В случае превышения давления в нагнетательном трубопроводе срабатывает предохранительный клапан 25 соединенный со сливным трубопроводом 15.

Испытание насоса НБ-32 происходит в следующем порядке: надевают на шкивы клиновые ремни. Для натяжения ремней ослабляют прижимные болты, вращая рукоятку ходового винта (21), перемещают двигатель до необходимого натяжения ремней и затягивают прижимные болты. После закрывают кожух и фиксируют щеколдой. Соединяют приемную трубу с приемным патрубком насоса и выкидную трубу с выкидным патрубком через конусный штуцер, другой конец трубы соединяют с угловым вентилем.

Перед запуском стенда проверяют уровень воды в емкости, открывают угловой вентиль, открывают крышки приемных клапанов насоса, заливают водой клапанные пробки и закрывают крышки.

Запускается стенд включением электродвигателя. Открывают насос на холостом ходу в течении времени, установленного техническими условиями на капитальный ремонт насоса. Постепенно закрывая угловой вентиль, поднимают давление до значения, указанного в паспорте (3,2Мпа).

Испытание насоса при рабочем давлении производится согласно техническим условиям (8-9 ч.). После окончания испытания выключают рубильник, сливают воду из насоса (сняв крышки и открыв все клапаны), снимают приемные и выкидные трубы, снимают клиновые ремни и снимают насос основания.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.6 Стенд испытательный. 1-насос НБ-32, 2-клиноые ремни, 3-всасывающий трубопровод, 4-двигатель с передвижной плитой, 5-задвижка, 6-расходная емкость, 7-мерная емкость, 8-трехходовой кран, 9- сливной кран, 10-компрессор с приводом, 11-вентиль давления, 12-рукав закачки, 13-манометр закачки воздуха, 14-нагнетательный трубопровод, 15-сливной трубопровод, 16-переходник, 17-угловой вентиль, 18-манометр, 19-штурвал, 20-щит, 21-ходовой винт с рукояткой, 22-основание, 23-подвижная плита, 24-поддон со сливной пробкой, 25-предохранительный клапан

2.2 Расчет графика ППР бурового насоса НБ-32, определение трудоемкости ремонтных работ и штата ремонтного персонала

Исходные данные для расчета:

1. Структура ремонтного цикла, 3М-С-3М-К, написана на основании межремонтных периодов [4]. Периодичность ремонтов бурового насоса НБ-32: капитальный (К) - 4200 м-ч, средний (С) - 2100 м-ч, малый (М) - 525 м-ч.

2. Режим работы насоса НБ-32: непрерывная рабочая неделя, количество рабочих смен в сутки - 3 смены по 8 часов, коэффициент использования по машинному времени К_н = 0,56.

3. Наработка на 1 января планируемого года, считая от ввода в эксплуатацию, составила 2073 м-ч.

4. Нормативные простои в ремонтах для насоса НБ-32: в капитальном - 3 суток, в среднем - 2 суток, в малом - 8 часов.

Решение:

Определяем количество машино-часов (м-ч) работы насоса по месяцам года Т_м:

Т_м = Др. м * n * t_c * K_и (2.1)

Где: Др.м - количество дней работы насоса НБ-32 в месяц; n - количество рабочих смен в сутки, t_c - продолжительность смен, ч.; К_и - коэффициент использования по машинному времени.

Январь = 31*3*8*0,56 = 417 м-ч;

Февраль = 29*3*8*0,56 = 390 м-ч;

Март = 31*3*8*0,56 = 417 м-ч;

Апрель = 30*3*8*0,56 = 403 м-ч;

Май = 31*3*8*0,56 = 417 м-ч;

Июнь = 30*3*8*0,56 = 403 м-ч;

Июль = 31*3*8*0,56 = 417 м-ч;

Август = 30*3*8*0,56 = 403 м-ч;

Сентябрь = 30*3*8*0,56 = 403 м-ч;

Октябрь = 31*3*8*0,56 = 417 м-ч;

Ноябрь = 30*3*8*0,56 = 403 м-ч;

Декабрь = 31*3*8*0,56 = 417 м-ч;

Итого: 4907 м-ч.

Насос введен в эксплуатацию 24 ноября 2015 г. после проведения М₃.

Исходя из периодичности ремонтов [4] пишем формулу структуры ремонтного цикла:

Н(К₁)-525М₁-1050М₂-1575М₃-20100С₁-2625М₄-3150М₅-3675М₆-4200К₂.

Цифры в структурной формуле являются нормативным временем постановки машины в ремонт.

Расчет графика ремонтов для бурового насоса НБ-32 начинаем с ноября месяца, так как насос введен в работу 24 ноября 2015 г. В ремонтных нормативах для насоса межремонтные сроки даны в машино-часах. Машино-часы - произведение календарного времени на коэффициент использования машины во времени (К_и).

Для бурового насоса НБ-32 К_и = 0,56. Следовательно, суточная наработка насоса составит:

Т_сут = 3*8*0,56 = 13,44 м-ч.

Порядок расчета графика, представленный в таблице 3.1., следующий:

Возможный фонд рабочего времени определяется произведением количества рабочих суток умноженное на суточную наработку машины в м-ч. Простои в ремонте берутся в ремонтных нормативах и переводятся в машино-часы.

Действительный фонд рабочего времени равен разности возможного фонда и простоев машины в ремонте. Нарастающий фонд рабочего времени есть сумма предыдущего фонда и действительного в данном месяце. Время ремонта по нормативу и вид ремонта берется из структурной формулы ремонта.

Срок выполнения ремонта определяется следующим образом: берем разность нарастающего рабочего фонда и временем до ремонта по нормативу и делим на количество м-ч в сутки. К полученному количеству суток добавляем выходные дни (если прерывная неделя) и от номинального количества дней вычитаем полученную сумму. Получаем дату ремонта (срок выполнения).

Таблица 2.1

Расчет графика ППР для бурового насоса НБ-32

Месяц года	Возможный Фонд рабочего времени	Простои в ремонте	Действительный фонд рабочего времени, м-ч	Нарастающий фонд рабочего времени, в м-ч	Время до ремонта по нормативу, м-ч	Вид ремонта	Сроки выполнения ремонта
		Сутки	Машино-час
2015 г. 1575 м-ч
ноябрь	81			81	1656
декабрь	417			417	2073
2016 г.
январь	417	2	26,9	390,1	2463	2100	С	3-4
февраль	390	0,33	4,4	385,6	2848,6	2625	М4	13
март	417	0,33	4,4	412,6	3261,2	3150	М5	24
апрель	403	0,33	4,4	398,6	3659,8	3675	М6	29
май	417	-	-	417	4076,8	-	-	-
июнь	403	3	40,3	362,7	4200 239,5	4200	К	10-12
июль	417	0,33	4,4	412,6	652,1	525	М1	22
август	403	0,33	4,4	398,6	1050,7	1050	М2	31
сентябрь	403	-	-	403	1453,7	-	-	-
октябрь	417	0,33	4,4	412,6	1866,3	1575	М3	10
ноябрь	403	2	26,9	376,1	2212,4	2100	С	21-22
декабрь	417	0,33	4,4	412,6	2625	2625	М4	31

Таблица 2.2

Годовая программа и трудоемкость ремонта бурового насоса НБ-32

Наименование оборудования	Количество оборудования	Годовая наработка Т, м-ч	Межремонтные сроки	Количество ремонтов на единицу в год	Годовая программ(кол-во рем. на Е об)	Трудоемкость одного ремонта, чел-ч	Трудоем- кость на годовую программ чел-ч
			капитал-й	средний	малый	капитал-й	средний	малый	капитал-й	средний	малый	капитал-й	средний	малый	капитал-й	средний	малый
Насос НБ-32	30	5950	4200	2100	525	1,42	1,41	8,5	42,6	42,3	255	80	42	6	3408	1777	1530

Пояснения к таблице 2.2.

Годовая наработка (Т, м-ч) определяется по выражению:

Т = (Тр - Трем) * n * t_c * К_ивм, м-ч (2.2)

Где: Тр - количество рабочих дней предприятия в году;

Трем - среднегодовые простои машины в ремонтах, сутки;

n - число смен работы машины в сутки;

t_c - продолжительность смены, ч;

К_имв - коэффициент использования по машинному времени, К_имв = 0,68.

Годовая наработка зависит от режима работы предприятия и от интенсивности использования машины.

Так как буровой насос НБ-32 работает непрерывно при 3-х сменной суточной работе с продолжительностью смены 8 часов, то:

Т = (365-7,3) * 3 * 8 * 0,68 = 5950 м-ч

Средне годовые простои насоса НБ-32 в ремонтах, Трем = 7,3 суток определены следующим образом: исходя из периодичности ремонтов [4] структура ремонтного цикла (РЦ) имеет вид ЗМ-С-ЗМ-К, т.е. количество ремонтов за РЦ: К=1, С=1, М=7. Суммарные простои за Р.Ц отражены ниже в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Суммарные простои за Р.Ц

Вид ремонтов	Количество ремонтов за Р.Ц	Нормативные простои в ремонте, сутки	Суммарные простои в ремонте, сутки
капитальный	1	3	3
средний	1	2	2
малый	7	0,33	2,3
Итого:	7,3

Количество ремонтов в год, приходящихся на одну машину, определяется по нижеприведенным формулам, указанным в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Количество ремонтов в год

Вид ремонта	Расчетная формула
капитальный	Nд=T/tk'5950/4200=1,42
средний	N,=T/t,-Nд=5950/2100-1,42=1,41
малый	Np=T/tp- (N +N,)=5950/525-(1,42+1,41)=8,5

Где Т годовая наработка, м-ч,

t_к, t_c, t_m -- межремонтные периоды соответственно между капитальным, средним, малым, м-ч.

Трудоемкость на годовую программу (см. таблицу 2.2.) распределяется на виды работ. Процентное соотношение между видами работ приводится в нормативах для соответствующего вида оборудования.

Пример распределения трудоёмкости по видам работ для насоса НБ- 32 приведен в таблице 2.5. Трудоёмкость для таблицы 2.5. берётся из таблицы 2.2.

2.2.1 Расчет ремонтного персонала

Численность ремонтной службы определяется численностью тех профессий, которые непосредственно заняты при ремонте (слесари, сварщики, станочники и д.р.)

Таблица 2.5

Распределение трудоемкости по видам работ

Вид ремонта	Трудоемкость ремонта чел-ч	Виды работ
		Станочник % чел-ч	Слесарь % чел-ч	Эл-ремонтник % чел-ч	Сварочник % чел-ч	Прочие % чел-ч
капитальный	3408	15\511	50\1704	20\682	10\341	5\170
средний	1777	13\231	50\889	20\355	10\178	7\124
малый	1530	10\153	55\842	20\306	10\153	5\76

Вывод:

Суммарная трудоемкость по видам работ:

- станочные - 895 чел-ч;

- слесарные - 3435 чел-ч;

- электроремонтные - 1343 чел-ч;

- сварочные - 672 чел-ч;

- прочие - 370 чел-ч.

Количество ремонтных рабочих по профессиям, связанным с ремонтом (кроме дежурных слесарей), чел:

N_p = (T_в-Т_мб) * К_р\Ф_р; чел (2.3)

Где: Т_в - трудоемкость по видам работ (таб. 3.5.), чел-ч; Т_мб - трудоемкость участия машинных бригад в ремонтах обслуживаемого оборудования (учитывается только при определении слесарной группы) чел-ч;

К_р - коэффициент резерва, учитывающий непредвиденные работы, К_р = 1,1; Ф_р - годовой фонд времени производственного рабочего, Ф_р=1820 ч.

Участие машинных бригад Т_мб, чел-ч в ремонтах:

Т_мб = ?ⁿ _I=1 ?^m _j=1 N_мбj * П_мji K_y, чел-ч (2.4)

Где: n - количество машин разного типа на предприятии; m - количество разных видов ремонтов, предусмотренных для ј-ой машины; N_мбј - количество членов машинной бригады ј-20 вида оборудования; П_мji - нормативная длительность простоя ј-го оборудования в i-ом ремонте в течение года, час; К_у - коэффициент участия, зависит от фактической возможности и эффективности использования членов машинной бригады на ремонтах, определяемый их квалификацией и графиком работ, принимаем K_у=0,8.

T_мб=1* 3 * 8 * 42,6 * 0,8 + 1 * 2 * 8 * 42,3 * 0,8 + 1 * 0,33 * 8 * 255 * 0,8=1898 ч-ч.

N_стан= 895 * 1,1/1820 = 0,54=1чел;

N_cлec=(3435-1898) * 1,1/1820 = 0,9З=1чел;

N _эл.рем = 1343 * 1,1/1820 = 0,81=1чел;

N _свар = 672 * 1,1/1820 = 0,41=1чел;

N _пр = 370 * 1,1/1820 = 0,22=1чел.

Принимаем для всех видов работ по 1 человеку, итого 5 человек.

Количество трудящихся ремонтной службы:

N _рс = ?^g_j=1 N_рj +N_д+N_в+N _итр, чел. (2.5)

Где: g-количество профессий ремонтников; N _рj - численность ремонтников ј-ой профессии; Nд-численность дежурного персонала; N _в - количество вспомогательных рабочих;

N _в = 0,1.....0,15( N_р + N_д) = 0,1(5+0) = 0,5=1чел, (2.6)

Количество инженерно-технических работников:

N_итр = 0,1(N_р+ N_д+ N_в) = 0,1(5+0+1) = 0,6=l чeл (2.7)

N_рс = 5+0+1+1= 7 чел.

2.3 Расчёт узлов и деталей приводной части насоса

2.3.1 Расчёт на статическую прочность трансмиссионного вала

Исходные данные:

Делительный диаметр шестерни d ₁, мм 120,66

Делительный диаметр колеса d₂, мм 452,48

Вращающий момент трансмиссионного вала M₁, Н*м 618,8

Вращающий момент эксцентрикового вала М₂ Н*м 2320

Сила давления шкива на вал F _on, Н 1670

Передаточное число передачи U 3,75

Модуль зацепления m, мм 6

Угол наклона зубьев в⁰ 6

Расчет:

1. материалы зубчатых колёс сталь 45 с твёрдостью для шестерни 280 НВ_1, для колеса 250 НВ₂ и пределом текучести; для шестерни у_ф1 = 650 Н\мм², для колеса у_ф1 = 540 Н\мм² [23];

2. определяем силы в зацеплении по формулам:

окружная на шестерне и колесе:

Ft = 2 * M2\d₂, Н (2.8)

F_t = 2 * 2320 * 10³

радиальная F_r1:

F_r1 = F_t * tg бw /COS B, Н; (2.9)

F _r1 = 10255 * tg20⁰\COS 6⁰ tg20⁰ = 3753H

Где бw = 20⁰ -- угол зацепления.

осевая сила F_а1:

F_а1 = Ft * tgв, Н; F_а1 = 10255 * tg6⁰ = 1078 Н (2.10)

Для определения реакции oпop и изгибающих моментов строим эпюры (рис.2.7)

Определяем реакции опор на горизонтальную плоскость:

R_cx = R_ax = F_t\2, H; R_cx = R_ax = 10255\2 = 5127,5 (2.11)



Рисунок 2.7 Эпюры изгибающих и крутящих моментов

Проверочный расчёт трансмиссионного вала ведётся по гипотезе удельной потенциальной энергии изменения формы, сравнением расчётного у _экв с допускаемым [у _экв ]:

у _экв = 0,8 * у_Т, Н\мм²; [у _экв ]=0,8*280=224 Н\мм² (2.18)

где у_Т=280 Н\мм² - предел текучести (см.таб.14.1 пункт [12])

Определяем расчетное у_экв

у _экв = vу_а+3фб², Н\мм²; у _экв=v5,64²+3*0,88²=5,84 Н\мм² (2.19)

Очевидно, что у_экв<[у_экв ], т.е. 5,84 Н\мм² <224 Н\мм², следовательно условие прочности выполнения.

2.3.2 Расчет эксцентрикового вала

Эксцентриковый вал воспринимает крутящий момент, передаваемый ему со стороны ведущего вала, и передаёт эту нагрузку на шатуны. Расчёт сводится к определению эквивалентного напряжения на наиболее нагруженном участке вала и сравнения его с допускаемым. Для определения этого участка смотрим расчётную схему нагрузки и эпюры (см.рис.2.8).

Определим расчётное усилие действующее на поршень (по формуле 8.12 из пункта [12]).

(2.20)

Где P_н - давление на выходе равное 4Mпa; d_н - диаметр поршня равный 90мм

P=0,9*4*90² =29,2 кН

Определяем силы составляющие усилия в зацепления зубчатых колёс в горизонтальных и вертикальных плоскостях по формулам:

F_r= Ft *cos(110-ц)/ cosб, кН; F_r=102,55* cos(110⁰-90⁰)\ cos20⁰=10255 Н (2.21)

Где: Ft - окружная сила равна 10255 Н; ц=90⁰ угол поворота кривошипа; б-20⁰ угол зацепления колес.

Определим силу

F_в= Ft*sin(110⁰-90⁰)\cos20⁰=3,73 kH (2.22)

Определим реакции опор в горизонтальной плоскости:

M_ех=0; P*230+P*110- F_r*170-R_ах*340=0

R_ах =29200*2З0+29200*110-10255*170/З40=24072,5 Н

M_ах=0; Р*(110+2З0)- F_r *170- R_ех*З40=0

R_ех =29200(110+230)-10255*170/З40=2407,З Н

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х (рис.2.8)

M_ах=0; М_хв= R_ах*0,11, Н*м; М_хв =24072,5*0,11=2648, Н*м

М_хс=R_ах*0,17-P*0,06 Н*м; M_хс=24072,5*0,17-29200*0,06=2340,3 Н*м

М_хд=R_ах*0,23-P*0,12+F_r*0,06 Н*м;

M_хд=24072,5*0,23-29200*0,12+l0255*0,06=2648 Н*м; М_хс=0

Определим реакции опор в вертикальной плоскости:

Mey=0; F_в*170-R_ау*З40=0;

R_ау=3,73*170*10³/340=1865 Н

М_ау=0; F_в *170- R_еу *340=0 R_еу =373*170*10³/340=1065 Н

Строим эпюру изгибающих моментов оси У (рис. 2.8)



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.8 Эпюры изгибающих и крутящих моментов

Mya=0; М_ув= R_ув*0,11 Н*м; М_ув=1865*0,11=205,15 Н*м

М_ус= R_ау*0,17 Н*м; М_ус= 1865*0,17=317,05 Н*м

М_уд= R_ау *0,23+ F_в *0,06 Н*м; М_уд= 1865*0,23-3730*0,06=205,15 Н*м; М_ус=0

Строим эпюру крутящих моментов:

М_z= M_k= M _k1 *U H*м; М_z= M_k= 618,7*3,73=2307,8 Н*м (2.23)

В соответствии с размерами вала и эпюрами М_х, М_у, М_z, предположительно опасными сечениями являются сечения В-В и Д-Д, напряжения на них равны, поэтому одно их них подлежит проверке на сопротивление усталости.

Определим суммарный изгибающий момент в сечении В-В:

М_и=vМ²_х+М²_у, Н*м; М_и=v2648²+205,15²=2656, Н*м (2.24)

Определим полярный ремонт сопротивления W_p:

W_p=0,2d³, мм³; W_p=0,2*120³=34,56*10⁴, мм³ (2.25)

Где d=120 мм - диаметр вала в сечении В-В

Определим осевой момент сопротивления W_oc:

W_oc=0,1*d³, мм³; W_oc=0,1*120³=17,28*10⁴, мм³ (2.26)

Амплитуда касательных напряжений при нулевом цикле:

ф_d = М_кр\2* W_p, Н\мм²; ф_d = 2307,8*10³\2*34,56*10⁴=3,73 Н\мм² (2.27)

Амплитуда нормальных напряжений при симметричном цикле:

у_а=М_и\ W_oc, Н\мм²; у_а= 2656*10³\17,28*10⁴=15,37 Н\мм² (2.28)

Проверочный расчет эксцентрикового вала ведется по гипотезе удельной потенциальной энергии изменения формы и сравнением расчетного у_экв с допускаемым [у_экв]:

[у_экв]=0,8* у_т, Н\мм²; [у_экв]=0,8*280=224 Н\мм² (2.29)

Где у_т =280, Н\мм²-предел текучести (см.таб.14 1 пункт [12])

Определяем расчетное у_экв:

у_экв = vу²_а +3ф²_а, Н\мм²; у_экв = v15,37²+3*3,73²=16,67 Н\мм² (2.30)

очевидно, что у_экв<[у_экв], т.е. 16,67<224 Н\мм² следовательно условие прочности выполняется.

2.3.3 Расчёт на прочность и устойчивость шатуна

В насосах двух стороннего действия значительные нагрузки действуют как на тело шатуна, так и на его головки. Расчётные величины шатуна приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8

Расчётные величины шатуна

Величина	Uн, мм	Uв, мм	h, мм	B, мм	F=в*h, мм2	g,мм	Pшат, кН
Значение	37,5	30	15	40	600	37,5	25,43

Рисунок 2.9 Шатун

Расчет ведем исходя из следующих параметров:

Сила действующая на шатун определяется по формуле:

Р_шат = Р_н*р*D²_n\4*cos ц, kH; Р_шат = 4*3,14*90²\4*cos0⁰=25,43 кН (2.31)

Где D_n - диаметр поршня, мм

Максимальный изгибающий момент определяется по формуле:

M=0,165*P_шат*с, кН*м; M=0,165*25,43*0,0375=0,16 кН*м (2.32)

Определим радиус кривизны по формуле:

r=0,434*h/tq 37,5/37,5, мм; r=0,434*15\1=6,5 мм (2.33)

Определим напряжение изгиба по формуле:

у_в=M*(U_в-r)/F*U_в*(с-r), Мпа; (2.34)

у_в=0,16*10⁶*(30-6,5)/600*30*(37,5-6,5)=8,53 Мп; у_в=8,53 Мпа<[у];

где [у]=340 Мпа

2.3.4 Расчет стержня шатуна на устойчивость

Определим площадь и момент инерции сечения стержня по формулам:

Сечение-двутавр:

F=B*H-(B-в)*h, мм2 F=36*45-(36-20)*25=1220 мм² (2.35)

Момент инерции по оси Х:

I_х =BH³/12 - (B-B)*h/12, мм⁴; I_х=36*45³/12 - (36-20)*25³/12=252542 мм⁴

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.10 Шатун (сечение)

Момент инерции по оси У:

I_у=2t*B³/12+h*B³/12, мм4 I_у=2*10*36³/12 + 25*20³/12=94426,6 мм4 (2.37)

Определяем радиусы инерции:

j_x=vI_x/F, мм; j_x=v252542/1220=14,4 мм (2.38)

j_у=vI_у/F, мм; j_у=v94426,6/1220=8,8 мм (2.39)

Гибкость стержня в плоскости перпендикулярной плоскости движения шатуна определяется по формуле:

л_у=м_у*l_ш/j_y; л_у=0,5*667,5/8,8=38 (2.40)

где: м_у -коэффициент закрепления шатуна

Гибкость стержня в плоскости движения шатуна определяем по формуле:

л_х=м_х*l_ш/j_х; л_х=1*667,5/14,4=46,4 (2.41)

Поскольку л_у и л_х меньше л=100, формулы Эйлера и Ясинского неприменимы, и расчёт следует вести по коэффициенту ц. Для гибкости л_мах= л_х=46,4 находим ц. ц =0,98 - 46,4-10/50-10*(0,03)=0,952

Расчётное напряжение при проверке устойчивости по формуле:

у_с =P_ш/ц*F, Мпа; у_с=25,43*10³/0,952*600=44,5 Мпа (2.42)

у_с=44,5 Mпa <[ у_с]=200 Мпа

Условия прочности выполняется.

2.3.5 Проверочный распёт пальца крейцкопфа

Палец воспринимает нагрузку действующую на шатун и проверяется на чистый срез и смятие из условий прочности по формулам:

ф =2*P_шат/р*d², MПa <[ф], MПa (2.43)

где: d-диаметр рабочей поверхности пальца, мм; [ф]-допускаемое напряжение среза, Мпа; ф =2*25,43/3,14*60²=4,5 MПa<100 MПa

Условия прочности выполняется:

у_см =Р_шат /а*d< [у_с]

где: d-диаметр рабочей поверхности пальца, мм; а - ширина опорной поверхности, мм; [у_см]-допускаемое напряжение смятия, Мпа

у_см=25,4З*10³/25*60=17 Мпа<80 Мпа

Условие прочности выполняется.

2.3.6 Расчёт на износостойкость восстанавливаемых зубчатых колес

Расчёт срока службы зубчатых колёс можно производить, исходя из условия, чтo глубина износа профиля по начальной окружности прямо пропорциональна мощности, затрачиваемой на трение и числу часов работы и обратно пропорциональна площади рабочей поверхности (формула 65 [21]):

Д= с * Т * Nтp / F, мм (2.45)

где: Д - глубина износа профиля по начальной окружности, мм; с - коэффициент износа зубьев ( для Ст. 45, с =1); Nтp - мощность затрачиваемая на трение зубьев колес, кВт; F -- полная рабочая поверхность всех зубьев; Т -- продолжительность работы передачи, ч.;

Мощность затрачиваемая на трение зубьев колес определяется по формуле:

Nтp = (2h₁ * f * N \ m * sinZ_L)*(1\Z₁+ 1\Z₂), кВт (2.46)

где: h₁ - высота головки зуба (h₁=m=6 мм); f -- коэффициент трения, зависящий от смазки и режим нагрузки; N -- средняя мощность, передаваемая зубчатым колесам (N = 25 кВт); L - угол зацепления (L=200), Z_1, Z₂ -- количество зубьев шестерни и колеса соответствия;

f = fc* fe (2.47)

где: fc - коэффициент условий смазки, для средней смазки fc=1; fe - коэффициент режима нагрузки, учитывающий влияние не постоянства нагрузки в процессе эксплуатации, прп работе большую часть времени с высокими нагрузками fe=0,77 (табл 6.3. [12]). f = 1* 0,77 = 0,77

Полная рабочая поверхность зубьев одного цилиндрического зубчатого колеса (В - длина зуба): F =2h₁* В * Z

Приведенные формулы позволяют установить службу зубчатого колеса, если задана допустимая глубина износа профиля зубьев:

т =Д* В * D * sin 2L\с* f * N * (1\ Z₁) +1\ Z₂,ч (2.48)

Зададим глубину износа профиля зубьев Д = 1,4 мм, соответствующую капитальному ремонту.

Рассчитаем срок службы нового колеса:

Т =1,4 * 82*452,48* sin 2* 20⁰\1* 0,77 * 25 * (1\ 20) +1\75 = 34 216 ч

Срок службы нового колеса Т = 3,9 года

Рассчитаем срок службы восстанавливаемого колеса наплавленного сталью З0ХГСА, которая имеет следующий химический состав:

Углерод С 0,25-0,35% (принимаем 0,3 %)

Марганец Мп 0,8 -- 1,1 % (принимаем 1 %)

Кремний Si 0,9-1,2 % (принимаем 1 %)

Хром Cr 0,8 -- 1,1 % (принимаем 1 %)

Никель Ni не более 0,30 %

Cepa S не более 0,025 %

Фосфор Р не более 0,03 %

Пользуясь эмпирической зависимостью сравнительной абразивной износостойкости от химического состава металла, позволяющей ориентировочно оценить износостойкость о наплавок.

о=0,577*(Сэкв-0,55)^0,413+1; (2.49)

где: Сэкв -- эквивалент углерода подсчитанный по формуле:

Сэкв = С + Cr\5 + Mn\6 + V\5 + Mo\4 + Ni\15 + Cu\14 + P\2 (2.50)

Сэкв = 0,3 + 1\5 + 1\6 + 0\5 + 0\4 + 0,2\15 + 0\14 + 0,03\2 = 0,694

о = 0,577 * (0,694 -- 0,55)^0,413 +1 = 1,26

Коэффициент износостойкости обратно пропорционален коэффициенту износа, т.е

С= 1/ о = 1/ 1,26 = 0,794 (2.51)

Таким образом срок службы восстановленных зубьев колес равен:

Т =1,4 * 82 * 452,48 * sin 2* 20⁰/ 0,794 * 0,77 * 25 * (1\ 20) + 1\75= 42954 ч

Срок службы восстановленного колеса Т = 42954 часов =4,9 года.

3. Технологический раздел

3.1 Анализ технического состояния детали

Деталь - эксцентриковый вал с цилиндрическим косозубым колесом. Материал детали - сталь 45, термообработка - улучшение. Рабочие поверхности выполнены по квалитету h9. Дефекты - зубчатые колеса изношены на 30 %. Режим работы детали - действуют цилиндрические нагрузки.

3.2 Оценка пригодности детали

По результатам измерения зубьев, имеющихся по чертежу толщина Sс = 9,42 мм, фактическая толщина зубьев составляет Sф = 6,59 мм.

Предельно допустимый износ зуба равен:

Ипр = 20 пр = 0,25 Sс = 0,25*9,42 = 2,355 мм (3.1)

Тогда предельно допустимая толщина зуба составит:

Sпр = Sс - Ипр = 9,42 - 2,355 = 7,07 мм (3.2)

При этом уменьшение толщины зуба достигает:

Д = Sс - Sф = 9,42 - 6,59 = 2,83 мм (3.3)

Вывод: Сопоставляя фактический размер 6,59 мм с предельно допустимым 7,07 мм видно, что фактический размер вышел за рамки предельного и подлежит восстановлению.

3.3 Выбор способа восстановления

С учетом материала детали, его диаметра и величины износа 2,83 мм, исходя из критерий преемственности, можно предложить несколько способов восстановления: наплавка под слоем флюса, дуговая наплавка в среде СО₂, вибродуговая наплавка.

Оценим выбранные способы по коэффициентам долговечности и технико-экономической эффективности.

Коэффициенты долговечности при восстановлении: наплавка под слоем

флюса Кd = 0,79; дуговая наплавка в среде СО₂ Кd = 0,63; вибродуговая наплавка Кd = 0,62.

Коэффициенты технико-экономической эффективности при восстановлении рассчитываются по формуле:

К_mэ = С_m\ Кd; руб\м²

Где: Ст - себестоимость восстановления 1 м² поверхности детали, руб.м²; Кd - коэффициент долговечности.

Для дуговой наплавки под слоем флюса: К_mэ = 48,7\0,79 = 61,64 руб\м²

Для дуговой наплавки в среде СО₂: К_mэ = 45,5\0,63 = 72,22 руб\м²

Для вибродуговой наплавки: К_mэ = 52\0,62 = 83,87 руб\м²

Учитывая коэффициент долговечности и коэффициент технико-экономической эффективности, наиболее рациональным способом восстановления оказалась наплавка под слоем флюса.

3.4 Разработка технологического маршрута

Перед нанесением покрытия необходимо произвести слесарную обработку поверхности детали, чтобы пространственно разделить межфазную границу покрытие-деталь и плоскость действия наибольших касательных напряжений. Произвести очистку и мойку поверхности детали, и ее обезжиривание.

Технологический маршрут восстановления детали: наплавочная и зубофрезерная.

При наплавочной операции используется медный шаблон, имеющий форму впадин колеса. Вследствие высокой теплопроводности меди металл к шаблону не приваривается. Поэтому после наплавки шаблон легко вынимается.

3.5 Выбор оборудования, приспособлений инструмента для механической обработки

Оборудование - станок наплавочный У653, станок зубофрезерный 5К324А.

Инструмент - червячная фреза из быстрорежущей стали Р6М5 (m₀ = 6 мм, d₀ = 125 мм, d = 40 мм, d₁ = 60 мм, L = 160 мм, Z = 12, Wo=3⁰12).

Расчет припусков при восстановлении размеров детали.

Толщина наращиваемого слоя при восстановлении на сторону, мм:

Т = и + р+ t_прдв + t_чист + t_черн (3.5)

Где: и - износ поверхности на сторону, мм:

U = (Sc-Sф)\2; U = (9,42 - 6,59)\2 = 1,42 мм (3.6)

Р - искажение геометрической формы изношенной поверхности (р=0), t_прдв - припуск на предварительную обработку перед восстановлением (t_прдв = 0,1 мм), t_чист - припуск на чистовую обработку (t_чист = 0,4 мм), t_черн - припуск на черновую обработку.

t_черн = t_ср +R_z, м (3.7)

где t_ср - среднее значение величины дефектного слоя после восстановления (t_ср= 0,9 мм); R_z - шероховатость поверхности после восстановления (R_z = 0,5 мм)

t_черн = 0,9 + 0,5 = 1,4 мм

t = 1,42+0+0,1+0,4+1,4 = 3,23 мм

Толщина восстанавливаемого зуба: Sв = 2*3,23+6,59 = 13,05 мм

3.7 Расчет режимов восстановления, механической обработки и нормирование операций

3.7.1 Восстановление дефекта

Выбираем наплавочную проволоку Нn ХГСА;

Выбираем марку флюса АН-348А;

Выбираем диаметр наплавочной проволоки d=2 мм по монограмме на рис. 6.3 [6].

Ток наплавки:

I = 0,785*d²*J, А; I = 0,785*2²*80 = 251,2 А (3.8)

Где: d - диаметр наплавочной проволоки, мм; J - плотность тока, А\мм²

Масса расплавленного металла:

Gр.м. = I *лн\60, г\мин; Gр.м. = 251,2 *13,4\60 = 56,1 г\мин (3.9)

Где лн - коэффициент наплавки, г\А*ч (лн = 13,4 г\А*ч)

Объем расплавленного металла:

Q р.м. = Gр.м. \г, см³\мин; Q р.м. = 56,1\7,8 = 7,19 см³\мин (3.10)

Где г - плотность расплавленного метала, г\см³ (г = 7,8 г\см³)

Скорость подачи электропроводной проволоки, м\мин:

Vпр. = Q р.м.\0,785*d², м\мин; Vпр. = 7,19\0,785*2² = 2,29 м\мин (3.11)

Скорость наплавки, м\мин:

Vн = 0,785* d²* Vпр.*К*В\t*S м\мин; (3.12)

Vн = 0,785* 2²*2,29*0,95*0,985\3,23*2,5 = 0,833 м\мин

Где К - коэффициент перехода металла на наплавленную поверхность (К=0,95); В - коэффициент неполноты наплавленного слоя (В=0,985); t - толщина наплавляемого слоя, мм; S - шаг наплавки (S=(1,2-0,3)d) мм\проход.

Вылет электропроводной проволоки из мундштука:

Ев = (10-12)*d, мм; Ев = 11*2 = 22 мм (3.13)

Установка проволоки при наплаве производится по боковой поверхности зуба справа и слева. Основное время наплавки на один зуб:

Т_о = L*i\Vн, мин; Т_о = 0,082*2\0,833 = 0,197 мин (3.14)

Где: L - длина наплавки, м; i - количество слоев наплавки.

3.7.2 Нормирование операции

Штучно-калькуляционное время (t ш.к.), мин. Число зубьев 75

t ш.к. = t о + t в + t о.р.м. + t п.з, мин (3.15)

Где: t о - основное время, мин; t в - вспомогательное время, мин.

t в = t в.у + t в.у.ш + t в.п + t в. пов; t в = 3,5+7,5+34,44+34,5 = 79,94 мин

Где: t в.у - время установки и снятия детали, мин (табл.6.37, п.3 [6]); t в.у.ш - вспомогательное время установки и снятия шаблона (t в.у.ш = 0,10*75 = 7,5 мин.); t в.п. - вспомогательное время, мин.

t в.п. = 1,4*4*82*75\1000 = 34,44 мин

Где: 4 - число продольных валиков, наплавляемых на один зуб при S=2,5 мм\проход.

Время на один поворот детали - t в.пов. =0,46*Z = 0,46*75 = 34,5 мин, где Z - число зубьев колеса.

Подготовительно заключительное время (масса детали 70 кг, табл. 6.36 №2,4,6,8 [6]) - t п.з = 12+1+0,8+4,2+5,4 = 23,4 мин.

Время на обслуживание рабочего места:

t о.р.м = (0,11-0,15)* t о.п. мин; t о.р.м = 0,11*94,72 = 10,42 мин (3.16)

t о.п. - оперативное время; t о.п. = t о.сум+ t в. = 14,78+79,94 = 94,72

t о.сум = t о*Z = 0,197*75 = 14,78 (3.17)

t ш.к. = 14,78+79,94+10,42+23,4+128,54 мин.

3.7.3 Режим и нормирование операций механической обработки

Зубофрезерование (черновое). Глубина резанья t=1,4 мм. Подача S_z=0,15 мм. Скорость резанья - окружная скорость фрезы:

V = C_d*D^q*K_v\T^m*t^x*S^y_z*B^u*z^p, м\мин (3.18)

Где: K_v - общий поправочный коэффициент на скорость резанья,

K_v = K _mv *K _nv *K _uv; K_v = 0,893*1*1 = 0,893 (3.19)

Где: K _mv -коэффициент учитывающий качество обрабатываемого материала (табл.1-4 [17])

K _mv = (750\х^в)ⁿ*К_r = (750\850)^0,9*1 = 0,893 (3.20)

K _nv - коэффициент учитывающий состояние поверхности детали K _nv=1 табл. 5 [17].

K_v = 0,893*1*1 = 0,893

Т - период стойкости Т =180 (табл. 40 [17])

Сv = 68,5; q = 0,25; x=0,3; y=0,2; u=0,1; p=0,1; m=0,2 (табл. 39 [17])

D - диаметр фрезы, мм

Z - число зубьев фрезы

V = 68,5*125^0,25*0,893\180^0,2*1,4^0,3*0,15^0,2*82^0,1*12^0,1 = 48 м\мин

Зубофрезерование (чистовое). Глубина резанья t=0,4 мм. Подача S_z=0,02 мм. Скорость резанья - окружная скорость фрезы:

V = C_d*D^q*K_v\T^m*t^x*S^y_z*B^u*z^p, м\мин

V = 68,5*125^0,25*0,893\180^0,2*1,4^0,3*0,02^0,2*82^0,1*12^0,1 = 104 м\мин

3.7.4 Нормирование операций механической обработки

Черновое зубофрезерование.

Сила резанья - окружная сила, Н;

Р_z = (10 C_p*t^x*S^y_z*B^u*z\ D^q*n^w)*K_mp, H (3.21)

Где: n - частота вращения фрезы, мин^-1

n = 1000* V\з*D, мин^-1; n = 1000*48\3,14*125 = 122,3 мин^-1 (3.22)

Ср = 68,2; q = 0,86; x=0,86; y=0,72; w=0 (табл. 41 [17]

Р_z = (10*68,2*1,4^0,86*0,15^0,72*82¹*12\125^0,86*122,3⁰=3597 Н

Крутящий момент, Н*м на шпинделе

Мкр=Р_z*D\2*100, H*м; Мкр = 3597*125\2*100 = 2248 Н*м (3.23)

Мощность резания (эффективная), кВт

Ne = Pz*V\10202*60, кВт; Ne = 3597*48\102020*60 = 2,82 кВт (3.24)

Мощность станка Nст = 7,5 кВт>2,82 кВт

Основное время зубофрезерования определяется по формуле:

to = ((B+E+E1)\Sz*Zщ*n)*Zk, мин; (3.25)

to = ((82+40+6)\0,15*12*122,3)*75 = 43,6 мин

Где: В - ширина зуба по углу В=82 мм; Е - величина врезания фрезы Е=40 мм; Е1 = величина пробега Е1=6 мм.

t ш.к. = t о+ t в+ t о.р.м + t п.з. = 43,6+4,3+2,5+1,6 = 52 мин (3.26)

t о.п. = t о+ t в, мин; t о.п. = 43,6+4,3 = 47,9 мин (3.27)

t в = t в.у + t з.о.+ t у.п., мин; t в = 3,5+0,5+0,3 = 4,3 мин (3.28)

t о.р.м. = t о.п.(0,05-0,06) = 47,9*0,052 = 2,5 мин (3.29)

t п.з. = t о.п.(0,02-0,04) = 47,9*0,033 = 1,6 мин (3.30)

Где: t в.у - время установки и снятия детали, мин; t з.о. - время на закрепление и открепление детали, мин; t у.п - время на приемы управления, мин.

Чистое зубофрезерование:

Основное время:

t о. = (82+40+6\0,02*12*265)*75 = 151 мин;

n = 1000*104\3,14*125 = 265 мин^-1;

t в = 3,5+0,5+0,3 = 4,3 мин;

t о.п. = 151+4,3 = 155,3 мин;

t о.р.м. = 155,3*0,05 = 7,8 мин;

t п.з = 155,3*0,02 = 3,1 мин;

t ш.к = 151+4,3+7,8+3,1 = 166,2 мин.

Эксцентриковый вал после наплавки отжигают, а после механической обработки производят закалку и отпуск.



4. Экономический раздел

Расчет сметной калькуляции себестоимости восстановления эксцентрикового вала и сравнение ее с ценой завода-изготовителя.

Исходные данные

Эксцентриковый вал (с колесом) бурового насоса НБ-32. Восстановление наплавкой под слоем флюса с дальнейшей механической обработкой зубофрезерованием.

Фонд оплаты труда

Прямая заработная плата рабочих участвующих в процессе восстановления:

Зпр = Тст * Нвр., pyб (4.1)

Где: Тст -- часовая тарифная ставка в соответствии с разрядом; Нвр -- трудоёмкость работ, н/час.

Наплавщик IV разряда (Тст = 182,9 руб/час; Нвр = 2 н/час):

Зпp. н. = 182,9 * 2 = 365,8

Слесарь III разряда (Тст = 151,9 руб/час; Нвр = 0,15 н/час):

Зпр. с. = 151,9 * 0,15 = 22,79

Фрезеровщик IV раэряда (Тст = 163,3 руб/час; Нвр = 3,18 н/час):

Зпp. ф. = 163,3 * 3,18 = 519,29

Основная заработная плата:

(4.2)

Где Пр -- размер премии принятый на предприятии 50 % от прямой.

Основная заработная плата:

Наплавщика IV разряда: Зосн. н. = 365,8 + (365,8 * 0,5) = 548,70 pyб.;

Слесаря lII разряда: Зосн. н. = 22,79 + (22,79 * 0,5) = 34,19 руб.;

Фрезеровщика IV разряда: Зосн. ф. = 519,29 + (519,29 * 0,5) = 778,94 руб;

Дополнительная заработная плата принимается 10 % от прямой:

Здоп. = Зпр*0,1, руб. (4.3)

Наплавщика IV разряда: Здоп. н. = 365,8 * 0,1 = 36,58 pyб.;

Слесаря III разряда: Здоп. с. = 22,79 * 0,1 = 2,8 pyб.;

Фрезеровщика IV разряда: Здоп. ф. = 519,29 * 0,1 = 51,93 pyб.;

Прочие доплаты принимаются в размере 15 % от прямой заработной платы:

Зпр.д. = Зпр*0,15, руб.; (4.4)

Наплавщика IV разряда: Зпр.д. н. = 365,8 * 0,15 = 54,87 py6.;

Слесаря III разряда: Зпр.д. с. = 22,76 * 0,15 = 3,41 py6.;

Фрезеровщика IV разряда: Зпр.д. ф. = 519,29 * 0,15 = 77,89 py6.;

Заработная плата с учётом районного коэффициента:

Зр.к. = (Зосн.+Здоп.+Зпр.д.)*Кр, руб, (4.5)

Где Kp. -- районный коэффициент (Kp = 0,15);

Наплавщика IV разряда: Зр.к. н.=(548,7 + 51,92 + 54,87) * 0,15 = 98,32 pyб.;

Слесаря III разряда: Зр.к. с. = (34,19 + 2,8 + 3,41) * 0,15 = 6,06 pyб.;

Фрезеровщика IV разряда: Зр.к. ф.=(778,94+51,93+77,9)*0,15=136,32 pyб.;

Общая заработная плата рабочих:

Зобщ. = Зосн. + Здоп. + Зпр.д. + Зр.к., pyб (4.6)

Заработная плата наплавщика за восстановление одного эксцентрикового вала: Зобщ.н. = 548,7 + 36,58 + 54,87 + 98,32 = 738,47 pyб.;

Слесаря III разряда: Зобщ.с. = 34,2 + 2,8 + 3,4 + 6,1 = 46,5 pyб.;

Фрезеровщика IV разряда: Зобщ.ф. = 779 + 52 + 77,9 + 136,3 = 1045,2 pyб.;

Фонд оплаты труда составит сумму заработных плат всех рабочих, участвующих в процессе восстановления детали.

Ф.О.Т. = Зобщ. н. + Зобщ. с. + Зобщ. ф., pyб. (4.7)

Ф.О.Т. = 738,47 + 46,5 + 1045,2 = 1830,17 py6.

Начисление единого социального налога.

Единый социальный налог состоит из отчисления в пенсионный фонд, в фонд социального страхования РФ, в федеральный фонд обязательного медицинского страхования, территориальный фонд обязательного медицинского страхования. Единый социальный налог складывается в процентном соотношении от фонда оплаты труда.

Начисление единого социального налога показано в таблице 4.1

Таблица 4.1

Начисление ЕСН

Состав ЕСН	%	Сумма, руб
Пенсионный фонд	20	366,04
Фонд социального страхования РФ	2,9	53,08
Федеральный фонд обязательного медицинского страхования	1,1	20,13
Территориальный фонд обязательного медицинского страхования	2	36,6
Итого начислено ЕСН	26	476

Материальные затраты

Таблицы 4.2

Материальные затраты

Наименование	Количество	Ед. изм.	Цена за ед., руб.	Сумма, руб.
Наплавочная проволока	2,1	кг.	37,8	79,38
Флюс АН-348А	0,4	кг.	22,28	8,91
Шкурка	1	шт.	50	50
Жидкость обезжиривания	0,2	л	30,83	6,17
Охлаждающий раствор	2	л	25,6	51,2
Раствор кальнированной соды	5	л	38,4	192
Итого затраты	387,66
Прочие затраты	20	%	От затрат	77,53
Суммарные затраты	465,19

Амортизационные отчисления.

В процессе восстановления и упрочнения детали используется оборудование: наплавочный станок У653, зубофрезерный станок 5К324А и электропечь САТ-250. Амортизационные отчисления на станки на время их использования в процессе восстановления и упрочнения показаны в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Амортизация на оборудование

Наименование оборудования	Балансовая стоимость, тыс.руб.	Норма амортизации, в %	Время использования, в час	Амортизация отчисления за 1 час использования, в руб\час	Амортизационные отчисления на время использования, в руб.
Наплавочный станок У653	500	8,3	0,25	4,74	1,19
Зубофрезерный станок 5К324А	450	8,3	3,25	4,26	13,85
Электропечь САТ-250	300	8,3	0,1	2,84	0,28
Итого	14,41

Примечание к таблице 4.3

Амортизационные отчисления за 1 час использования оборудования рассчитываются по формуле:

Сб*На___

Ач = 100*Пдн.*Пч, руб\ч (4.8)

Где: Ач - амортизационные отчисления за 1 час, руб/ч; Сб - балансовая стоимость оборудования, pyб.; На - норма амортизации, %; Пдн - количество дней в году, дн.; Пч - количество часов в сутках.

Стоимость электроэнергии для предприятия подсчитывается по двухсоставному тарифу по формуле:

Сэз = W * В, pyб. (4.9)

Где: В - стоимость 1 кВт/ч (В = 3,50 pyб. кВт/ч); W -- расход силовой электроэнергии, кВт/ч

(?Н*Т)*Кз.о., кВт\ч

W= Кс*з (4.10)

Где: W - расход силовой электроэнергии, кВт/ч; ?H - сумма установленных мощностей оборудования, кВт/ч; Т - время работы единицы оборудования, ч; Кз.о. - коэффициент загрузки оборудования, ед. (Кз.о.=0,8); Kc - коэффициент учитывающий потери в сети (Kc = 0,96); з - коэффициент полезного действия двигателей (з= 0,9).

(7,5 * 0,25+6*3,25+1,25*0,1)*0,8 = 19,907 кВт\ч

W= 0,96*0,9

Сэ.з. = 19,907 * 3,50 = 69,67

Накладные расходы

К накладным расходам относят: заработную плату цехового персонала, почтово-телеграфные, канцелярские расходы, расходы на охрану труда, и составляют 70% от Ф.О.Т.

Pн =0,7 * Ф.О.Т= 0.7 * 365,44 = 255,81 (4.11)

Полная цеховая себестоимость

Цеховая себестоимость складывается из всех перечисленных расходов и отчислений.

С_с.ц. = Ф.О.Т. + ЕСН + З_м + С_э.з. + Р_н, руб (4.12)

С_с.ц. = 365, 44+95,04+465,19+ 14,41+69,67+255,81= 1265,56 pyб

Общезаводские расходы составляют от 15 до 20 % от цеховой себестоимости.

<...