Повышение надежности и долговечности работы манжетных уплотнений валов автомобилей ВАЗ
Разработка способа обработки для нанесения микрорельефа на сальниковые шейки деталей ВАЗ. Факторы, обеспечивающие возникновение остаточных напряжений сжатия и повышение микротвердости поверхности. Описание основных вредных производственных факторов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2010 |
| Размер файла | 3,2 M |
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.
,(4.4)
где L - ширина рассчитываемого участка.
Из выше сказанного следует, что элементы матрицы, характеризующие геометрию поверхности обработанной детали численно выражают координаты точек по оси z см. рис. 4.4.
Рис. 4.3. Схема обработки с изображением области, подвергаемой расчету
Рис. 4.4. Графическое представление элементов матрицы
Поэтому для того, чтобы рассчитать глубину внедрения индентора, необходимо знать, в каком положении будет находиться инструмент относительно горизонтальной оси во время обработки рассчитываемой точки обрабатываемой поверхности. При этом нас интересуют только те точки инструмента, которые максимально приближены к оси детали (на рис. 4.3 эти точки лежат на оси инструмента), так как именно они будут максимально внедряться в обрабатываемую поверхность, формируя микрорельеф. Поэтому искомое положение инструмента в дальнейшем будем выражать в качестве координаты y, мм см. рис. 4.5.
Рис. 4.5. Пояснительная схема к формуле 4.5
Для нахождения y можно использовать выражение:
.(4.5)
Учитывая то, что инструмент в процессе обработки совершает колебательные движения уравнение 4.5 можно представить в виде функции:
,(4.6)
где - амплитуда колебания, мм; Х - координата рассчитываемой точки по оси х; - угол колебания инструмента относительно горизонтальной оси, град.; - частота колебаний инструмента, Гц; NF - начальная фаза колебания ( характеризует положение инструмента в начальный момент времени); t - время, в которое определяется значение y, с.
Согласно схеме обработке (рис. 4.1.б), инструмент может совершать колебания относительно негоризонтальной оси, а относительно оси, находящейся под определенным углом , град. (рис. 4.6).
Отрезок AB (рис. 4.6) характеризует интервал, на котором попадают в зону обработку точки с постоянной координатой по оси x равной X. Тогда, чтобы рассчитать значения у, можно задать положение точек инструмента участвующих в процессе обработки на отрезке AB гармоническим колебанием «точки» O согласно рис. 4.7 с амплитудой OA.
Поэтому уравнение 4.6. запишется в следующем виде:
,(4.7)
где - параметр уравнения, вводимый из-за неравенства углов 1 и 2; - амплитуда колебания, мм; 1 и 2 - максимальное отклонения инструмента относительно горизонтальной оси в процессе колебания по часовой и против часовой стрелки соответственно, град.
Рис. 4.6. Пояснительная схема для интерпретации колебания инструмента
Но расчет значения координаты y усложняется тем, что помимо колебания инструмента в процессе обработки имеет место вращательное движение детали. Зная частоту вращения детали и координаты рассчитываемой точки значение координаты y можно записать в следующем виде:
,(4.8)
где Y - координата рассчитываемой точки по оси y; - окружная скорость детали, мм/с; D - диаметр детали, мм; n - частота вращения детали об/с.
Объединяя формулы 4.7 и 4.8 для расчета положения инструмента при обработке рассматриваемой точки можно воспользоваться следующей системой нелинейных уравнений:
(4.9)
где y, t - неизвестные.
Анализируя систему нелинейных уравнений, можно прейти к выводу, что при отыскании ее решений может получиться несколько ответов, поскольку во втором уравнении системы присутствует периодическая тригонометрическая функция sin (см. рис. 4.7).
Для нахождения всех элементов матрицы, характеризующей развертку геометрии обработанной поверхности, систему уравнений 4.9 представится в следующем виде:
,(4.10)
где - параметр уравнения, вводимый из-за неравенства углов 1 и 2; - амплитуда колебания, мм.
Рис. 4.7. Графическое решение системы 4.9 при: X=10 мм, Y=25 мм, n=20 об/с, =50 Гц, =5 град, D=2 мм, NF=0 рад
Для расчета координаты рассматриваемой точки используем выражение:
,(4.11)
где i, j - индексы элементов матрицы.
Значение у непосредственно влияет на глубину внедрения индентора. Поэтому координату z обрабатываемой точки (см. рис. 4.8) можно определить из следующего выражения:
(4.12)
Учитывая то обстоятельство, что в процессе обработки, каждая точка может обработаться не один, а несколько раз (данное высказывание следует из того, что нелинейная система уравнений 4.9 имеет несколько корней (см рис. 4.7) необходимо найти максимальное внедрение инструмента в обрабатываемую поверхность детали, подходя к этой задаче с математической точки зрения необходимо найти минимальные значения zi,j, так как они и будут формировать геометрию детали после обработки.
Рис. 4.8. Схема для вывода формулы 4.12
4.1.1 Алгоритм решения систем нелинейных уравнений численным методом
В повседневной жизни мы часто сталкиваемся со всякого рода колебательными процессами. При составлении их математических моделей в целях упрощения используется уравнение гармонических колебаний вида: y = S+Asin( t +) или y = S+Acos( t +). Система, описанная одним из этих уравнений, может находиться во взаимодействии с другой системой, но при этом даже если система описана линейным уравнением вида: y = k x+b, - возникают сложности при решении систем уравнений:
Существует множество различных пакетов прикладных программ, предназначенных для проведения математических и научно-технических расчетов. Прежде всего к ним следует отнести такие программы как Mathematica, MatLab, Maple, MathCad и др., но каждая из этих программ при решении систем нелинейных уравнений использует уже введенный разработчиками алгоритм, который сводится к использованию метода итерации, то есть нахождению решения с помощью последовательного приближения. Но такие встроенные алгоритмы универсальны и рассчитаны прежде всего на большой спектр разновидностей систем уравнений, носящих как линейный так и нелинейный характер, что замедляет их быстродействие и затрудняет их применение при громоздких циклических вычислениях. К недостатку также можно отнести и тот факт, что данные алгоритмы не всегда дают достоверный ответ, из-за универсальности их практически невозможно применять в некоторых частных случаях, о чем свидетельствует ряд проделанных расчетов в MathCad и MatLab.
В случае достаточно громоздких вычислений такая процедура занимает относительно много времени. Поэтому был разработан специальный алгоритм, позволяющий находить решение системы нелинейных уравнений с заданной точностью. Суть расчета заключается в постепенном приближении к истинному значению у методом итерации при изменении времени t. Структура данного алгоритма состоит из следующих этапов:
1. Определение значения параметра t уравнения, с которого начинается итерация (tнач=-b/k, с) и области определения решения системы уравнения:
tлев = (S-A-b)/k-1/(20), с;
tправ = (S+A-b)/k+1/(20), с (см. рис. 4.9).
Значение равное 1/(20) (первоначальный шаг итерации) добавлено для расширения границ области поиска решения.
Рис. 4.9. Пояснительная схема к первому этапу итерации
Расчет вспомогательного коэффициента K при проверки выполнения условия: у1(tнач)>у2(tнач), см. рис. 4.10.
Рис. 4.10. Пояснительная схема к определению вспомогательного коэффициента К
4. Расчет начальной разности значений: у1(tнач)-у2(tнач).
4. Определение первоначального шага итерации (dt=1/(20)) и приравнивание к текущему значению параметра t=tнач.
5. Нахождение значения у методом итерации в двух направлениях:
5.1. Проведение итерации в направлении оси абсцисс (см. рис. 4.11): идет приращение параметра t=t+dt (первоначально t=tнач).
Рис. 4.11. Итерация в направлении оси абсцисс
Как видно из рис. 4.12 при первоначальном значении времени t не выполняется условие y2>y1, то есть K=1. Приращение к параметру t идет до тех пор, пока не выполнится условие К(y1-y2)<0, что означает переход через точку пересечения графиков. Далее совершаются следующие операции: t=t-dt, dt=dt/2 и проверяется условие: , где y - точность расчета корней. Если последнее условие выполняется итерация прекращается и запоминается временное значение yврем1=y2 и tврем1 = t, в противном случае итерация продолжается с измененным значением dt (см. рис. 4.12). При этом необходимо следить чтобы значение параметра t не вышло за пределы [tлев, tправ].
Рис. 4.12. Порядок проведения итерации
5.2. Проведение итерации в противоположном направлении оси абсцисс (см. рис. 4.13): идет уменьшение параметра t=t-dt (первоначально t=tнач). При этом совершаются действия аналогичные, описанным на этапе 5.1. для отыскания решения системы уравнений.
Рис. 4.13. Итерация в противоположном направлении оси абсцисс
6. Выбор необходимого решения из решений полученных на этпах. 5.1. и 5.2. путем отыскания из них решения с наименьшим значением y.
Таким образом, алгоритм программы обладает своего рода элементами искусственного интеллекта:
1) выбор начального шага итерации в блоках 9, 18 блок схемы (см. этап 4 вышеприведенного алгоритма);
2) выбор оптимального значения параметра t на начальном этапе итерации в блоках 9, 18 блок схемы;
4) мониторинг процесса итерации в целях предотвращения поиска решения за пределами области возможных решений системы нелинейных уравнений.
4) Изменение шага в процессе итерации для ускорения поиска решения.
По данному алгоритма была разработана блок схема и по которой написана программа на Delphi (см. приложение).
На базе данного алгоритма можно создавать алгоритмы для решения и других видов систем нелинейных уравнений, которые нельзя решить аналитически.
4.1.2 Алгоритм для расчета нескольких оборотов детали
В пункте 4.1 была представлена математическая модель для расчета геометрии поверхности, обработанной детали ППД по схеме, представленной на рис. 1.24. Но при расчетах был учтен только один оборот детали (один цикл нагружения), а этого может быть недостаточно для придания готовому изделию необходимых геометрических характеристик и физико-механических свойств. Поэтому необходимо усовершенствовать алгоритм расчета для того, чтобы он позволял рассчитать геометрию поверхности детали и после нескольких циклов нагружения.
Для того, чтобы рассчитать геометрию детали не при первом, а при втором и последующих циклах нагружения необходимо для расчета координаты рассматриваемой точки использовать выражение:
,(4.13)
где D - длина окружности обрабатываемой детали, мм; Nцикла - число совершенных оборотов.
После второго оборота детали необходимо из двух рассчитанных матриц создать новую, которая состояла бы из элементов с минимальными значениями, то есть:
,(4.14)
где - значение элемента матрицы, полученное после двух циклов нагружения, мм; - значение элемента матрицы, полученное на первом обороте детали, мм; - значение элемента матрицы, полученное на втором обороте детали, мм;
Далее рассчитываются значения элементов матрицы, полученные на третьем обороте детали и сравниваются с и т.д. пока не будут учтены все циклы нагружения.
Выбор минимального значения zi,j обоснован тем, что на базе минимальных значений элементов матрицы и будет формироваться геометрия обработанной детали, так как инструмент при этих значениях максимально внедряется в обрабатываемую поверхность.
Выражение 4.14 с учетом n циклов нагружения в общем виде можно записать следующим образом:
,(4.15)
где - значение элемента матрицы, полученное после n циклов нагружения, мм; - значение элемента матрицы, полученное на n-1 обороте детали, мм; - значение элемента матрицы, полученное на n-м обороте детали, мм;
Если необходимо найти кратность приложения нагрузки к каждой точке - k (k равно числу корней системы уравнений 4.10.), то можно воспользоваться следующим выражением:
,(4.16)
где - значение кратности приложения нагрузки, полученное после n оборотов; - значение кратности приложения нагрузки, полученное на n-1 обороте детали; - значение кратности приложения нагрузки, полученное на n-м обороте детали;
4.1.3 Алгоритм расчета с учетом многоинструментальной обработки
Во время обработки могут участвовать не один инструмент, а несколько (они колеблются с одинаковой частотой, но одни из них могут колебаться синхронно или асинхронно по сравнению с первым (базовым)). Данный расчет проводится после того, как будет рассчитана геометрия обработанной поверхности после совершения необходимого количества циклов нагружения от одного инструмента, если есть асинхронно работающие инструменты, то необходимо рассчитать геометрию, которую формирует данный инструмент (для этого в системе уравнений 4.10 необходимо, чтобы NF =).
Далее расчет основан на том, что каждый рассматриваемый инструмент если бы работал независимо (один), то формировал бы такую же поверхность, как и первый (базовый), но данная поверхность будет смещена по окружности детали относительно геометрии, которая могла бы быть получена работы первого инструмента от py точек:
,(4.17)
где значение берется согласно рис. 4.14.
Формирование окончательной поверхности при учете работы всех инструментов ведется аналогично, как в пункте 4.1.2 при учете нескольких оборотов детали.
Рис. 4.14. Пояснительная схема к формуле 4.17
Тогда:
, при iKy-py;
, при iKy-py;
, при iKy-py;(4.18)
, при iKy-py,
где при рассмотрении необходимо учесть синхронным или асинхронным является инструмент.
В результате расчетов мы имеем матрицу с элементами характеризующую геометрию поверхности. Также с учетом уравнений 4.16. и 4.18., можно сформировать матрицу с элементами ki,j, характеризуя кратность приложения нагрузки к каждой точке обрабатываемой поверхности.
На основе приведенных расчетов была создана программа по расчету микропрофиля обработанной поверхности на языке программирования Delphi (см. приложение).
4.2 Внесение в математическую модель изменений, для учета физико-механических параметров обработки
При разработке механико-математической модели c учетом физико-механических параметров необходимо учесть динамические эффекты, а также достаточно развитые в окрестностях контактной зоны упругопластические деформации. Динамические задачи упругопластического взаимодействия тел изучены относительно слабо, что определяется сложностью их постановки и, зачастую, недостаточностью математических методов решения модельных краевых задач механики сплошной среды. Наибольшее продвижение в этой области связано с интенсивным развитием прямых численных методов и схем решения сложных физически нелинейных задач. Недостатками этих методов является их громоздкость и принципиальная ограниченность практических возможностей, связанная с уровнем используемой ЭВМ. Поэтому особо следует выделить актуальность использования аналитических методов, позволяющих анализировать решение задач и дающих в руки исследователя контрольные варианты для тестирования программных средств, реализующих численные алгоритмы и методы. Использование аналитических методов при построении решения модельных задач возможно при введении некоторых упрощающих физически непротиворечивых предположений [1,3,13,23].
Следует отметить, что этот подход не является тривиальным, что подтверждается весьма ограниченным числом публикаций на эту тему.
Таким образом внесение в модель изменений для учета физико-механических параметров обработки можно осуществить двумя путями:
1) Попытаться решить эту задачу на уровне конечных элементов (КЭ) при геометрическом моделировании процесса обработки, введя в математическую модель упругопластические связи между КЭ.
2) Внести в созданную математическую модель (п. 4.1.) корректирующих коэффициентов, полученных при проведении экспериментальных исследований.
Второй путь на данном этапе развития науки является более предпочтительным, потому что, как уже было сказано выше, динамические задачи упругопластического взаимодействия тел изучены относительно слабо, и практически отсутствует математические подходы в их применении при моделировании реальных процессов.
4.3 Визуализация выходных данных математической модели
Существуют различные программы для персональных компьютеров способные производить моделирование тех или иных явлений методом конечных элементов, однако все они имеют в своих алгоритмах те или иные допущения, которые по мнению авторов дают пренебрежимо малую погрешность при вычислениях. Но на практике зачастую оказывается, что из-за этих допущений погрешность вычисления оказывается крайне велика. В этих случаях следует отказаться от готовых прикладных Cad/Cam, воспользоваться системами программирования. В настоящее время широкое распространение получили следующие языки: СИ, СИ++, Паскаль, Бейсик, Ассемблер, Джава. Особую популярность и доверие получил Паскаль. Он очень долго просуществовал на рынке программных продуктов, и за время свое существование неоднократно модифицировался и совершенствовался. Последние версии данного продукта легки в использование, позволяет получить эффективные программы, имеет богатые библиотеки базы данных и мощные возможности отладки и коректировки разрабатываемых программ. Корпорацией Borland, был разработан Object Pascal, в основе которого лежит классический Паскаль. Именно Object Pascal служит для разработки программ в среде Delphi., ориентированные на многофункциональную в среде Windows.
Delphi в отличии от обыкновенного Паскаля носит технологию визуального проектирования и методологию объектно-ориентированного программирования, что облегчает процесс создания программ. Благодаря вышеперечисленным достоинствам, именно это язык программирования был выбран для реализации алгоритма математической модели, представленной в п.4.1. В приложении 3 представлена программа, реализующая алгоритм моделирования обработанной поверхности по схеме, показанной на рис. 1.24.
Но результаты моделирования эффективнее все-таки визуализировать в готовых прикладных программах.
Система MATLAB предлагается разработчиками (фирма MathWorks, Inc.) как язык математического программирования высокого уровня для технических вычислений. Еще в 1998г. систему использовали свыше 500 000 легально зарегистрированных пользователей, ее охотно используют в своих научных проектах ведущие университеты и научные центры мира.
Одно из достоинств системы MATLAB - обилие средств графики, начиная от команд построения простых графиков функций одной переменной в декартовой системе координат и кончая комбинированными и презентационными графиками с элементами анимации, а также средствами проектирования графического пользовательского интерфейса (GUI). Особое внимание в системе уделено трехмерной графике с функциональной окраской отображаемых фигур и имитацией различных световых эффектов [10, 9].
На рис 4.15. показано, как можно визуализировать матрицу с результатами расчетов (см .рис. 4.2) в математическом пакете MATLAB с помощью команды `mesh' в виде матричной сетки, или в виде сплайновой поверхности с помощью команды `surf'.
а) б)
Рис. 4.15. Визуализация результатов моделирования:
а - в виде матрицы сетки; б - в виде сплайновой поверхности
5. Анализ результатов математического моделирования
5.1 Выявление корреляционной связи между параметрами и показателями обработки
С помощью созданной программы (см. главу 4) можно быстро и без особых затруднений получать модель геометрии поверхности, при задании параметров обработки.
Исходными данными для расчетов являются:
D - диаметр обрабатываемой детали, мм;
L - длина рассчитываемого участка, мм;
1, 2 - углы максимального отклонения оси инструмента относительно горизонтали, град;
n - частота вращения детали, об/мин;
- частота колебания инструмента, Гц;
Кz - число совершаемых оборотов;
Ki - количество инструментов;
Dx, Dy - шаг вычислений по оси Х, по оси У.
Основным фактором, влияющим на геометрия получаемого микрорельефа является отношение - 60/n (количество колебания за один оборот). Чем больше значение данного отношения, тем больше канавок образуется на обработанной поверхности, при этом если в это значение - целое число, геометрия микрорельефа формируется уже на первом обороте детали, при остальных оборотах инструмент будет проходить по той же траектории обработки, что и при первом. Если отношение 60/n - иррациональное число, то инструмент с каждым новым оборотом в процессе обработки будет проходить по новой траектории, в результате чего с увеличением числа оборотов геометрия обработанной поверхности будет стремится к гладкому цилиндру.
Углы 1, 2 прямо пропорционально влияют на глубину канавок, при этом если эти углы неравны друг другу, на поверхности формируется микрорельеф с канавками разной глубины (см. рис. 4.15).
6. Разработка технического задания на приспособление для нанесения микрорельефа в массовом производстве
В предыдущих главах была показана эффективность использования в качестве финишной обработки манжетных шеек валов обработку широким выглаживателем с нанесением микрорельефа. Поэтому в результате реализации научных иследований предлагается изменить существующий технологический процесс обработки сальниковых шеек, и внедрить в качестве финишной операции отделочно-упрочняющую обработку методом ППД, в результате которой помимо упрочнения на поверхности будет создаваться микрорельеф с необходимыми геометрическими показателями.
В результате анализа математического моделирования процесса обработки можно предъявить следующие технические требования к оборудованию, которое могло бы осуществлять процесс обработки всех сальниковых шеек автомобилей ВАЗ:
мощность главного привода 15 кВт;
частота вращения шпинделя 60…240 об/мин;
частота колебания инструмента 5…50 Гц (рациональнее, если частота колебания инструмента зависит от частоты вращения детали, т.е. как количество колебаний за оборот детали);
амплитуда колебания инструмента 10;
сила прижатия инструментов 5000…12500 Н;
расстояние между двумя инструментами в нерабочем состоянии регулируется от 20…100 мм;
расстояние между центрами регулируется от 50…500 мм;
Цикл процесса обработки должен осуществляться в следующей последовательности: придание вращение детали; наложение колебаний на инструмент; подвод инструментов; постепенное увеличение силы прижатия инструментов до необходимой; совершение необходимых оборотов детали; плавное уменьшение силы прижатия; отвод инструментов; останов вращения детали.
7. Безопасность и экологичность проекта
7.1 Описание операции и рабочего места
Финишная операция обработки, сальниковых шеек коленчатого вала: в первоначальном варианте данная операция заключалась в полировании лентой шеек код манжетное уплотнение. Целью дипломного проекта является углубленное исследование методов обработки ППД и обоснование преимуществ в их использовании перед абразивными обработками. Так как в рассматриваемом случае станок сохраняется (идет только замена нескольких узлов, а не всего станка), то организация рабочего места не изменяется. Станок является звеном автоматической линии, поэтому не требует постоянного наблюдения и управления, а требует лишь осуществлять по необходимости замену инструмента (в первоначальном варианте замена полировальной ленты, после модернизации замена выглаживателей) и периодический контроль для предотвращения случайных непредвиденных сбоев. Данные функции выполняет наладчик (рабочий-оператор, как следует из вышесказанного не требуется).
7.2 Описание основных вредных производственных факторов, имеющих место на полировальных операциях
При обработке абразивной лентой имеет место образование пыли из частиц ее износа. В результате чего воздух рабочей зоны имеет неблагоприятный химический состав, так как мелкодисперсная абразивная пыль находясь в парах СОЖ остается в взвешенном состоянии в воздухе. При этом, данная пыль оказывает на организм фиброгенное действие, вызывая раздрожение слизистых оболочек дыхательных путей и оседая в легких, практически не попадая в круг кровообращения вследствие плохой растворимости в биологических средах (крови, лимфе). Действие вредных воздушных веществ (абразивной пыли) в условиях высоких температур, шума и вибраций (данные факторы имеют место в рассматриваемом случае) значительно углубляется, хотя количественную оценку этого явления в настоящее время дать трудно. Так, при высокой температуре воздуха расширяются сосуды кожи, усиливается потоотделение, учащается дыхание, что ускоряет проникновение вредных веществ в организм.
Процесс обработки сопровождается обильной подачей СОЖ, которая в свою очередь имеет тенденцию разбрызгиваться и при отладке станка наладчиком, может попадать на его тело, вызывая слабое раздражение кожного покрова рабочего, негативные эмоции, ненормативную лексику рабочего, последняя в свою очередь отвлекает других рабочих.
В процессе обработки в зоне резания (полирования) происходит интенсивное тепловыделение, что приводит к испарению СОЖ. Вдыхание паров СОЖ может вызвать легкое отравление. Опасность отравления масляными парами сильно увеличивается, если в нем содержатся сернистые соединения. При наличии серы и масла могут создаться условия для образования сероводорода (Н2S), который вызывает отравление с молниеносной потерей сознания. Также следует отметить, что из-за больших температур в зоне резания происходит задымленность окружающей среды.
Также из-за обильного применения СОЖ в районе станка при измерении можно наблюдать увеличение влажности воздуха, что неблагоприятно сказывается на состоянии здоровья человека.
Так как производство массовое, очевидно, что станки, на которых осуществляется операция полирования, имеют повышенную мощность (примерная мощность двигателя главного привода 15 кВт) для увеличения скоростей резания, а следовательно и производительности. Необходимо также учесть и большое количество функцианируемых узлов станка (автоматические базирующие и зажимные устройства, автоматические устройства загрузки и разгрузки заготовки, датчики активного контроля). Все это приводит к усложнению электропроводки и увеличению потребляемой электроэнергии станка. Электрический ток представляет опасность для рабочего. Основные причины несчастных случаев от воздействия электрического тока следующие: случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением; появления напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования в результате повреждения изоляции и других причин; возникновения шагового напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода на землю. Проходя через организм, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действия. Термическое действие выражается в ожогах отдельных участков тела, нагреве кровеносных сосудов, нервов и других тканей. Электролитическое действие выражается в разложении крови и других органических жидкостей, что вызывает значительные нарушения их физико-химических составов. Биологическое действие является особым специфическим процессом, свойственным лишь живой материи. Оно выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма (что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц), а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме и теснейшим образом связанных с его жизненными функциями. В результате могут возникнуть различные нарушения в организме, в том числе нарушение и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения. Раздражающее действие тока на ткани организма может быть прямым, когда ток проходит непосредственно по этим тканям, и рефлекторным, т. е. через центральную нервную систему, когда путь тока лежит вне этих тканей.
В процессе работы полировального станка из-за трения между полировальной лентой и заготовкой может возникать статическое напряжение, поэтому полировальные станки оборудуют надежными приспособлениями для закрепления деталей и устройствами для снятия статического электричества. На полировальных станках для наблюдения за пуском и работой электродвигателей и контроля технологического процесса должны быть установлены амперметры. На шкале амперметра красной чертой отмечают величину тока, на 5% превышающую номинальный ток электродвигателя.
Повышенный шум, издаваемый в процессе обработки данным станком и другими станками, приводит к утомлению и раздражению рабочего, что в последствии может вызвать профессиональное заболевание (осла6ление слуха). При работе станка шум возникает вследствие упругих колебаний как машины в целом, так и отдельных ее деталей. Причины возникновения этих колебаний - механические, аэродинамические, гидродинамические и электрические явления, определяемые конструкцией и характером работы машины, а также неточностями, допущенными при ее изготовлении, и, наконец, условиями эксплуатации. Основными источниками шума, происхождение которого не связано непосредственно с технологическими операциями, выполняемыми машиной, являются прежде всего подшипники качения и зубчатые передачи, а также неуравновешенные вращающиеся части машины. Утомление операторов из-за сильного шума увеличивает число ошибок при работе, способствует возникновению травм.
Станок имеет крупные габариты и много подвижных элементов, что вызывает неудобство и опасность травмирования наладчика при отладке каких-либо узлов или замене инструмента, так как тяжело уследить за большим количеством передвижения.
Также следует учесть большой расход полировальной ленты, что с экологической точки зрения неудовлетворительно, т.к. отходы требуют утилизации.
При обработке лентой также имеет место ее запутывание, обрыв, что может привести к легким травмам наладчика, а часто непредусмотренный ее разрыв к психическому раздражению рабочего.
Приспособление для зажима обрабатываемых деталей - центра с гидравлическим приводом. Зажим детали и ее подача на место обработки происходит без вмешательства человека, что обеспечивается автоматической линией. Но возможен вариант, когда деталь по какой-то непредвиденной причине неправильно забазируется на рабочем месте, что может привести к заклиниванию зажимных приспособлений. Опасность этого заключается в том, что при устранении данного сбоя может произойти травмирование рабочего.
На данной операции для привода в действие рабочих элементов станка используется гидравлическая система, давление в которой достигает больших значений. Нарушение герметичности гидросистемы, т.е. разгерматизация устройств и установок, не только нежелательна с технической точки зрения, но и опасна для обслуживающего персонала и производства в целом.
Недостаточное искусственное освещение зоны обработки и зоны отладки, вызывающее ухудшение условий зрительной работы, повышение утомляемости, притупление зрения наладчика и необходимость приближения его к узлам станка, что может повлечь травмирование.
Поскольку производится обильная подача СОЖ, то неизбежно разбрызгивание жидкости, сопровождающееся электризацией капель, вследствие чего появляется опасность электрического заряда и воспламенения паров жидкости.
Пожары на машиностроительных предприятиях представляют большую опасность для работающих и могут причинить огромный материальный ущерб. Причинами пожара в данном случае могут быть:
искра, образующаяся из-за нарушения изоляции проводки;
образование искр при обработке абразивным материалом;
статическое напряжение, возникающее в процессе полирования;
самовозгорание промасленной обтирочной ветоши или спецодежды при соприкосновении с горячими частями оборудования.
7.3 Вывод по разделу
Эффективность замены полирования на выглаживание подкрепляется рядом преимуществ с точки зрения охраны труда и экологии:
При обработке абразивной лентой имеет место образование пыли из частиц ее износа, которая негативно влияет на дыхательные органы человека и органы зрения. Также при полировании создаётся большей уровень шума, чем при выглаживание. Кроме того, следует учесть большой расход полировальной ленты, что с экологической точки зрения неудовлетворительно, т.к. отходы требуют утилизации (при этом крайне плохо то, что эластичная связка полировальной ленты содержит вредные химические вещества), а выглаживатель можно переточить. К тому же сам процесс обработки ППД происходит без снятия стружки, что крайне экологично и положительно с точки зрения безопасности труда. Не мало важно и то, что обработка ППД может происходить без использования СОЖ, которая, как было сказана в предыдущем пункте, оказывает негативное влияние на безопасность труда и окружающую среду. Процесс ППД проводится с гораздо меньшими температурами в зоне обработки.
К недостаткам нового метода, обработки можно отнести необходимость создания более высокого давления в гидросистеме станка, что требует усиление ее соединительных, узлов, иначе их выход из строя или разрыв может привести к негативным последствиям.
8. Экономическая эффективность проекта
8.1 Расчет затрат на проведение научно-исследовательского проекта
8.1.2 Определение содержания последовательности выполнения НИР
Таблица 8.1
Примерный перечень работ научно-исследовательского направления, выполняемых в дипломном проекте
|
Стадии проекта |
Этапы проекта |
Содержание работ |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
Подготовительная стадияТеоретическая разработка |
Выполнение комплекса подготовительных работ Разработка теоретической части исследования |
Составление задания на проведение НИР Сбор информации по теме исследования Составления обзора состояния вопроса по теме исследования Предварительное технико-экономическое обоснование целесообразности выполнения проекта Изучение и анализ существующих конструкций, способов, материалов, исследуемых параметров и т.д. Составление и согласование частных методик по проведению исследования |
|
|
Макетирование и экспериментальные работы Заключительная стадия |
Проектирование макетов и проведение комплекса экспериментальных работ Обобщение, выводы и предложения |
Теоретические исследования и определение путей решения задачи модернизации оборудования Разработка и проектирование инструментов, приспособления, теоретическое обоснование выбора вариантов исследования, приведение расчетов Конструирование лабораторной установки Изготовление лабораторной установки Проведение экспериментов и исследований Оформление результатов проведения экспериментальных исследований Внесение изменений в теоретическую часть работы по результатам испытаний 14. Обобщение результатов 15. Оформление конструкторской и технологической документации |
|
|
16. Расчет показателей экономического эффекта от внедрения результатов НИР в производство Рассмотрение результатов Написание отчета 19. Защита проекта |
Определение трудоемкости выполнения каждой работы базируется на системе экспертных оценок и на методе оценок (Тmin, Тmax, Тож).
Одновременно производим распределение исполнителей по всем видам работ и определение длительности цикла выполнения отдельных этапов и всей работы в целом с учетом принятой численности исполнителей.
Ожидаемую трудоемкость выполнения каждой работы определим по формуле:
Тож = (3Тmin + 2Тmax)/ 5, (8.1)
где Тmin - оптимистическая оценка трудоемкости;
Тmax - пессимистическая оценка трудоемкости.
Ожидаемую трудоемкость выполнения каждого этапа определим как сумму трудоемкости выполнения входящих в данный этап работ.
Зная ожидаемую трудоемкость работ и этапов, определяем длительность цикла их выполнения:
Тц = Тож / Р, (8.2)
где Р - численность исполнителей.
Следует отметить, что численность работников, принимавших участие в исследовании по данной научной работе составила 4 чел.
Результаты расчетов представлены в таблице 2.
Таблица 8.2
Расчет трудоемкости и длительности цикла выполнения НИР
|
№ этапов |
№ работ |
Трудоемкость выполнения работ, дней |
Численность работников |
Длительность выполнения работ и этапов с учетом численности работников, дней |
||||||
|
Тmin |
Tmax |
Tож |
Руков. проекта |
Вед. инженер |
Студент |
Итого |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
1 |
1 2 3 4 |
5 10 20 7 |
6 15 25 10 |
5,4 12 22 8,2 |
1 1 1 1 |
- - - - |
2 2 2 2 |
3 3 3 3 |
1,8 4,0 7,3 2,7 |
|
|
Итого |
42 |
56 |
47,6 |
15,9 |
||||||
|
2 |
5678 |
15202535 |
20253040 |
17222737 |
1111 |
-111 |
2222 |
3444 |
5,75,56,759,25 |
|
|
Итого |
95 |
115 |
103 |
27,2 |
||||||
|
3 |
9101112 |
40303835 |
43354240 |
41,23239,637 |
111- |
---- |
2222 |
3332 |
13,710,713,218,5 |
|
|
Итого |
143 |
160 |
149,8 |
56,1 |
||||||
4 |
13141516171819 |
351540302351 |
402045354401 |
371742322,8371 |
111111- |
-11-1-- |
2222222 |
3443432 |
12,34,2510,510,70,712,330,5 |
|
|
Итого |
158 |
185 |
168,8 |
51,3 |
||||||
|
Всего |
438 |
516 |
469,2 |
150,4 |
В нашем случае ожидаемая трудоемкость выполнения всего комплекса научно-исследовательских работ составляет 469,2 чел.-дней, тогда как длительность цикла выполнения проекта с учетом численности исполнителей составляет 150,4 дней.
Для определения фактической продолжительности цикла выполнения проекта следует составить календарный ленточный и сетевой графики с учетом возможности совмещения во времени выполнения некоторых работ и этапов.
Из графика видно, что за счет параллельного выполнения работ по всем этапам длительность цикла проекта сокращается со 150,4 дней, до 100 дней, т.е. доведена до времени отпущенного на выполнение дипломного проекта.
Для разработки сетевого графика необходимо предварительно составить перечень событий и работ.
Таблица 8.3
Перечень событий и работ по выполнению проекта
|
№ событий |
Наименование работ и событий |
Шифр работ |
Продолжит-ть работ, дней |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
0 1 2 3 4 5 6 7 8 |
Решение о выполнении проекта Составление задания на дипломное проектирование Сбор информационных материалов по теме исследования Составление обзора состояния вопросов по теме Технико - экономическое обоснование проведения исследования Изучение и анализ существующих конструкций, технологического процесса Составление и согласование методики исследования Теоретические исследования Разработка схем и конструкций, теоретическое обоснование вариантов исследования |
0-1 1-2 1-3 3-4 4-5 5-6 5-7 7-8 |
1,8 4,0 7,3 2,7 5,7 5,5 6,75 9,25 |
|
|
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 |
Конструирование лабораторных стендов Изготовление макетов Проведение экспериментальных работ и испытаний Оформление результатов проведения экспериментальных исследований Внесение необходимых изменений в теоретическую часть работы по результатам исследований Обобщение результатов работы Оформление конструкторской и технологической документации Определение возможности использования результатов исследований в дальнейших работах Расчет экономической эффективности от внедрения результатов проекта в производство Рассмотрение результатов НИР Написание отчета Защита проекта |
8-9 9-10 9-11 11-12 12-13 13-14 13-15 15-16 16-17 17-19 16-18 18-19 |
13,7 10,7 13,2 18,5 12,3 4,25 10,5 16,0 10,7 0,7 12,33 0,5 |
По данным таблицы 8.3, строим (рис. 8.1) сетевой график выполнения научно-исследовательской работы.
Из сетевого графика рис. 8.1 видно, что весь цикл работ может быть выполнен за 130,6 дней тогда как на дипломную работу отпускается примерно 100 дней. Это свидетельствует о том, что первоначальный график необходимо оптимизировать. В нашем случае из начального события в конечное ведут два пути, путь Т1 = 130,6 дней (критический) и Т2 = 69,3 дня.
Т1 = 0-1-3-4-5-7-8-9-11-12-13-15-16-18-19=1,8+7,3 +2,7 + 5,7 + 6,8 + 9,3+ +13,7 + 13,2 + 18,5 + 12,3 + 10,5 + 16,0 + 12,3 + 0,5 = 130,6 дней
Т2 = 0-1-2-4-5-6-8-9-10-12-13-14-16-17-19 = 1,8 + 4,0 + 5,7 + 5,5 + 13,7 + +10,7 + 12,3 + 4,3 + 10,7 + 0,7 = 69,3 дней
Теоретический возможный срок свершение конечного события
Тож = (130,6 + 69,3) / 2 = 99,975~100 дней
Для приближения к этому сроку перебросим силы с работ 1-3 (3 дн.), 5-7 (3 дн.), 7-8 (5 дн.), 9-11 (6 дн), 11-12 (8,1дн.), 15-16 (5,5дн.) на работы 1-2 (3дн.), 5-6 (2,6дн.), 9-10 (6,9 дн.), 13-14 (16,6 дн.), 16-17 (1,5 дн.) в количестве равном 30,6 дням. По этим соображениям сделаем оптимизированный график (рис. 2).
Тогда продолжительность пути Т1 составит:
Т1 = 130,6 - 30,6 = 100 дней;
Т2 = 69,3 +30,6 = 99,9 ~100 дней
Т1 = 0-1-3-4-5-7-8-9-11-12-13-15-16-18-19=1,8+ 4,3 +2,7 + 5,7 + 3,8 + 4,3+ +13,7 + 7,2 + 10,4 + 12,3 + 10,5 + 10,5 + 12,3 + 0,5 = 100,0 дней
Т2 = 0-1-2-4-5-6-8-9-10-12-13-14-16-17-19 = 1,8 + 7,0 + 5,7 + 8,0 + 13,7 + 17,6 + 12,3 + 20,9 + 12,1 + 0,7 = 99,9 дней
Таким образом, в результате оптимизации графика и работ длительность цикла выполнения научно-иследовательского проекта составляет отпущенное на дипломное проектирование время - 100 дней.
|
№ этапов |
Содержание этапов |
Ожидаемая трудоемкость чел - час. |
Удельное значе ние этапа % |
Нарастание технической готовности |
Длите льность этапа, дни |
График работы по месяцам и декадам |
||||||||||||
|
февраль |
март |
апрель |
май |
|||||||||||||||
|
I |
II |
III |
I |
II |
III |
I |
II |
III |
I |
II |
III |
|||||||
|
1 |
Выполнение комплекса подготовительных работ |
47,6 |
10 |
- |
15,9 |
|||||||||||||
|
2 |
Разработка теоретической части исследования |
103,0 |
22 |
32 |
27,2 |
|||||||||||||
|
3 |
Проектирование, изготовление установки |
149,8 |
32 |
64 |
56,1 |
|||||||||||||
|
4 |
Обобщение выводов и предложения |
168,8 |
36 |
100 |
54,3 |
|||||||||||||
|
Итого |
469,2 |
100 |
100 |
150,4 |
Тц = 100 дней |
Сетевой график выполнения дипломного научно-исследовательского проекта
Рис. 8.1
Оптимизированный сетевой график
8.1.3 Экономическое обоснование и расчет затрат на проведение научно-исследовательского проекта
8.1.3.1 Подготовка исходных данных для технико-экономического обоснования
Материалы для организационно-экономического обоснования проекта получены: у руководителя проекта, из расчетов, произведенных в теоретической, исследовательской и расчетной частях проекта, из справочников.
Таблица 8.5
Перечень исходных данных для экономического обоснования НИР
|
Наименование показателей |
Индекс |
Единица измерения |
Значение показателей |
|
|
Годовой объем выпуска Норма штучного времени |
П Тшт |
шт мин |
100 9 |
8.1.3.2 Определение состава и фонда заработной платы исполнителей НИР
Состав исполнителей по каждой теме проекта определяется штатным расписанием, в котором одновременно рассматривается и фонд заработной платы исполнителей (табл. 8.4).
Таблица 8.4
Штатное расписание исполнителей и расчет фонда заработной платы
|
Наименование должностей |
Числен-ность (чел.) |
Месяч- ный оклад (руб.) |
Средне -дневная ставка (руб.) |
Количество отработан-ных дней |
Сумма заработной платы, руб. |
|
|
Науч. Руков-ль |
1 |
2500 |
96,9 |
135 |
13081,5 |
|
|
Вед. Инженер |
1 |
2000 |
77,5 |
35 |
2712,5 |
|
|
Инженер |
2 |
1000 |
38,8 |
300 |
11640,0 |
|
|
Итого |
4 |
27434,0 |
Сумма заработной платы каждого исполнителя
Зпл = (Мо / Др) ? Дф,(8.3)
где Мо - месячный должностной оклад;
Др - среднее расчетное количество дней в месяце (принимается равным 25,8);
Дф - фактически отработанное количество дней по табл. 2 или по сетевому графику.
Зпл_р = (2500/ 25,8) ? 135 = 13081,5руб.
Зпл.и. = (2000 / 25,8) ? 35 = 2712,5 руб.
Зпл.с. = (1000 / 25,8) ? 150= 5820,0 руб.
8.1.3.3 Определение затрат на НИР (предпроизводственных затрат)
Предпроизводственные затраты на НИР состоят из текущих затрат на проведение исследования Снир и капитальных вложений для проведения НИР (Книр).
Текущие затраты носят характер издержек производства. К ним относятся:
затраты на заработную плату (Зпл);
стоимость материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий для проведения исследования (М);
стоимость потребляемых энергетических ресурсов (Э);
прочие прямые расходы, связанные со спецификой (Рпр);
общие накладные расходы (Нр);
отчисления в фонд экономического стимулирования (Офэс).
Начисления на заработную плату (35,6% к зарплате):
Нзпл =(35,6%Зпл )/100% (8.4)
Нзпл = 0,35627434= 9766,5 руб.
Капитальные вложения для проведения НИР включают в себя стоимость: оборудования, приборов, аппаратов, машин, инструментов Книр = 50000 руб.
2. Затраты на основные и вспомогательные материалы для проведения экспериментов:
М = НрЦмКтз - ВотхЦотх (8.5)
Нр = 40 кг - норма расхода материала на проведение исследования;
Цм = 7,5 руб - цена единицы веса материала;
Ктэ = 1,2 - коэффициент учитывающий транспортно-заготовительные расходы;
Вотх = 5 кг - вес реализуемых отходов;
Цотх = 0,5 руб - цена отходов;
М = 407,51,2 - 50,5 = 357,5 руб.
3. Затраты на электороэнергию при проведении экспериментов (эксперименты проводились на токарном станке 16К20):
Рэ = [(Муммn) / (60)] Цэ (8.6)
где n - число экспериментов n = 10;
Му - установленная мощность кВТ Му = 11,25 кВТ;
Км - коэффициент использования токоприемников по мощности Км = 0,7;
Тм - машинное время на один эксперимент Тм = 9 мин;
- КПД электродвигателей;
Цэ - цена за 1 кВт электроэнергии Цэ = 0,72 руб.
Рэ = [(11,250,7910) / (0,960)] 0,72 = 0,8 руб.
4. Затраты на инструмент, необходимый для проведения эксперимента (в качестве инструментов применялись широкие выглаживатели):
Зи = ЦиNин,(8.7)
где Ци - цена изготовления одного инструмента, Ци = 150 руб;
Nин - необходимое количество инструментов для проведения экспериментов, Nин = 10.
Зи = 15010 = 1500 руб.
5. Затраты на приспособление:
Для проведения экспериментов необходимо специальное приспособление, стоимость изготовления которого на КВЦ ВАЗа Пр = 7500 руб.
6. Затраты на амортизацию станка, используемого для проведения экспериментов:
Ра = ЦсКмонтНаТраб/(Фэ100),(8.8)
где Цс - цена станка, Цс = 75 000 руб;
Кмонт - коэффициент, учитывающий затраты на доставку и монтаж, Кмонт = 1,2;
На - годовая норма амортизации, На = 3,5 %;
Траб - общее время работы станка для проведения экспериментов, 100 ч;
Фэ - годовой эффективный фонд времени работы оборудования, при работе в одну смену Фэ = 2070 ч.
Ра = 750001,20,035100/(2070100)=1,50 руб.
7. Расходы на создание программного обеспечения: Зпрог = 5 000 руб.
8. Расходы на производственные командировка 20 000 руб.
9. Суммарные расходы на НИР:
Рнир = Зпл + Нзпрл + М + Рэ + Зи + Зпр + Ра + Зпрог + Pкоманд = 27434,0 + 9766,5 + 357,5 + 0,8 + 1500 + 7500 + 1,50 + 5000 + 20000 = 64060,3 руб.
Общие накладные расходы определяются в размере 15% от общего объема затрат на НИР:
Нр = (64060,315) / 100 = 9609 руб.
Размер отчислений в фонд экономического стимулирования определяется следующим образом.
Прибыль 5% от общего объема затрат на НИР:
Пр =( 5% Рнир) / 100% (8.9)
Пр = 0,0564060,3 = 3203 руб.
Смета затрат на проведение НИР
|
Наименование статей затрат |
Сумма, руб. |
|
|
Основная производственная заработная плата Начисления социальному страхованию 38,7% Затраты на основные и вспомогательные материалы Затраты на инструмент Затраты на приспособление Затраты на электроэнергию Амортизация оборудования |
Подобные документы
Основные показатели долговечности. Виды ремонтов, их назначение. Долговечность деталей двигателей внутреннего сгорания и других машин, способы ее повышения. Методы и средства улучшения надежности деталей. Процесс нормализации или термоулучшения.
реферат [72,2 K], добавлен 04.05.2015Краткое описание конструкции двигателя. Нормирование уровня надежности лопатки турбины. Определение среднего времени безотказной работы. Расчет надежности турбины при повторно-статических нагружениях и надежности деталей с учетом длительной прочности.
курсовая работа [576,7 K], добавлен 18.03.2012Анализ формы, размеров, материала, условий работы детали. Технологический маршрут обработки каждой поверхности. Выбор способа получения заготовки. Оформление операционных и маршрутных карт. Выбор системы технологической оснастки и схемы обработки.
курсовая работа [988,7 K], добавлен 17.04.2009Исследование способа снижения уровня остаточных напряжений в металлоконструкциях, стабилизации их формы и размеров, повышения циклической долговечности. Характеристика воздействия на металл конструкции знакопеременными нагрузками на резонансных частотах.
презентация [439,1 K], добавлен 07.12.2011Основные особенности обработки деталей плоским шлифованием торцом круга на токарно-винторезном станке 1К62. Анализ интенсивности и глубины распространения наклепа, величины и характера остаточных напряжений. Частота вращения шлифовального круга.
доклад [36,0 K], добавлен 06.02.2012Анализ основных технических условий на изготовление изделия. Расчет коэффициента использования материала. Карта технологического маршрута обработки поршня автомобилей семейства ЗИЛ. Составление сметы затрат на технологическую подготовку производства.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 05.11.2012Кинематический расчет привода. Расчет цилиндрической передачи первой ступени. Определение допускаемых контактных напряжений. Подбор шпонки для соединения зубчатого колеса и промежуточного вала. Выбор манжетных уплотнений и порядок сборки привода.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 02.03.2013Описание конструкции компрессора газотурбинного двигателя. Расчет вероятности безотказной работы лопатки и диска рабочего колеса входной ступени дозвукового осевого компрессора. Расчет надежности лопатки компрессора при повторно-статических нагружениях.
курсовая работа [868,6 K], добавлен 18.03.2012Конструкция компрессора ГТД. Расчет надежности лопатки компрессора с учетом внезапных отказов. Графики функций плотностей распределения напряжений. Зависимость вероятности неразрушения лопатки от коэффициента запаса прочности. Расчёт на прочность диска.
курсовая работа [518,8 K], добавлен 15.02.2012Построение эпюр внутренних силовых факторов. Выбор коэффициентов, учитывающих концентрацию напряжений, размеры вала, качество обработки поверхности, упрочняющую технологию. Конструирование участка вала. Раскрытие статической неопределимости рамы.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 10.06.2015
