Автоматизация станка ленточнопильного модели СЛП 600 ЭПС

Анализ технологического процесса и характеристика оборудования станка ленточнопильного модели СЛП-600 ЭПС. Анализ тенденций развития систем управления на базе микропроцессорной техники. Схема управления комплексом и выбор основных технических средств.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 26.08.2017
Размер файла 268,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Моделирование процесса сжатия тарельчатых пружин было выполнено при помощи пакета VISSIM фирмы Visual Solutions. Преимуществом моделирования в пакете VISSIM является удобный пользовательский интерфейс, визуальная наглядность результатов моделирования. В отличие от моделей, построенных при помощи языков программирования высокого уровня (таких как,

Таблица 5

Зависимость сжатия пружин от величины натяжения

Усилие Р,кгс

длина пакета пружин

L, мм

50

53,00

100

52,50

150

52,00

200

51,50

250

51,00

300

50,50

320

50,25

340

50,05

360

49,75

380

49,60

400

49,50

420

49,25

440

49,05

например, Паскаль), в пакете VISSIM можно без особых сложностей изменять любые параметры модели.

По результатам табл.5 была таблично задана функция при помощи блока “Data file import” - чтение данных из файла. После чего был построен график этой функции. За тем был определен и построен рабочий диапазон усилий - 405..415 кгс . Выяснилось, что в этом диапазоне график функции является линейным (см. графическую часть проекта). В точке, соответствующей 405 кгс длина пружин составляет 49,43 мм, а в точке, соответствующей 415 кгс - 49,32 мм. Найдем соответствующее уравнение прямой в виде

y=kx+b, (2)

где у - усилие, х - длина пакета пружин, k и b - коэффициенты. Для этого решим систему уравнений :

405=k*49,43+b (3 )

415=k*49,32+b. (4)

Поучаем :

b=405-49,43*k; (5)

415=k*49,32+405-49,43*k; (6)

49,32*k-49,43*k=415-405; (7)

-0,11*k=10; (8)

k=-90,91; (9)

График сжатия тарельчатых пружин устройства натяжения

P, кгс

500

480

460

440

420

400

380

360

340

320

300 L, мм

49 49,1 49,2 49,3 49,4 49,5 49,6 49,7 49,8 49,9 50

----- - функция Р=f(L) ----- - рабочий диапазон усилий

----- - линеаризованная функция P=f(l) в рабочем диапазоне усилий

Рис.4.

b=405+49,43*(-90,91); (10)

b=4898,64. (11)

В результате уравнение искомой функции имеет вид :

y=-90.91*x+4898,64. (12)

2.4.2.2 Выбор датчика контроля натяжения

Измерение натяжения пилы нужно производить в диапазоне 410кгс + 6,25%, т.е. в рабочем диапазоне нужно производить измерения в пределах (0,11 + 0,0069) мм, следовательно необходимо делать измерения с точностью, не меньшей 6 мкм.С учетом поставленных требований был выбран контактный датчик измерений малых перемещений (см. рис.5), электрическую часть которого составляет волоконно-оптический преобразователь.

Измерительные волоконно-оптические преобразователи представляют собой относительно новую область измерительной техники. Основными элементами таких преобразователей являются источник оптического излучения и фотоприемник (см. рис.6). Объект (среда) исследования помещается между источником и приемником и меняет характеристики потока излучения, попадающего на приемник, а значит и выходное напряжение, снимаемое с фотоприемника. Для отделения объекта исследования от оптопреобразователей могут быть использованы специальные оптически прозрачные каналы с волоконной структурой - световоды.

Датчик измерения натяжения пилы

Рис.5.

На основе волоконно-оптических преобразователей созданы устройства обработки изображения, а также малогабаритные преобразователи линейных и угловых перемещений, датчики давления, уровнемеры, измерители качества поверхности и другие устройства.

Структурная схема волоконно-оптического преобразователя.

Uвых.

Рис.6.

Датчик измерения натяжения пилы также построен на волоконно-оптическом преобразователе.

Основными преимуществами волоконно-оптических преобразователей являются возможность подведения света к контролируемой точке и установка электронных элементов преобразователей в удаленном месте, что важно при измерении во взрыво- и пожароопасных агрессивных средах, при наличии внешних электромагнитных полей, в труднодоступных местах.

В качестве источника излучения могут быть использованы твердотельные полупроводниковые лазеры или светоизлучающие диоды, в качестве фотоприемников - фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы. Лазерные источники применяются при повышенных требованиях к когерентности излучения. Светодиоды, работающие в инфракрасной области спектра, имеют по сравнению с лазерами повышенную удельную мощность излучения и высокий коэффициент полезного действия.

Структура волоконно-оптических преобразователей перемещений со световодами (волоконно-оптических преобразователей с внешней модуляцией по Е.А. Заку /4/) зависят от конструкции световодного канала и электронной схемы преобразователя.

В датчике измерения натяжения пилы используется преобразователь с двумя раздельными световодами, по одному из которых излучение от источника достигает объекта измерения, а по второму отраженный свет возвращается к фотоприемнику. Торцы световодов объединены в общий коллектор (расщепленный световод). Такой преобразователь является наиболее простым по конструкции.

Структурная схема преобразователя состоит из следующих элементов :

1) устройство стабилизации тока светоизлучающего диода;

2) прецизионный усилитель постоянного тока;

3) устройство регулирования коэффициента усиления;

4) устройство смещения нуля усилителя постоянного тока;

5) устройство стабилизации напряжения питания;

6) источник излучения;

7) фотоприемник;

8) световоды;

9) измерительная поверхность.

Устройство стабилизации тока светоизлучающего диода обеспечивает запитку светодиода постоянным током 60 мА (см. /4/). Устройство регулировки коэффициента усиления позволяет менять коэффициент усиления прецизионного усилителя постоянного тока от 40 до 80 дБ (см. /4/) и регулировать таким образом чувствительность волоконно-оптического преобразователя. Устройство смещения нуля усилителя обеспечивает регулировку выходного напряжения преобразователя при установке рабочего диапазона.

В волоконно-оптическом измерительном преобразователе в качестве источника излучения используется арсенид-геллиевый инфракрасный светоизлучающий диод типа АЛ107А, значение длинны волны которого лежит в пределах 0,9-1 мкм /4/. В качестве фотоприемника при работе в паре с инфракрасными светоизлучающими диодами лучше подходят кремниевые фотодиоды, имеющие высокую чувствительность в диапазоне 0,8-0,9 мкм /5/ и обладающие высоким быстродействием. В волоконно-оптическом измерительном преобразователе в качестве фотоприемника используется фотодиод типа ФД256.

Как элемент электрической цепи светоизлучающий диод характеризуется вольт-амперной характеристикой, близкой к характеристике обычного диода.

Одним из недостатков светоизлучающих диодов является зависимость интенсивности излучения от температуры.

С увеличением температуры интенсивность излучения уменьшается и максимум спектральной характеристики смещается в сторону длинных волн. Величина и характер изменения интенсивности светоизлучающих диодов при изменении температуры окружающей среды определяется их физико-химическими свойствами.

В случае линейного характера изменения интенсивности излучения светоизлучающего диода в заданном диапазоне температур температурная нестабильность излучения характеризуется температурным коэффициентом КТ, значение которого находится из выражения :

(13)

где Ф - величина изменения интенсивности излучения светоизлучающего диода; Фмах - максимальная интенсивность излучения; Т - изменение температуры светоизлучающего диода.

Значения температурных коэффициентов для некоторых светоизлучающих диодов приведены в /6/. Однако изменение интенсивности излучения от температуры имеет более сложный характер. В /6/ приведены графические зависимости мощности излучения и прямого напряжения от температуры.

Питание светоизлучающего диода может осуществляться в различных режимах: постоянным током, импульсным током и током специальной формы (например, питание током, сформированным по экспоненте). В нашем случае используется питание постоянным током. Применяются следующие методы стабилизации интенсивности излучения светоизлучающих диодов : термостатирование, изоляция диодов от от различного рода дестабилизирующих воздействий, введение в цепь питания термочувствительных элементов с обратной температурной характеристикой, выбор оптимальных сопротивлений цепи питания, стабилизация рабочего режима введением обратной связи по термозависимому параметру светоизлучающего диода и др.

Световод представляет собой пучок элементарных оптических волокон и предназначен для передачи и фокусировки оптического излучения. Элементарное оптическое волокно - тонкая гибкая нить диаметром от 5 до 300 мкм, изготовленная из прозрачного материала (обычно кварцевого стекла) таким образом, что ее центральная часть оптически более плотная, чем периферийные области. Вследствие этого, благодаря эффекту полного внутреннего отражения от границы раздела материалов с разной плотностью, направляемый на торец волокна сколимированный луч света распространяется вдоль его оси и может пройти с малым затуханием значительное расстояние.

Различают ступенчатые и градиентные световоды. В ступенчатых световодах, выполненных из материалов с постоянными показателями преломления, траектория распространения световых лучей представляет собой ломанную линию. Показатель преломления градиентных световодов плавно уменьшается от центра к краю, вследствие чего лучи, распространяющиеся вдоль световода, имеют плавную траекторию /7,8/.

Поперечное сечение световодов может иметь круглую, прямоугольную, шестигранную и другую более сложную форму.

В зависимости от упорядочности укладки пучков элементарных волокон на входном и выходном торцах различают световоды регулярные (для передачи изображения) и нерегулярные (для передачи потока излучения).

По форме торцевых поверхностей световоды бывают простые (оба торца имеют одинаковую форму), ленточные, кольцевые, расщепленные.

Распространение световых лучей внутри элементарного световода определяется законами геометрической оптики при условии, что диаметр световода в несколько раз превышает длину световой волны. Если диаметр соизмерим с длиной волны, то в световоде могут распространятся только вполне определенные типы волн (моды). Световоды, применяемые в данном волоконно-оптическом преобразователе, являются многомодовыми : число мод в них больше единицы.

К основным оптическим характеристикам световодов относятся : числовая апертура, коэффициент пропускания и разрешающая способность. Числовая апертура характеризует максимальный телесный угол конического пучка лучей, пропускаемых световодом при условии полного внутреннего отражения от оболочки.

Коэффициент пропускания определяется как отношение потока излучения, выходящего из световода, к потоку, входящему в него.

Разрешающая способность световода, измеряемая числом линий на 1 мм, примерно равна половине числа волокон, размещенных на 1 мм торца световода.

Настройка датчика происходит следующим образом : при помощи рукоятки (маховика) производится сжатие тарельчатых пружин устройства натяжения, сжатие пружин контролируется по микрометру (для крепления микрометра в том же фланце, в котором устанавливается датчик натяжения предусмотрено специальное отверстие), величина сжатия пружин должна в этом случае соответствовать величине нижнего порога рабочего диапазона усилий. После чего производится прижатие контактной поверхности датчика к диску пружины (фактически будем контролировать величину перемещений этого диска). Напряжение, которое появилось на выходе преобразователя заносим в память устройства управления. Далее аналогично находим значение напряжения, которое будет соответствовать верхнему порогу рабочего диапазона усилий. В результате мы имеем две точки в рабочем диапазоне измерений, а так как мы выяснили, что характер функции сжатия тарельчатых пружин носит линейный характер (см.п.2.4.2.1.1),то теперь мы можем после соответствующих вычислений получить велечину натяжения ленточной пилы в любой момент времени.

2.4.2.2.1 Выбор схемотехники и расчет волоконно-оптического измерительного преобразователя

Электрическая принципиальная схема волоконно-оптического преобразователя представлена на рис.7. Устройство содержит :три операционных усилителя - DA1, DA2 - серии К140УД1208 и прецизионный усилитель DA3 серии К140УД7А; фотодиод ФД256; светодиод АЛ307; 14 резисторов; диод Д219А; стабилитрон Д818Г; транзистор КТ626Б.

Преобразователь функционирует следующим образом. Сигнал с датчика с заданной погрешностью срабатывания =3% сравнивается с сигналом поступающим с прецизионного усилителя. В зависимости от разницы напряжений формируется, преобразуется и усиливается выходной сигнал.

Для операционного усилителя DA1 справедлива формула

, (14)

где R9,R10 - сопротивления резисторов, Ом; % =3%.

Сопротивление резистора R10=1 кОм, тогда

R9= * R10 (15)

R9=0,03*1000=30 Ом. (16)

2.4.2.2.2 Проектирование печатной платы преобразователя

Для волоконно-оптического преобразователя разработана печатная плата. Чертеж печатной платы приведен в графической документации проекта. Данная печатная плата является односторонней с металлизированными монтажными отверстиями.

Технические требования :

Плату изготовить комбинированным методом.

Плата должна соответствовать НГО 077.000.

Шаг координатной сетки 2,5 мм.

Конфигурацию проводника выдерживать по координатной сетке с отклонением от чертежа 0,5 мм.

Предельные отклонения размеров между центрами отверстий в узких местах 0,2 мм, в свободных местах 0,3 мм.

Маркировку производить краской МКМ КЭ4 по НГО 028.000

ГОСТ 3ПО НО 010.007.

Материал для изготовления печатной платы : стеклотекстолит общего назначения негорючий фольгированный СОНФ-2 толщиной 2 мм (ГОСТ 12652-74).

2.5 Автоматизация механизма подъема (опускания) рабочего модуля

Автоматизация механизма подъема (опускания) рабочего модуля состоит в измерении линейных вертикальных перемещений рабочего модуля и управлении приводом перемещения. Оператор с пульта управления задает велечину перемещения (толщину доски) и далее контролируемый датчиком привод опускает (поднимает) модуль на заданную велечину.

Механизм подъема рабочего модуля представлен в графической части проекта.

2.5.1 Выбор датчика вертикального перемещения рабочего модуля

Датчиком вертикального перемещения рабочего модуля был выбран датчик фотоимпульсный модели ВЕ-178А, производства предприятия ВФ ЭНИМС (ОЗ “Прецизика”). Датчик имеет следующие характеристики :

- класс точности 9;

- число выходных сигналов (прямых и инверсных) 6;

- число выходных импульсов за один оборот вала 100;

- максимальная частота, Гц 0,2;

- напряжение питания / потребная мощность, В/Вт +5/

2.5.2 Разработка конструктивного решения размещения датчика вертикального перемещения рабочего модуля

Конструкция крепление датчика ВЕ-178А

1- Муфта ВЕ-178А50.01

2- Датчик ВЕ-178А

Рис.3.

Датчик крепится при помощи муфты ВЕ-178А50.01 (см. рис.8) на ведомом валу двигателя.

2.6 Проектирование устройства кантования заготовок в рабочей зоне комплекса

Устройство кантования (см. чертеж общего вида графической части проекта) позволяет поворачивать заготовки в рабочей зоне, что существенно увеличивает производительность комплекса.

2.6.1 Разработка конструкции кантователя

Кантователь состоит из двух частей, расположенных по разные стороны рабочей зоны комплекса с торцев находящейся там заготовки. Одна из частей (подвижная) находится на основании каретки, вторая часть (неподвижная) - по другую сторону рабочей зоны. Неподвижная часть снабжена приводом с электродвигателем, который собственно и осуществляет поворот заготовки. Угол поворота контролируется по закрепленному на валу поворотной шестерни зубьев датчику ВЕ-178А. Конструкция крепления датчика аналогична той, что рассмотрена в механизме подъема рабочего модуля (см.п.2.5.2).

Процесс кантования состоит в следующем. По заготовке, находящейся в рабочей зоне комплекса с торцев настраиваются поворотные шестерни с зубъями. Настройка делается по центру и производится при помощи маховиков, которые позволяют перемещать несущую часть кантователь по направляющим суппорта. После настройки включается привод подачи и подвижная часть врезается с торца в заготовки, заготовка с другого торца упирается в зубцы неподвижной части кантователя. Далее при помощи маховиков происходит поднятие заготовки на высоту, необходимую для поворота. После этого с пульта управления производится включение привода поворота и заготовка поворачивается на заданный угол (по заданной конфигурации - на 90 градусов).

2.6.2 Выбор электродвигателя привода поворота заготовки

Процесс кантования не критичен к частоте вращения вала на выходе, нужен лиш двигатель с достаточным крутящим моментом. Исходя из этих условий выбираем асинхронный электродвигатель АИРМ100М2У3, мощность двигателя 5 кВт, частота вращения 5 кВт.

2.7 Проектирование программно-логической подсистемы управления механизмами комплекса

2.7.1 Алгоритм управления механизмами комплекса

Блок-схема алгоритма управления механизмами комплекса представлена в графической части проекта.

Алгоритм состоит в следующем. Задается режим работы устройства управления : автоматизированный, ручной или программирование. В режиме программирования задаются значение высоты верхней кромки “ВК”; задается последовательность распила - горбыль-основание-горбыль, горбыль-основание, основание-горбыль или основание. Далее анализируется заданный режим в зависимости от которого задается глубина перемещения инструмента или толщина верхней кромки, толщина нижней кромки.

Если был выбран ручной режим работы, то управление осуществляется при помощи клавиш “влево”, “вправо”, “вверх”, “вниз”. В атоматизированном режиме управление происходит по алгоритму, заданному в режиме программирования.

2.7.2 Расчет элементов силовой электроавтоматики

Технические характеристики двигателя привода механизма подъема (опускания) рабочего модуля :

мощность, Рном = 0.75 кВт;

КПД, = 72%;

cos = 0.73;

n = 1000 об/мин.

Рассчитаем для этого двигателя магнитный пускатель. Мощность двигателя, включенного в трехфазную сеть, определяется по формуле:

(17)

откуда ток равен:

(18)

(19)

Магнитный пускатель выбираем по следующим условиям:

Uном. м. п Uном. дв (20)

Iном. м. п = Iном. дв (21)

Окончательно выбираем магнитный пускатель

ПМ-12-01-0270 ТУ 16-89.

3. ИНФОРМАЦИОННОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Информационное обеспечение является базисом функционирования и связи с органами чувств оператора автоматизированной системы.

Информационная система, как совокупность методов и средств формирования, преобразования и использования информационных массивов, весьма многообразны. Число таких систем достаточно велико, они могут охватывать разные стороны управленческой деятельности.

Теоретические исследования и практический опыт показывают, что при создании информационной структуры необходимо учитывать, что :

информационная система представляет собой научный

инструмент анализа процессов управления;

информационная система может рассматриваться как

совокупность элементов информационного обеспечения процессов управления;

- информационная система предусматривает необходимость использования взаимосвязанного комплекса методов и средств, направленных на совершенствование процессов управления.

С позиций этих трех аспектов системный подход представляет собой методологию постановки и осуществления экономического исследования, методологию изучения специфических явлений в системе управления и методологию проектирования и внедрения информационных систем для оптимизации процессов управления.

3.1 Информационная структура системы управления

Для проектируемой системы управления выделим следующие информационные функции :

И1. Опрос, ввод и предварительная обработка данных о состоянии внутренних информационно-измерительных подсистем (датчики натяжения пилы, датчик вертикальных перемещений рабочего модуля, датчик угла поворота заготовки).

И2. Считывание и предварительная обработка информации, вводимой оператором.

И3. Считывание и предварительная обработка информации с интерфейсов внешних подсистем.

И4. Расчет неизмеряемых переменных.

И5. Вывод информации на исполнительные устройства.

И6. Вывод информации оператору.

И7. Вывод информации на внешние системы.

И8. Служба времени.

И9. Обнаружение отключения контролируемых параметров.

И10. Идентификация объектов.

В соответствии с выделенными выше функциями составим информационную структуру системы управления, которая приведена в табл.6.

Таблица 6

Информационная структура системы управления

Имя эле-мен-та

Описание элемента

Тип элемента

Список обслуживае-мых функций

Приме-чание

1

2

3

4

5

6

1

SQ1

датчик натяжения пилы

источник информации

контроль усилия натяжения пилы

2

SQ2

датчик вертикальных перемещений рабочего модуля

источник информации

контроль вертикаль-

ных перемещений рабочего модуля

3

SQ3

датчик угла поворота заготовки

источник информации

контроль угла поворота заготовки

4

КМ1

двигатель глав-ного движения

приемник информации

вращение пилы

5

КМ2

двигатель механизма подъема

приемник информации

подъем (опускание) рабочего модуля

6

КМ3

двигатель кантователя

приемник информации

поворот заготовки

7

КМ4

двигатель перемещения каретки

приемник информации

горизонтальное перемещение каретки

8

Р1

преобразователь измерительный волоконно-оптический

преобразо-ватель информации

преобразование сигнала с датчика натяжения пилы

9

Р2

преобразователь частоты HITACHI

преобразо-ватель информации

преобразование частоты вращения двигателя

для двига-телей прводов подач

10

SB1

Кнопка “Пуск”

источник информации

активизация системы

на пульте опера-тора

11

SB2

Кнопка “Стоп”

источник информации

дезактивизация системы

на пульте опера-тора

12

SB3

Кнопка “Каретка”

источник информации

включение двигателя привода каретки

на пульте опера-тора

13

SB4

кнопка “Реверс каретки”

источник информации

реверс двигателя привода каретки

на пульте опера-тора

14

SK1-SK16

клавиши клавиатуры

источник информации

управление механизмами комплекса

на пульте опера-тора

15

SA1

переключатель

источник информации

режим подъем/каретка

на пульте опера-тора

16

HL1-HL12

индикация

приемник информации

отображение информации о состоянии объекта

на пульте опера-тора

17

Р

технологический пульт оператора

приемник/

источник информации

ввод/вывод данных

18

К1

микроконтроллер Atmel 89с51

преобразо-ватель информации

реализация алгоритма управления

3.2 Программы управления программируемого контроллера

Листинг программы управления программируемого контроллера с коментариями предстален в приложении данного документа. Программа написана на языке программирования Ассемблер.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

Пиломатериалы находят широкое применение в народном хозяйстве нашей страны. По объему использования в строительстве и промышленности пиломатериалы превосходят сталь и цемент. Пиломатериалы - незаменимы для изготовления полов, оконных блоков и многих других строительных, промышленных и бытовых изделий, исчесляемых тысячами наименований. Изделия из пиломатериалов отличаются высокой эксплуатационной надежностью и относительно низкой себестоимостью. В качестве примера можно привести относительные затраты на полы, с учетом их стоимости, срока службы и эксплуатационных издержек. По данным Е.П. Черняева /9/, эти затраты на полы из пиломатериалов в 2-2,5 раза ниже, чем из других приемлемых материалов. По данным за 1995 г. производство пиломатериалов в Российской Федерации составило свыше 25% по отношению к объему выпуска их во всех других странах. Такое положение обуславливается наличием достаточной сырьевой базы.

В прошлом во всех странах мира производились истощительные рубки лесов для нужд строительства, промышленности и на топливо. В результате такой эксплуатации во многих странах резко уменьшились лесные площади. Больше, чем в других странах мира, лесов сохранилось в России, Швеции, Финляндии, Норвегии и Канаде.

По мере вырубки обнаружилось и другое важное значение леса : лес обеспечивает защиту почв от ветровой и водной эрозии, предохраняет сельскохозяйственные угодья от иссушающих ветров (суховеев), пылевых бурь, обеспечивает снегозадержание, накопление влаги в земле, способствует получению устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур; защищает реки от заиления и разрушения берегов, кольматирует твердые выбросы и очищает воду в питьевых водохранилищах; сохраняет полноводность рек и создает благоприятные условия для нереста ценных видов рыб; защищает дороги от снежных и песчаных заносов и эрозийных воздействий паводковых вод; очищает воздушный бассейн от вредных промышленных газов, обогащает его ионизированным кислородом и фитонцидами; поглощает пыль и шумы; создает препятствия для проникновения холодных масс воздуха и мерзлоты с севера в средние и южные районы; служит кормовой базой для птиц и животных, средой для их жизни, для развития пушного и охотничьего промыслов, сбора грибов, ягод, лекарственных растений и т.д.

4.1 Расчет параметров технологического процесса распила пиломатериала

Диаметр древесного ствола уменьшается от комля к вершине. Уменьшение диаметра, приходящееся на единицу длины называется сбегом. Для оценки различий в сбеге отдельных бревен принято определять средний сбег, представляющий собой отношение разности между диаметрами в нижнем Dн и верхнем dВ торцах к длине бревна L:

. (22)

Определим средний сбег для бревна, имеющего длину L=5 м, диаметр верхнего торца dВ =30 см и диаметр нижнего торца

Dн=36 см :

(23)

При определении среднего сбега у комлевых бревен нижний диаметр Dн берут не у комлевого торца бревна, а на расстоянии от него на 1 м (из-за корневых наплывов). Соответственно с этим при определении среднего сбега комлевых бревен разность между Dн и dВ делят на длину бревна, уменьшенную на один метр :

, (24)

. (25)

По исследованию С.Н. Обанина /9/, среднеарифметические величины среднего сбега находятся в прямолинейной зависимости от толщины бревен. Зависимость эта характеризуется уравнением

Sср=0,39+0.021D, (26)

где D - диаметр, см, для комлевых бревен на расстоянии от комля 1 м, для всех остальных - в нижнем торце,

Sср=0,39+0.021*35=1,13. (27)

В деревообрабатывающем производстве в зависимости от диаметров бревен средние сбеги, свойственные наиболее распространенным в России насаждениям II и III бонитетов, приняты в размерах, приведенных в табл.7 /1/.

Таблица 7

Средние сбеги

Диаметр бревен в верхнем отрезке, см

Средний сбег, см/м

Диаметр бревен в верхнем отрезке, см

Средний сбег, см/м

12-13

0,75

39-42

1,35

14-18

0,80

43-46

1,45

19-22

0,90

47-50

1,55

23-26

1,00

51-55

1,65

27-30

1,10

56-58

1,70

31-34

1,15

60 и более

1,80

35-38

1,25

При пользовании этой таблицей необходимо учитывать, что действительные сбеги в любой партии бревен в соответствии с законом нормального распределения имеют отклонения как в большую, так и в меньшую сторону от средних.

В лесной таксации при изучении влияния сбега на объем бревен различают периферийную часть бревна, зону сбега и центральную, которую называют цилиндрической. К цилиндрической части бревна относится зона цилиндра, за основание которого принимается верхний торец бревна, а вся остальная его часть относится к сбеговой зоне.

Объем зоны сбега зависит от величины сбега, длины и толщины бревна. По данным проф. Е.П. Черняева, у бревен средней длины (6м), на зону сбега приходится 20,8, у длинных (10м) - 31,1% объема. Относительный объем сбеговой зоны больше у тонких и меньше у толстых бревен (см. табл.8).

Раскрой древесины в рамках данного проекта осуществляется с помощью кплекса, инструментом которого является ленточная пила. Работы, выполняемые комплексом, называются технологическими операциями, а совокупность всех операций - технологическим процессом.

Таблица 8

Относительный объем сбеговой зоны

Длина, м

Толщина, см

Зона сбега, %

6

15

24,2

6

25

19,4

6

40

16,7

Конечная цель раскроя пиловочного сырья это получение заготовок определенных размеров и качества, предназначенных для изготовления конкретных изделий, сооружений или деталей для них (строительных деталей, мебели, тары, деталей машин, музыкальных инструментов и т.п.). Одну и ту же конечную продукцию можно вырабатывать по разным технологическим процессам, при различном составе и последовательности операций и применяемого оборудования. В одних процессах пиловочное сырье распиливают вначале на толщину, заданную в пиленой продукции, за тем на ширину и длину. Есть процессы, в которых продукция формируется последовательно по длине, толщине и ширине. Применительно к проекту продукция формируется по толщине.

Выбор и обоснование того или другого процесса распиловки сырья определяется экономическими показателями. Главнейшие из них - это выход конечной продукции и затраты труда на его изготовление.

Под выходом пиленой продукции следует понимать отношение объема полученной продукции к объему затраченного на нее сырья :

, (28)

где К - коэффициент выхода готовой продукции из перерабатываемого сырья;

P - процент выхода пилопродукции от перерабатываемого сырья;

VП - объем продукции, получаемой из сырья;

VС - объем сырья, затраченного на выработку данной продукции,

. (29)

В себестоимости пиленой продукции затраты на сырье составляют 70-80 % от всех затрат на ее выработку. Это подчеркивает особое значение показателя экономного использования сырья.

Снижение расхода сырья на 1% равноценно увеличению производительности труда на 2,5-5%.

Показатель использования сырья можно определять как по всему процессу, так и по стадиям в отдельности. Под стадиями процесса следует понимать части единого технологического процесса - от заготовки сырья до выработки конечной продукции и поставки ее потребителям. К таким стадиям, например, можно отнести процесс заготовки сырья, процесс раскроя пиловочного сырья, процесс раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы, процесс раскроя пиломатериалов на заготовки и т.д.

Высокие показатели рационального использования сырья имеют важное значение как для всего процесса, так и для отдельных его стадий.

Показатель использования сырья по всему процессу может быть установлен не только, как отношение объема конечной продукции к объему сырья, затраченного в первой стадии (см.ф.8), но и как произведение коэффициентов по стадиям процесса :

Кпроц=К1К2К3…Кn, (30)

где Кпроц - коэффициент использования первичного сырья по процессу в целом (интегральный коэффициент);

К1 , К2 , К3 , Кn - коэффициенты использования сырья по стадиям процесса.

Найдем коэффициент использования первичного сырья по процессу в целом применительно к спроектированному комплексу по стадиям, указанным выше :

Кпроц=0,7*0,9*0,85*0,9=0,28. (31)

Наиболее важное значение имеет коэффициент использования сырья по процессу в целом : чем больше этот коэффициент, тем ниже себестоимость конечной продукции. Высокие показатели использования сырья по отдельным стадиям процесса не всегда обеспечивают получение должного показателя по процессу в целом. Во многих случаях бывает выгоднее получить меньший показатель на одной из стадий с тем, чтобы достигнуть более высоких показателей на следующих стадиях и по процессу в целом.

Для получения высокого интегрального показателя использование сырья все стадии изготовления продукции следует рассматривать как части единого процесса. Это необходимо даже в тех случаях, когда отдельные стадии выполняются на разных предприятиях. В этом случае принцип единства процесса обеспечивается техническими требованиями на материалы и сырье, которые поставляют другие предприятия.

Раскрой пиловочного сырья на пиломатериалы осуществляется в лесопильных цехах. Последние характеризуются составом вырабатываемых пиломатериалов по размерам, качеству, степени обработки и их назначению, а также особенностями распиливаемого сырья, принятыми способами раскроя бревен, используемым для выработки пиломатериалов пилооборудованием, объемами производства и способами использования отходов. Одни и те же пиломатериалы можно получить различными технологическими процессами. При этом отличными могут быть как способы раскроя бревен, так и состав и последовательность технологических операций, а следовательно, и применяемое оборудование. Поэтому установление наиболее экономичных решений технологических и технических вопросов для современных лесопильных предприятий является одной из важнейших задач. Наиболее распространенными являются следующие технологические процессы:

раскрой пиловочных бревен брусо-развальным способом на обрезные пиломатериалы;

раскрой бревен хвойных пород развальным способом на обрезные пиломатериалы;

раскрой хвойного и лиственного пиловочного сырья вразвал на необрезные пиломатериалы.

Первые два процесса распространены в лесопильных цехах, вырабатывающих экспортные пиломатериалы. Третий способ специфичен для предприятий, используещих пиломатериалы на такие виды продукции, как бруски створок оконных блоков, тару и др. При изготовлении этой продукции из необрезных досок обеспечивается более рациональное использование пиловочного сырья. Если пиломатериалы вырабатываются для последующего изготовления из них не только целых, но и клееных заготовок, то может быть применен развально-сегментный способ раскроя сырья на пиломатериалы с пластями, строго ориентированными относительно годичных колец древесины (лыжные бруски, резонансовые пиломатериалы, клепка и т.п.). В технологических процессах раскроя пиловочных бревен на пиломатериалы, независимо от их различия, можно выделить определенные операции и оборудование (см. табл.).

Таблица 9

Операции и оборудование технологических процессов раскроя пиломатериалов

Операции

Используемое оборудование

Продольный раскрой бревен, брусьев, секторов и сегментов на пиломатериалы

Вертикальные и горизонтальные лесопильные рамы, ленточнопильные и круглопильные станки, фрезерные и фрезернопильные агрегаты

Продольный раскрой и формирование ширины досок

Двухпильные и многопильные, круглопильные и кромкофрезерные станки

Поперечный раскрой и формирование длины досок

Многопильные круглопильные установки и однопильные круглопильные станки

Выбор оборудования определяется назначением, размерами и требуемым качеством пиломатериалов, особенностями принятого способа раскроя бревен, качеством и размерами распиливаемого сырья и экономической выгодностью применения того или иного оборудования в различных условиях.

В США и Канаде продольный раскрой бревен и брусьев осуществляется преимущественно на ленточнопильных станках и реже на лесопильных рамах. В европейских странах в основном используются вертикальные лесопильные рамы и круглопильные станки, реже (во Франции) - ленточнопильные. В вертикальных лесопильных рамах пилы, натянутые в пильной рамке, совершают поступательно-возвратное движение в вертикальной плоскости. В раму одновременно устанавливают несколько (постав) пил. Так осуществляется групповая распиловка бревен.

В ленточнопильных станках пильная лента натянута на два шкива и совершает непрерывное движение в одном направлении. Бревно в процессе распиловки имеет поступательно-возвратное движение (перед каждым резом бревно устанавливается в исходное положение). Распиловка бревна осуществляется последовательными резами, и каждый последующий рез назначается с учетом особенностей бревна и качества открывшейся плоскости распила. Такая распиловка называется индивидуальной.

Различие в использовании оборудования для раскроя бревен обусловливалось главным образом размерными и качественными особенностями сырья. В США и Канаде пиловочное сырье характеризуется большими размерами, которые нередко достигают в диаметре до 1,5-2 м, в то время как в северных странах Европы (Финляндия, Швеция) средний диаметр сырья находится в пределах 18-20 см. С размерами сырья связано его качество. В крупномерном сырье резче, чем в маломерном, выделены зоны различий по качеству древесины и соответственно больше размеры каждой качественной зоны. Поэтому при индивидуальной распиловке крупномерного сырья, осуществляемой на ленточнопильных станках, имеется возможность выпиливать брусья в пределах однородной по качеству зоны бревна и, следовательно, лучше использовать его качественные особенности по сравнению с групповой распиловкой на лесопильных рамах, где полностью исключается индивидуальный подход к распиловке отдельных бревен. Кроме того, распиловка крупномерного сырья на широкопросветных рамах менее производительна, чем на ленточнопильных станках. Все это определило преимущественное применение ленточнопильных станков для распиловки крупномерных бревен.

Однако распиловка тонкомерного сырья весьма эффективно может осуществляться на лесопильных рамах, если применять поставы, соответсвующие группам бревен, подобранным по размерам и качеству. Узко- и среднепросветные лесопильные рамы при распиловке сырья не уступают в производительности ленточнопильным станкам. В то же время указанные лесопильные рамы обеспечивают более высокое качество поверхности распила и точность размеров пиломатериалов, что получается в результате более устойчивого положения пил при распиловке. В настоящее время ленточнопильные станки для распиловки бревен получают более широкое применение также и в европейских странах. Кроме Франции, ленточнопильные станки изготавливают в Югославии, Италии, Германии, Швеции, России, Белоруссии и других странах. Большое внимание применению этого бревнопильного оборудования уделяется и в Японии.

Ленточнопильная распиловка бревен в последние годы существенно изменилась. С одной стороны, продолжает совершенствоваться распиловка на традиционных ленточнопильных станках с индивидуальной распиловкой бревен, достигнуто повышение производительности станков и уменьшение ширины пропила за счет совершенствования системы натяжения пилы, получает применение двусторонняя пильная лента, которая исключает холостой ход бревна, созданы двухпильные ленточные станки. С другой стороны, в ленточнопильной распиловке изменяются традиционные принципы и намечается переход от индивидуальной распиловки бревен к групповой, - в ряде стран созданы автоматизированные ленточнопильные установки на базе нескольких последовательно установленных сдвоенных или счетверенных ленточнопильных агрегатов, отличающихся высокой производительностью.

Круглопильные станки используют преимущественно для распиловки тонких бревен. По сравнению с лесопильными рамами и ленточнопильными станками они дают более широкий пропил и меньшую точность размеров пиломатериалов. При толщине пил, равной 4-8 мм ширина пропила на круглопильнных станках составляет 6-8 мм; на лесопильных рамах она находится обычно в пределах 3-4 мм. Основное преимущество круглопильных станков по сравнению с другим бревнопильным оборудованием заключается в простоте конструкции при распиловке тонкомерного сырья.

Станки для продольной распиловки бревен являются головным оборудованием лесопильного потока. Они определяют его пропускную способность, а также характер и объем проходящего в потоке материала. В целях повышения пропускной способности лесопильных потоков и концентрации технологических операций на головном оборудовании имеется тенденция к использованию фрезерных и фрезернопильных агрегатов. Фрезерные агрегаты устанавливаются вместе с лесопильными рамами, ленточнопильными или круглопильными станками в виде приставок к ним или как отдельно стоящие установки для переработки периферийных частей бревен и брусьев на технологическую щепу. Фрезернопильные агрегаты перерабатывают бревна на пиломатериалы и технологическую щепу (без отходов в горбыли и рейки). Они в основном предназначены для переработки тонкомерных бревен.

Впервые эксперементальные агрегатные фрезернопильные установки были разработаны в СССР (ЦНИИМОД) и в США. Теперь метод агрегатной обработки бревен получил широкое распространение в Канаде, США, Швеции, Германии и других странах. Оборудование для фрезернопильных установок производится и Российской Федерации.

Продольный раскрой широких досок на более узкие и обрезку обзольных кромок у необрезных досок (для получения из них обрезных досок) производят на различных по конструкции и количеству пил круглопильных обрезных станках. За последние годы во многих странах для обрезки обзольных кромок у необрезных досок начинают использовать кромкофрезерные обрезные станки, которые отличаются высокой производительностью. На кромкофрезерных обрезных станках вместо традиционных отходов в виде реек из боковых частей досок вырабатывается технологическая щепа.

Поперечный раскрой и торцовку досок по длине можно производить на однопильных круглопильных станках или специальных многопильных установках. Оборудование для выполнения отдельных технологических операций должно соответствовать условиям производства и обеспечивать наибольший технико-экономический эффект.

Степень использования пиловочного сырья и пиломатериалов зависит не только от выбора способов их раскроя на пилопродукцию заданных размеров, но и от использования для этих целей сырья и пиломатериалов необходимого качества. Влияние несоответствия качества пиломатериалов и заготовок наглядно иллюстрируется показателями расхода сырья (см. табл. 10).

Таблица 10

Расход пиломатериалов разной сортности на выработку 1 м3 заготовок (по данным Д.А Филипова и Н.А. Попова)

Характерис-тика пило-материалов

Сорт пило-материалов

Характерис-тика заготовок

Расход пило-материалов на выра-ботку 1 м3 заготовок

Относитель-ный процент расхода пило-материалов

Хвойные, обрезные, сформирован-ные по сечению заготовок

I

II

III

IV

Мебельные

»

»

»

1,10

1,21

1,38

1,85

100

110

124

168

Хвойные обрезные разной ширины

I

II

III

IV

Мебельные

»

»

»

1,29

1,43

1,57

2,10

100

110

121

163

Хвойные, пре-имущественно обрезные

I

II

III

IV

Стройдетали

»

»

»

1,28

1,43

2,00

2,50

100

117

157

180

Данные табл. 10 подтверждают огромную значимость выработки из бревен пиломатериалов не только заданных размеров, но и необходимого качества, так как последнее оказывает большее влияние на расход древесины, чем переработка пиломатериалов с отступлениями от необходимых размеров по ширине. Так, например, при переработке пиломатериалов I сорта(см.табл.11),соответствующих сечению мебельных заготовок, расходуется 1,1 м3 пиломатериалов, а при переработке пиломатериалов того же сорта, но различной ширины объем увеличивается до 1,29 м3, т.е. в 1,17 раза. При выработке тех же заготовок из пиломатериалов в одном случае из I, а в других из IV сорта соответственно увеличивается их расход с 1,1 до 1,85 м3 на выработку 1 м3 заготовок, т.е в 1,68 раза /9/, что и определяет (наряду с важностью обеспечения выработки пиломатериалов заданных размеров) особую важность выработки необходимого качества.

5. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

5.1 Инструкция по эксплуатации комплекса

Установить каретку с рабочим модулем в крайнее положение (в положение, не мешающее загрузке).

Натянуть ленточную пилу, контролируя величину усилия натяжения по индикаторам, расположенным на пульте оператора. Величина усилия должна быть 410 + 5 кгс.

Установить откидные опоры в нижнее положение (при распиловке бревен диаметром менее 400 мм допускается поднимать их в верхнее положение и перемещать по направлению оси бревна).

Установить бревно на опорные поверхности поперечных балок, прижать к упорам с помощью грузоподъемных средств или используя направляющие для закатывания бревна. Подвести прижимы. При необходимости, подкладывая прокладку под бревно, выверять в горизонтальной плоскости в целях обеспечения оптимального раскроя. Проверить зазор между торцем пилы и ребордами роликов.

Закрепить бревно выведя упоры в угловое положение и выставить прижимы. При этом положение упоров и элементов прижимов должно быть минимальным по высоте, обеспечивающим зажим бревна. Зажать рукоятками прижимов бревно.

Наметить оптимальную схему распиловки бревна. Толщина пропила составляет 2..2,5 мм.

Провести распиловку, руководствуясь рекомендациями, изложенными в других разделах данного документа.

При пилении смолистой древесины, а также при отрицательных температурах (мерзлой древесины) рекомендуется подавать в зону резания с помощью системы смазки воду или незамерзающий раствор.

Для распиловки мерзлой древесины рекомендуется использовать пилы с увеличенным разводом зубъев пилы.

В процессе работы периодически следить за показаниями усиля натяжения пилы. В случае отклонения давления от нормы необходимо с помощью рукоятки натяжения привести его в норму.

Опробование, пуск, проверку режимов, испытание механизма подачи выполнять в комплексе с остальным оборудованием объекта. Включив привод перемещения, следить во время работы за ходом распиловки. Не допускать перебега каретки с пильным модулем до жесткого упора. После подъема пилы включить реверс ( откатка ) , визуально следить за величиной откатки в зависимости от длин распиливаемых заготовок. По окончании пиления привод обесточить.

При пилении бруса на обрезную доску головки прижимов и упоры должны выступать по высоте от основания бруса на расстояние 10..15 мм.

Запрещается : перемещать каретку с рабочим модулем при пилении в направлении, противоположном пилению (на себя), т.к. это может привести к сходу пилы со шкивов.

6. ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОМОСТНОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЕКТА

6.1 Функционально-стоимостной анализ проектируемого варианта комплекса

Структурная модель проектируемого комплекса представлена на рис.9, а функциональная модель на рис.10.

Путем совмещения структурной и функциональной модели строим совмещенную функционально-стоимостную модель проектируемого комплекса, которая приведена в табл.11.

На основании данных таблицы строим функционально-стоимостную диаграмму и диаграмму качества исполнения функций проектируемого комплекса. Данные диаграммы приведены в графической документации проекта. При анализе диаграмм видно, что зоны диспропорции устраняются, а качество исполнения функций возрастает.

6.2 Расчет окупаемости и экономическая оценка проекта

Инвестиции в данный проект составляют 73000 рублей. В том числе: 8000 рублей на закупку и установку ПК; 35000 рублей на устройство натяжения; 15000 рублей на датчики и преобразователи в механизме подъема; 25000 рублей на кантователь.

В качестве значения ставки дисконта принимается ставка Центрального банка России - 25%. Значение коэффициентов дисконтирования по годам :

PV1=0,76; PV2=0,57; PV3=0,43; PV4=0,33; PV5=0,25.

Схема формирования чистого денежного потока представлена в графической документации проекта.

Значение внутренней нормы доходности определим методом итерационного подбора : IRR=88%, т.е. проект эффективен (т.к. IRR>r), приведенная велечина дохода положительна, проект окупается за 4 года. График окупаемости проекта представлен в графической документации проекта.

Структурная модель проектируемого комплекса.

Рис.9.

Функциональная модель проектируемого комплекса

Рис.10.

Таблица 11

Функционально-стоимостная модель базового варианта

Ин-декс

Фу-ии

Наименование функции

Материальный

носитель

функции

r

R

Q

Sабс

Sотн

1

2

3

4

5

6

7

8

f1.1

ручная загрузка

человек

0,35

0,35

0,033

4000

0,02

f1.2

поворот заготовки

кантователь

0,35

0,35

0,033

10000

0,05

f1.3

приведение в движение кантователя

электродви-

гатель

0,3

0,35

0,35

30000

0,16

f2.1

измерение натяжения

устройство измерения натяжения

0,35

0,09

0,05

5000

0,03

f2.2

натяжение

редуктор

0,35

0,09

0,05

4000

0,02

f2.3

передача натяжения

увеличенный набор тарельчатых пружин

0,3

0,08

0,07

2000

0,01

f3.1

регулирование скорости перемещения

электропри-вод

0,45

0,14

0,1

19000

0,1

f3.2

приведение в движение механизма подъема

электродви-

гатель

0,3

0,09

0,06

30000

0,16

f3..3

контроль перемещения по вертикали

датчик вертикального перемещения

0,25

0,08

0,08

15000

0,08

f4.1.1

сбор информации от датчиков

плата ввода

0,15

0,03

0,03

10000

0,05

f4.1.2

вывод сигналов на исполнительное устройство

плата вывода

0,15

0,03

0,03

10000

0,03

f4.1.3

питание модулей ПК

блок питания

0,2

0,04

0,03

5000

0,08

f4.1.4

обработка управляющей программы

ЦП

0,25

0,05

0,04

15000

0,05

f4.1.5

средство для написания программы

П/О

0,15

0,03

0,02

9000

0,01

f4.1.6

индикация режимов работы

технический пульт оператора

0,1

0,02

0,02

1000

0,03

f4.2.1

измерение натяжения пилы

датчик натяжения пилы

0,4

0,07

0,05

6000

0,03

1

2

3

4

5

6

7

8

f4.2.2

измерение вертикального перемещения каретки

датчик вертикального перемещения каретки

0,35

0,06

0,06

5000

0,03

f4.2.3

определение величины поворота заготовки в рабочей зоне

датчик поворота

0,25

0,05

0,04

5000

0,27

f4.1

реализация алгоритма управления

ПК

0,5

0,18

0,21

50000

0,09

f4.2<...


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.