Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Краткое описание механической части и технологии работы неавтоматизированного устройства

2. Расчет силовых приводов

3. Выбор системы управления и составление структурной схемы автоматического управления

4. Составление и описание принципиальной электрической схемы автоматического управления

5. Подбор типовых элементов

6. Охрана труда

Заключение

Список литературы

Введение

Автоматизация технологических процессов в вагоноремонтном производстве приводит к резкому повышению производительности труда за счет увеличения скоростей выполнения технологических операций, высвобождения рабочих, улучшения условий труда и качества выпускаемой продукции. Обязательной является автоматизация производства, аредного для здоровья человека.

В данном курсовом проекте разрабатывается автоматизация технологического процесса подачи неисправных роликовых подшипников со стола контролера в ремонтное отделение. Для этого первоначально решаются вопросы полной автоматизации этого технологического процесса - его всех операций и производится расчет узла электропривода транспортера, а также пневмоцилиндра толкателя. Затем выбирается система управления, и составляются структурная и принципиальная схемы автоматизации. Выполняется подбор типовых элементов и приборов автоматики. Далее описываются требования к технике безопасности при эксплуатации разработанного узла.

1. Краткое описание механической части и технологии работы неавтоматизированного устройства

В реально существующем процессе ремонта колесных пар с роликовыми подшипниками качения применяются некоторые средства автоматизации или механизации технологических процессов производства.

Так, для подачи подшипников со стола контролера в отделение по ремонту роликовых подшипников используется ленточный транспортер, окончание которого находится в монтажном отделении. Элементами, составляющими данный транспортер являются:

- электродвигатель 4А112М4У3 (N=5,5 Вт, n=720 об/мин);

- редуктор червячный с передаточным числом n=12;

- упругая муфта;

- два концевых ролика диаметром 10 см,

- промежуточные ролики, d=5 см;

- транспортерная лента L=42 м.

Этот транспортер условно можно поделить на 3 зоны: а) зона отправки подшипников, б) зона приема в ремонтное отделение, в) зона приема в монтажное отделение.

Перед отправкой в ремонт или монтаж подшипники проверяются на столе у контролера после обмывки и очистки на наличие дефектов.

Подшипники, требующие ремонта контролер помечает мелом и кладет на транспортер (зона «а»). Наблюдатель в отделении по ремонту просматривает все подшипники, проходящие на транспортере и забирает те, которые помечены (зона «б»). В отдельных случаях из за невнимательности наблюдателя некоторые помеченные подшипники уходят в монтажное отделение (зона «в»). Там обнаруживается, что подшипник требует ремонта и вручную транспортируется в ремонт. Кроме того непрерывно работающий транспортер вызывает излишние затраты электроэнергии на работу электродвигателя.

В рассматриваемом технологическом процессе привод ленточного транспортера электрический (по условию задания). Для гарантированного съема подшипников, требующих ремонта в зоне «б» применим пневматический толкатель, сбрасывающий нужные подшипники с транспортера в накопительный лоток.

Разработку механической части ведем исходя из конструктивных соображений и руководствуясь рекомендуемой литературой. Исходя из альбомных размеров роликовых подшипников и расстояния между столом контролера и комплектовочным отделением равным 20 метров определяем габариты разрабатываемого устройства. Исходя из расстояния между отделением монтажа букс и столом контролера длина транспортера будет равна 20 метрам. Ширину транспортерной ленты определяем исходя из диаметра подшипников, равного 280 мм.

Вычерчиваем схематически механическую часть транспортера. Схема представлена на рисунке 1.

2. Расчет силовых приводов

Расчет электрического привода транспортера

Ориентируясь на конструкцию конвейера и заданную скорость движения транспортера, осуществляем кинематический и силовой расчет привода.

Производим расчет параметров привода (рис.2), который состоит из электродвигателя, червячного редуктора и двух соединительных муфт.

Кинематический и силовой расчет привода

Коэффициент полезного действия привода

з= з₁^2 · з₂^3· з_3,

где: з₁ - КПД муфты;

з₂ - КПД пары подшипников;

з₃ - КПД зубчатой передачи.

По таблице 4.1 [1] принимаем учитывая вероятность деформации рамы, з₁ = 0,98; для подшипников качения з₂ = 0,99; для закрытой червячной передачи з₃ = 0,97.

Тогда:

з = 0,98^2*0,99^3*0,97 = 0,9

Выбор электродвигателя

Ориентировочное значение мощности двигателя

где: = мощность на валу барабана. Исходя из аналогичных устройств принимаем = 5,5 кВт.

Тогда:

Предварительно выбираем значение передаточного числа зубчатой передачи (оно соответствует передаточному числу привода) по таблице 4.2 [1]

u_зп = 24

Частота вращения вала барабана

Принимаем диаметр барабана d=0,1 м. тогда исходя из заданной скорости движения транспортера V= 0,3 м/с найдем частоту вращения барабана как:

n = V*60/рd = 0.3*60/(3.14*0.1) = 57.3 мин ^-1

Ориентировочное значение частоты вращения вала электродвигателя

n_дв = n_з* u = 57,3*24 = 1375,2 мин ^-1

По значениям ориентировочной мощности и частоты вращения выбираем трехфазный асинхронный электродвигатель переменного тока серии 4А. технические параметры заносим в таблицу 1.

Таблица 1 - технические параметры электродвигателя

Тип двигателя	Мощность кВт	Частота вращения, Об/мин	Номинальная угловая скорость 1/с	Диаметр выходного конца вала, мм
		синхронная	асинхронная
4А132М4У3	11,0	1500	1460	152,8	38

Таблица 2 - Основные размеры двигателя

Тип двигателя	Число полюсов	Габаритные размеры	Установочные размеры
		l30	h31	d30	l10	l31	h	b10
4А132М4У3	6	530	350	302	178	89	132	216

2.2 Расчет пневматического цилиндра толкателя

Ориентируясь на конструкцию конвейера, определяем максимальный выход поршня пневмоцилиндра толкателя подшипников. Принимаем конструктивно ход поршня пневмоцилиндра S₁=300 мм. Составляем расчетную конструктивную схему пневмотолкателя букс



Производим расчет параметров пневмопривода толкателя состоящего из пневмоцилиндра одностороннего действия с возвратной пружиной. Для цилиндра одностороннего действия условие равновесия поршня в цилиндре выражается уравнением

Рн?Рс

Где: Рн - номинальное тяговое усилие поршня, Н;

Рс - суммарные силы сопротивления перемещения поршня в прямом направлении, Н.

Рс = Рn + Рт + Ри

Где: Рn - полезная нагрузка прямого хода, Н;

Рт - сила трения в уплотнении поршня, Н;

Ри - сила инерции массы частей, перемещаемых в прямом направлении, Н.

Определяем полезную нагрузку прямого хода цилиндра

Рn = m_п*n + m_n + m_в

Где: m_п - масса подшипника, m_п = 38 кг;

n - количество сталкиваемых подшипников, n = 2;

m_n - масса подвижных частей цилиндра (поршня и штока), принимаем m_n = 15 кг.

m_в - усилие возвратной пружины.

Полезная нагрузка прямого хода составит

Рп = 38*2 + 15 + 25 = 116 кг ? 1160 Н

Тяговое усилие поршня определяется

Рн = 100р*F = 33F

Где: 100 - переводной коэффициент;

Р - рабочее давление в полости цилиндра, принимаем равным 0,33 мПа;

F - площадь поршня, см², F = 314 см²

Рн = 33*314 = 10362 Н.

Сила трения манжеты о стенку цилиндра определяется

Рт = 100*f*р*D*b*p,

Где: f - коэффициент рения манжеты о стенку цилиндра, принимаем равным 0,15;

D - диаметр цилиндра, см, D = 20 см;

b - высота манжеты (длина прилегания манжеты к стенке цилиндра);

р - давление в полости цилиндра, р = 0,33 мПа

Площадь трения р*D*b в манжетах по ГОСТ 6969-54 составляет от 0,33F до F.

Для предварительных расчетов можно принять среднюю величину р*D*b = 0,66F. Тогда потери на трение в уплотнении поршня

Рт = 100*0,15*0,66*F*р = 10Fр

При прямом ходе

Рт = 10*F*0,33 = 3,3F

Рт = 3,3*314 = 1036,2 Н.

При расчете сил инерции можно принять, что разгон перемещаемых частей происходит с постоянным ускорением, м/с:

а = 0,02*S/t²,

где: S - ход поршня, см;

t - время перемещения поршня, принимаем равным 2 сек;

Сила инерции при прямом ходе, Н

Ри = m*а = 0.02m*S/ t² ,

Где: m - масса частей, перемещаемых при прямом ходе.

Ри = 0,02*91*30/4 = 13,65 Н.

Подставив в уравнение условия равновесия поршня цилиндра значения отдельных составляющих, получим

33F = Рn + 3,3F + 0.02m*S/ t²

Заменив F на р*D²/4 и решив это уравнение относительно D, получим:

Подставив числовые значения входящих величин в данное выражение, определим предварительно диаметр цилиндра, см:

см

По ГОСТ 6969-54 выбираем манжету с наружным диаметром 8 см, b=1,2см.

Уточненное значение номинального тягового усилия составит

Рн = 33F = 33 рD²/4 = 33*р*64/4 = 1657,36

Уточненное значение силы трения, Н, в уплотнении поршня определяется

Рт = 100*f* р*D*b*p = 100*0,15* р*6*1*0,33 = 93,26

Уточненное значение силы инерции, Н, при прямом ходе

Уточненное значение суммарных сил сопротивления, Н, составит

Рс = Рп + Рт + Ри = 1160 + 93,26 + 13,65 = 1266,91

Условие равновесия поршня в рабочем цилиндре Рн>Рс, так как 1657,26>1266,91. Следовательно, пневмопривод одностороннего действия с рассчитанными параметрами работоспособен.

Далее определяем диаметр штока, см

d = 0.25D = 0.25*8 = 2

Проверяем шток на продольную устойчивость (Ркр>Рн)

,

где: Е - модуль упругости материала штока, Е = 2,1*10⁷ мПа;

- длина штока, равная 1,5*S

Н

Так как 20351>1657,26, следовательно, условие на продольную прочность выполняется.

3. Выбор системы управления и составление структурной схемы автоматического управления

Чтобы автоматизировать технологический процесс подачи подшипников, необходимо решить вопрос выбора управления отдельными операциями процесса такими, как: управление процессом сталкивания подшипников с транспортера в ремонтное отделение и управление электродвигателем привода конвейера.

Для управления электроприводом конвейера принимаем путевую систему управления с использованием фотодатчика для определения местоположения неисправного подшипника. Для управления толкателем принимаем также путевую для определения конечного положения штока пневмоцилиндра схему управления для определения времени отключения электромагнитного вентиля.

Для выбранной путевой схемы управления на механической схеме (рис.1) производим расстановку условнообозначенных фотоэлемента и светоизлучателя. Они предназначены для контроля прохождения через отделение ремонта подшипников неисправных экземпляров следующим образом: световой датчик расположен выше уровня подшипников, проходящих на транспортере в один ряд. Неисправные же подшипники укладываются в два и более ряда один на другой. При прохождении светового датчика они перекрывают доступ излучения к фотодиоду VD (приемнику) от излучателя (светодиода HL), находящегося напротив.

Для составления структурной схемы автоматического управления рассмотрим детальную последовательность выполнения технологического процесса.

В начале осуществляется пуск системы управления, при этом запускается привод конвейера, то есть включается электродвигатель, приводящий в движение транспортер. Далее следует установка неисправных подшипников на транспортер. В момент прохождения подшипниками путевого фотодатчика происходит отключение электродвигателя и одновременно с этим включении электромагнитного вентиля. При воздействии толкателя на концевой выключатель питание электромагнитного вентиля обрубается. Сразу после возврата толкателя в исходное положение происходит повторный запуск транспортера и процесс повторяется.

На основе детальной последовательности строим структурную схему процесса (рис.5), которая в значительной степени облегчает построение принципиальной электрической схемы управления.



Рисунок 5 - структурная схема автоматического управления приспособлением для подачи подшипников в ремонт: S - кнопка «пуск»; КМ1 - тепловое реле; М - электродвигатель; VD - фотодиод; YV1 - электромагнитный вентиль; SQ - концевой выключатель.

4. Составление и описание принципиальной электрической схемы автоматического управления

Руководствуясь правилами построения электросхем, условными графическими изображениями элементов и структурной схемой, разрабатываем принципиальную электрическую схему автоматического управления (рис.6). неавтоматизированный привод автоматический силовой

Электрическая схема состоит из двух цепей: силовой и управления. Составление принципиальной электрической схемы начинаем с построения силовой цепи. К силовой трехфазной цепи подключаем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором через основные контакты магнитного пускателя КМ1 и катушку теплового реле КК1.

Далее приступим к составлению схемы цепи управления. Руководствуясь структурной схемой (рис.5) составляем первую цепь управления электродвигателем. Замыкающими контактами электродвигателя являются контакты электромагнитного пускателя КМ1, который в свою очередь включается от контактов промежуточного реле К1, работа которого после нажатия кнопки пуск осуществляется посредством блокировки контактами К1.1. Аналогично составляем остальные цепи управления.

По схеме механической конструкции и составленной электрической принципиальной схеме производим описание автоматизированного процесса.

Первоначальный пуск системы осуществляет контролер из за своего стола. Для пуска нажимается кнопка S. При этом замыкается электрическая цепь и получают питание катушки промежуточного реле К1, К2, магнитного пускателя КМ1, включается светодиод НL Замыкание контакта К1.1 обеспечивает самопитание реле К1. освещение фотоэлемента VD светодиодом HL обеспечивает питание магнитного пускателя КМ1 и промежуточного реле К2. в сою очередь контакты магнитного пускателя КМ1.1 подаю питание на электродвигатель.

Рисунок 6 - Принципиальная электрическая схема автоматического управления.

Нормально замкнутые контакты промежуточного реле К2.1 разомкнуты, что способствует обесточиванию электромагнитного вентиля. Таким образом приводится в движение транспортер. Далее контролером осуществляется постановка на транспортер неисправных подшипников в два яруса (что обеспечивает в нужный момент перекрывание луча светодиода). Когда подшипники доходят до места прохождения луча (ремонтное отделение), они его перекрывают, что способствует закрытию фотодиода. Таким образом обесточиваются магнитный пускатель КМ1 и промежуточное реле К2. при этом возвращаются в нормальнозамкнутое положение контакты реле К2.1 и запитывается электромагнитный вентиль. Также замыкаются контакты К2.2. сработавший электромагнитный вентиль приводит в движение толкатель, сбрасывающий подшипники с транспортера. В конце хода толкатель упирается в концевой выключатель SQ, который на короткое время запитывает промежуточное реле К3. при этом замыкаются контакты блокировки К3.1, обеспечивающие самопитание реле К3. нормальнозамкнутые контакты К3.2 размыкаются, обесточивая электромагнитный вентиль. Толкатель начинает возвратное движение. При этом фотодиод VD закрыт, так как шток толкателя перекрывает управляющий луч от светодиода HL (это продолжается до тех пор, пока толкатель не вернется в исходное положение). Когда толкатель возвращается в исходное положение, управляющий луч попадает в фотодиод, при чем последний открывается. Запитываются реле К2 и магнитный пускатель КМ1. Контакты К2.1 и К2.2 размыкаются, обесточивается реле К3. замыкается контакт К3.2. Запускается двигатель. Далее цикл повторяется.

5. Подбор типовых элементов и приборов автоматики

На основании принципиальной электрической схемы и справочной литературы производим подбор типовых элементов и приборов автоматики.

Электромагнитный вентиль принимаем типа 23К4 802 Р3 с напряжением питания катушки вентиля 220 В переменного тока. Диаметр условного хода 15 мм. Потребляемая мощность 45 ВА.

Промежуточное реле принимаем в зависимости от напряжения питания катушки реле, требуемой контактной системы, длительно допустимого тока через контакты, времени срабатывания и отпускания реле. Длительно допустимый ток через контакты зависит от мощности коммутируемой нагрузки.

На основании используемой литературы [2] принимаем 3 электромагнитных промежуточных реле и их технические характеристики сводим в таблицу 3.

Таблица 3 - Параметры промежуточных реле

Тип реле	Род тока	Нормальное напряжение В	Потребляемая мощность, ВА	Контактная система	Длительно допустимый ток через контакты, А	Время срабатывания и отпускания	Разрывная мощность, ВА	Количество
МКУ-48	Переменный	220	6	2з, 2р	5	0,035	500	3

Определим максимальный ток через контакты промежуточных реле. Контакты реле коммутируют катушки реле и электромагнитного вентиля, суммарная потребляемая мощность которых равна 45 + 6 = 51 ВА. Отсюда ток А, определится

, 0,23<5.

Следовательно реле выбрано правильно.

Магнитное реле подбираем по напряжению и мощности двигателя. Технические характеристики сводим в таблицу 4.

Таблица 4 - Технические характеристики магнитного пускателя

Тип пускателя	Мощность электродвигателя при напряжении 220 В	Число блок-контактов	Ток главных контактов,А	Тип тепловых реле	Ток катушки при 220 В, А	Количество
ПМЕ200	5,5	1з	23	ТРН-25	0,140	1

Путевой конечный выключатель выбираем в зависимости от количества переключающих контактов, длительности допустимого тока через контакты, быстродействия, рабочего хода и конструктивного исполнения. Характеристики выбранного выключателя сводим в таблицу 5.

Таблица 5 - Характеристика концевого выключателя

Тип выключателя	Характеристика действия	Нормальный ток, А, при напряжении 220 В.	Рабочий ход штифта, град.	Время срабатывания, с	Точность срабатывания, мм	Усиление переключателя, кг	Количество
		Включ.	Отключ.
ВК-200	Мгновенное	1,6	0,32	7-12	0,01-0,04,	±0,02	8	1

Предохранитель F выбираем в зависимости от номинального напряжения, номинального тока предохранителя и его плавкой вставки, конструктивному исполнению и способу монтажа. Номинальное напряжение предохранителя должно быть равно напряжению силовой цепи потребителя или превышать его. Номинальный ток плавкой вставки Iп.вст. для осветительной сети определяется по величине номинального тока нагрузки: Iп.вст.?1,1Iн. Для определения номинального тока нагрузки необходимо определить максимально возможное число одновременно работающих элементов автоматики. Одновременно работают реле К1, КМ1, К2.

Ток нагрузки, а, определится:

где: ?Р - суммарная потребляемая мощность элементов автоматики;

U - напряжение питания.

,

тогда ток плавкой вставки, А, определится:

Iп.вст.=1,1Iн=1,1*0,16=0,18.

Выбираем предохранитель пробочный с винтовой резьбой типа ПРС-6 с I п.вст. = 1А, на номинальном напряжении 380В и с номинальным током патрона 6А.

6. Охрана труда при эксплуатации конвейера

При эксплуатации разработанной установки необходимо соблюдать следующие требования безопасности труда:

- на рабочем месте контролера должна быть деревянная электроизолирующая напольная решетка;

- подвижные части механизма, за исключением транспортерной ленты должны быть защищены специальными щитами;

- электродвигатель и пульт управления должны иметь заземление;

- изолировать человека от токоведущих частей установки;

- влажность в помещении, где работает установка не должна превышать 35%;

- для нормальной работы приборов автоматики установки в помещении наведенные магнитные поля должны быть минимальными;

- рабочий должен иметь спецодежду, обувь на резиновой плоской подошве;

- перерывы в работе в установленном на производстве порядке.

Заключение

В данном курсовом проекте было спроектировано приспособление для транспортировки неисправных роликовых подшипников в отделение по ремонту. Кроме автоматизации существующей механической системы в нее был добавлен такой элемент, как пневматический толкатель, обеспечивающий стопроцентное поступление неисправных подшипников к месту назначения в отличие от ранее существующего процесса, когда наблюдатель мог просмотреть помеченный подшипник. В результате внедрения полученного приспособления в производство отпадает ручной процесс приема подшипников и высвобождается рабочее место наблюдателя, что уменьшает затраты производства на заработную плату. Кроме того отпадает необходимость помечать неисправный подшипник.

Список литературы

1. Перельман Д.Я. и др. Комплексная механизация и автоматизация подвижного состава. - М.: Транспорт, 1997.

2. Терешкин Л.В., Зеленин И.Г. механизация и автоматизация производственных процессов при ремонте пассажирских вагонов. - М. Транспорт 1974.

3. Амелина А.А. Устройство и ремонт вагонных букс с роликовыми подшипниками. - М. Транспорт 1975.

4. Иванов М.Н. Детали машин. Курсовое проектирование. - М. Высшая школа 1976.

Размещено на Allbest.ru