Разработка конвейера для перемещения древесных отходов

Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

ЗАО «Союзлесмонтаж» 45 лет осуществляет изготовление оборудования и монтаж объектов различной сложности, как на крупных предприятиях, так и на малых производствах. Качество и опыт - вот главные составляющие работы, стабильность и надёжность - вот основные принципы организации деловых отношений с заказчиками.

ЗАО «Союзлесмонтаж» имеет свою производственную базу, монтажно-наладочное управление, проектно-комплектующую фирму, и управление по автоматизации и электроприводу обеспеченные необходимым оборудованием и монтажным инструментом. [1]

Специалисты и рабочие прошли обучение и аттестацию, имеют удостоверения и допуски для работы на объектах монтажа.

Общая численность сотрудников 400 чел.

На предприятии производится: монтаж, электромонтаж, пусконаладка «Под ключ», комплексы работ в производствах целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и лесной отрасли промышленности в России и странах СНГ: привод скребковый контейнер вал

- Разработка технологий и технологических схем переработки древесного сырья

- Подбор и привязка оборудования в действующих и строящихся производствах

- Проектирование и изготовление металлоконструкций и нестандартизированого оборудования

- Монтаж, ремонт и пусковая наладка отечественного и импортного оборудования: лесных бирж и древесно-подготовительных цехов ЦБК, заводов по производству фанеры, плит МДФ, ДСП, ДСтП, ДВП и OCB

- Монтаж, капитальный ремонт, выверка, наладка гидравлических прессов

- Проектирование, изготовление, электромонтаж и пуско-наладка электроприводов и автоматизированных систем управления промышленным оборудованием

Услуги электроизмерительной лаборатории

- Реконструкция систем электропривода и управления технологического оборудования на основе современной базы

- Разработка программного обеспечения систем автоматизации и визуализации технологических процессов

Свидетельство члена Некоммерческого партнерства «Проектные организации Северо-запада»

Свидетельство члена СРО «Саморегулируемая организация «Строительный Комплекс Вологодчины»

На предприятии действует Сертифицированная Система менеджмента качества на базе стандартов ИСО 9001:2008 (ГОСТ Р 9001-2008)

На современном этапе развития лесного комплекса остро встает вопрос о необходимости широкого использования комплексной переработки сырья, ресурсосберегающей техники, малоотходных и энергосберегающих технологий, вовлечение в производство новых видов сырья и материалов. В условиях нарастающего дефицита в древесине реальным направлением решения этого вопроса является вовлечение в переработку отходов лесозаготовок в виде сучьев, ветвей, вершин и т. п.

Целью работы является разработка конвейера для перемещения древесных отходов, в частности щепы.

Основные задачи разработки:

1. Провести анализ методов и оборудования для перемещения древесных отходов.

2. В конструкторской части проекта разработать привод конвейера.

3. В технологической части разработать технологию изготовления одной из деталей привода и технологическую схему сборки привода.

4. В разделе “ Безопасность и экологичность проекта” представлен анализ опасных и вредных производственных факторов при эксплуатции выносного конвейера, разработаны меры по обеспечению безопасных и здоровых условий труда, меры по охране окружающей среды, а также меры по обеспечению безопасности рабочих в условиях чрезвычайной ситуации. В расчетной части данного раздела произведен расчет защитного заземления.



1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР КОНВЕЙЕРОВ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ

Конвейер -- машина непрерывного действия для перемещения сыпучих, кусковых или штучных грузов. Конвейеры наиболее целесообразно классифицировать по принципу действия и конструктивным признакам, типу тягового и грузонесущего органа, роду перемещаемого груза, назначению и областямприменения.[5]

Основной классификационный признак конвейера -- тип тягового и грузонесущего органов, рисунок 1.1

Рисунок 1.1 - Классификация конвейеров по типу тягового органа

По принципу действия конвейеры различают конвейеры рисунок 1.2



Рисунок1.2 - Классификация по типу движения

По назначению различают конвейеры стационарные и передвижные для насыпных, штучных грузов и для пассажиров, а по направлению перемещения грузов -- с вертикально замкнутой, горизонтально замкнутой и пространственной трассами. По областям применения конвейеры подразделяют на машины общего назначения и специальные (стакеры, элеваторы, эскалаторы, движущиеся тротуары).

Конвейеры являются составной, неотъемлемой частью современного технологического процесса, они устанавливают и регулируют темп производства, обеспечивают его ритмичность, способствуют повышению производительности труда и увеличению выпуска продукции. Наряду с выполнением транспортно-технологических функций конвейеры являются основными средствами комплексной механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных и складских операций[2].

На современных предприятиях конвейеры используют в качестве:

- высокопроизводительных транспортных машин, передающих грузы из одного пункта в другой на участках внутризаводского и, в ряде случаев, внешнего транспорта;

- транспортных агрегатов мощных перегрузочных устройств (например, мостовых перегружателей, отвалообразователей и т. п.) и погрузочно-разгрузочных машин;

- машин для перемещения грузов-изделий по технологическому процессу поточного производства от одного рабочего места к другому, от одной технологической операции к другой, устанавливая, организуя и регулируя темп производства и совмещая, в ряде случаев, функции накопителей (подвижных складов) и распределителей грузов-изделий по отдельным технологическим линиям;

- машин и передаточных устройств в технологических автоматических линиях изготовления и обработки деталей и узлов изделий.

Перемещаемые конвейерами грузы подразделяются на штучные и насыпные. Их физико-механические свойства имеют решающее значение при выборе и расчете конвейеров,

Штучные грузы характеризуются формой и размерами, массой одной штуки, коэффициентом трения о поверхность ленты, настила или лотка и особыми свойствами. Размеры штучных грузов колеблются в широких пределах: от нескольких сантиметров (почтовые отправления) до нескольких метров (лесоматериалы, прокат), а масса их -- от долей ньютона до десятков килоньютонов. Коэффициент трения штучных грузов об опорные поверхности составляет 0,1--0,7, К особым свойствам штучных грузов относятся: хрупкость (изделия из стекла), склонность к качению из-за округлости формы (арбузы), загрязненность или склонность к пылению (мешки с цементом), взрывоопасность и пожароопасность (бочки с горючим), наличие острых выступов, повреждающих элементы конвейера, и т. п.

Насыпные грузы характеризуются крупностью кусков (частиц), насыпной плотностью, коэффициентами внутреннего и внешнего трения, влажностью, абразивностью, липкостью, слеживаемостью, смерзаемостью, а также особыми свойствами (химической активностью, пылением, взрывоопасностью, самовозгораемостью я т. п.).

1.1 Виды и области применения

Высокая производительность, непрерывность грузопотока и автоматизация управления обусловили широкое применение конвейеров в различных отраслях народного хозяйства. В ряде случаев одна и та же транспортная операция может быть выполнена различными конвейерами.

При решении задачи рационального выбора типа конвейера, обеспечивающего наибольший технический и экономический эффект, необходимо учитывать следующие факторы: свойства транспортируемых грузов; расположение пунктов загрузки и разгрузки, а также расстояние между ними; потребную производительность машин; требуемую степень автоматизации производственного процесса, обслуживаемого проектируемой транспортной установкой; способ хранения груза в пункте загрузки.

Применение конвейеров для насыпных и штучных грузов представлено в таблицах 1.1 и 1.2

Таблица 1.1 - Применение конвейеров для насыпных грузов

Наименование груза	Размер кусков б', мм	Рекомендуемые типы конвейеров
Кусковой: крупно- кусковой средне- кусковой мелко- кусковой Порошкообразный Пылевидный	160 -- 500 60 -- 160 10 -- 60 0,05 -- 0,5 0,05.	Пластинчатый, ленточный, ленточно- цепной, ленточно- канатный Ленточный, двухленточный, элеватор, скребковый, ковшовый Трубчатый, двухленточный, элеватор, скребковый



Таблица 1.2 - Применение конвейеров для штучных грузов

Группа груза	Масса т, кг	Рекомендуемые типы конвейеров
Легкие Средние Тяжелые Весьма тяжелые	До 15 15--50 50--200 200 и более	Ленточный, подвесной, вертикальный одно- и двух- цепной Пластинчатый, подвесной, люлечный, тележечный, вертикальный четырехцепной Грузоведущий, тележечный, вертикальный четырехцепной

Области применения конвейеров для насыпных грузов

1) Пластинчатый конвейер представлен на рисунке 1.3

Рисунок 1.3 - Пластинчатый конвейер

Машиностроение -- горячие поковки, отливки, опоки, остроконечные отходы штамповочного производства; поточные линии сборки, охлаждения, промывки, сушки, сортировки, термической обработки

Металлургия -- крупнокусковая руда, горячий агломерат

Химические заводы и предприятия строительных материалов -- нерудные крупнокусковые материалы (например, известняк)

Тепловые электростанции -- крупнокусковой (недробленый) уголь

Горнорудная и угольная промышленность -- крупнокусковые, тяжелые и остроконечные материалы (руда, уголь)

Лесная и деревообрабатывающая промышленность -- бревна, пиломатериалы

Различные отрасли промышленности -- перемещение пассажиров по горизонтальным и наклонным трассам

Достоинства пластинчатого конвейера: возможность транспортирования абразивной массы по криволинейной трассе с малыми радиусами закруглений; меньше сопротивление перемещению и расход энергии; возможность установки промежуточного привода, что позволяет увеличить длину конвейера.

Недостатки: высокая металлоемкость, сложная конструкция полотна.

2) Скребковый конвейер представлен на рисунке 1.4

Рисунок 1.4 - Скребковый конвейер

Машиностроение--стружка

Металлургия -- кокс, измельченная руда, бокситы, формовочная земля, пылевидная глина, песок, концентраты и огарки цветных металлов и т. п.

Химическая -- карбид кальция, известь, коксовая и угольная мелочи, гранулированная сажа, кальцинированная сода, удобрения, ядохимикаты и т.п.

Пищевая -- зерно, крупяные культуры, мука, отруби, комбикорма и их многочисленные, ингредиенты.

Целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая-- сера, глинозем, молотая известь, мел, древесная щепа, опилки, флотационный серный колчедан, колчеданный огарок и т. п.

Энергетическая -- мелкий уголь, фрезерный торф, каменноугольная и котельная пыль, зола

Строительных материалов -- сухая глина, мелкий гравий, известь, мел, цемент, песок, молотый камень и др.

Горнорудная -- полезные ископаемые в лавах и забоях

Сельское хозяйство и скотоводство -- картофель, кукуруза в початках, корнеплоды, силос, свекловичный жим, навоз; линии приготовления кормов и очистки ферм

Железнодорожный и водный транспорт -- погрузка и разгрузка зерновых грузов, удобрений, мелкого угля, песка и т. п.

Достоинства скребкового конвейера: высокая прочность и способность выдерживать большие ударные нагрузки, простота удлинения става, возможность работы по трассе с искривлениями в вертикальной и горизонтальной плоскостях, возможность пуска и работы со значительными перегрузками.

Недостатки: интенсивный износ тягового органа, высокая энергоемкость.

3) Ленточныйконвейерпредставлен на рисунке 1.5

Рисунок 1.5 - Ленточный конвейер

Машиностроение, приборостроение, металлургическая, химическая и другие отрасли промышленности, строительство и сельское хозяйство -- разнородные насыпные и штучные грузы

Открытые горные разработки и шахты -- ископаемые; строительные материалы и грунт при сооружении плотин; массовые грузы (уголь, руда на расстояния в десятки километров); погрузочно-разгрузочные работы с массовыми грузами; транспортирование ископаемых на обогатительных фабриках; сырья на металлургических заводах и топлива на тепловых электростанциях и др. объекты.

Достоинства ленточного конвейера: малая масса, простота конструкции, транспортировка с высокой скоростью (до6-8м/с), большая производительность.

Недостатки: высокая стоимость ленты, невозможность использования для транспортировки горячих грузов, резкое снижение производительности с увеличением угла подъема.

4) Ковшовыйконвейерпредставлен на рисунке 1.6

Рисунок 1.6 - Ковшовый конвейер



Химическая -- хорошо сыпучие сухие химикаты.

Энергетическая -- размельченный уголь.

Строительных материалов -- песок, цемент, мелкий гравий, щебень и др.

Достоинства ковшового конвейера: отсутствие промежуточной перегрузки материала в пунктах изменения направления.

Недостатки: большая масса ходовой части, высокая стоимость конвейера.

5) Люлечныйконвейерпредставлен на рисунке 1.7

Рисунок 1.7 - Люлечный конвейер

Машиностроение и другие отрасли промышленности -- тяжелые и крупногабаритные штучные грузы; технологические установки для гальванопокрытий, травления, сушки и др.

Достоинства люлечного конвейера: бесперегрузочное транспортирование по сложной трассе, удобство промежуточной разгрузки Недостатки: сложность конструкции, высокая стоимость изготовления, монтажа и эксплуатации.

6) Элеватор конвейер представлен на рисунке 1.8

Рисунок 1.8 - Элеватор

Химическая, металлургическая, машиностроение, строительных материалов, пищевая, железнодорожный и водный транспорт, склады, магазины -- погрузочные, разгрузочные и расфасовочные работы.[5]

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Предварительный расчет конвейера с учетом задания

Разрабатываемый конвейер для перемещения (с загрузкой и разгрузкой) древесной щепы и отходов производительностью 300 м³/час (или 210 т/час с учетом объемной массы)состоит из шести секций: натяжной (с натяжным устройством с ходом до 300 мм); загрузочной (горизонтальный участок с загрузочным окном в коробе конвейера); промежуточный (поворотный участок между горизонтальным и наклонным участками); двух наклонных секций (длинной L=4.5 м каждая); приводной (место установки мотор-редуктора) в месте разгрузки конвейера. Все секции представляют собой сварной короб со съемными крышками в котором перемещаются две тяговые катковые цепи с закрепленными между ними скребками. Наклонные секции устанавливаются с углом к горизонту 18,5⁰. Вся конструкция устанавливается с на сварную конструкцию(раму) из стандартных механических изделий с учетом конструкции и размеров ее отдельных элементов.

2.2 Расчет скребкового конвейера

Рассчитаем скребковый конвейер для транспортировки древесной щепы насыпной плотностью0,7 т/м³ на расстояние 12 м под углом 18,5^о к горизонту на наклонном участке. Производительность конвейера установлена заданием Q=300 м3/час=210 т/час. Выбираем конвейер со сплошными скребками не меняющими качество перемещаемого материала (для этого применяем пластиковые скребки).

Найдем рабочую высоту желоба (высота слоя груза)



h_ж=(2.1)

k=6 - коэффициент рабочей ширины желоба;

ц=0,50 - коэффициент заполнения желоба;

с=0,7 т/м³ - насыпная масса груза;

U=0,58 м/с - скорость перемещения груза (предварительная);

k_в =0,65 - коэффициент учитывающий угол наклона конвейера.

Тогда,

h_ж = (2.2)

Конструктивная высота скребка берется на 25…50 мм больше, чем рабочая.

Принимаем рабочую высоту скребка h_раб=155 мм=0,155 м

Требуемая ширина желоба

B_ж = kh_ж =60,189=0,774 м (2.3)

Принимаем B_ж = 0,80 м = 800 мм

Принимаем шаг скребков t_c = 250 мм

Зазор между желобом и скребком должен быть равным 5 мм с каждой стороны

Погонная масса груза

q= (2.4)



Погонная масса ходовой части ( цепей и скребков) двухцепного конвейера при k_п =0,70

q_ц = k_пq (2.3)

q_ц =0.70100.6=70 кг/м

для выполнения тягового расчета разбиваем конвейер на отдельные участки и определяем натяжение в отдельных частях (точках) методом обхода по контуру.

Минимальное натяжение тяговой цепи примем в точке 1 F₁ = 2000 Н

Предварительно выбираем в качестве тягового органа две катковые цепи М160-3-125-1 с шагом t_ц = 125 мм, разрушающей нагрузкой 160 кН. Шаг t_ц = 125 мм выбран с учетом выбранного ранее шага скребка t_c = 250 мм.

Коэффициент трения груза по желобу f_д = 0,52

Коэффициент сопротивления движению груза по желобу

щ_г =1,1·f_д =1,1·0,52= 0,60

Коэффициент движению тяговой цепи щ_ц=0,12

Длина горизонтальной проекции конвейера L_г=12,8 (по схеме конвейера)

Высота подъема груза

H=L_Htgбм (2.4)

H= 8.3tg18,5=2,70 м

где ,L_H=8,3 м - длина наклонного участка;

б=18,5 - угол наклона к горизонту наклонной части конвейера

Сопротивление на прямолинейном участке (загрузочная часть)



F₁=F_заг=(qщ+q_цщ_ц)L_гg+(q+q_ц)Hg,Н (2.5)

F₁=F_заг=(100,6·0,6+70·0,12)4,5·10+(100,6+70)0=3094 Н

Считаем g=10м/с² для удобства расчетов

Сопротивление на прямолинейном холостом участке при q=0. Поскольку холостая ветвь двигается вниз, перед вторым слагаемым ставим знак “-“.

F_хол =q_цg(щ_цL_г-H_x)Н (2.6)

F_хол =7010(0,124,5-0)=378 Н

Натяжение цепи в точке 2

F₂=(qщ_г+q_цщ_ц) L_Hg+(q+q_ц)H(2.7)

F₂=(100,60,60+700,12)8,310+(100,6+70)2,70=6170 Н

Сопротивление на участке 2 (на звездочках)

При k_ц=1,06

Натяжение цепей в точке 3

F₃=F₂+F₂'Н(2.8)

F₃=6170+370=6540 H

Натяжение цепей в точке 4

F₄=F₃+F₁Н (2.9)

F₄=6540+3094=9634 H

Натяжение на приводных звездочках тяговых цепей с учетом сопротивления на поворотном пункте 4

F_набег=F₄+F₄(k_п-1)Н (2.10)

F_набег = k_пF₄=1,069634=10212 Н

Тяговая сила конвейера

F=F_набег-F₁Н(2.11)

F =10212-2000=8212 Н

Необходимая мощность электродвигателя

N= (2.12)

кВт

где=0,94 - КПД привода

принимаем в качестве привода мотор-редуктор FA107GDV160M4 cN_эл=11 кВт; n_вход=1440 об/мин;

частота вращения конвейера таким образом будет n_кон= n_вых=25 об/мин

При числе зубьев звездочки z=11 и принятый ранее скорости перемещения конвейера диаметр делительной окружности тяговой звездочки будет равен

D=м(2.13)

Окончательные размеры элементов конвейера и его отдельных частей приведены на графических листах.



2.3 Расчет приводного вала конвейера и тяговых звездочек

С учетом полученных выше данных находим крутящий момент на выходном валу

Т=(2.14)

Где N_эл= 11 кВт - мощность мотор-редуктора

з=0,94 - КПД привода с учетом подшипников приводного вала

щ₁=(2.15)

с^-1

Диаметр выходного конца вала

d_B = (2.16)

Принимаем стандартное значение d_B =90 мм, учитывая возможность соединения с выходным валом мотор-редуктораd_эл =100 мм (dB>0,8d_эл=80 мм). Диаметр вала под подшипниками d_п=100 мм; диаметр вала под тяговыми звездочками d_к=120 мм; диаметр вала в месте упорного буртика принимаем d_бк=130 мм. Диаметры d_к и d_бк немного завышены из-за того, что длина вала значительна, поэтому необходимо усилие вала, чтобы увеличить запас прочности.

Определим размеры тяговых звездочек диаметр ступицы:



d_ст=1,55d_к=1,55120=186 мм(2.17)

Принимаем d_ст=190 мм

Длина ступицы

L_ст=(0,8-1,5)d_к (2.18)

L_ст=(0,8-1,5)120=96-180 мм

Диаметр делительной окружности d₁=444 мм; диаметр вершины зубьев d_а1=472

Толщина обода диска звездочки:

Д=1,2h(2.19)

Д =1,214=16,8 мм

Принимаем Д=18 мм

Где h=14 мм - высота головки зуба

Толщина диска звездочки:

С=1,25 Д (2.20)

C=1,2518=22,5 мм

Принимаем С= 24 мм

2.4 Расчет долговечности подшипников

Для приводного вала принимаем подшипники роликовые двухрядные 22220 с d=100 мм; D=180 мм; В=46 мм; С=41,5 кН; С₀=31,1 кН.

С учетом размеров всех элементов вала строим расчетную схему вала, составляем уравнение равновесия и находим опорные реакции, проверяя долговечность подшипников.

Ранее получено Т=3962 Н·м

Сила от несоосности валов

F_m=250(2.21)

Силы не тяговых звездочек (на каждой)

F₁=F₂=(2.22)

F₁=F₂

R₁l-F₁(l₁+l₂)+F₂l₁-F_ml₃=R₁l-F₁l-F_ml₃=0

R₁=

R₂l+F₂(l₁+l₂)+F₁l₁-F_m(l+l₃)=R₂l+F₂l-F_m(l+l₃)=0

R₂=

Проверка

R₁-R₂+F_m-F₁-F₂=12271-10177+15736-8915-8915=0

Проверка удовлетворена

Строим эпюры крутящих и изгибающих моментов по правилам сопротивления материалов

M₁=R₁l₁(2.23)

M₁=12271182=2233322 Нмм

M₂=R₁(l₁+l₂)-F₁l₂(2.24)

M₂=12271(182+902)-8915902=5233374 Нмм

M₃=F_ml₃(2.25)

M₃=15736270=4248720 Нмм



Эквивалентная нагрузка на более нагруженной опоре 1

R_э1=R₁Uk_бk_т (2.26)

R_э1=12271·1·1,3·1=15952 Н=15,95 кН

где U-коэффициент вращения;

k_б-коэффициент безопасности;

k_т - температурный коэффициент

Расчетные долговечности подшипников

L= (2.27)

L_h=11610³››[L_h]=3010³ (2.28)

где [L_h]=3010³ ч - расчетный срок работы конвейера

Долговечность подшипников достаточна.

2.5 Проверка прочности шпоночных соединений

Принимаем шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов по ГОСТ 23360-87. Материал шпонок - сталь 45

Напряжение смятия определяется по формуле

?_см^max (2.29)

где ?_см=120 МПа - для стальной ступицы

?_см = 100 МПа - для чугунной ступицы

bxh - сечение шпонок, мм

l_p=l-b - рабочая длина шпонки, мм

Т - крутящий момент, Н·м

Шпонка под тяговой звездочкой

d=120 мм; bxh=32х18 мм; l=100 мм; l_p=68 мм

?_см=[?_см](2.30)

Шпонка на выходном конце вала под соединительной муфтой:

d=90 мм; bxh=25х14 мм; l=160 мм; l_p=135 мм

?_см=[?_см] (2.31)

Условие прочности выполняется для всех шпонок.

2.6 Расчет приводного вала на усталостную выносливость

Расчет вала на выносливость является основным проверочным расчетом валов, проводится в форме проверки коэффициента запаса прочности. Из анализа эпюр крутящих и изгибающих моментов на вал, совмещенных с эскизом вала, наиболее опасным является сечение 1 - 1,где сосредоточеныМ_мах и Т_мах

Материал вала - сталь 45, ?_в=800 МПа, ?_-1=350 МПа, ф_-1=210 МПа. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений

k_?=2,05 k_ф=1,09

k_d=0,62 k_F=1,15

ш_?=0,10 ш_ф=0,05



диаметр вала в сечении 1 - 1 d=120 мм

Крутящий момент Т=3962·10³Н·м

Изгибающий момент М=5233374 Н·мм

Осевой момент сопротивления (b=25 мм, t=9 мм)

W=0,1d³-(2.32)

Полярный момент сопротивления

W_р=0,2d³-(2.33)

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

ф_х=ф_m=(2.34)

ф_х=ф_m

Среднее напряжение ?_m=0

Коэффициент запаса прочности сечения 1 - 1

S_?=(2.35)

Sф= (2.36)

S_1-1= [S]=1,50(2.37)

Условие прочности выполнено.



3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Разработка технологического процесса вала

3.1.1 Описание конструкции и назначение детали

Валы относятся к деталям типа тел вращения и широко применяются в машиностроении для передачи крутящего момента в приводах, коробах передач, двигателях и других механизмах, а также базирования на них зубчатых колес, подшипников и других деталей, определяющих конструкцию и назначение изделия.

Вал, для которого разрабатывается технологический процесс, используется для передачи крутящего момента и вращения конвейера. Вал является многоступенчатым (1 ступень-90мм, 2 ступень-100 мм, 3 ступень-115 мм, 4 ступень-120 мм, 5 ступень-130мм, 6 ступень-120мм, 7 ступень-100, 8 ступень-115мм), 3 шпоночные канавки для крепления зубчатых колес.

Материал, из которого изготовлен вал-Сталь 45 ГОСТ 1050-88.

3.1.2Анализ технологичности конструкции детали

Одним из факторов, существенно влияющим на характер технологических процессов, является технологичность конструкции изделия.При конструировании отдельных деталей необходимо достичь удовлетворения не только эксплуатационных требований, но также и требований наиболее рационального и экономичного изготовления изделия. Технологическая конструкция изделия должна предусматривать:

- создание деталей наиболее рациональной формы с легкодоступными для обработки поверхностями и достаточной жесткостью с целью уменьшения трудоемкости и себестоимости механической обработки деталей и всего механизма;

- наиболее рациональный способ получения заготовок с размерами и формами, возможно более близкими к готовым деталям, т.е. обеспечивающими наиболее высокий коэффициент использования материалов и наименьшую трудоемкость механической обработки.

Технологический контроль чертежей сводится к тщательному их изучению. Рабочие чертежи обрабатываемых деталей должны содержать все необходимые сведения, дающие полное представление о детали, т. е. все проекции, разрезы и сечения, совершенно четко и однозначно объясняющие ее конфигурацию, и возможные способы получения заготовки. На чертеже должны быть указаны все размеры с необходимыми отклонениями, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, допускаемые отклонения от правильных геометрических форм. Чертеж должен содержать все необходимые сведения о материале детали, термической обработке, применяемых защитных и декоративных покрытиях, массе детали и др.

Чертеж вала выполнен согласно ЕСКД. Рабочий чертеж в целом содержит все сведения, дающие полное представление о детали. Указаны все размеры с необходимыми отклонениями и требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей. Конфигурация наружного контура и внутренних поверхностей не вызывает значительных трудностей при обработке заготовки.

Технические условия - Химическое оксидирование; HRC 32-35.

Материал вала - конструкционная углеродистая сталь марки 45 по ГОСТ 1050-88 .Сталь 45 является углеродистой доэвтектоидной сталью, значит для ее термообработки лучше применить улучшение, которое заключается в нагреве детали до температуры 820-840^оС с последующим быстрым охлаждением и дальнейшим высокотемпературным отпуском. Середина вала остается вязкой, т.к. сталь 45 имеет прокаливаемость10…15 мм., а это обеспечит высокую ударную вязкость и устойчивость вала к различным видам нагрузки. Химический состав и механические свойства стали 45 представлены в таблицах 3.1 и 3.2.



Таблица 3.1-Химический состав в % материала 45

С	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As	Fe
0,42 - 0,5	0,17 - 0,37	0,5 - 0,8	до 0,25	до 0,04	до 0,035	до 0,25	до 0,25	до 0,08	~97

Таблица 3.2-Механические свойства стали 45

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	у0,2 ,МПа	ув,МПа	д5, %	ш, %	KCU, Дж/м2	HB
ГОСТ 1050-88
Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации	25	400	600	16	40	59
Поковка ГОСТ 8479-70
Нормализация. КП 245	500-800	245	470	15	34	34	143-179
Нормализация. КП 275	100-300	275	530	20	40	44	156-197
Закалка, отпуск. КП 275	300-500	275	530	15	32	29	156-197
Нормализация. КП 315	<100	315	570	17	38	39	167-207
	100-300	315	570	14	35	34	167-207
Закалка, отпуск. КП 315	300-500	315	570	12	30	29	167-207
	500-800	315	570	11	30	29	167-207
Нормализация. КП 345	<100	345	590	18	45	59	174-217
	100-300	345	590	17	40	54	174-217
Закалка, отпуск. КП 345	300-500	345	590	14	38	49	174-217
Закалка, отпуск. КП 395	<100	395	615	17	45	59	187-229
	100-300	395	615	15	40	54	187-229
	300-500	395	615	13	35	49	187-229
Закалка, отпуск. КП 440	<100	440	635	16	45	59	197-235
	100-300	440	635	14	40	54	197-235
Закалка, отпуск. КП 490	<100	490	655	16	45	59	212-248
	100-300	490	655	13	40	54	212-248

В целом по конструкции деталь технологична:

1. Материал детали технологичен. Легированная сталь 45 хорошо обрабатывается с производительными режимами резания как лезвийными, так и абразивными инструментами. Замена материала на менее дорогой не рекомендуется. Сталь 45 - недорогой и недефицитный материал, обеспечивающий весь комплекс свойств, необходимых для вала.

2. Деталь вызывает неудобство при установке, т.к. имеет большую длину.

3. Деталь не жесткая. Обработка в наружных центрах с применением люнета.

4. Деталь состоит из ступенчатых простых цилиндрических поверхностей.

5. Повышенные требования точности и шероховатости подшипниковых шеек и шпоночных пазов.

6. Специальные виды обработки, оборудование, приспособления - шпоночная фреза, дополнительная опора (люнет).

7. Объём слесарной (доводочной) обработки небольшой.

3.1.3 Выбор заготовки

Метод выполнения заготовки для деталей машин определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска. Выбрать заготовку - значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на стоимость изготовления.

Вопрос о целесообразности определенного вида заготовки может быть решен только после расчета технологической себестоимости детали по сравниваемым вариантам [11]. Предпочтение следует отдавать той заготовке, которая обеспечивает меньшую себестоимость детали.

Валы в большинстве случаев изготавливаются из круглого стального проката, но также применяют поковки.

Себестоимость заготовок из проката определяем по формуле:

, руб., (3.1)

где Q - масса заготовки, кг;

S - цена 1 кг материала заготовки, S = 40 руб./кг;

q - масса готовой детали, кг;

S_omx - цена 1 кг отходов, S_omx = 6,5 руб./кг.

Sзаг=15040-(150-142,29)6,5=5949,88 , руб.

Себестоимость поковок определяем по формуле:

Sзаг=(SQkmkckbkmkn)-(Q-q)Sотх, руб., (3.2)

где kmkckbkmkn - коэффициенты, зависящие от точности, сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.

Sзаг=(401501,10,831,91,930,5)-(150-142,29)6,5=5153,98, руб.

Исходя из материала, типа производства и программы выпуска в качестве метода получения заготовки применяем сортовой прокат. Этот способ является наиболее экономичным при заданном объеме выпуска деталей.

Массу заготовки принимаем 150 кг, массу детали принимаем 142 кг.

Коэффициент использования материала определяется по формуле:

(3.3)

где т_д - масса детали, кг;

т₃ - масса заготовки, кг.



Окончательно в качестве заготовки по ГОСТ 2590-88 принимаем сортовой прокат: 45х450 мм.

3.1.4 Выбор маршрута обработки

Основными формообразующими поверхностями детали являются цилиндрические поверхности. В качестве первых формообразующих технологических операций используем фрезерно-центровальную и токарные.

Дополнительные элементы конструкции - отверстия - обрабатываем на сверлильной операции.

Окончательная высокая точность конструкции детали обеспечивается на круглошлифовальной операции.

Последовательность обработки:

1 - токарная (ЧПУ) операция;

2 -шпоночно-фрезерная операция;

3 -круглошлифовальная операция;

4 -сверлильная операция;

Каждая операция может содержать один или несколько технологических переходов.

3.1.5 Предварительное нормирование времени операций

Нормирование выполняем с учетом производительности, методов обработки и величины снимаемого припуска, используя приближенные формулы.

Результаты вычислений заносим в таблицу 3.3



Таблица 3.3- Штучно-калькуляционное время

Операция	Тш.к., мин
Токарная (ЧПУ)	20
Шпоночно-фрезерная	10
Круглошлифовальная	10
Сверлильная	3
?	43

3.1.6 Расчет припуска на обработку

Припуски имеют очень важное значение в процессе разработки технологических операций механической обработки деталей. Правильное назначение припусков на обработку заготовки обеспечивает экономию материала и трудовых ресурсов, качество выпускаемой продукции.

Выбор и расчёт припусков на обработку производится расчётно-аналитическим методом профессора Кована [12]:

Z_min=2(Rz+T)+с+?,мм, (3.4)

где Z_min - минимальный (гарантированный) припуск на обработку, мм;

R_z - высота микронеровностей, мм;

Т - глубина дефектного поверхностного слоя, мм;

с - пространственные отклонения заготовки, мм;

е - погрешность закрепления заготовки, мм.

Учитывая форму заготовки и требования к качеству поверхности, для расчёта припуска выберем диаметр 45 мм. По этому характерному размеру детали строим схему расположения допусков и припусков (для двух операций: токарной и шлифовальной), которая приведена на рисунке 3.2.

Z_min1=2·200+200+100=700 мкм=0,7 мм

Z_min2=2·160+20+60=400 мкм= 0,4 мм



Гарантированный припуск под шлифовальную обработку Z_min1=0,7 мм

Гарантированный припуск под токарную обработку Z_min2=4,0 мм

Максимальный припуск под фрезерную обработку Z_max1=0,87мм

Максимальный припуск под шлифовальную обработку Z_max2=6,2 мм

Расчётный номинальный размер заготовки d_ном= 45 мм

Рисунок 3.2- Схема для расчёта припуска

На остальные размеры и поверхности припуски определяются аналогично по методике Кована.

3.1.7 Выбор технологического оборудования

В соответствии с исходными данными и требованиями выбираем основное технологическое оборудование. Исходные данные для выбора оборудования:

- вид обработки;

- габаритные размеры детали;

- размеры обрабатываемой поверхности;

- пространственное расположение обрабатываемой поверхности;

- точность обработки;

- количество инструментов, используемых в одной наладке станка;

- диапазон скоростей и рабочих подач;

- тип производства.

Полное наименование и модели металлорежущих станков приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4-Наименование используемых металлорежущих станков

№ операции	Наименование операции	Станок
1	Токарная(ЧПУ)	Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3С5
2	Шпоночно-фрезерная	Шпоночно-фрезерный станок 6Д92
3	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный станок 3М150
4	Сверлильная	Сверлильный станок Z5140А

3.1.8 Технические характеристики металлорежущего оборудования

1. Токарный станок с ЧПУ модели 16К20Ф3С5:

- Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм 400

- Наибольшая длина обрабатываемой детали, мм 2000

- Частота вращения шпинделя, мин^-1 12,5-1600

- Диапазон скоростей шпинделя, об/мин 12,5-2000

- Число скоростей 22

- Подача, мм/об:

продольная 0,05-2,8

поперечная 0,025-1,4

- Дискретность перемещения, мм/мин:

продольная подача 0,01

поперечная подача 0,005

- Наибольший шаг нарезаемой резьбы, мм 20

- Мощность электродвигателя главного движения, кВт 11

2.Шпоночно-фрезерный станок 6Д92

-Класс точности станка по ГОСТ 8-82 (Н, П, В, А, С) П

-Длина рабочей поверхности стола, мм 120

-Ширина стола, мм 600

-Предел частоты вращения шпинделя, об/мин (min) 250

-Предел частоты вращения шпинделя, об/мин (max) 3150

-Мощность главного привода, кВт 2,2

-Габаритные размеры станка, длина Х ширина Х высота (мм) 1995 x 1115 x 1530

-Масса станка с выносным оборудованием (кг) 2650

3.Круглошлифовальный станок 3М150

-Наибольший диаметр заготовки, мм100

-Наибольшая длина заготовки, мм360

-Наибольший диаметр шлифуемого отверстия, мм500

-Наибольшие размеры шлифовального круга, мм

-Пределы частоты вращения шпинделя Minоб/мин 0

-Пределы частоты вращения шпинделя Maxоб/мин2350

-Класс точности станка по ГОСТ 8-82, (Н,П,В,А,С) П

-Ч-астота вращения шпинделя бабки изделия, об/мин 0

-М-ощность двигателя кВт 4

-Габариты станка Длинна Ширина Высота (мм) 2000х1370х1520

-Масса, кг 2600

4. Сверлильный станок Z5140А

-Страна-производительКНР

-Тип привода Электрический

-ИсполнениеНа стойке

-Скорость вращения об/мин 32 - 1 400

-Количество скоростей 12

-Макс.d-сверления мм 40

-Макс. d-сверления стали мм40

-Нарезание резьбы мм M 36

-Вылет оси шпинделя мм 335

-Перемещение пиноли мм 250

-Автоподача мм 0,056-1,8 (9)

-Конец шпинделя МТ 4

-Размер стола мм 560 х 480

-Макс. расстояние от шпинделя до стола 780(A) / 830(B) мм

Выбранные станочные приспособления и их краткая характеристика приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5-Станочные приспособления и их краткая характеристика

№ операции	Наименование операции	Наименование приспособления	Техническая характеристика
2 4	Шпоночно-фрезерная Сверлильная	Тиски самоцентри-рующиеся	Н = 120 мм
1 3	Токарная Круглошлифовальная	Поводковый патрон и задний центр	D = 140 мм

3.1.9 Выбор режущего инструмента

Выбор режущих инструментов для основных переходов при обра-ботке детали выполнен по методике, изложенной в [14,15,16,17].

Исходные данные для выбора инструментов:

- вид обработки;

- форма и размеры обрабатываемой поверхности;

- точность обрабатываемой поверхности;

- марка и свойства обрабатываемого материала;

- материал режущей части;

- тип производства.

Наименование инструментов, применяемых в процессе изготовления, приведено в таблице 3.6.



Таблица 3.6-Используемые режущие инструменты

№ перехода	Наименование перехода	Наименование инструмента	Материал режущей части	Примечания
1	Фрезеровать торец	Фреза торцевая насадная мелкозубая со вставными ножами, оснащёнными пластинами из твёрдого сплава 2214-0335 ГОСТ 1092-80	Т5К6	D = 160 мм; d = 50 мм; В = 49 мм; Z = 10.
2	Центровать отверстие	Сверло центровочное А10 ГОСТ 14952-75	Р6М5	D = 25 мм; d = 10мм; l = 14,2 мм; .
3	Точить контур предварительно	Резец упорно-проход-ной черновой по ГОСТ 21151-75	Т5К10	ц = 90?; ц1 = 10?.
4	Точить контур окончательно	Резец упорно-проход-ной чистовой по ГОСТ 21151-75	Т15К6	ц = 90?; ц1 = 10?.
5	Тонкое точение	Резец упорно-проход-ной чистовой по ГОСТ 21151-75	Т15К6	ц = 90?; ц1 = 10?.
6	Шпоночное	Фреза шпоночная 2235-0113 ГОСТ 6396-78	Т15К10	D = 6 мм; d = 16 мм; L = 105 мм; l = 20 мм; Конус Морзе 2.
7	Сверлить отверстие Ш 4,9 мм	Сверло спиральное Ш 4,9 мм ГОСТ 10903-77	Р6М5	d = 4,9мм; L = 220 мм; l = 120мм.

3.1.10 Выбор режимов резания

Выбор режимов резания выполнен по методике, изложенной в [14,17].

Исходные данные для выбора режимов резания:

- вид обработки;

- обрабатываемый материал;

- материал режущей части инструмента;

- точность обработки;

- шероховатость обрабатываемой поверхности;

- тип производства.

Режимы резания - это управляемые параметры (факторы).

1) V - скорость резания - определяется либо по типовым значениям, приня-тым для данного типа обработки, либо рассчитывается с учётом стойкости инструмента и с учётом выбранных глубины и подачи.

, м/с, (3.5)

где С_V - начальное условие (эмпирический коэффициент);

Т - стойкость инструмента, мин;

t - глубина резания, мм;

S - подача при резании, мм/об;

m, x, y - эмпирические показатели степени, обычно не более 1.

Типовыми режимами резания являются следующие:

Черновая обработка:V = 120 м/мин,

Чистовая обработка:V = 200м/мин,

Сверление: V = 30 м/мин.

1) n - частота вращения шпинделя определяется по формуле:

, мин^-1, (3.6)

где D_max - диаметр обрабатываемой заготовки, мм.

2) S_o- подача - является силовым режимом для черновой или предвари-тельной обработки.

Типовыми режимами резания являются следующие:

Черновая обработка: S₀ = 0,2-0,4 мм/об,

Чистовая обработка: S₀ = 0,2-0,4 мм/об,

Сверление: S₀ = 0,06D_max мм/об (1% от отверстия).

3) F - скорость подачи определяется по формуле:

F = S_o^.n, мм/мин (3.7)

4) t - глубина резания - при однопроходной обработке, которая является предпочтительной, определяется величиной максимального припуска. Кроме того, она определяется величиной режущей кромки инструмента и точностью обработки.

Режимы обработки для круглошлифовальной операции приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7-Режимы обработки для круглошлифовальной операции

№	Наименование инструмента	Vкр. м/с	Vзаг. м/мин	Sпрод., дв. х./мин	Sпопер., мм
20.	Круг шлифовальный ПП 250Ч40Ч80 25А25 СМ1-5-К5/35 м/с ГОСТ 2424 - 83	35	25	20	0,3

Выбранные режимы резания для токарных, сверлильных и фрезерной операций приведены в таблице 3.8.

Таблица 8-Режимы резания для токарных, сверлильных и фрезерной операций

№	Наименование инструмента	Режимы
		V, м/мин	n, об/мин	Sо(SZ), мм/об (мм/зуб)	F, мм/мин	t, мм
1.	Фреза торцевая D=160мм, Т5К12	120	315	2 (0,2)	630	1
2.	Сверло центровочное А10, Р6М5	25	400	0,1	50	-
3.	Резец упорно-проходной черновой, Т5К10(Ш35,40)	120	500	0	71	2,5
4.	Резец упорно-проходной чистовой, Т5К10 (Ш 28,34,37)	100	500	0,2	100	4;1,5;3
5.	Резец упорно-проходной чистовой, Т15К6 (Ш35,40 )	140	400	0,05	20	2,4
8.	Фреза шпоночная Ш6, Т5К10	20	400	0,03	12	4
7.	Спиральное сверло Ш 4,9, Р6М5	25	355	0,2	70	2,45

3.1.11 Уточненное техническое нормирование времени операций

Для основных операций технологического процесса (токарных, фрезерной, сверлильных, плоскошлифовальной, внутришлифовальной) определяем нормы штучно-калькуляционного времени по методике, изложенной в [14].

Штучно-калькуляционная норма времени определяется по формуле:

Т_шт-к= t_о+ t_в+ t_тех+ t_орг+ t_п+ t_{п.- з.}, мин, (3.8)

где t_о - основное (машинное) время - рассчитывается для всех основных технологических переходов;

t₀=, мин (3.9)

t_в - вспомогательное время - продолжительность выполнения вспомогательных приёмов и холостого хода;

t_тех - время на техническое обслуживание;

t_max=(0,1-0,2)t₀, мин (3.10)

t_орг - организационное время - время на снабжение рабочего места деталями и инструментом;

t_орг=(0,1-0,2)(t_о+t_в), мин (3.11)

t_п - время перерывов;

Нормы времени по операциям приведены в таблице 3.9.

Таблица 3.9-Нормы времени на выполнение операций

№ операции	Наименование операции	tо, мин	tв, мин	tтех, мин	tорг, мин	tп, мин	Тшт-к, мин
1.	Токарная(ЧПУ)	10,73	0,25	1,073	1,1	0,44	13,6
2.	Шпоночно-фрезерная	8,5	0,5	0,85	0,9	0,225	11,8
3.	Круглошлифовальная	9,4	0,5	0,94	0,99	0,25	14,53
4.	Сверлильная	0,78	0,5	0,078	0,128	0,05	1,536

3.1.12 Выбор средств измерения и контроля

Средства измерения и контроля выбраны для операции приёмочного контроля. Контроль осуществляется для наиболее ответственных поверх-ностей, отверстий, элементов конструкции деталей.

Контроль детали осуществляется:

1) станочниками на основных технических операциях;

2) на операции приемного контроля в конце маршрута.

Главным контрольным мероприятием является приемочный контроль.

Средства измерения и контроля выбраны по методике, изложенной в [14]. В основу выбора положена следующая зависимость:

(3.14)

Исходные данные:

- тип контролируемой поверхности и размера;

- масса детали и её габаритные размеры;

- размеры контролируемой поверхности;

- точность;

- метрологические характеристики средства измерения;

- тип производства.

Выбранные средства измерения и их метрологические характерис-тики приведены в таблице 3.10.

Таблица 3.10-Средства измерения и их метрологические характеристики

Контролируемый размер или параметр	Наименование средства контроля или измерения	Метрологические характеристики
		Предельная погрешность измерений ±Дlim, мм	Цена деления, мм	Диапазон измерения, мм
Шейки вала	Микрометр рычажный МР по ГОСТ 4381-80	±0,001- ±0,002	0,002	0 - 100
Шерохова-тость	Профилограф - профилометр по ГОСТ 19299-73 тип А1, мод. 252	-	-	0,02 - 200
Биение вала	Биениемер - ПБ-250	±0,008	0,01	0-10

3.1.13 Разработка управляющей программы для станка с ЧПУ

В маршруте обработки детали предусмотрено три операции, выпол-няемых на станках с ЧПУ: токарно-фрезерная, токарная и сверлильная.

Разработка управляющей программы для обработки вала для токарного станка с ЧПУ модели 16К20Ф3С5.

Текст управляющей программы:

: STRUCTURE ON(71), TYPE "HeaderSection", Comment "$Header$"

2: STRUCTURE ON(71), TYPE "String", Comment "Начало"

3: PPFUN TECHINFO(58), 250, -0.2, 0, 740.6, 219.382, 219.75, 1687.3, 0, 0, 0, 0, -70, -70, -5, 70, 70, 1677, 3, 0, 0.05, 0, 0, 0, 100, 2, 0, 0, 0, 0.2, 2, 2, 0, 0, 11, 150, 10000, 0.5, 100, 100, 100, 100, 100, 30501.64, 75.486, 115.612, 0, 0, 0, 0, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 2, 1

4: COMMENT "Токарныйконтур"

5: ORIGIN X 0, Y 0, Z -550, PPFUN 0, N 54, A 0, B 0, C 0

6: LOADTL N 2, X 10.3, Y 123.8, Z 0, D 0, M 2, K 2, L 0, P 0, A 0, R 0, H 0, RC 0, PLANE XY(33), Dur 0, HID 2, NX 0, NY 0, NZ 1, NW 0, RevolverIDTopTurretAxis

7: COMMENT "@Другой l19, Ti1, Re0.2, Kr95, Qr5 "

8: CUTCOM ON(71), LENGTH(9)2, X 0, Y 0, Z 0, N 0, K 0, M 0, LEFT(8)

9: FROM X 160.5, Y 0, Z 1298.5

10: STRUCTURE OFF(7...