (Спрм, руб.) определяется пропорционально расходам на оплату труда:

, (5.3)

где Кпрм - коэффициент, учитывающий прочие (накладные) расходы на модернизацию оборудования.

руб.

Расчет суммарных затрат на модернизацию оборудования

Расчет суммарных затрат на модернизацию оборудования (Смод, руб.)

производится по формуле:

Смод=Сзпм+Скомпл+Спрм, (5.4)

Смод=4667+34000+11667,5=50334,5 руб.

Таблица 4 - Затраты на модернизацию оборудования

Статьи затрат

Затраты, руб.

1 Заработная плата рабочих

4667

2 Затраты на комплектующие изделия

34000

3 Прочие расходы

11667,5

Итого

50334,5

Расчет стоимости модернизированного оборудования (Цобмод, руб.) осуществляется по формуле:

Цобмод=Цобнемод+Смод - Сзамкомпл, (5.5)

где Цобнемод - стоимость оборудования до проведения модернизации, руб.;

Сзамкомпл - общая стоимость комплектующих изделий, заменяемых в ходе проведения модернизации оборудования, руб.

Цобнемод =150000+50334,5-34000=166334,5 руб.

5.3 Расчет экономического эффекта от проведения модернизации

Расчет изменения трудоемкости

Снижение трудоемкости, ?Т, % рассчитывается по формуле:

(5.6)

где t_штмод - штучное время на обработку детали с использованием модернизированого оборудования, мин/шт.;

t_штбаз - штучное время при использовании базовой модели оборудования, мин/шт.

%

Расчет необходимого количества оборудования и его загрузки

Расчетное количество оборудования

Расчетное количество базового и модернизированного оборудования (С _расч) рассчитывается по формуле:

(5.7)

где N_вып - годовая программа выпуска деталей, шт./год;

F_дейст - действительный годовой фонд времени работы оборудования, час/год.

(5.8)

где K_рн - коэффициент потерь времени на ремонт и наладку (принимаем

К_рн = 0,95);

F_ном - номинальный фонд годового времени работы оборудования, час/год;

(5.9)

где h_смен - количество смен в день, смен;

F_смен - количество часов работы в смену, час/смен;

1 - сокращенная продолжительность смен в предпраздничные дни, час;

F_{ном дн} - номинальный фонд годового времени работы оборудования, в днях, дн/год.

(5.10)

где D_кален - количество календарных дней в году, дней;

D_вых - количество выходных дней в году, дней;

D_празд - количество праздничных дней в году, дней;

час/год

час/год

Принятое количество оборудования (С _прин₎

С_{прин баз} = 2

С_{прин мод} = 1

Загрузка оборудования

Загрузка оборудования (К_загр, %) рассчитывается по формуле:

(5.11)

Расчет годовой производительности единицы оборудования и ее изменения

Годовая производительность единицы оборудования

Годовая производительность единицы оборудования (Пр, шт./год) рассчитывается по формуле:

(5.12)

шт./год

шт./год

Коэффициент роста производительности оборудования

Коэффициент роста производительности оборудования (К_пр) рассчитывается по формуле:

(5.13)

Расчет капитальных вложений

Расчет капитальных вложений в оборудование

Капитальные вложения в оборудование (Коб, руб.) рассчитываются по формуле:

(5.14)

где Ц_об - стоимость оборудования, руб.

руб.

руб.

Капитальные вложения в здание

Капитальные вложения в здание (К зд, руб.) определяются по формуле:

К зд =Ц зд•Sоб•K доп•C пр, (5.15)

где Ц зд - стоимость 1 м? здания, руб./м?

Sоб - площадь здания, занимаемая единицей оборудования, м?

Kдоп - коэффициент, учитывающий дополнительную производственную площадь.

К здбаз = 4000·5·1,2·2=48000 руб.

К здмод = 4000•5•1,2•1=24000 руб.

Капитальные вложения суммарные

Суммарные капитальные вложения (К, руб.) определяются по формуле:

К= Коб,+ К зд, (5.16)

Кбаз=300000+48000=348000 руб.

Кмод=166334,5+24000=190334,5 руб.

Расчет технологической себестоимости годового выпуска изделий

Расчет годовой заработной платы с отчислениями

Годовая заработная плата с отчислениями (С_зп, руб./год) рассчитывается по формуле:

(5.17)

где ЧТС - часовая тарифная ставка, руб./час;

К _дз - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату;

К _урал - районный коэффициент;

К _сн - коэффициент отчислений на социальные нужды;

руб./год

руб./год

Расчет годовых затрат на электроэнергию

Годовые затраты на электроэнергию (С_эл, руб./год) рассчитываются по формуле:

(5.18)

где Ц _э - стоимость 1 кВт час электроэнергии, руб./кВт-час;

М _об - мощность электродвигателей, потребляемая единицей оборудования, кВт;

Расчет годовых амортизационных отчислений для оборудования

а) Годовые амортизационные отчисления для оборудования (С_амоб, руб./год) рассчитываются по формуле:

(5.19)

где Н _а - норма годовых амортизационных отчислений для данного вида оборудования, %

б) Амортизационные отчисления для здания

Годовые амортизационные отчисления для здания (Самзд, руб./год) определяются по формуле:

Самзд=Кзд•Назд/100, (5.20)

где Назд - норма годовых амортизационных отчислений для здания, %

Самздбаз=48000•2,5/100=1200

Самздмод=24000•2,5/100=600

в) Амортизационные отчисления суммарные (Сам, руб./год) рассчитываются по формуле:

Сам= С_амоб+Самзд (5.21)

Сам баз=30000+1200=31200 руб./год

Сам мод=16633,45+600=17233,45 руб./год

Расчет годовых затрат на текущий ремонт оборудования

а) Затраты на текущий ремонт оборудования

Годовые затраты на текущий ремонт оборудования, (С_ремоб, руб./год) рассчитываются по формуле:

(5.22)

где Н _рем - норма годовых затрат на текущий ремонт оборудования, %

б) Затраты на текущий ремонт здания

Годовые затраты на текущий ремонт здания (Сремзд, руб./год) рассчитываются по формуле:

Сремзд=Кзд•Нремоб/100, (5.23)

где Нремоб - норма годовых затрат на текущий ремонт здания,

Сремздбаз=48000•1/100=480 руб./год

Сремздмод=24000•1/100=240 руб./год

в) Затраты на текущий ремонт суммарные

Годовые суммарные затраты на текущий ремонт (Срем, руб./год) определяются по формуле:

Срем= С_ремоб+Сремзд (5.24)

Срембаз=9000+480=9480 руб./год

Среммод=4990,03+240=5230,03

Затраты на содержание здания

Расчет годовых затрат на содержание здания (Ссодзд, руб./год) ведется по формуле:

Ссодзд =Кзд•Нсодзд /100, (5.25)

где Нсодзд - норма годовых затрат на содержание здания, %

Ссодздбаз=48000•3/100=1440 руб./год

Ссодздмод=24000•3/100=720 руб./год

Расчет годовых затрат на инструмент

Годовые затраты на инструмент, (С_инстр, руб./год) рассчитываются по формуле:

, (5.26)

где Ц _инстр - цена инструмента, руб./шт.;

Р _инстр - годовой расход инструмента, шт./год.

Годовой расход инструмента (Р _инстр_,шт./год) определяется по формуле:

, (5.27)

где Т _{сл инстр} - срок службы инструмента, мин.

шт./год

шт./год

руб./год

руб./год

Расчет технологической себестоимости годового выпуска изделий

Технологическая себестоимость годового выпуска изделий, (С_техн, руб./год) рассчитывается по формуле:

, (5.28)

руб./год

руб./год

Таблица 5 - Затраты на годовой выпуск деталей с использованием базового и модернизированного оборудования

Статьи затрат

Затраты, руб./год

Базовый вариант

Модерн. вариант

1. Заработная плата с отчислениями

88389

77782,32

2. Затраты на электроэнергию

14639,49

12793,07

3. Амортизационные отчисления

31200

17233,45

4. Затраты на текущий ремонт

9480

5230,03

5. Затраты на содержание здания

1440

720

6. Затраты на инструмент

35937,5

31625

Итого

181085,99

145383,87

Штучная технологическая себестоимость

Штучная технологическая себестоимость (С_{шт техн}, руб./шт.) рассчитывается по формуле:

(5.29)

Расчет годовой экономии от снижения себестоимости

Экономия от снижения себестоимости, (С _изм, руб./год) рассчитывается по формуле:

(5.30)

Расчет приведенных затрат

Годовые приведенные затраты

Годовые приведенные затраты, (З_{прив год}, руб./год) рассчитываются по формуле:

(5.31)

где Е _н - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, руб./год/руб.;

Удельные приведенные затраты

Удельные приведенные затраты, (З_{прив уд}, руб./год) рассчитываются по формуле:

(5.32)

Расчет годового экономического эффекта

Годовой экономический эффект (Э_год, руб./год) рассчитывается по формуле:

(5.33)

Результаты расчетов проекта сведены в таблицу 6

Таблица 6 - Технико-экономические показатели проекта

Показатели

Единица

измерения

Базовый

вариант

Модерн.

вариант

1 Годовая программа

шт./год

25000

25000

2 Штучное время

мин/шт

5

4,4

3 Снижение трудоемкости

%

13,63

4 Количество оборудования

ед

2

1

5 Годовая производительность оборудования

шт./год

22480

25546

6 Коэффициент роста производительности оборудования

1,13

7 Капитальные вложения в т.ч.:

- в оборудование;

- в здание

руб.

348000

300000

48000

190335

166335

24000

8 Технологическая себестоимость годового выпуска

руб./год

181086

145384

9 Экономия от снижения себестоимости

руб./год

35702

10 Годовые приведенные затраты

руб./год

233286

173934

11 Годовой экономический эффект

руб./год

59352

6. Безопасность труда

6.1 Анализ и обеспечение безопасных условий труда

Повышение технической оснащенности, применение новых материалов и конструкций, увеличение скоростей и мощностей машин оказывают влияние на характер и частоту несчастных случаев и заболеваний на производстве.

Ликвидация производственного травматизма и профессиональных заболеваний требует проведения работ и исследований, а также постоянного контроля технологических агрегатов, обеспечивающих противопожарную безопасность, состояние воздушной среды и других факторов, оказывающих неблагоприятное влияние на работающих.

Правильное освещение обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. Сохранность зрения человека, состояние его центральной нервной системы и безопасность на производстве в значительной мере зависит от условий освещения. От освещения также зависят производительность труда и качество выпускаемой продукции.

Естественное освещение какой-либо точки в помещениях характеризуется коэффициентом естественной освещенности, который принимается в пределах от 1 до 5% (СНиП 23-05-95), фактическое значение коэффициента естественной освещенности составляет 2%. При неудовлетворительном освещении зрительная способность глаза снижается, и могут появиться близорукость, резь в глазах катаракта, головные боли.

В механическом цехе, где установлен станок, рекомендуется общее освещение. Конструкция самого станка предусматривает местное освещение лампами мощностью от 150 до 200 Вт, которое соответствует нормам освещенности на рабочем месте по СН и П 23-05-95. Естественное освещение помещений осуществляется через световые проемы и выполнено в виде бокового освещения. В темное время суток, а также при недостаточном естественном освещении предусматривается искусственное освещение при помощи люминесцентных ламп, как в помещениях, так и на открытых площадках, проездах и т.п. Электрический свет не только заменяет естественное освещение, но и облегчает труд, снижает усталость

Наличие на предприятии значительного количества легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, твердых сгораемых материалов, большого количества емкостей и аппаратов, в которых находятся пожароопасные продукты под давлением, разветвленная сеть трубопроводов с запорно-пусковой и регулирующей арматурой и большая оснащенность электроустановками, является основной причиной повышения пожарной опасности. Пожары могут возникнуть и из-за нарушения технологического режима. Это связано с большим разнообразием и сложностью технологических процессов, так как помимо операций механической обработки материалов и изделий включают процессы очистки и обезжиривания, сушки и окраски, связанные с использованием веществ, обладающих высокой пожароопасностью. По степени взрывоопасности цех относится к категории Д - помещения и здания, где обращаются технологические процессы с использованием твердых негорючих веществ и материалов в холодном состоянии (механическая обработка металлов). С позиции пожарной безопасности цех относится к 3 классу опасности.

Основы противопожарной защиты предприятий определены стандартами (ГОСТ 12.1.004-88). Этими стандартами возможная частота пожаров допускается такой, чтобы вероятность возникновения в течение года не превышала 10^-6.

В целях пожарной безопасности необходимо соблюдение мер по пожарной безопасности: строительно-планировочные; технические; способы и средства тушения пожаров; организационные.

Строительно-планировочные меры определяются огнестойкостью зданий и сооружений (выбор материалов конструкций: сгораемые, несгораемые, трудносгораемые) и пределом огнестойкости - это количество времени, в течение которого под воздействием огня не нарушается несущая способность строительных конструкций вплоть до появления первой трещины.

Все строительные конструкции по пределу огнестойкости подразделяются на 8 степеней от 1/7 ч до 2 ч. (количество времени, в течение которого под воздействием огня не нарушается несущая способность строительных конструкций вплоть до появления первой трещины).

Для данного цеха используются материалы с пределом стойкости от 1-5 степеней. В зависимости от степени огнестойкости определяются наибольшие дополнительные расстояния от выходов для эвакуации при пожарах (5 степень - 50 м).

Для пожарной безопасности предусматривается такое устройство внутризаводских дорог, которое должно обеспечивать беспрепятственный удобный проезд пожарных автомобилей к любому зданию. Возникновение пожара в зданиях сопровождается выделением большого количества дыма. Удаление газов и дыма из помещений следует производить через оконные проемы, дымовые люки.

Механический цех, где установлен проектируемый станок, рекомендуется оборудовать автоматическими средствами обнаружения пожаров, а так же предусмотреть наличие огнетушителей типа ОХВП-10 из расчета один огнетушитель на 50 м² площади цеха и бака для воды из расчета на трехчасовое тушение пожара. Для осуществления тушения загорания водой в системе автоматического пожаротушения рекомендуется использовать устройства спринклеры и дренкеры. Их недостаток - распыление происходит на площади до 15 м².

Также необходима организация пожарной охраны на предприятии, военизированная структура, которая подчиняется МВД. Ответственный директор, главный инженер. В ведении главного инженера находится пожаротехническая комиссия, которую он возглавляет.

Работа станка сопровождается шумом и вибрацией. Уровень шума достигает от 80 до 90 дБА, что оказывает вредное влияние на организм рабочего и производительность труда. Утомление рабочего из-за сильного шума увеличивает число ошибок при работе, способствует возникновению травм. Предельно допустимый уровень шума - 85 дБА по ГОСТ-12.1.003-83.

Для уменьшения шума в станке предлагается применять принудительную смазку трущихся поверхностей, а так же балансировку вращающихся элементов станка. Также возможно снижение шума в источнике его возникновения путем замены коробки подач на вариант безударного действия. Снижение шума: 10-40 дБА.

Вибрация может и не вызывать болезненных ощущений, но затрудняет проведение производственных процессов. Однако продолжительное её воздействие может быть причиной возникновения виброболезни. Виброболезнь относится к основным профессиональным заболеваниям, эффективное лечение которых возможно лишь на ранних стадиях.

Для уменьшения вибраций, возникающих при работе на станке, во время установки оборудования ставят под станок виброопоры.

Проектируемый нами станок работает от электрической сети, напряжение 380 В. В связи с этим существует опасность поражения рабочего электрическим током в результате несоблюдения установленных требований или неумелом обращении с электрооборудованием. Электрооборудование, находящееся в цехе, должно имеет брызгозащитное, закрытое обдуваемое исполнение. Для защиты от поражения электрическим током на проектируемом станке предусматриваем защитное заземление, сопротивление которого 4 Ом. Принцип действия заземления: снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением (в случае аварийной ситуации) и землей, до безопасной величины. Кнопки на пульте управления защищаем от попадания масла и различной пыли на контакты, что предотвратит короткое замыкание.