Организация ремонта вагонов

Трудовой эффект связан с сокращением прямых затрат живого труда обслуживающего персонала на управление технологическими процессами.

Структурный эффект обусловлен сокращением регулирующих и запасных емкостей, уменьшением служебных и инженерных коммуникаций, снижением металлоемкости и стоимости оборудования, увеличением съема продукции с единицы площади производственных зданий, повышением концентрации построек на территории.

Технологический эффект обусловлен в основном увеличением производства продукции за счет автоматизации технологических процессов, сокращения трудовых затрат и повышения качества продукции.

При сравнении нескольких вариантов автоматических машин определяют сравнительную экономическую эффективность.

Эффективность - это отношение величины экономического или эксплуатационного эффекта к величине затрат, обусловивших получение этого эффекта.

В качестве критериев сравнительной экономической эффективности средств автоматизации применяют:

· Расчетный коэффициент эффективности капитальных вложений:

, (34)

где срок окупаемости капитальных вложений;

себестоимость продукции до и после осуществления капитальных вложений;

капитальные вложения до и после внедрения автоматической машины;

нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (;

· Максимально допустимую стоимость автоматического оборудования:

; (35)

· Годовой экономический эффект:

, (36)

где суммарные годовые приведенные затраты на производство единицы продукции;

объем производства продукции, реализуемый с помощью новой техники;

себестоимость единицы продукции (работы), руб.;

удельные капитальные вложения в производственные фонды, руб.;

· Индекс конкурентоспособности:

, (37)

где производительность новой и базовой машины, шт/ч;

годовой доход от применения новой и базовой машины, руб.

Величину дохода приближенно можно определить по формуле:

, (38)

где уровень рентабельности (0,08…0,15).

Себестоимость выпуска годового объема продукции можно приближенно определять по формуле:

, (39)

где расходы на материалы на единицу продукции, руб./шт.;

годовой объем выпуска продукции;

потребное число машин;

номинальный годовой фонд времени работы машины, ч:

мощность электрооборудования машины, кВт;

численность персонала, управляющего машиной (принимается один чел.);

площадь, занимаемая машиной;

стоимость машины, руб.

Затраты на материалы при выполнении операций, намеченных к автоматизации можно определить приближенно по соотношениям, приведенным в табл. 29.

Таблица 29

Наименование операции	Удельный расход/ Удельная стоимость материала
	Моющая жидкость:	Сжатый воздух (для пневмоприводов):	Флюс:	Сварочная проволока:	Краска:
Обмывка			-	-	-

Примерные площади оборудования:

Колесотокарные станки - 70-80м2; шеечнонакатные - 50-60 м2; мелкие металлорежущие станки - 5-6 м2; средние металлорежущие станки - 12-14 м2; крупные металлорежущие станки 15-18 м2; электрические печи 8-10 м2; моечные машины для тележек 25-30 м2; моечные машины для колесных пар 12-15 м2; моечные машины для букс и подшипников 8-10 м2; установки для очистки колесных пар 6 м2; подъемно-поворотное устройство для колесных пар 2,2 м2. Площади машин для обмывки других узлов вагонов можно примерно определять по данным табл. 4.

В качестве критериев сравнительной экономической эффективности средств автоматизации я применю:

· Расчетный коэффициент эффективности капитальных вложений:

, (34)

где срок окупаемости капитальных вложений;

себестоимость продукции до и после осуществления капитальных вложений;

капитальные вложения до и после внедрения автоматической машины;

нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (;

Себестоимость выпуска годового объема продукции можно приближенно определять по формуле:

,

C1=0,74*6000+0,292[18,47(0,0028*2000+6,17)+1(1,14*2000+547)+33,5*9+0,22* 42,005=5419,6979 (39)

C2=0,74*6000+0,276[18,47(0,0028*2000+6,17)+1(1,14*2000+547)+33,5*9+0,22* 115,4646=5370,476 (39)

K1=42,005; K2= 115,4646

Ep ===0,67>0,15

где расходы на материалы на единицу продукции, руб./шт.; =0,74(0,8)

годовой объем выпуска продукции; 6000 штук

потребное число машин;=6000\0,0008*2000

номинальный годовой фонд времени работы машины, ч: 2000 часов

мощность электрооборудования машины, кВт; 18,47

численность персонала, управляющего машиной (принимается один чел.);1

площадь, занимаемая машиной; 8-10 м2

стоимость машины, руб. 115,4646 т. руб

4. Выбор (обоснование) принципа, САУ и средств управления

4.1 Функциональная блок-схема САУ

Функциональная блок-схема разомкнутой САУ:

ЗАФ - задатчик алгоритма функционирования;

x (t) - входной сигнал;

УУ - управляющее устройство;

ИУ - исполнительный блок;

y(t) - выходной сигнал;

ОУ - объект управления

Разомкнутые САУ классифицируются по 4 признакам

1) назначению

2) степени централизации. У меня централизованная

3) способу задания программы или типу программоносителя. Я применю командоаппарат

4) алгоритму функционирования

4.2 Анализ устойчивости САУ

· Математические модели САУ

· Типовые динамические звенья

· Технология построения характеристического уравнения САУ

· Критерии устойчивости

· Оценка устойчивости заданной САУ

Анализ математической модели предусматривает оценку устойчивости и качества управления. Система должна быть устойчивой. Качество управления оценивают по величинам принятых показателей качества, которым должна удовлетворять автоматическая система.

Устойчивость - особое свойство системы, определяющее характер ее собственных движений xc. Необходимое условие для автоматической системы - она должна быть устойчивой.

Устойчивость системы - это ее свойство возвращаться в состояние установившегося равновесия после снятия возмущения, нарувшившего это равновесие.

Состояние равновесия определяется видом входного воздействия и характеризуется невозмущенным движением системы. Оно описывается установившейся частью xn решения и связано с корнями уравнения df(s)=0.Возмущенное движение в отклонениях от невозмущенного xc=x-xn представляет собой переходной процесс в автоматичкской системе, который определяется начальными отклонениями координат или внезапным появлением входного воздействия.

Следовательно, в аналитической форме условие устойчивости данного невозмущенного движения примет вид

lim xc (t) 0

t

Отсюда вытекает прямой способ исследования устойчивости системы: по найденному решению однородного дифференциального уравнения .

Критерий устойчивости - специальные условия, выполнение которых позволяет обеспечивать устойчивость системы. В отличии от решения характеристического уравнения критерии устойчивости позволяют осуществлять анализ причин неустойчивости и намечать пути ее устранения.

Различают алгебраические и частотные критерии устойчивости. Первые (Рауса, Гурвица) нетрудно проверить при ручном счете для системы невысокого порядка. Частотные критерии устойчивости (Михайлова, Найквиста) могут оказаться более предпочтительными для системы высоких порядков.

4.3 Алгоритм управления (циклограмма работы машины) машиной

Алгоритмом управления называется совокупность предписаний, определяющая характер воздействий на управляющий орган с целью выполнения заданного алгоритма функционирования.

Алгоритм управления составляется в соответствии с последовательностью действий машины (основной вариант конструктивной схемы) и заданной системой автоматического управления в форме табл. 30.

Алгоритм управления строится на основе данных табл. 5 путем последовательного включения и отключения исполнительных приводов (электроприводов через магнитные пускатели, пневмоприводов через электромагниты распределителей, гидроприводов через магнитные пускатели и электромагниты распределителей) с помощью управляющих элементов, соответствующих заданной САУ: для централизованных САУ - реле времени или (и) командоаппараты; децентрализованных САУ - конечные выключатели (электрические или пневматические); смешанных САУ - реле времени и конечные выключатели, командоаппарат и конечные выключатели.

При сохранении формы алгоритма управления начиняют его новыми данными, соответствующими, разработанной конструктивной схеме и табл. 5, и тем самым формируют алгоритм управления применительно к автоматизируемой машине и заданию.

Таблица 30

№ п/п	Наименование механизма машины	Тип силового привода	Операции управления	Управляющие команды	Управляющие элементы
1.	Механизм установки корпуса буксы на конвейер	Пневмопривод силовой	Вкл. YA1 Выкл УА1	Замкнуть КЭП2 Разомкнуть КЭП2	-КЭП 2
2.	Механизм передачи корпуса буксы на 2позицию	Конвейер с электроприводом	Вкл. М1 Выкл. М1	Замкнуть КЭП3 Разомкнуть КЭП3	КМ1 КМ1 КЭП3
3.	Механизм выпрессовки подшипников	Пневмопривод силовой	Вкл. YA2 Выкл УА2	Замкнуть КЭП7 Разомкнуть КЭП7	- КЭП7
4.	Механизм передачи корпуса буксы на 3позицию	Конвейер с электроприводом	Вкл. М1 Выкл. М1	Замкнуть КЭП4 Разомкнуть КЭП4	КМ1 КМ1 КЭП4
5.	Механизм очистки корпуса буксы	Силовая головка с пневмогидравлическим приводом(диафрагменный)	Вкл. YA3 Выкл УА3 Вкл М2 Выкл М2	Замкнуть КЭП8 Разомкнуть КЭП8 Замкнуть КЭП9 Разомкнуть КЭП9	КЭП8 КЭП 9 - КМ2 КМ2
6.	Механизм передачи корпуса буксы на 4позицию	Конвейер с электроприводом	Вкл. М1 Выкл. М1	Замкнуть КЭП5 Разомкнуть КЭП5	КМ1 КМ1 КЭП5
7.	Механизм обмывки корпуса буксы	Моечная установка	Вкл М3 Выкл М3	Замкнуть КЭП10 Разомкнуть КЭП10	КЭП10 КМ3 КМ3
8.	Механизм передачи корпуса буксы с конвейера в накопитель	Пневмопривод силовой	Вкл. М1 Выкл. М1	Замкнуть КЭП6 Разомкнуть КЭП6	КМ1 КМ1 КЭП6

5. Разработка системы автоматизации

5.1 Разработка принципиальной схемы САУ

При разработке систем автоматизации несложных объектов составляют принципиальные и монтажные электрические схемы. Принципиальная схема определяет полный состав элементов автоматики, связь между ними и дает детальное представление о принципе работы объекта автоматизации.

На монтажных схемах элементы машин и аппаратов изображают с учетом их взаимного расположения. При этом аппараты и их элементы изображают на панелях управления, в пультах, шкафах. Разводка проводов сопровождается указанием их номеров, сечения и марки. Монтажные схемы необходимы при эксплуатации и ремонте автоматического оборудования.

Электрические схемы выполняют без масштаба. В монтажных схемах соблюдается действительное пространственное расположение отдельных средств автоматизации и монтажных изделий.

При автоматизации простых процессов и операций в состав рабочей документации должны входить:

· перечень систем контроля, регулирования, управления, сигнализации или функциональная схема, отражающая функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, сигнализации, управления и регулирования;

· общие виды щитов, пультов;

· ведомости приборов и средств автоматики, монтажных материалов;

· принципиальные электрические схемы;

· монтажные схемы;

· планы размещения средств автоматизации.

Принципиальные схемы являются основанием для разработки монтажных схем, щитов, пультов и т.п. Построение принципиальных электрических схем осуществляется на основании циклограммы работы машины (алгоритма управления) с учетом требований, предъявляемых к объекту автоматизации.

Основные методы и правила построения схем:

1. Принципиальные электрические схемы разомкнутых САУ выполняются разнесенным способом, при котором условные графические изображения составных частей элементов располагают в разных местах схемы таким образом, чтобы наглядно и просто можно было прочитать схему и представить последовательность работы отдельных элементов схемы.

Схемы автоматических систем контроля и замкнутого управления выполняются совмещенным способом, при котором приборы и аппаратура изображаются в собранном виде;

2. Начертание схем осуществляется строчным методом, когда условные графические обозначения элементов и их составных частей, входящих в одну электрическую цепь, изображают последовательно друг за другом «по строке», а отдельные цепи - одну под другой. Цепи питания располагают вертикально. Это дает возможность проследить последовательность работы слева направо и сверху вниз;

Расположение условных графических обозначений элементов на схеме подчиняется удобству ее чтения;

При начертании схем элементы автоматики изображают условными графическими обозначениями в отключенном состоянии;

Каждому элементу в схеме присваивают определенное буквенно-цифровое или буквенное обозначение согласно действующим стандартам. Все элементы одного аппарата должны иметь одинаковое обозначение;

Питание силовых цепей и цепей управления от сети трехфазного переменного тока промышленной частоты должно осуществляться с обязательной постановкой защиты от токов короткого замыкания и перегрузок, как в силовых цепях электроприводов, так и в цепях управления;

Включение контактов осуществляют со стороны фазы, а катушек реле и других исполнительных элементов со стороны нулевого провода;

Подвижные контакты кнопочных выключателей, реле и других аппаратов изображаются таким образом, что сила, необходимая для их срабатывания, должна быть направлена сверху вниз при горизонтальном расположении цепей и слева направо - при вертикальном.

6.2 Расчет надежности схемы САУ

Надежность электрических схем систем автоматического управления определяют такими показателями безотказности, как вероятность безотказной работы в течение заданного отрезка времени; интенсивность отказов; средняя наработка до первого отказа.

Элементы схем считаются невосстанавливаемыми, а сама схема - восстанавливаемой. Также полагают, интенсивность отказов постоянной. Для таких допущений вероятность безотказной работы любого элемента автоматики определяют в соответствии с показательным законом

.

Поскольку, исходя из методов построения схем, в электрических цепях элементы соединены последовательно (основное соединение), то вероятность безотказной работы любой цепи схемы можно определить по формуле

,

где вероятность безотказной работы го элемента электрической схемы;

общее количество элементов в цепи.

В любой схеме системы автоматического управления каждая последующая цепь зависима от предыдущей. Поэтому принимают, что цепи в электрических схемах соединены последовательно. Тогда вероятность безотказной работы всей схемы системы управления определяют так:

.

Расчет надежности электрических схем САУ осуществляют укрупненным и уточненным методами. При укрупненном расчете вероятность безотказной работы принимается для всего электрического аппарата и полагается, что все они соединены последовательно. Расчет надежности укрупненным методом осуществляется в форме табл. 31. Применительно к базовой электрической схеме (см. рис. 5) результаты расчета надежности укрупненным методом приведены в табл. 31.

Таблица 31

Наименование элемента электросхемы	Количество элементов	Интенсивность отказа элемента, , 1/ч	*10-6
Кнопки	2	0,06	0,12
Реле электромагнитные	1	0,3	0,3
Командоаппарат (КЭП)	9 контактов	0,12	1,08
Электромагниты	3	0,9	2,7
Магнитные пускатели	3	10	30
Тумблер	1	0,06	0,06
			=34,26.10-6

. (40)

5.3 Выбор аппаратов управления

В качестве основных аппаратов управления применяют контакторы, магнитные пускатели, реле промежуточные, реле времени, командоаппараты, реостаты, тахогенераторы и другие устройства. Характеристики электродвигателей, генераторов и аппаратов управления можно найти в работе [12]. Ниже приведены характеристики некоторых аппаратов.

Магнитный пускатель. Представляет собой специализированный аппарат, предназначенный главным образом для пуска, остановки и реверса электрических двигателей. Кроме управления магнитные пускатели обеспечивают с помощью тепловых реле защиту двигателей от токовых перегрузок. Магнитные пускатели различаются по назначению (нереверсивные и реверсивные), наличию или отсутствию тепловых реле и кнопок управления, степени защиты от воздействия окружающей среды, уровням коммутируемых токов, рабочему напряжению главной цепи. Технические характеристики магнитных пускателей серий ПМЕ и ПАЕ приведены в табл. 33.

В качестве магнитных пускателей применяю магнитные пускатели типа ПМЕ-002

Таблица 33

ТИП	Номинальный ток при напряжении 380/550 В	Наличие теплового реле
ПМЕ-002	3/1,5	Есть

В обозначении пускателя первая цифра означает его величину, вторая - исполнение, а третья наличие теплового реле и реверсивность. Пускатели серии ПМЕ заменяются пускателями серии ПМЛ, которые выпускаются на токи от 10 до 200 А.

Реле. Реле представляют собой слаботочные аппараты, предназначенные для использования в схемах САУ, а также коммутации электрических цепей. Отличительной особенностью реле является скачкообразное изменение его состояния при достижении входным воздействием на него определенного уровня. По своему исполнению реле делятся на электромагнитные (контактные), полупроводниковые (бесконтактные) и герметичные.

Электромагнитные реле по принципу своего действия не отличаются от контактора и работают следующим образом. При подаче входного электрического сигнала на катушку, когда ток (напряжение) в цепи катушки превысит некоторое значение, называемое током (напряжением) срабатывания реле, создаваемая им электромагнитная сила станет больше противодействующей силы возвратной пружины, якорь реле притянется к сердечнику и траверса, поднявшись, обеспечит замыкание и (или) размыкание контактов.

Промежуточные электромагнитные реле применяются в основном для коммутации электрических цепей и размножения контактов других электрических аппаратов (контакторов, магнитных пускателей, электромагнитов). Технические характеристики промежуточных электромагнитных реле приведены в табл. 34.

В качестве электромагнитных реле применяю промежуточное электромагнитное реле типа ПЭ-20

Таблица 34

Тип	Число контактов	Номинальное напряжение постоянного тока, В	Номинальное напряжение переменного тока, В	Длительный ток контактов, А
ПЭ-20	4р+4з	-	12…240	5

Командоаппараты. Командоаппараты конструктивно представляют собой многосекционные кулачковые аппараты для разно- и одновременной коммутации нескольких цепей.

В качестве исполняющего командоаппарата применяю командоаппарат типа КЭП-12у

Таблица 36

Тип	Напряжение, В	Ток, А	Особенности устройства и назначения	Выдержка времени
КЭП-12у	127, 110	До 10	Универсальный электропневматический аппарат. Имеет 12 замыкающихся и размыкающихся автономно работающих контактов с индивидуальной настройкой	От 30 с до 18 час.

5.4 Описание автоматизированного процесса

Описание автоматизированного заключается в изложении принципа действия машины в соответствии с разработанной схемой САУ.

Описание базовой схемы (см. рис.).

При нажатии на кнопку SB1 осуществляется пуск САУ. Контакт 1K1 обеспечивает самопитание промежуточного реле K1. Контакт 2K1 включает в работу все цепи управления. Если тумблер S включен, то питание поступает на двигатель командоаппарата МКЭП. Вал командоаппарата начинает вращаться и последовательно замыкать и размыкать свои контакты 2КЭП-10КЭП.

При замыкании контакта 2КЭП срабатывает электромагнит YA1 воздухораспределителя. Сжатый воздух поступает в пневмоцилиндр. Этот пневмоцилиндр устанавливает корпус буксы на конвейер. При этом замыкается контакт 3КЭП. Срабатывает магнитный пускатель КМ1 электродвигателя М1 корпусов букс. Корпус буксы перемещается на 2позицию (для выпрессовки подшипников). Затем замыкается контакт 4КЭП, опять срабатывает магнитный пускатель КМ1 электродвигателя М1 корпусов букс. Корпус буксы перемещается на 3позицию (для очистки корпуса буксы). После замыкается контакт 5КЭП, также срабатывает магнитный пускатель КМ1 электродвигателя М1 корпусов букс. Корпус буксы перемещается на 4позицию (для обмывки корпуса буксы). Затем замыкается контакт 6КЭП, опять срабатывает магнитный пускатель КМ1 электродвигателя М1 корпусов букс. Корпус буксы перемещается с конвейера в накопитель.Магнитный пускатель КМ1 обесточивается и отключает электродвигатель М1.

Замыкается 7КЭП. Срабатывает электромагнит YA2 воздухораспределителя. Сжатый воздух поступает в пневмоцилиндр. Этот пневмоцилиндр поднимает корпус буксы с подшипником, идет процесс выпрессовки подшипников. Замыкается контакт 8КЭП. Срабатывает электромагнит YA3 воздухораспределителя. Сжатый воздух поступает в пневмогидроцилиндр. Этот пневмогидроцилиндр

Срабатывает магнитный пускатель КМ2 электродвигателя М 1. Двигатель вращается в обратную сторону, и технологические тележки возвращаются в исходное положение. Конечный выключатель SQ2 разрывает цепь питания магнитного пускателя КМ2, он обесточивается и отключает двигатель М1.

Размыкается контакт 2КЭП. Обесточивается электромагнит YA1 воздухораспределителя 1. Теперь сжатый воздух поступает в верхние полости цилиндров 2. Они опускают двери 5.

После закрытия дверей замыкается контакт 6КЭП. Срабатывают магнитные пускатели КМ3 и КМ4, включая электродвигатель насоса М2 и электродвигатель М3 вращения коллектора. Идет процес с обмывки. После окончания обмывки контакт 6КЭП размыкается и электродвигатели отключаются. Вал командоаппарата сделал полный оборот. Вновь замыкается автоматически контакт 2КЭП и процесс повторяется.

Литература

1. Болотин М.М. Системы автоматизации производства и ремонта вагонов. Методические указания по выполнению лабораторных работ в среде электронных таблиц Excel. М.: МИИТ, 2001. - 60 с.

2. Болотин М.М. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Системы автоматизации производства и ремонта вагонов» для студентов специальности «ВАГОНЫ». М.: МИИТ, 2002. - 51 с.

3. Болотин М.М., Осиновский Л.Л. Автоматизация производственных процессов при изготовлении и ремонте вагонов. Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1989.

Размещено на Allbest.ru