39861

Модернизация конструкции передвижного стола пресса ковочного гидравлического пресса усилием 150 МН

Дипломная

Производство и промышленные технологии

В контексте всего вышесказанного в данном дипломном проекте рассмотрены вопросы производительности гидравлического пресса и на основании исследований были произведены изменения в цилиндре стола с целью увеличения производительности также проведены мероприятия по охране труда и гражданской обороне. В качестве аккумуляторов в кривошипных и винтовых прессах применяют маховики в гидропрессахгидроаккумуляторы и в гидровинтовых прессах маховики и гидроаккумуляторы. Однако особый интерес представляют пресса большой мощности к ним относятся...

Русский

2013-10-10

3.45 MB

65 чел.

ВВЕДЕНИЕ

Среди  машин используемых в различных производственных процессах, одно из ведущих мест занимает кузнечно-прессовое оборудование, которое обладая высокой производительностью и широкими технологическими возможностями, позволяет изготовлять разнообразные изделия и полуфабрикаты. В свою очередь, использование штампованных заготовок и поковок создает предпосылки для экономии материалов, сокращения циклов изготовления деталей и снижения их себестоимости, что непосредственно влияет на экономическую ситуацию Украины в целом.

В данном контексте особо остро стоит вопрос совершенствования действующего кузнечно-прессового оборудования и создания новых его конструкций, обладающих более широкими технологическими возможностями, точностью и производительностью, что неразрывно связанно с качеством самого оборудования.

К основным показателям качества машины относят ее точностные характеристики и способность сохранения их во времени; производительность и надежность; количество и вид потребляемой энергии и КПД; уровень механизации и автоматизации процесса, реализуемой машиной; удобство обслуживания и ремонта; безопасность работы на машине и др.

В контексте всего вышесказанного в данном дипломном проекте рассмотрены вопросы производительности гидравлического пресса и на основании исследований были произведены изменения в цилиндре стола с целью увеличения производительности, также проведены мероприятия по охране труда и гражданской обороне. Рассчитаны технико-экономические показатели проекта.


1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССОВ И МЕТОДИК ИХ РАСЧЕТА

1.1 Аналитический обзор существующих конструкций гидропрессов.

Общеизвестен прогрессивный характер технологии кузнечно-штамповочного производства, основанной на получении заданной формы деталей или заготовок в результате рационального перераспределения металла, а не за счет удаления части его в стружку (как это происходит при обработке резанием). Кроме того, обработка металлов давлением позволяет получать изделия с повышенными механическими свойствами [1].

Технологические процессы обработки давлением отличаются большими удельными усилиями сопротивления деформированию материалов, значительными затратами энергии, которые имеют кратковременный, так называемый пиковый характер. Различные сочетания конструкций аккумуляторов и механизмов, передающих эту энергию для преодоления полезного сопротивления, определяют многообразие кузнечно-штамповочных машин.

В основу первой научной классификации кузнечно-штамповочных машин был положен характер изменения скорости рабочего звена исполнительного механизма на участке рабочего хода, т.е. перемещение во время преодоления сопротивления деформированию. По этому признаку все кузнечно-штамповочные машины подразделили на четыре группы: молоты, гидравлические прессы, кривошипные прессы и ротационные машины[2].

За годы научно-технического прогресса были созданы новые типы машин, в которых использованы открытия и достижения науки. Так за последние годы в производство внедрены машины для деформирования энергией взрыва и импульсного электромагнитного поля, гидростатические машины (гидростаты) для прессования трудно деформируемых сплавов и порошков, гидростаты для синтезирования алмазов, пресс - лазеры и многое другое.

Вследствие чего в основу классификации наряду с характером изменения скорости рабочего звена на участке рабочего хода положен принцип его работы и характер воздействия на заготовку.

На этом основании выделено пять основных классов кузнечно-штамповочных машин [3]:

  1. прессы;
  2. молоты;
  3. ротационные машины;
  4. импульсные машины;
  5. статы.

Прессы - кузнечно-штамповочные машины квазистатического воздействия на поковку, в которых преодоление полезного сопротивления осуществляется при перемещении рабочего звена-ползуна, а усилие деформирования воспринимается замкнутой силовой несущей системой, включающей исполнительный механизм, станину и другие элементы.

В зависимости от конструкции главного исполнительного механизма и кинематики рабочего звена выделены три группы прессов: кривошипные и кулачковые, гидравлические и винтовые. Главным параметром прессов является номинальное усилие. В качестве аккумуляторов в кривошипных и винтовых прессах применяют маховики, в гидропрессах-гидроаккумуляторы, и в гидровинтовых прессах - маховики, и гидроаккумуляторы.

Оценку машин производят по четырем группа показателей прогрессивности технологического процесса, выполняемого на машине, и прогрессивности ее конструкции; экономичности конструктивных решений; эксплуатационным характеристикам и технологичности конструкций. Для проведения такой оценки для каждого вида машин конструкторы составляют карты технического уровня и качества продукции.

Однако особый интерес представляют пресса большой мощности, к ним относятся гидравлические прессы. 

Гидравлический пресс представляет собой машину-орудие практически статического действия. Принцип работы гидравлического пресса основан на законе Паскаля. В общем виде пресс состоит из двух камер, снабженных поршнями (плунжерами) и соединенных трубопроводами. Если к меньшему поршню приложить силу Р1 ,то под ним создается давление р=Р1/f1 .По закону Паскаля давление р передается во все стороны объема жидкости и, будучи направлено к основанию большого поршня, создает силу Р2f2, которая оказывает давление на заготовку .

На основании закона Паскаля[4]:

                                                            Р=Р1,                                               (1.1)

где сила Р2 во столько раз больше силы Р1, во сколько раз площадь f2 больше площади f1.

Конструктивная схема гидравлического пресса такова: рабочий цилиндр, в котором движется рабочий плунжер, закреплен в верхней неподвижной поперечине. Последняя при помощи колонн соединяется с неподвижной поперечиной, установленной на фундаменте. Нижняя и верхняя поперечины вместе с колоннами образуют станину пресса. Рабочий плунжер соединен с подвижной поперечиной, имеющей направление по колоннам, и сообщает ей движение только в одном направлении - вниз. Для подъема подвижной поперечины установлены возвратные цилиндры с плунжерами.

Во избежание утечек жидкости, находящейся под давлением, цилиндры снабжены уплотнителями.

Главным параметром гидравлического пресса является номинальное усилие Рн. - произведение номинального давления жидкости в цилиндре пресса на активную площадь его рабочих плунжеров.

Прессы в зависимости от технологического назначения отличаются друг от друга конструкцией основных узлов, их расположением и количеством, а также величиной основных параметров Рн, Z, Н, АВ, где Z-открытая высота штампового пространства; Н-полный ход подвижной поперечины; АВ - размеры стола.

По технологическому назначению гидравлические прессы подразделяют на прессы для металлов и для неметаллических материалов рисунок. В свою очередь, прессы для металла подразделяют на пять групп: для правильных и сборочных работ и для обработки металлических отходов; для ковки и штамповки; для выдавливания; для листовой штамповки. В виду того, что технологическое назначение гидравлического пресса определяет конструкцию станины (колонная, двух стоечная, одностоечная, специальная), тип, выполнение и число цилиндров (плунжерный, дифференциально-плунжерный, поршневой и.т.д.), наибольшее распространение получила четырех колонная неподвижная станина, с перемещением подвижных частей в вертикальной плоскости. Иногда станину-раму пресса выполняют подвижной.

На рис. 1.1 показаны основные типы цилиндров. Цилиндры плунжерного и дифференциально-плунжерного типа являются цилиндрами простого действия. Рабочий цилиндр дифференциально-плунжерного типа применяется в случае,  когда через рабочий плунжер, например, должна проходить игла (трубопрутковые прессы). Цилиндры поршневого типа наиболее часто находят применение при использовании масла в качестве рабочей жидкости. В этом случае уплотнительным элементом собственно поршня будут поршневые кольца. Цилиндр поршневого типа является цилиндром двойного действия. 

Рисунок 1.1 – Основные типы цилиндров гидравлических прессов[3]

У пресса с нижним расположением рабочего цилиндра и неподвижной станиной, могут отсутствовать цилиндры обратного хода, в этом случае возврат подвижных частей в исходное положение происходит под действием своего веса. Рабочий цилиндр соединяется при этом с наполнительным баком.

По числу рабочих цилиндров прессы подразделяют на одно-, двух -, трех- и много цилиндровые. На гидравлических ковочных прессах производят различные операции свободной ковки – вытяжку, осадку, проглаживание, прошивку, рубку и. т. д. А также объемную штамповку в подкладных штампах.

Штамповкой на гидравлических прессах получают стальные поковки, например поковки колес железнодорожных вагонов, тепловозов, паровозов и т.д.

Штамповка в закрытых штампах на гидравлических прессах получила широкое применение при изготовлении крупногабаритных поковок из легких металлов: алюминия, магния и их сплавов, имеющих относительно низкую температуру ковки (~450С).

Штамповочные прессы при одинаковом номинальном усилии с ковочными прессами имеют меньше ход и высоту штампового пространства.

На трубопрутковых и прутково-профильных гидравлических прессах прутки, трубы, проволоку, и профили из цветных металлов и их сплавов изготовляют прессованием.

В последнее время в связи с освоением новых смазок, стойких при высоких давлениях и температурах, методом прессования начали получать изделия из стали, жаропрочных сплавов и других малопластичных материалов.

Для обработки пластмасс широко используют гидравлические прессы. В качестве индивидуального привода широкое применение нашел маслонасосный привод.

Технологические процессы переработки различных пластмасс имеют особенности, требующие резкого сокращения смыкания пресс – форм, что возможно только при повышении рабочих скоростей движения ползуна пресса до 160-200 мм/с.

В связи с этим созданы прессы с плунжерными цилиндрами, клапанами наполнения и возвратными цилиндрами, что позволило при движении ползуна под действием силы тяжести в период холостого хода вниз и установке в системе привода пневматического аккумулятора резко повысить скорости движения рабочих органов пресса без увеличения, а в некоторых случаях при снижении мощности привода.

В состав гидропрессовой установки входят собственно пресс; рабочая жидкость; источник жидкости высокого давления, питающий пресс – привод; приемники для жидкости – баки; органы управления – распределители, клапаны; трубопровод с соответствующей аппаратурой, соединяющий все указанные элементы в единую систему; электропривод.

Тип привода определяется источником жидкости высокого давления, питающим пресс во время рабочего хода. Он оказывает значительное влияние на схему и действие гидропрессовых установок, в связи, с чем последнее классифицируют по этому признаку (рис. 1.2)

Гидропривод современного пресса предназначен для приведения в действие основных и вспомогательных механизмов, работа которых должна быть согласованной.

Системы управления гидравлическими прессами должны предусматривать взаимодействие при совместной работе всех механизмов пресса, создание нескольких степеней усилий, плавное регулирование скорости подвижной поперечины, исключение ее перекоса во время движения и остановки в любой части хода для обеспечения безопасной работы на прессе и предотвращения поломки инструмента или механизмов пресса. Для этого в системы управления прессами включают: датчики, подающие сигналы об отключения параметров, определяющих нормальную работу прессу, усилительную аппаратуру и вспомогательные приводы для корректировки положения элементов распределительной аппаратуры; синхронизирующие цилиндры и др.

Прессы снабжают приборами визуального наблюдения и регистрации наиболее важных параметров, определяющих нормальную работу пресса, например давление жидкости в рабочем цилиндре, положение подвижной поперечины, механические напряжения в наиболее опасных точках базовых деталей прессов, усилие или изгибающий момент. Также приборы контроля и управления позволяют с высокой степенью надежности осуществлять любые технологические процессы на гидравлических прессах.

Указанным выше условиям управления гидравлическими прессами наиболее удовлетворяют насосные безаккумуляторные приводы, обеспечивающие постоянство и независимость скорости деформирования от нагрузки и более высокий К.П.Д.

Рисунок 1.2 – Классификация гидропрессовых установок [3]

В настоящее время применяют насосные безакккумуляторные приводы даже в ковочных прессах. Стоимость насосного безаккумуляторного привода составляет 30% по сравнению с насосно-аккумуляторным приводом.

Для снижения установочной мощности насосного без аккумуляторного привода заменяют насосы с переменной подачей.

Применение насосно-безаккумуляторного привода целесообразно для процессов с малой степенью заполнения графика усилий (брикетирование, пакетирование, неглубокая вытяжка тонколистового материала, гибка профилей из тонкого листа); процессов, требующих короткий рабочий ход (чеканка, калибровка, вырубка), и процессов, не требующих больших скоростей рабочего хода (прессование алюминиевых сплавов, вытяжка изделий из тонкого листа).

Улучшить экономичность насосно-аккумуляторного привода можно применением прессов со ступенями усилий, с промежуточными мультипликаторами или с насосно-аккумуляторными станциями, которые могут подавать к прессу рабочую жидкость под несколькими давлениями.

Насосно-аккумуляторный привод наиболее эффективно использовать в случае, если время рабочего хода tр значительно меньше времени цикла Тц (как у прессов для прессования стали), а также для получения больших скоростей рабочего хода – горячая штамповка стали и толстолистового материала.

В современных гидропрессовых установках широко применяют насосный привод. Он обычно работает на эмульсии или минеральном масле, что определяет конструктивные особенности всей гидропрессовой установки.

Механические мультипликаторы применяют в приводе ковочных прессов, так как они обеспечивают относительно большое число повторяющихся ходов и определенную глубину проникновения бойка в металл. Их недостаток – громоздкость привода вследствие его тихоходности.

Перспективно использование привода ковочных прессов небольших усилий (до 15МН) от кривошипного мультипликатора работающего на минеральном масле.

Тип привода также определяется номинальным усилием, развиваемым прессом. В определенных случаях трудно отдать предпочтение аккумуляторному или безаккумуляторному приводу. Тогда целесообразно определить расход энергии привода за время цикла и выбрать более экономичный вариант привода. Малая величина экономического К.П.Д. главным образом определяется плохим использованием пара.

В данном дипломном проекте рассматривается гидравлический ковочный пресс усилием 150МН предназначенный для изготовления свободной ковкой из слитков массой до 350 тонн, поковок типа кубиков, плит, цилиндров, валов, колец и тому подобных изделий из углеродистых и легированных сталей, а также специальных сплавов. Пресс может быть использован для выполнения отдельных штамповочных работ с использованием бокового выталкивателя.

Рабочее усилие пресса создается тремя цилиндрами, расположенными в верхней траверсе, усилием по 50МН, каждый при давлении рабочей жидкости 32МПа.

Усилие пресса воспринимается рамой пресса, состоящей из четырех колонн, жестко связанных с верхней траверсой и станиной при помощи термически затянутых гаек. Верхняя и подвижная траверсы имеют сварную конструкцию. Подвижная траверса перемещается по колоннам. Возврат её в верхнее положение осуществляется четырьмя возвратными цилиндрами усилием по 2,57МН каждый. С подвижной траверсой пресса жестко соединен плунжер среднего рабочего цилиндра, направляющая втулка которого с четырьмя втулками траверсы воспринимает момент при эксплуатационной ковке.

1.2 Обзор существующих конструкции столов вертикальных гидравлических прессов.

Наиболее распространённая конструкция стола ковочного пресса представляет собой отливку коробчатого сечения с многочисленными полостями, установленными на нижней поперечине пресса [1].

В столах такой конструкции в полостях между стенками отсутствует местная жесткость, а многочисленные пересечения стенок и ребер являются концентраторами напряжений, что приводит в процессе эксплуатации к образованию трещин и разрушению. Выдвижные столы такой конструкции трудоемки в изготовлении и обладают низкой надежностью.

Известны конструкции выдвижных столов мощных гидравлических прессов, выполненные в виде монолитной сплошной конструкции [2]. У столов такой конструкции имеется одно или несколько отверстий, предназначенных для прохода толкателей выталкивающих устройств, производящих отделение изделия от инструмента. Стол оснащен механизмом передвижения в виде гидроцилиндра поршневого типа, шток которого соединен с корпусом стола.

При работе пресса технологическое усилие передается от инструмента на корпус выдвижного стола и далее на нижнюю поперечину пресса, замыкаясь через колонны в раме пресса. Под воздействием технологического усилия поперечина изгибается в пределах упругих деформаций, корпус выдвижного стола, имеющий небольшую высоту по сравнению с поперечиной и прижатый к ней, будет соответственно изгибаться. Причем нижние слои стола будут растягиваться, а верхние сжиматься. Отверстия в столе под толкатели вызывают концентрацию напряжений, что при многоцикличных нагружениях приводит к образованию трещин в растягивающих слоях корпуса и последующему его разрушению.

К недостаткам такой конструкции выдвижных столов гидравлических прессов относятся их низкая надежность, длительные простои оборудования и трудоемкость, связанные с их ремонтом или заменой.

Существует новая конструкция, частично лишенная данных недостатков сущность которой заключается в том, что в выдвижном столе вертикального гидравлического пресса, содержащем установленную на нижней поперечине пресса направляющую плиту, на которой смонтированы корпус стола с отверстиями под штанги толкателей и механизм его передвижения, выполнено ступенчатое отверстие в центре корпуса стола со ступенькой посередине его толщины, в котором установлена аналогичная по профилю ступенчатая проставка, при этом сопряжение проставки с корпусом стола по меньшему диаметру выполнено с максимальным натягом, а по большему диаметру - с минимальным натягом.

Выдвижной стол (рис. 1.3) вертикального гидравлического пресса содержит корпус 1 с отверстиями 2 под штанги 3 выталкивателей и механизм передвижения 4, состоящий из правого гидрацилиндра 5 и левого - 6. В центре корпуса стола 1 по вертикальной оси пресса выполнено ступенчатое отверстие, в которое установлена проставка 7, сопрягаемая с отверстием в корпусе меньшим диаметром 8 со стороны поверхности скольжения 9, а большим диаметром 10 - с противоположной наружной поверхности 11 стола, при этом сопряжение проставки с корпусом по диаметру 8 выполнено с максимальным натягом, а по диаметру 10 - с минимальным натягом. При перемещении стола под пресс его ход ограничивается упорами 12, а при выдвижении из-под пресса - упорами 13. Стол перемещается по направляющим плитам 14, которые закреплены к верхней поверхности поперечины 15 пресса.

Рисунок 1.3 - Выдвижной стол вертикального гидравлического пресса[5]]

Максимальный расчетный натяг между отверстием корпуса 1 и меньшим диаметром 8 проставки 7 создает в нижней части проставки предварительные напряжения сжатия (до нагружения стола в его статическом положении), которые превышают напряжения растяжения в нижних наружных волокнах проставки, возникающие при нагружении стола технологическим усилием пресса. Посадка с минимальным натягом между корпусом и большим диаметром 10 проставки обеспечивает плотность их соединения, благодаря чему предотвращается попадание воды, окалины, грязи и пр. в соединение.

Ступенька соединения корпуса с проставкой выполнена посредине толщины рабочего сечения стола в нейтральном слое, поэтому имеющиеся концентраторы напряжений в виде радиусов в углах отверстия корпуса и в переходе диаметров проставки не будут влиять на прочностные качества стола. При нагружении выдвижного стола технологическими нагрузками при работе пресса проставка с отверстиями под толкатели выталкивателей будет испытывать только напряжение пульсирующего сжатия, которые даже при наличии концентраторов напряжений предотвращают развитие усталостных трещин и практически исключают поломку стола.

Работа выдвижного стола осуществляется следующим образом. Посредством правого гидроцилиндра 5 механизма передвижения корпус 1 вместе с закрепленным на нем инструментом (не показан), перемещаясь по направляющим плитам 14 до упоров 12, устанавливается на оси пресса, где совершается рабочий цикл.

Под воздействием технологического усилия пресса нагрузка от заготовки через инструмент, установленный на наружную поверхность 11 стола, передается через проставку 7 и корпус 11, а также направляющие плиты 14 на поперечину 15 и замыкается в силовой раме пресса. При этом поперечина 15 прогибается на величину упругих деформаций, и вместе с ней прогиб отслеживает выдвижной стол.

В зависимости от размеров опорной поверхности инструмента часть нагрузки передается на поперечину через проставку 7 и ее бурт, а часть - непосредственно через корпус 1. Возникающие напряжения растяжения в нижних слоях проставки компенсируются превышающими их напряжениями сжатия от расчетного натяг в соединении проставки с корпусом по нижним диаметрам, благодаря чему исключается развитие усталостных трещин в зоне концентрации напряжений (в зоне отверстий под штанги выталкивателей).

По окончании рабочего цикла для загрузки следующей заготовки или для смены инструмента выдвижной стол выдается из-под пресса посредством механизма передвижения. При этом в левый гидроцилиндр 6 подается давление жидкости, а правый гидроцилиндр 5 соединяется со сливом, и корпус 1, перемещаясь по направляющим плитам 14 до упоров 13, выдвигается из рабочей зоны пресса.

Такая конструкция стола пресса позволяет повысить надежность его работы, значительно снизит простои и трудозатраты, связанные с ремонтами и заменами оборудования.

1.3 Анализ существующих методик расчетов базовых деталей гидравлических прессов

Самые большие усилия среди технологических машин развивают гидравлические прессы, осуществляющие процессы обработки давлением. Усилие пресса создается и воспринимается базовыми деталями (гидравлическими цилиндрами, поперечинами, колоннами, элементами рамных станин). Поэтому базовые детали мощных гидравлических прессов при предельных по технологическим возможностям крупнейших машиностроительных заводов габаритах и массе имеют весьма высокие уровни удельных нагрузок. Это является причиной того, что возможность создания мощного гидравлического пресса и обеспечение его надежной работы при длительной эксплуатации определяются, во многих случаях, возможностью обеспечения прочности базовых деталей. Общепринятые запасы прочности назначаются на основании общепринятых  методов расчета напряженного состояния и прочности.

Например, расчет и проектирование средней зоны цилиндра гидравлического пресса (та его часть, которая расположена на расстоянии 1,5…2 внутренних радиусов от днищ и фланца) выполняется по формулам Ляме [3,7]. Для цилиндров, опирающихся на фланец, эти формулы имеют вид:

                                                ;                                                                   (1.2)

                             ;                                            (1.3)

                                         ,                                                    (1.4)

где     - радиальное, тангенциальное и аксиальное напряжения соответственно;

- наружный и текущий радиусы цилиндра.

В соответствии с теорией прочности эквивалентное напряжение в средней зоне цилиндра определяется по формуле:

                .                        (1.5)

Подставляя в выражение (4) значения нормальных напряжений , определенных по формулам (1), (2) и (3), и полагая, что , найдем:

                                            ,                                                   (1.6)

где                                                  .                                                        (1.7)

Прочность цилиндра в его средней зоне считается обеспеченной, если .

При проектировании цилиндров рассмотренная задача расчета их средней зоны на прочность решается в обратном порядке.

Если задано нормальное усилие пресса , а количество цилиндров m и давление рабочей жидкости p подобраны, то их внутренний радиус однозначно определяется по формуле:

                                                   ,                                                (1.8)

где - коэффициент, учитывающий зазор между плунжером и внутренней поверхностью цилиндра (здесь - радиус цилиндрической части плунжера).

Коэффициент изменяется в пределах 1,03…1,08  для цилиндров плунжерного типа и равен 1 для поршневых цилиндров.

Подставляя в формулу (1.5) вместо эквивалентного напряжения допускаемое и производя соответствующие преобразования, получим:

                                              .                                                   (1.9)

Заменяя в выражении (1.7) коэффициент k его значением () и используя зависимость (1.6), выведем формулу для определения наружного радиуса цилиндра, опирающихся на фланец.

                                                                                    (1.10)

Проектирование и расчет опорного фланца выполняется по следующим рекомендациям [3,7]: основные геометрические параметры опорного фланца выбираются из установившихся на практике соотношений ( высота опорного фланца должна быть не меньше двух толщин стенки цилиндра (), а радиус сопряжения наружной стенки с буртом должен составлять ).

Наружный радиус фланца определяется по формуле:

                                          ,                                              (1.11)

где   -  усилие, развиваемое цилиндром;

- допускаемое контактное напряжение (смятие) на опорной поверхности фланца;

- радиус внутренней окружности кольцевой площади контакта фланца с траверсой.

Допускаемое напряжение смятия на опорной поверхности фланца рекомендуется принимать равным  90…140 МПа, в зависимости от условий опирания цилиндра, марки металла и других факторов.

Все существующие в настоящее время методики расчетов опорного  фланца на прочность имеют общий недостаток: в них не учитываются реальная форма и геометрические параметры переходной галтели.

Приведенные расчеты не учитывают реальные геометрию и условия взаимодействия сопряженных деталей, а прочностные характеристики материалов определяются по справочным данным. Поэтому запас прочности по общепринятым представлениям является мерой нашего незнания. 

В настоящее время, при совершенствовании вычислительной техники, стало возможным проектирование базовых деталей  гидравлических прессов с помощью метода конечных элементов.

Метод конечных элементов (МКЭ) в настоящее время является стандартом при решении задач механики твердого тела посредством численных алгоритмов. Популярный в свое время метод конечных разностей, а также претендовавший на универсальность метод граничных элементов (граничных интегральных уравнений) сейчас занимают достаточно узкие ниши, ограниченные исследовательскими или специальными задачами. МКЭ занял лидирующее положение благодаря возможности моделировать широкий круг объектов и явлений. Абсолютное большинство конструктивных элементов, узлов и конструкций, изготовленных из самых разнообразных материалов, имеющих различную природу, могут быть рассчитаны посредством МКЭ. При этом, разумеется, нужно учитывать неизбежные при любой численной аппроксимации условности и погрешности. Поэтому вопрос соответствия между расчетной моделью и реальностью является, пожалуй, основным при использовании программ анализа. Несмотря на то, что такие программы имеют более или менее подробную документацию, они все равно остаются определенной степени черными ящиками. Это означает определенную непредсказуемость результатов, а также некоторый произвол в их интерпретации. Следовательно, качество заключений, принимаемых на основе результатов, всецело зависит от квалификации, а также, применительно к расчету на прочность, принципиального знакомства с основами МКЭ.

Однако в тоже время МКЭ обладает существенным недостатком, к которому относится значительные затраты машиновремени для расчетов, которые в некоторых случаях достигают несколько часов, а так же трудоемкость.


2 ОБЩАЯ ЧАСТЬ. ПРОЕКТ КОВОЧНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА

УСИЛИЕМ 150МН

2.1 Описание работы пресса

 Гидравлический ковочный пресс (рис 2.1) представляет собой агрегат вертикальной конструкции и состоит из двух неподвижных поперечин 2 и 3 , соединенных между собой четырьмя колоннами 6 с разъемными гайками, затягиваемыми на горячо. Между подвижными поперечинами расположена траверса 4 , перемещающаяся по колоннам пресса, которая при рабочем ходе может передать на поковку максимальное усилие 150МН.

1-рабочие цилиндры; 2-верхняя неподвижная поперечина; 3-нижняя неподвижная поперечина; 4-подвижная поперечина; 5-опоры пресса; 6-коллона; 7-ходоограничители

Рисунок 2.1 – Пресс гидравлический ковочный усилием 150 МН

Поперечина 3 служит основанием пресса. Ее средняя часть, собранная из четырех массивных деталей, зафиксированных друг относительно друга в вертикальном направлении клиньями и соединенных стяжками, установлена на опоры 5.

Опоры закреплены на фундаменте анкерными болтами и воспринимают массу пресса. Стол пресса состоит из трех частей, соединенных между собой в замок, на свободных концах имеются пазы для крепления предохранительных фартуков, перемещающихся вместе со столом. На верхней рабочей поверхности стола с размерами 4700/12000 есть продольные планки, по которым скользят и устанавливаются наборы бойков.

Нижняя поперечина оборудована боковым выталкивателем, который установлен в специальных расточках средней части станины и промежуточной проставки. Выталкиватель применяют при производстве штамповочных работ. 

Верхняя поперечина пресса 2 состоит из двух частей, соединенных между собой стяжными шпильками. В расточки поперечины вмонтированы три рабочих цилиндра 1. Плунжер среднего цилиндра своим нижним торцом опирается  на траверсу и жестко крепится к ней через фланец посредством вертикальных стяжек, затянутых на горячо, боковые плунжеры закрепляются не жестко и имеют некоторую свободу для самоцентрирования.

В боковых приливах поперечины расположены возвратные и уравновешивающие цилиндры. На каждой стороне вмонтировано по одному уравновешивающему и двум возвратным цилиндрам. Плунжеры их опираются в поперечины, соединенные с помощью тяг с подвижной траверсой, при движении тяги направляются втулками. Траверса состоит из базовой несущей отливки (собственно траверсы) и двух балок – подколонников, жестко связанных с нижней поверхностью вертикальными стяжками, затягиваемых с предварительным нагревом. К нижней поверхности траверсы с помощью двух клиньев, действующих от пневмоцилиндров, осуществляется закрепления и раскрепления корпуса верхнего бойка.

Все основные силовые детали пресса – подвижная и неподвижная поперечины, - выполнены литыми из стали 35Л. 

Рабочие цилиндры и плунжеры сварно-кованные, сваренные электрошлаковым способом, первые из стали 25ГС, вторые – из стали 20. Для увеличения срока службы плунжеры гидроцилиндров имеют износостойкую наплавку, которую со временем можно прошлифовать и восстановить с повторной наплавкой до нужного размера.

Уплотнением гидроцилиндра пресса служат наборы шевронных манжет из прорезиненной ткани.

Смазываются трущиеся поверхности узлов пресса от централизованной установки, которая периодически подает густую смазку под давлением в точки питания по маслопроводу через питатели.

Для сбора отработанной смазки на траверсе и на станине установлены маслосборники.

Система обеспечивает:

заполнение рабочих цилиндров жидкостью давлением 0,5….0,8 МПа при ходе приближения траверсы (холостого хода);

-заполнение рабочих цилиндров, не нагруженных высоким давлением на рабочих ступенях;

-прием жидкости из рабочих цилиндров, при возвратных ходах;

перелив избыточной жидкости в питательные баки НАС;

-поддержание в трубопроводах пресса постоянного избыточного давления.

Главный клапанный распределитель подключен к НАС через блок запорный, сервопривод которого управляется распределителем с гидромеханическим приводом.

На линии трубопроводов высокого давления между главным распределителем и рабочими цилиндрами установлены наполнительные, подклапанные полости которые связаны трубопроводом низкого давления с наполнителем.

Сервоцилиндры наполнительных клапанов управляются тремя двухклапанными распределителями. При этом надклапанные полости напорных клапанов сообщены с линией постоянного давления Ру=32Мпа, а их подклапанные полости с сервоцилиндрами наполнительных клапанов. Одновременно подклапанные полости сливных клапанов соединены трубопроводом между собой и через сливной клапан с линией управления возвратными цилиндрами, а через сливной клапан – со сливным трубопроводом.

Уравновешивающие цилиндры пресса подключены к линии постоянного давления Ру=32Мпа.

Для сглаживания гидроударов в процессе ковки или отделочных операций на линии питания уравновешивающих цилиндров, в районе главного распределителя, установлен поршневой пневмогидравлический компенсатор, воздушная полость которого соединена через вентили с воздушными баллонами. Зарядка компенсатора осуществляется от компенсатора НАС сжатым воздухом до давления 16Мпа, которое контролируется предохранительным клапаном и визуально манометром.

Система управления гидравлическим прессом может работать в следующих режимах: осадка, ковка и шлихтовка (отделочные хода). Система позволяет также вести отдельные штамповочные работы на прессе.

Режим Осадка предусматривает работу пресса при подаче высокого давления одновременно в три рабочих цилиндра.

Режим Ковка, как правило, осуществляется на одной из промежуточных ступеней усилий при нагружении одного центрального, либо двух боковых рабочих цилиндров.

В этом режиме могут нагружаться все три рабочие цилиндры, т.е. будут повторятся все операции режима Осадка.

Выбор необходимой ступени усилия осуществляется непосредственно с пульта управления.

В режиме Шлихтовка обеспечивается перемещение подвижной траверсы пресса с рабочим ходом не более 40мм. Шлихтовка, как правило, осуществляется одним центральным рабочим цилиндром, реже двумя боковыми рабочими цилиндрами.

2.2 Техническая характеристика пресса

Техническая характеристика гидравлического ковочного пресса усилием 150 МН представлена в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Техническая характеристика пресса

№ п/п

Наименование

Единицы измерения

Величина

1

2

3

4

1.

Рабочее усилие пресса при давлении жидкости 32 МПа

МН

150

2.

Количество ступеней усилия

3

3.

Номинальное усилие ступеней:

первая ступень

МН

50

вторая ступень

МН

100

третья  ступень

МН

150

4.

Привод пресса

Насосно-аккум.

5.

Давление рабочей жидкости насосно-аккумуляторной станции

МПа

32

6.

Максимальный ход траверсы

мм

4000

8.

Расстояние между осями колонн

мм х мм

3700х7000

9.

Расстояние между колоннами пресса в свету по ходоограничителям:

- вдоль стола пресса;

мм

3500

- поперек стола пресса.

мм

6800

10.

Скорость передвижения траверсы:

-при подъеме и опускании;

мм/сек

300

-при рабочем ходе.

мм/сек

80

11.

Количество рабочих ходов в минуту при усилии и величине хода:

- 150 МН (ход 300 мм);

10

-100 МН (ход 200 мм);

12

-50 МН (ход 150 мм);

14

-отделочных (до 50 мм).

40

12.

Размеры рабочей поверхности стола

мм х мм

4700 х 12000

13.

Ход стола влево и вправо от оси пресса

мм

10000

14.

Скорость перемещения стола

мм/сек

До 200

Продолжение таблицы 2.1

15.

Усилие возвратных цилиндров

МН

15

16.

Усилие уравновешивающих цилиндров

МН

5,14

17.

Выталкиватель боковой :

- усилие

МН

6,3

-  ход над столом

мм

400

- ход над уровнем стола

мм

350

- расстояние от оси пресса до оси выталкивателя

мм

400

18.

Допустимый эксцентриситет ковки

мм

300

19.

Габариты пресса

- в плане

мм х мм

14240 х

47450

- высота над уровнем пола

мм

19860

- общая высота

мм

27860

- заглубление

мм

8000

20.

Масса собственного пресса

т

3400

21.

Масса наиболее тяжелой детали

т

145

2.3 Средства автоматизации и механизации штамповки на прессе

Ковка крупных и среднегабаритных деталей является весьма трудоёмким процессом. При ковке крупных поковок вследствие значительной трудоёмкости производительность прессового оборудования значительно снижается. Если при ручном обслуживании среднее использование числа ходов пресса при штамповке крупногабаритных деталей не превышает 45, то при автоматизированной  работе оно увеличивается до 70%. Средства механизации, автоматизации процессов ковки:

-Для основных технологических операций штамповки:

-Ковочные краны;

-Ковочные манипуляторы.

Для вспомогательных операций штамповки:

-Транспортировка металла и сталелирование заготовок:

-Механизмы для внутрицехового перемещения деталей и полуфабрикатов;

Устройства для сбора и транспортировки отходов;

-Механизмы и устройства для обслуживания промежуточных складов заготовок деталей.

Наладочно–регулировочные работы:

-Механизмы для смены штампов на прессах;

-Механизмы и устройства для регулировки и наладки прессов, штампов и средств механизации.

2.4 Номенклатура прессовых поковок

Номенклатура прессовых поковок приведена в табл. 2.2.

Таблица 2.2- Номенклатура прессовых поковок пресса 150 МН  

п/п

Тип поковки

Эскиз поковки

Габаритные размеры, мм. Масса поковок тн. (в год)

Пресс 150МН

тн

1

2

3

4

5

1

Гладкие круглого сечения

Д2500 мм

L20000 мм

Qпок130,0т.

36000,0

2

Квадратного

сечения

А1800 мм

L10000 мм

Qпок130,0 т.

3000,0

3

Прямоугольного

сечения

Н500 мм

В3200 мм

L10000 мм

Qпок130,0 т.

9000,0

4

Круглого сечения с уступами

Д12500 мм

Д2500 мм

L10,3Д1 

L12000 мм

Qпок130,0 т.

3000,0

Продолжение таблицы 2.2

5

Круглого сечения с выемкой

Д12500 мм

Д2500 мм

L12000 мм

L10,3Д1 

L22

Qпок130,0 т

600,0

6

Диски сплошные и с отверстиями

Д4000 мм

Н500 мм

d 450 мм

Qпок130,0 т

600,0

7

Шестерни с отверстиями и без

Д3500 мм

Н850 мм

d 450 мм

Qпок130,0 т.

600,0

8

Цилиндры пустотелые

Д12500 мм

d 300 мм

L8000 мм

S 250 мм

Qпок85,0 т.

3600,0

9

Бандажи,кольца

Д5500 мм

Н850 мм

S 250 мм

Qпок100,0 т.

3600,0

2.5 Технологический процесс ковки

Определение размеров слитков для поковки полых цилиндров, получаемых протяжкой на оправке.

Исходные данные:

D=1070 мм.;     L =280 мм;

d=970 мм;         l=4645 мм;

d1=590 мм;        l1=4925 мм.

Данная деталь изготавливается с помощью ковки на гидравлическом ковочном прессе усилием 150 МН. Припуски и допуски назначаются по ГОСТ 7062-79. Рассчитанные значения диаметральных размеров поковки приведены в табл. 1.7 и 1.8

Таблица 1.7 - Расчет диаметральных размеров поковки

Диаметр детали, мм.

δ+∆/2, мм.

Dосн-D, мм.

Дополнительный припуск

Диаметр поковки, мм.

расчетный

округленный

Ø1070

47±20

0

0

1117

1120±20

Ø970

45±20

100

18

1015

1020±20

Ø590

41±30

480

22

439

430±30

Таблица 1.8 - Расчет размеров поковки

Длина элемента детали, мм.

Припуск δ допуск ∆/2, мм.

Длина элемента поковки, мм.

Расчетная

Округленная

4925

4645

280

280±120

90±120

185±80

5385

4915

465

5390±120

4920±120

470±80

Расчетную массу слитка определяют по формуле:

.

Массу поковки рассчитывают по номинальным размерам с учетом металла в галтелях, определяемого по номограмме [5, c. 391] и скосах после обрубки. Определим массу поковки по следующим формулам:

;

;

;

;

;

;

Тогда масса поковки составит:

кг;

кг;

 кг;

кг;

кг;

кг.

Определим массу слитка по формуле:

кг.

Коэффициент выхода годного (η) для стали 35 ГОСТ 1050-88 и массе поковки 30800 кг., составляет 64.

Массу отходов определяем по формуле:

;

кг

кг.

Принимаем массу слитка равной 51600 кг.

Определим значение расходуемых коэффициентов:

КВТ=;

;

 кг

КВТ=;

η=;

η=;

КИМ=;

КИМ=.

Определим режим нагрева, количество нагрева и температурный режим ковки. Режим нагрева устанавливается из условия, что нагреваем «горячий» слиток.

При массе слитка 51600 кг и диаметра 1390 мм общее время нагрева -9ч., при выдержке 7ч.

Температурный интервал ковки ст35 составляет

-перед ковкой 12600 ;

-после ковки 7500.

Для определения количества нагревов определяем величину укова полученную при протяжке слитка.

;

;

;

Для прошивки отверстия определим диаметр осаженной заготовки и диаметр полого прошивня.

;

мм;

 мм;

мм.

Принимаем полый прошивень диаметром 550 мм., внутренний диаметр 300 мм.

3 ПРОЕКТИРОВОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ МАШИНЫ

3.1 Расчет параметров насосно-аккумуляторного привода пресса

Определяем площадь плунжера рабочего цилиндра, его диаметр и суммарную площадь плунжеров возвратных цилиндров:

где Fр - площадь рабочего плунжера, м2;

Rтр - сила трения в манжетах рабочего плунжера (Rтр0,05....0,06Рн),МН;

Dпл - диаметр рабочего плунжера (принимают ближайший размер по ГОСТ 22704-77 на манжеты шевронные резинотканевые), м;

Fв - суммарная площадь плунжеров возвратных цилиндров, м2.

Определяем площади проходного сечения и диаметры трубопроводов, соединяющих аккумулятор с рабочим цилиндром и возвратные цилиндры со сливным баком:

  

где  fтр, dтр - площадь проходного сечения и диаметр трубопровода аккумулятор - рабочий цилиндр, м2, м;

fв,dв - площадь проходного сечения и диаметр трубопровода возвратных цилиндров, м2, м;

Vжтр - допустимая скорость жидкости в трубопроводе (Vжтр=15...20м/с).

Определяем величины рабочего, холостого и возвратного ходов пресса:

Sрх=0,07H;   Sхх=1,5Sрх;    Sвх=Sрх+Sхх,

где Sрх,Sвх, Sхх - величины рабочего, возвратного и холостого ходов.

Определяем время цикла и число ходов пресса в минуту:

Tц=tхх+tрх+tвх+tп;

где  tхх, tрх, tвх - время холостого, рабочего, возвратного ходов (tхх=Sхх/Vхх; tрх=Sрх/Vрх; tвх=Sвх/Vвх), с;

Vxx - скорость холостого хода (Vxx  250…300мм/с);

Vpx - скорость рабочего хода (Vpx  70…120мм/с);

Vвx - скорость возвратного хода (Vвx  300…400мм/с);

tп - продолжительность пауз в рабочем цикле (tп1,5 tрх), с;

n - число ходов пресса в минуту, х/мин.

Определяем маневровый объем жидкости в баллоне аккумулятора, заключенный между верхним и нижним рабочим уровнями (см. рис.3.1):

где Wм - маневровый объем, м3.

Определяем суммарную производительность насосов станции:

,

где Qнс - суммарная производительность насосов, л/мин;

Wц - объем жидкости, потребляемый всеми механизмами пресса за цикл (Wц1,25Wм), м3;

о - объемный КПД насосов (о0,9).

Определяем количество насосов станции:

где  nп - количество насосов, шт;

qн - производительность одного насоса , л/мин;

nр - количество резервных насосов (один резервный насос на 3....4 рабочих), шт.

Определяем общий объем жидкости в гидробаллоне станции.

Полный объем жидкости в гидробаллоне складывается из следующих величин:

Wб=Wм+Wва+Wна+Wвр+Wнр,

где  Wб - общий объем жидкости в гидробаллоне, м3;

Wва - объем жидкости между верхним рабочим и верхним аварийным уровнями (Wва0,3Wм), м3;

Wна - объем жидкости между нижним рабочим и нижним аварийным уровнями (Wна0,25Wм), м3;

Wвр,Wнр - верхний и нижний резервные объемы жидкости в баллоне, м3.

Верхний резервный объем необходим для того, чтобы предотвратить аварийное повышение давления в баллоне и его переполнение, если при превышении аварийного верхнего уровня в баллоне не сработает автоматика и не отключит насосы от сети. Его выбирают, исходя из суммарной производительности насосов, подающих жидкость в баллон, и времени, необходимого для их ручного отключения из сети.

Wвр=Qнсtоткл,

где  tоткл - время, необходимое для ручного отключения насосов от сети (tоткл5...6 с), с.

Нижний резервный объем необходим для того, чтобы предотвратить полное опорожнение баллона и прорыв сжатого воздуха в гидросистему пресса, если не сработает автоматика при прохождении нижнего аварийного уровня и не включит клапан-автомат, отсекающий гидробаллон от системы. Он выбирается, исходя из величины наибольшего расхода жидкости из баллона и времени, необходимого для ручного перекрытия оператором запорного вентиля:

Wнр=Qбmaxtрп,

где  Qбmax - наибольший расход жидкости из баллона (Qбmax=FрVрх), м3/с;

tрп - время ручного перекрытия запорного вентиля (tрп6...7 с).

Определяем скорость падения уровня в выбранном гидробаллоне при наибольшем расходе жидкости из него и сравнивают с допустимой:

где  Vур - скорость падения уровня жидкости в баллоне, м/с;

Fб - внутренняя площадь сечения баллона, м2;

Vур - допустимая скорость падения уровня жидкости в баллоне, исходя из условия необразования воронки (Vур=0,3....0,4 м/с).

Определяем суммарный объем и количество газовых баллонов аккумулятора.

Газовые баллоны необходимы для компенсации падения давления в гидробаллоне при отборе из него маневрового объема жидкости. По условиям прочности падение давления в баллоне допускается не более, чем на 10%. Это условие будет выдержано, если суммарный объем газовых баллонов составит

где  Wг - суммарный объем газовых баллонов, м3;

nг - количество газовых баллонов, шт.;

Wг1 - объем одного газового баллона;

W - разница между объемом выбранного гидробаллона и общим объемом жидкости в нем (W = Wбалл - Wб).

Определяем суммарную мощность действующих насосов насосно-аккумуляторной станции:

где  Nнс - суммарная мощность насосов станции, кВт;

э - эффективный КПД насосов (э0,85).

3.2 Расчет параметров наполнительно-сливной системы пресса

Наполнительно-сливная система пресса выполняет следующие функции:

- заполнение рабочего цилиндра жидкостью низкого давления на ходе приближения поперечины к поковке;

- прием рабочей жидкости, сливаемой из рабочего и возвратного цилиндров, и перепуск ее в питательный бак насосно-аккумуляторной станции.

Расчет объема наполнительно-сливного бака

Полный объем наполнительно-сливного бака складывается из следующих величин:

Wб=Wбм+Wбр+Wбв,

где  Wб - полный объем наполнительно-сливного бака, м3;

Wбм - маневровый объем жидкости в баке, равный объему, вытесняемому плунжерами пресса за один полный ход (Wбм=(Fр+Fв)Sвх),м3;

Wбр - резервный объем жидкости в баке (Wбр1,5Wбм), м3;

Wбр - объем воздуха в баке (Wбв3Wбм), м3.

Расчет диаметра проходного сечения наполнительного трубопровода

Проходное сечение наполнительного трубопровода, соединяющего наполнительно-сливной бак с рабочим цилиндром, определяют из условия неразрывности струи в трубопроводе при заполнении цилиндра жидкостью низкого давления из бака на ходе приближения поперечины к поковке:

где  f н.тр - площадь проходного сечения наполнительного трубопровода, м2;

Vхх - скорость холостого хода пресса (см. ранее), м/с;

[Vж]н.тр - допустимая скорость жидкости в наполнительном трубопроводе ([Vж]н.тр5...7 м/с), м/с;

dн.тр - диаметр проходного сечения наполнительного трубопровода, м.

Расчет проходного сечения наполнительно-сливного клапана

Наполнительно-сливной клапан служит для соединения полости рабочего цилиндра с наполнительно-сливным баком на ходе приближения поперечины к поковке и разобщения их во время рабочего хода. Кроме того, на ходе поперечины вверх через наполнительно-сливной клапан жидкость из рабочего цилиндра вытесняется в бак. Площадь и диаметр проходного сечения клапана определяют из уравнения неразрывности струи в клапане на ходе приближения поперечины к поковке (холостом ходе):

где  fнск, dнск - площадь и диаметр проходного сечения наполнительно-сливного клапана, м2, м;

[Vж]нск - допустимая скорость жидкости в клапане ([Vж]нск=8....10), м/с.

Проверка давления в рабочем цилиндре на ходе приближения поперечины к поковке

На холостом ходе происходит заполнение рабочего цилиндра жидкостью низкого давления из бака. При этом важно, чтобы давление в рабочем цилиндре не упало ниже атмосферного и не произошло разрыва струи в наполнительном трубопроводе. Скорость холостого хода должна соответствовать пропускной способности наполнительной системы:

pхх=pб-pгп-pстpmin,

где  pхх - давление в рабочем цилиндре пресса на холостом ходе, МПа;

pгп - потери давления на преодоление гидравлических сопротивлений наполнительного трубопровода, МПа;

pст - потери напора из-за разницы уровней жидкости в цилиндре и наполнительно-сливном баке, МПа;

pmin - минимально-допустимое давление в рабочем цилиндре на холостом ходе (pmin =0,1...0,05МПа).

где  н.тр - суммарный коэффициент гидравлического сопротивления наполнительного трубопровода ( 12….15);

q - ускорение свободного падения (q = 9,8м/с2);

Vж - скорость жидкости в наполнительном трубопроводе ,м/с;

- плотность рабочей жидкости ( = 1000кг/м3);

И – разница уровней жидкости в наполнительном баке и рабочем цилиндре (И=8….12 м).

Если pхх< pmin , снижают скорость холостого хода поперечины пресса.

Расчетные данные приведены в (табл. 3.1)

Таблица 3.1- Данные расчетов насосно-аккумуляторного привода

Fр, м2

Dпл, м

Fв, м2

fтр, м2

dтр, м

fтр, м2

dв, м

Sрх, мм

Sхх, мм

1,641

1,45

0,148

0,027

0,19

0,0025

0,06

280

420

Sвх, мм

Тц, с

n, ход/мин

txx, с

tрх

tвх

tп, с

Wм, м3

Qж, л/мин

700

14

4

1,68

4

2,33

6

0,804

4781

Wц, м3

nн, шт

Wб, м3

Wва, м3

Wна, м3

Wвр, м3

Wнр, м3

Qбmax, л/мин

Vур, м/с

1,01

13

2,334

0,241

0,201

0,398

0,689

6,891

0,218

Wг, м3

nг, шт

W, м3

Nнс, кВт

Wб, м3

Wбм , м3

Wбр , м3

Wбв , м3

fн.тр, м2

11,876

2

1,666

3

6,885

1,252

1,878

3,755

0,059

dн.тр, м

fнск, м2

dнск, м

рхх, МПа

ргп, МПа

рст, МПа

Vж, м/с

q , м/с

н.тр

0,275

0,046

0,245

0,11

0,306

0,083

7

9,8

15

Расчеты по насосно-аккумуляторному приводу пресса производятся с помощью программы Mathcad 2000 Professional и приведены в (приложении А).

3.3 Расчет рабочего цилиндра на прочность

1-корпус цилиндра; 2-плунжер; 3-направляющая втулка; 4-узел уплотнения плунжера; 5-неподвижная поперечина; 6-бурт цилиндра; 7-отверстие для отвода жидкости

Рисунок 3.3 – Рабочий цилиндр пресса

Определяем площадь и диаметр плунжера и наружный диаметр уплотнительных манжет(рис.3.3):

м2

;

м,

где Fпл, Dпл - площадь и диаметр рабочего плунжера, м2, м;

Rтр - сила трения в манжетах плунжера , МН.

Полученный диаметр плунжера округляем до ближайшего диаметра по ГОСТ 22704-77 на манжеты шевронные резинотканевые. Сразу же определяют наружный диаметр манжеты D1 (см. рисунок 2.3).

Принимаем Dпл=1,45 м, D1=1,5 м.

Определяем наружный и внутренний диаметры цилиндра и толщину стенок:

;

мм

;

мм

;

мм

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

48

ДГМА.000000.220.ДППЗ

;

мм,

где Dвн - внутренний диаметр цилиндра, мм;

Dн - наружный диаметр цилиндра, мм;

rвн, rн -внутренний и наружный радиусы цилиндра, мм;

[]=120 - допускаемые напряжения материала цилиндра, МПа.

Определяем толщину стенок цилиндра:

tст  =  rн - rвн;

tст=1002-735=265 мм,

где tст - толщина стенок цилиндра, м.

Определяем толщину днища цилиндра:

hдн = (1,5…2,0)tст;

мм,

где  hдн- толщина днища цилиндра, м.

Проверяют напряжение в днище и сравнивают его с допустимыми:

МПа,

где  дн - напряжение в днище цилиндра, МПа;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

49

ДГМА.000000.220.ДППЗ

- коэффициент ослабления днища отверстием для подвода жидкости (=0,75....0,8);

- допускаемые напряжения материала цилиндра (см. выше), МПа.

Проверяем эквивалентные напряжения на внутренних волокнах стенок цилиндра.

Каждый элемент стенки цилиндра, находящегося под давлением, подвергается воздействию трех видов напряжений: радиального, тангенциального и осевого (рисунок 3.4). По формулам Лямэ определяют напряжения на внутренних волокнах стенок цилиндра, как наиболее нагруженных:

МПа.

МПа.

 ;

МПа,

где  r,,z – соответственно, радиальные, тангенциальные и осевые напряжения, МПа.

Определяют эквивалентные напряжения по формуле:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

50

ДГМА.000000.220.ДППЗ

;

МПа

где экв – эквивалентные напряжения, МПа;

э=120 – допускаемые эквивалентные напряжения, МПа.

Рисунок 3.4 – Элемент стенки цилиндра, находящегося под давлением

Рассчитываем бурт цилиндра на прочность. Принимаем:

hб=(1,1....2)tст;

мм;

bб=(0,3...0,6)tст,

мм,

где  hб - высота бурта корпуса цилиндра, мм;

bб - ширина бурта (см. рисунок 3.3), мм.

Определяют напряжение смятия на опорной (верхней) поверхности бурта:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

51

ДГМА.000000.220.ДППЗ

МПа;

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

52

ДГМА.000000.220.ДППЗ

мм,

где  см - напряжение смятия МПа;

Dб - наружный диаметр бурта мм;

см - допускаемое напряжение смятия материала бурта (см=80), МПа.

Определяем напряжение среза в бурте:

МПа.

где  ср - напряжение среза, МПа;

ср - допускаемые напряжения среза (ср=60), МПа.

 

3.4 Расчет на прочность узла уплотнения плунжера

Узел уплотнения (рис. 3.5) предназначен для предотвращения утечки рабочей жидкости из цилиндра. В качестве уплотнительных элементов используются шевронные резинотканевые манжеты 2 по ГОСТ 22704-77. Жидкость высокого давления, проходя к манжетам через зазор между втулкой 3 и плунжером 1, распирает их острые кромки и уплотняет стыки. При этом жидкость стремится выдавить манжеты из цилиндра 4. Этому препятствуют нажимная втулка 5, шпильки 6 и фланец 7.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

53

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Рисунок 3.5 - Узел уплотнения плунжера

Определяем усилие, действующее со стороны манжет на фланец и шпильки:

Ршп=0,785(D12-Dпл2а,

Ршп=0,785(15002-14502)32=3,7 МН.

где Ршп - усилие, действующее на шпильки, МН;

D1 - наружный диаметр манжет (см. п.2.2), мм.

В соответствии с диаметром плунжера задаемся количеством шпилек и рассчитываем усилие, действующее на одну шпильку:

Р1шпшп/nшп,

Ршп1=3,7/20=0,185 МН,

где  Р1шп - усилие, действующее на одну шпильку, МН;

nшп - количество шпилек (nшп8...24), шт.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

54

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Определяем минимальную площадь поперечного сечения шпильки и выбирают по ГОСТ 9150-80 на резьбы метрические ближайший размер резьбы шпильки:

мм2

;

мм.

где  fшп.min - минимальная площадь поперечного сечения шпильки, м2;

- допускаемые напряжения растяжения материала шпильки (=80), МПа.

Принимаем диаметр шпильки 52 мм.

Проверяем напряжения смятия и среза на опорной поверхности фланца:

МПа

МПаМПа,

где  см - напряжение смятия на поверхности контакта фланца и нажимной втулки, МПа;

ср - напряжение среза в теле фланца по диаметру D1, МПа;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

55

ДГМА.000000.220.ДППЗ

см - допускаемые напряжения смятия (см=60), МПа;

ср - допускаемые напряжения среза (ср=50), МПа;

D2 - внутренний диаметр фланца, м;

hфл - высота фланца, м.

;

мм.

Принимаем внутренний диаметр фланца 1470 мм.

hфл(1,5.....2,5)dшп;

мм.

Принимаем высоту фланца 155 мм.

Проверяем фланец на изгиб:

;

МПа.

где  Dшп - диаметр окружности, на которой расположены шпильки , м;

Dср - диаметр средней части опорной поверхности фланца ,м;

Dфл - наружный диаметр фланца, м;

и - допускаемое напряжение изгиба фланца (и=110), МПа.

Dшп=D1+2dшп;

мм

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

56

ДГМА.000000.220.ДППЗ

;

мм

Dфл=Dшп+(2,5...3)dшп;

мм.

3.5 Расчет на прочность узла фланцевого подсоединения подводящей трубы

Трубное фланцевое подсоединение (рисунок 3.6) состоит из: штуцера 5, фланца 3, шпилек 2, гаек 4 и уплотнительной прокладки из отожженной меди 6. При сборке подсоединения шпильки затягивают таким образом, чтобы прокладка была частично смята, заполнила все неровности опорных поверхностей и препятствовала утечкам рабочей жидкости.

Рисунок 3.6- Трубное фланцевое подсоединение

Кроме усилия затяжки, на шпильки также действует гидростатическая сила со стороны сжатой жидкости.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

57

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Рассчитываем площадь и внутренний диаметр подводящего трубопровода:

мм2

;

мм.

Принимаем диаметр трубы 180 мм.

где  fтр, dтр - площадь и диаметр проходного сечения подводящего трубопровода, мм2,мм;

Vплmax - наибольшая скорость опускания плунжера Vплmax300,мм/с;

Vжтр - допускаемая скорость жидкости в подводящем трубопроводе Vжтр x20, м/с.

Определяем наибольшее усилие, действующее на фланец и шпильки:

Ршпгз.пр,

где  Ршп - наибольшее усилие, действующее на шпильки, МН;

Рг - гидростатическое усилие со стороны сжатой жидкости, МН;

Рз.пр - усилие зажатия прокладки, МН;

fпр - площадь прокладки м;

Dпр - наружный диаметр прокладки, м;

b - ширина прокладки (b=6...9), мм;

см - напряжение смятия прокладки из отожженной меди (см=120),МПа.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

58

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Рг=fтрра;

МН

fпр=0,785(Dпр2-dтр2);

, мм2

Рз.пр=fпрсм;

МН

Dпр=dтр+2b;

мм

 МН.

Задаемся количеством шпилек и рассчитывают усилие, действующее на одну шпильку:

Р1шпшп/nшп;

МН.

где  Р1шп - усилие, действующее на одну шпильку, МН;

nшп - количество шпилек (nшп=8) штук.

Определяем минимальную площадь и диаметр шпильки и выбирают по ГОСТ 9150-80 ближайшую по размеру резьбы:

м2

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

59

ДГМА.000000.220.ДППЗ

м,

где  fшпmin, dшпmin - минимальная площадь и диаметр шпильки, м2 , м;

- допускаемые напряжения материала шпильки (=80), МПа.

Определяем наружный диаметр подводящей трубы:

;

м,

где Dтр - наружный диаметр подводящей трубы, м;

- допускаемое напряжение материала трубы (=100), МПа.

Определяем толщину стенки трубы:

;

м,

где tтр - толщина стенки трубы, мм.

Проверяем фланец на смятие:

;

е=0,6tст;

м;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

60

ДГМА.000000.220.ДППЗ

м;

МПа,

где см - напряжение смятия на опорной поверхности фланца, МПа;

Dшт - наружный диаметр штуцера, м;

е - ширина бурта штуцера, м;

см-допускаемое напряжение смятия материала фланца (см=80),МПа.

Проверяем фланец бурта штуцера на срез:

;

hб=tст;

hб=0,045 м;

МПа,

где ср – напряжение среза в теле бурта, МПа;

hб – высота бурта штуцера , м;

ср - допускаемое напряжение среза (ср=60), МПа.

Проверяем фланец на изгиб:

;

Dшп=Dб+1,5dшп ;

Dср=Dтр+е;

Dфл=Dшп+2,5dшп;

hфл=2dшп;

м;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

61

ДГМА.000000.220.ДППЗ

м;

м;

м;

МПа,

где и - напряжение изгиба на фланце, МПа;

Dшп - диаметр окружности, по которой расположены шпильки, м;

Dср - диаметр средней части опорной поверхности фланца, м;

Dфл - наружный диаметр фланца, м;

hфл - высота фланца, м;

и - допустимое напряжение изгиба фланца (и=110), МПа.

3.6 Расчет возвратного цилиндра на прочность

Определим диаметр плунжера:

; Fпл=,

где Fпл  м2,                                            

здесь Рн=10,28 МН- усилие, развиваемое возвратными цилиндрами;

Rтр -cила трения в манжетах;

n-количество возвратных цилиндров;

ра=32 МПа- давление жидкости в трубе;

Rтр=(0.04…0.06)PH;

Rтр =0.04*10,5=0,6 МН;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

62

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Dпл=м2;

Dпл м2

Принимаем  диаметр плунжера по ГОСТ 22704-77 на манжеты шевронные, диаметр плунжера соответствует внутреннему диаметру манжеты  320 мм., наружный диаметр манжеты 370 мм.

Определяем внутренний диаметр цилиндра

Материал корпуса цилиндра сталь 35

 

;

мм

;

мм.

Определяем радиус наружной поверхности:

;

мм,

где МПа – допускаемое напряжение в стенках цилиндра.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

63

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Рисунок 3.7 – Эскиз возвратного цилиндра

Определим толщину стенки цилиндра.

;

мм.

Определяем толщину днища цилиндра:

hдн = (1,5…2,5)tст;

мм.

где hдн- толщина днища цилиндра, м.

Проверяют напряжение в днище и сравнивают его с допустимыми:

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

64

ДГМА.000000.220.ДППЗ

МПа,

где  дн - напряжение в днище цилиндра, МПа;

- коэффициент ослабления днища отверстием для подвода жидкости (=0,75....0,8);

- допускаемые напряжения материала цилиндра (см. выше), МПа.

Каждый элемент стенки цилиндра, находящегося под давлением, подвергается воздействию трех видов напряжений: радиального r, тангенциального  и осевого z.

;

МПа;

МПа

;

МПа.

Тогда:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

65

ДГМА.000000.220.ДППЗ

МПа;

Рисунок 3.9  - Элемент стенки цилиндра, находящегося под давлением

Рассчитываем бурт цилиндра на прочность. Принимаем:

hб=(1....8)tст;

мм

bб=(0,3...0,6)tст,

мм.

где hб - высота бурта корпуса цилиндра, мм;

bб - ширина бурта, мм.

Определяют напряжение смятия на опорной (верхней) поверхности бурта:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

66

ДГМА.000000.220.ДППЗ

МПа

;

мм.

где  см - напряжение смятия МПа;

Dб - наружный диаметр бурта мм;

см - допускаемое напряжение смятия материала бурта (см=80), МПа.

Определяем напряжение среза в бурте:

МПа.

где  ср - напряжение среза, МПа;

ср - допускаемые напряжения среза (ср=60), МПа.

3.7 Расчет узла уплотнения плунжера возвратных цилиндров

Узел уплотнения (рис. 3.10) предназначен для предотвращения утечки рабочей жидкости из цилиндра. В качестве уплотнительных элементов используются шевронные резинотканевые манжеты 2 по ГОСТ 22704-77. Жидкость высокого давления, проходя к манжетам через зазор между втулкой 3 и плунжером 1, распирает их острые кромки и уплотняет стыки. При этом жидкость стремится выдавить манжеты из цилиндра 4. Этому препятствуют нажимная втулка 5, шпильки 6 и фланец 7.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

67

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Рисунок 3.10 - Узел уплотнения плунжера

Определим усилие, действующее на шпильки фланца:

;

МН.

В соответствии с диаметром плунжера зададимся количеством шпилек и рассчитаем усилие, действующее на одну шпильку.

n =8 – количество шпилек;

;

МН.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

68

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Определим минимальную площадь поперечного сечения шпильки и определим диаметр шпильки:

мм2,

где 80 МПа;

мм.

Выбираем по ГОСТ 9150-80 dшп=42мм.

Проверяем напряжения смятия и среза на опорной поверхности фланца:

МПа

МПа.

где  см - напряжение смятия на поверхности контакта фланца и нажимной втулки, МПа;

ср - напряжение среза в теле фланца по диаметру D1, МПа;

см - допускаемые напряжения смятия (см=60), МПа;

ср - допускаемые напряжения среза (ср=50), МПа;

D2 - внутренний диаметр фланца, м;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

69

ДГМА.000000.220.ДППЗ

hфл - высота фланца, м.

;

мм.

Принимаем внутренний диаметр фланца 340 мм.

hфл(1,5.....2,5)dшп;

мм.

Принимаем высоту фланца 90 мм.

Проверяем фланец на изгиб:

;

МПа.

где  Dшп - диаметр окружности, на которой расположены шпильки , м;

Dср - диаметр средней части опорной поверхности фланца ,м;

Dфл - наружный диаметр фланца, м;

и - допускаемое напряжение изгиба фланца (и=110), МПа.

Dшп=D1+2dшп;

мм;

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

70

ДГМА.000000.220.ДППЗ

мм;

Dфл=Dшп+(2,5...3)dшп;

мм.

3.8. Расчёт трубного фланцевого подсоединения к цилиндру

Рассчитываем площадь и внутренний диаметр подводящего трубопровода:

м2

;

м.

где  fтр, dтр - площадь и диаметр проходного сечения подводящего трубопровода, м2, м;

Vплmax - наибольшая скорость опускания плунжера Vплmax300,мм/с;

Vжтр - допускаемая скорость жидкости в подводящем трубопроводе Vжтр x20, м/с.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

71

ДГМА.000000.220.ДППЗ

1- рабочая часть цилиндра; 2- шпильки; 3- фланец; 4- гайка; 5- штуцер;

Рисунок 3.11 - Трубное фланцевое подсоединение

Определяем наибольшее усилие, действующее на фланец и шпильки:

Ршпгз.пр,

где  Ршп - наибольшее усилие, действующее на шпильки, МН;

Рг - гидростатическое усилие со стороны сжатой жидкости, МН;

Рз.пр - усилие зажатия прокладки, МН;

fпр - площадь прокладки м;

Dпр - наружный диаметр прокладки, м;

b - ширина прокладки (b=6...9), мм;

см - напряжение смятия прокладки из отожженной меди (см=120),МПа.

Рг=fтрра;

МН

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

72

ДГМА.000000.220.ДППЗ

fпр=0,785(Dпр2-dтр2);

м2

Рз.пр=fпрсм;

МН

Dпр=dтр+2b;

мм

;

мм

 МН.

Задаемся количеством шпилек и рассчитывают усилие, действующее на одну шпильку:

Р1шпшп/nшп;

МН.

где  Р1шп - усилие, действующее на одну шпильку, МН;

nшп - количество шпилек (nшп=4) штук.

Определяем минимальную площадь и диаметр шпильки и выбирают по ГОСТ 9150-80 ближайшую по размеру резьбы:

м2

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

73

ДГМА.000000.220.ДППЗ

м.

Принимаем по ГОСТ 9150-80 диаметр шпильки 36 мм.

где  fшпmin, dшпmin - минимальная площадь и диаметр шпильки, м2 , м;

- допускаемые напряжения материала шпильки (=80), МПа.

Определяем наружный диаметр подводящей трубы:

;

м.

где Dтр - наружный диаметр подводящей трубы, м;

- допускаемое напряжение материала трубы (=100), МПа.

Определяем толщину стенки трубы:

;

м.

где  tтр - толщина стенки трубы, м.

Проверяем фланец на смятие:

е=0,6tст;

м

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

74

ДГМА.000000.220.ДППЗ

м

МПа.

где  см - напряжение смятия на опорной поверхности фланца, МПа;

Dшт - наружный диаметр штуцера , м;

е - ширина бурта штуцера, м;

см-допускаемое напряжение смятия материала фланца (см=80),МПа.

Проверяем фланец бурта штуцера на срез:

;

hб=tст;

hб= м

МПа.

где ср - напряжение среза в теле бурта, МПа;

hб - высота бурта штуцера , м;

ср - допускаемое напряжение среза (ср=60), МПа.

Проверяем фланец на изгиб:

;

Dшп=Dб+1,5dшп ;

Dср=Dтр+е;

Dфл=Dшп+2,5dшп;

hфл=2dшп;

м;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

75

ДГМА.000000.220.ДППЗ

м;

м;

м;

МПа.

где и - напряжение изгиба на фланце, МПа;

Dшп - диаметр окружности, по которой расположены шпильки, м;

Dср - диаметр средней части опорной поверхности фланца, м;

Dфл - наружный диаметр фланца, м;

hфл - высота фланца, м;

и - допустимое напряжение изгиба фланца (и=110), МПа.

3.9 Динамический расчет рабочего хода гидропресса с насосно-аккумуляторным приводом

Для успешного проектирования гидравлических прессов, для объективной оценки закладываемых параметров необходимо иметь математические модели этапов машинного цикла пресса и особенно-рабочего хода. Тогда можно ещё до создания пресса в металле промоделировать на ЭВМ его работу, увидев достоинства и недостатки принятых решений, внести соответствующие коррективы в проект, что обойдётся значительно дешевле, чем переделывать уже готовый пресс.

Наиболее сложным и ответственным этапом машинного цикла пресса является рабочий ход, т.е. деформирование поковки. Он делится на несколько этапов:

-разгон и движение поперечины при открывающимся и полностью открытом регулирующем клапане;

-торможение поперечины при закрывающемся клапане;

-выбег поперечины после закрытия клапана.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

76

ДГМА.000000.220.ДППЗ

1- аккумулятор; 2- предохранительный клапан; 3- ручной запорный вентиль; 4- клапан-автомат; 5- коллектор; 6- главный клапанный распределитель; 7- регулирующий клапан; 8- наполнительно-сливной клапан; 9- рабочий цилиндр; 10- возвратные цилиндры; 11- дроссельная шайба

Рисунок 3.9- Упрощённая гидравлическая схема пресса

Составим на основании расчётной схемы, приведённой ниже, дифференциальное уравнение движения поперечины:

М

где   М-масса металлических подвижных частей(поперечина,                                        плунжер), кг;

Vn- скорость поперечины, м/с;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

77

ДГМА.000000.220.ДППЗ

t- время, с;

p,p-давление в рабочем и возвратном цилиндрах, Па;

Fp, Fв -площади возвратных и рабочих плунжеров пресса, м;

g-ускорение свободного падения(g9,8 м/с);

Rтр-сила трения в манжетах рабочего цилиндра и направляющих поперечины, Н;

Rn- сила сопротивления поковки деформированию, Н;

p,p-давление в гидробаллоне аккумулятора и в сливном баке,Па;

-плотность рабочей жидкости (=1000 кг/м );

,-приведенные коэффициенты гидравлического сопротивления магистралей рабочего и возвратных цилиндров;

 Lp, Lв - приведенные длины магистралей рабочего и возвратных цилиндров, м.

Рисунок 3.10-Расчетная схема рабочего хода пресса

Подставив выражение для p,p в основное дифференциальное уравн ние и сгруппировав члены, получим уравнение Риккати, описывающее разгон поперечины на поковке при мгновенном открытии регулирующего клапана:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

78

ДГМА.000000.220.ДППЗ

где -сила инерции Даламбера, Н;

-сила вязкого гидравлического сопротивления, Н;

c-активная сила пресса, Н.

Исходные данные для расчета: Рн=150 МН, ра=32 МПа, рб=0,5 МПа, Н=4000 мм, Fp=4.923 м2, Fв=0,488 м2, fр=0,02461 м2, fв=0,00127 м2, dр=0,18 м, dв=0,04 м.

Определяют массу металлических подвижных частей пресса:

;

кг;

;

т.

где  G - сила веса подвижных частей пресса, Н.

Определяют приведенные длины магистралей рабочего и возвратных цилиндров:

;

м;

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

79

ДГМА.000000.220.ДППЗ

м.

где lр,lв - реальные длины магистралей рабочего и возвратных цилиндров 105 м, 20 м.

Определяют приведенный к рабочему плунжеру коэффициент гидравлического сопротивления магистрали аккумулятор-рабочий цилиндр.

;

где  - коэффициент шероховатости труб (=0,03);

dтр, fтр - внутренний диаметр и площадь проходного сечения трубопровода аккумулятор-рабочий цилиндр, м;

- сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений рабочей магистрали

Определяют приведенный к площади возвратных цилиндров коэффициент гидравлического сопротивления магистрали возвратные цилиндры - сливной бак:

;

где dв, fв - внутренний диаметр и площадь проходного сечения трубопровода возвратных цилиндров м, м2;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

80

ДГМА.000000.220.ДППЗ

- сумма коэффициентов местных гидравлических сопротивлений магистрали возвратных цилиндров

Определяют коэффициенты дифференциального уравнения Риккати :

;

кг;

;

кг;

;

;

МН;

;

МН;

МН;

где а - приведенные движущиеся массы металла и жидкости, кг;

b - коэффициент вязкого гидравлического сопротивления магистрали, кг/м;

с - активная сила пресса, Н.

Определяют наибольшую установившуюся в конце хода разгона скорость поперечины при отсутствии поковки и с поковкой.

В конце хода разгона поперечина приобретает наибольшую установившуюся скорость, ускорение при этом стремится к нулю.

Приравняем в уравнении Риккати ускорение поперечины к нулю и получим:

bVп2-c+Rп=0;   ;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

81

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Обозначим с-Rп/,  тогда .

При Rп=0    с/=с,    

м/с

при Rп=0,7с   с/=0,3с,    ;

м/с.

где  Vп1, Vп2 - наибольшие установившиеся скорости опускания поперечины без поковки и с поковкой (Rп=0,7с), м/с.

Проверяют давление в рабочем цилиндре при движении поперечины с наибольшей установившейся скоростью без поковки:

;

МПа.

где  рр - давление в рабочем цилиндре, МПа;

ррmin - наименьшее допустимое давление в рабочем цилиндре (ррmin=1,0….0,5 МПа).

Строим графики изменения пути, скорости и ускорения поперечины в функции времени по приведенным ниже выражениям, являющимся аналитическим решением дифференциального уравнения Риккати.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

82

ДГМА.000000.220.ДППЗ

где Sп - путь подвижной поперечины, м;

Vп - скорость поперечины, м/с;

jп - ускорение поперечины, м/с2;

ch,th - гиперболические косинус и тангенс .

Ориентировочно время разгона поперечины, в пределах которого строятся графики, можно определить по формуле:

где  tр - время разгона поперечины, с.

Расчеты для построения графиков производим с помощью программы Mathcad  (см. приложении Б).

Рисунок 3.11- График  зависимости  пути  подвижной  поперечины  от  времени  разгона

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

83

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Рисунок 3.12- График  зависимости  скорости поперечины  от  времени  разгона

Рисунок 3.13- График  зависимости  ускорения  поперечины  от  времени  разгона

Таблица 3.5- Расчет для построения графиков

 

tp1=

Sn(tp1)=

Sn1(tp1)=

Vn(tp1)=

Vn1(tp1)=

Jn(tp1)=

Jn1(tp1)=

0

0

0

0

0

1.503

0.451

0.01

7.488·10-5

2.252·10-5

0.015

4.499·10-3

1.474

0.448

0.02

2.967·10-4

8.98·10-5

0.029

8.946·10-3

1.391

0.44

0.03

6.572·10-4

2.011·10-4

0.043

0.013

1.266

0.428

0.04

1.144·10-3

3.551·10-4

0.055

0.017

1.116

0.411

0.05

1.743·10-3

5.502·10-4

0.065

0.021

0.955

0.391

0.06

2.437·10-3

7.844·10-4

0.074

0.025

0.797

0.368

0.07

3.21·10-3

1.055·10-3

0.081

0.032

0.652

0.343

0.08

4.05·10-3

1.36·10-3

0.087

0.035

0.524

0.316

0.09

4.941·10-3

1.697·10-3

0.091

0.038

0.416

0.29

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

84

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Продолжение таблицы 3.5

0.1

5.875·10-3

2.063·10-3

0.095

0.04

0.326

0.264

0.11

6.841·10-3

2.455·10-3

0.098

0.043

0.254

0.238

0.12

7.833·10-3

2.871·10-3

0.1

0.045

0.196

0.214

0.13

8.844·10-3

3.308·10-3

0.102

0.047

0.151

0.191

0.14

9.87·10-3

3.765·10-3

0.103

0.048

0.115

0.169

0.15

0.011

4.238·10-3

0.104

0.05

0.088

0.15

0.16

0.012

4.726·10-3

0.105

0.051

0.067

0.132

0.17

0.013

5.228·10-3

0.106

0.052

0.051

0.116

0.18

0.014

5.741·10-3

0.106

0.053

0.039

0.101

0.19

0.015

6.264·10-3

0.106

0.054

0.029

0.088

0.2

0.016

6.796·10-3

0.107

0.054

0.022

0.077

0.21

0.017

7.336·10-3

0.107

0.054

0.017

0.067

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

85

ДГМА.000000.220.ДППЗ

4 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

В данном пункте приведен вариант по модернизации для узла возвратных цилиндров, проектируемого пресса 150 МН манипулятора 120т., с целью повышения надежности работы на 5%.

Как известно при работе пресса, в процессе ковки, происходит перекашивание верхней подвижной поперечины, что влечет за собой преждевременное изнашивание деталей пресса. Так как плунжера возвратных цилиндров крепятся жестко к ригелю с направляющими тягами с помощью которых происходит возврат подвижной поперечины, при перекосе изнашивается плунжер и манжеты, что приводит к утечкам и нестабильной работе пресса. Для устранения этих недостатков принято применить манжеты наборные фирмы “Меркель” и жесткое соединение плунжера заменим на шаровое соединение для компенсации перекосов воспринимаемых плунжером.

4.1 Свойства узла уплотнений фирмы “Меркель” при различных условиях работы

Постоянная статическая нагрузка и деформация.

Если в течении периода времени деталь из резино-эластомерного материала постоянно деформируется , то и после снятия нагрузки остаётся деформация . Эта остаточная деформация выраженная в процентном отношении к первоначальной деформации, называется остаточной деформацией сжатия.

Остаточная деформация сжатия сильно зависит от пониженных температур и продолжительности деформации. При пониженных температурах преобладают вязко эластичные процессы, в то время как при повышенных температурах старение.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

86

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Если резиново-эластомерные детали постоянно подвергаются нагрузке, а не постоянной деформации, их деформация увеличивается со временем. Данное явление называется ползучестью.

Если температура ниже максимально допустимой рабочей температуры, то релаксация сжатия и ползучесть изменяются во времени по логарифмическому закону.

Динамическая нагрузка усталость и хрупкость.

Разрушение резиновых деталей чаще связывают с динамической нагрузкой, чем с единичным превышением предела прочности или растяжения. При постоянной и повторяющейся деформации материал разрушается от внутреннего трения, которое вызывает появление мелких трещин, трещины, растут и, наконец, происходит разрушение.

Износостойкость.

Это свойство важное при нагрузке трения, также во многом зависит от условий работы, таких как вид смазки, материал и шероховатость тела, скорость перемещения, контактное давление, температура. Испытания на износ, поэтому следует проводить с готовым продуктом и в условиях, приближенных к реальным.    

4.2 Описание материалов входящих в пакет уплотнений.

Априлонитрия – бутадиен – каучук (NBR).

Представляет собой полимер бутадиена и акрилонитрила. Содержание акрилонитрила

Лежит в пределах от 18% до 50% и влияет на следующие свойства NBR, важные для уплотнения:

  1.  Устойчивость к набуханию в минеральных маслах, смазках и топливах;
  2.  Упругость;
  3.  Эластичность при низких температурах;
  4.  

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

87

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Газопроницаемость;

  1.  Остаточная деформация.

С увеличением содержания ACN упругость и газопроницаемость уменьшается, а механические свойства при сжатие ухудшаются. Материалы на основе этих синтетических каучуков, благодаря их хорошим механическим свойствам, пригодны в применении во многих областях, в частности для радиального уплотнения валов.

Памоксиметилен (POM).

Данный материал относится к термопластам, способным переносить повышение нагрузки. Благодаря своей жесткости, твердости и прочности, при сочетании с прекрасной стабильностью формы, также при повышенных температурах (до 1800 С). Они могут заменять литые металлические, бронзовые и алюминиевые детали.

Особенно важна низкая абсорбция воды. Благодаря этому свойству, размерная стабильность фасонных изделий из полиамиды гарантируется также при повышенной влажности. Разрушается при действии кислот. Рабочие температуры -400С до +1400С.

4.3 Проектировочные расчеты по столу пресса.

Расчет усилия стола пресса:

где G=Gбойка+Gслитка=2500+400=2900 КН=2,9 МН

fтр=0,25 – коэффициент трения.

Тогда усилия стола пресса равно:

МН.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

88

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Рисунок 4.2 - Расчетная схема стола

Определим диаметр плунжера

,

где МН;

ра=32 МПа- давление жидкости в трубе.

Тогда:  мм. Принимаем dпл=330мм.

Определим площадь плунжера исходя из принятого диаметра

мм2

Определим диаметр плунжера

.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

89

ДГМА.000000.220.ДППЗ

где:     МН;

ра=32 МПа- давление жидкости в трубе.

Тогда:  мм. Принимаем dпл=330мм.

Определим площадь плунжера исходя из принятого диаметра:

мм2

Динамический расчет хода стола пресса с приводом от НАС.

Исходными данными для расчета являются:

Рст=1,45 МН- усилие стола пресса;

fпл=0,85- площадь плунжера.

Lст=80м- длина рабочей магистрали;

Мст=188т- масса стола.

Рб=0,5МПА-давление бака

Определим площадь трубы рабочей магистрали.

м2

где [Vж]=10м/с - допустимая скорость жидкости в трубе;

Vст.мах.=200 мм/с- скорость перемещения стола;

Определим диаметр трубы рабочей магистрали:

мм

Определим силу трения движения стола:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

90

ДГМА.000000.220.ДППЗ

где: МН - реакция трения в манжетах;

МН – реакция трения направляющих.

Тогда:

МН

Определим скорость стола:

;

где с - активная сила пресса

в- приведенные коэффициенты гидравлического сопротивления.

где =1000 кг/м 2

=

Тогда:

кг /м

МН

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

91

ДГМА.000000.220.ДППЗ

тогда: мм / с.

Расчеты показали, что самая оптимальная скорость перемещения стола составляет 230 мм/с.

4.4 Прочностные расчеты по столу пресса

Расчет корпуса цилиндра стола пресса.

Исходные данные: Рн=1,45МН; dпл=330мм.

Определяем внутренний диаметр цилиндра

мм;

мм.

Определяем радиус наружной поверхности

мм;

где: МПа – допускаемое напряжение в стенках цилиндра.

Определим толщину стенки цилиндра.

мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

92

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Рисунок 4.3 – Цилиндр перемещения стола пресса

Расчет эквивалентных напряжений в стенках цилиндра.

Каждый элемент стенки цилиндра, находящегося под давлением, подвергается воздействию трех видов напряжений: радиального r, тангенциального  и осевого z.

МПа;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

93

ДГМА.000000.220.ДППЗ

МПа;

МПа.

Тогда:

МПа;

Мпа.

Расчет узла уплотнения плунжера

Определим усилие, действующее на шпильки фланца:

МН

В соответствии с диаметром плунжера зададимся количеством шпилек и рассчитаем усилие, действующее на одну шпильку.

n =12 – количество шпилек;

МН

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

94

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Определим минимальную площадь поперечного сечения шпильки и определим диаметр шпильки:

мм2;

где:80 МПа;

мм.

Выбираем из ГОСТа dшп=42мм.

Рассчитаем напряжение сжатия и среза на опорной поверхности фланца.

МПа;

МПа 60МПа.

где мм.

МПа;

где мм

МПа.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

95

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Рассчитаем фланец на изгиб.

МПа;

Где

 мм;

мм;

мм.

тогда:МПа  110 МПа.

Расчет фланцевого подсоединения к цилиндру.

Исходные данные: dтр=35мм.

Определим суммарное усилие, действующее на шпильки:

1-днище цилиндра; 2-фланец;3-шпильки;4-гайки;5-прокладка из отожженной меди

Рисунок 4.4 - Фланцевое соединение трубы

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

96

ДГМА.000000.220.ДППЗ

где:

Н;

Н;

мм 2;

МПа;

мм.

Тогда Н

Задавшись количеством шпилек, рассчитаем усилие, действующее на одну шпильку.

n=4 - количество шпилек.

Н.

Определим диаметр шпилек:

мм 2

Н.

Выбираем из ГОСТа d шп=24мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

97

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Определить наружный диаметр трубы:

мм.

тогда:

мм.

Определить толщину стенки:

мм.

Проверим фланец на смятие, срез и на изгиб.

МПа;

где

мм.

мм.

тогда:

МПа;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

98

ДГМА.000000.220.ДППЗ

МПа,

где                         

мм,

тогда

МПа.

Мпа,

где

мм;

мм;

мм;

мм,

Тогда

МПа.

Рассчитаем шпильки на задней крышке цилиндра.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

99

ДГМА.000000.220.ДППЗ

,

Где м2,

тогда:МН.

Определим усилие, действующее на одну шпильку.

МН.

Определим площадь одной шпильки

мм2

Определим диаметр шпильки:

мм.

Принимаем шпильку диаметром d = 125мм.

Рассчитаем пяту на смятие:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

100

ДГМА.000000.220.ДППЗ

где:         

тогда: МПа.

Расчет штока на устойчивость.

Исходные данные: dшт=300мм; Lшт=10000мм; материал штока - Ст3;

требуемый коэффициент запаса устойчивости [nу]=3

Pн=1,45МН

6500мм

3500мм

Рисунок 4.5 - Расчетная схема штока.

Рассмотрим случай, когда шток максимально выдвинут

Pн=1,45МН

6500мм

Рисунок 4.6 – Шток в крайнем положении.

Определим предельную гибкость штока:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

101

ДГМА.000000.220.ДППЗ

,

где модуль упругости;

предел прочности стали.

тогда:

.

Определим гибкость штока:

.

где  = 2 - коэффициент приведения длины;

i – радиус инерции сечения.

l = 6500мм – длина штока.

тогда:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

102

ДГМА.000000.220.ДППЗ

>пред – значит критическую силу Ркр вычисляем по формуле Эйлера.

Определим критическую силу:

где - момент инерции сечения.

Определим запас устойчивости:

nу<[nу] – условие устойчивости не выполняется.

Проверим шток на допускаемые напряжения:

где:площадь сечения;

= 0,26 – коэффициент уменьшения.

допускаемое напряжение для стали Ст3

тогда:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

103

ДГМА.000000.220.ДППЗ

,

>[] – условие не выполняется

4.5 Расчёт крепления шарового соединения

Исходные данные для расчета:

Нпл=46,7 дм., Dпл=3,2 дм., ρ=7,85 кг/дм3., D1=2 дм., H1=4 дм., R2=1,56 дм., r2=1 дм., h2=0,72 дм., D3=3,12 дм., H3=0,2 дм.

Рисунок 4.7 – Шаровое соединение с ригелем

Определим объём, массу и вес плунжера:

;

дм;

;

;

кг;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

104

ДГМА.000000.220.ДППЗ

кг;

;

Н.

Определим усилие, действующее на шпильки:

;

Н;

;

Н.

Определим min площадь поперечного сечения шпильки и ее диаметр:

МПа

;

;

мм.

Принимаем по ГОСТ 9150-80 диаметр шпильки 24 мм.

Проверим подпятник на смятие:

МПа;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

105

ДГМА.000000.220.ДППЗ

;

;

,

где Sпов- площадь поверхности соприкосновения подпятника с шаровой , мм.;

Sбок- площадь боковой поверхности, мм.;

R,r- радиусы сегментов соприкасающейся поверхности, 140, 96 мм.;h- высота сегмента поверхности, 40 мм.

мм2;

мм2;

;

мм2;

;

мм2,

где S// бок- площадь боковой поверхности, мм.;

R,r- радиусы сегментов соприкасающейся поверхности, 140, 50 мм.;

h- высота сегмента поверхности, 12 мм.

мм2;

МПа.

Следовательно, подпятник выдерживает приложенную на него нагрузку.

Проверим на срез днище ригеля:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

106

ДГМА.000000.220.ДППЗ

МПа,

где Рв- усилие возвратного цилиндра действующее на днище ригеля, МПа;

d- диаметр подпятника внутри ригеля, 320 мм.;

h- высота днища ригеля, 150 мм.

МПа.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

107

ДГМА.000000.220.ДППЗ

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОЦЕНКА ИХ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

5.1 Исходные данные

Наименование данных, обозначение, размерность

Базовый вариант

Новый вариант

1

Назначение машины

основное

2

Вид производимой продукции

кованые заготовки

3

За единицу продукции принято

1 т поковки

4

Объем продукции выпускаемой подразделением где установлена машина в базовом варианте, nВЫПБ

52920

Не задается

5

Масса машины, ММАШ, т.

3400

3390

6

6.1

6.2

6.3

Характеристика основных фондов

Наличие фундамента (да - нет)

Наличие производственных зданий (да - нет)

Наличие капитальных бытовых зданий и сооружений (да - нет)

да

да

да

да

да

да

7

Установленная мощность, nУСТ, квт

6500

6500

9

Режим работы оборудования (количество смен)

3

10

Изменение фонда времени работы, УФ.ВР, %

100%

102%

11

Изменение производительности работы, УПР, %

100%

101%

12

Изменение потребления электроэнергии, УП.Э, %

100%

100%

13

Изменение cosφ, УCosφ, %

100%

100%

14

Изменение расходов на ремонт, УР.РЕМ, %

100%

98%

15

Изменение квалификации обслуживающего персонала за счет уменьшения ремонтной сложности оборудования в новом варианте (на 1 разряд, на 2 разряда)

-

-

16

Изменение точности изготовления продукции в новом варианте машины по сравнению с базовым (в рамках одного квалитета или класса точности, выше на один квалитет или класс точности)

-

-

17

Другие изменения, которые необходимо учитывать при выполнении ЭЧДП

Не задаются

-

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

108

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Таблица 5.2 – Организационно- технические условия реализации проекта

Исходные положения

Формулировка условий положений

1 Элементы технологической и конструкторской новизны проекта

Модернизация узла возвратных цилиндров

3 Что предположительно дает реализация проекта по сравнению с базовым вариантом.

Уменьшение металлоемкости, повышение работоспособности

5 Предположительные экономические показатели использования новой машины (производительность, ремонтопригодность и др.)

Ремонтопригодность

5.3 Описание машины

Таблица 5.3 – Описание машины

Вопрос

Ответ

1 Где и для чего используется машина

Кузнечно-прессовый цех, ковка заготовок

2 Какие качества позволят предпочесть новый вариант и не базовый

Вышеприведенные

5.4 Анализ рынка

Таблица 5.4 – Оценка рынка сбыта

Вопрос

Ответ

1 Примерное качество новой и базовой машин.

Приблизительно одинаковое

2 Спрос на подобные машины на рынке

имеется

3 Вывод о положении на рынке

благоприятное

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

109

ДГМА.000000.220.ДППЗ

5.5 Цена реализации базовой и новой машины

В рамках этого подраздела следует определить цену реализации машины по базовому и новому вариантам. Здесь, уже в самом начале вычислений, возникают определенные сложности, обусловленные отсутствием реальных данных об условиях рынка, покупателях, конкурентах, собственно на основании которых и назначается цена продукции. Например, в реальных условиях рыночного хозяйствования, на назначение цены оборудования влияют такие факторы:

  1.  гибкость спроса: рост цен предопределяет уменьшение спроса, и наоборот;
  2.  высокие технические параметры и низкая стоимость эксплуатации: они важны для потенциального покупателя не меньше, чем цена;
  3.  ориентация на получение прибыли и оценка потенциальных покупок, учитывая их эффективность - они влияют на выбор товара покупателем и по степени их важности располагаются так: качество, техническое обслуживание, цена;
  4.  возможность предоставить готовому изделию большей привлекательности для покупателей: доступные цены, согласованные с показателями качества товара;
  5.  сырье, основные и вспомогательные материалы, узлы и агрегаты из которых изготовлена продукция производимая на данной машине;
  6.  основное и вспомогательное оборудование предприятия-изготовителя, состояние технологической дисциплины на нем и др.;

Из сказанного выше следует, что для вычисления цены реализации машины по базовому и новому вариантам, необходимо принять определенные предварительные условия, т.е. должно выполняться положение, в соответствии с которым цена реализации машины определяется по одной и той же методике. Это дает возможность поставить варианты в одинаковые начальные условия и производить расчеты исходя из этих условий. При этом реальные и расчетные стоимостные показатели могут отличаться, что говорит только о том, что в новых условиях хозяйствования, понятие «твердая цена на продукцию» не является обязательным.

Ниже предложен расчет ориентировочной, т.е. средневзвешенной цены реализации машины, которая ставит базовый и новый варианты в одинаковые начальные условия.

Величины стоимости (цен) машин СМАШ , грн., и разность цен ∆СМАШ , грн., определяется по формулам:

СМАШБ = 1,20 × ММАШБ × СПОЛН × (1 + НПР) × 1,10(ГОД - 2006);   (5.1)

СМАШН = 1,20 × ММАШН × СПОЛН × КЭК × Квр ×

× КСН.КВ × КПР × КТОЧН × КCOSφ× Крем × (1 + НПР) × 1,10(ГОД - 2006);  (5.2)

ΔСМАШ = СМАШН - СМАШБ     (5.3)

где 1,20- коэффициент учета налога на добавленную стоимость для перехода от оптовой цены предприятия к розничной цене; ММАШБ, ММАШН – масса машины, т., задана в исходных данных; СПОЛН - полная средняя себестоимость выпуска одной тонны массы машины, грн/т., СПОЛН=8500 грн/т; 1,10(ГОД-2006) - коэффициент учета инфляционных процессов в экономике (в показатель степени вместо слова «год» подставляется данные по времени расчета – число соответствующее расчетному году); НПР - норма прибыли при реализации машины предприятием производителем, составляет 0,25…0,35 (25…35%), или назначается самостоятельно, но в обоих вариантах она должна быть одинаковой НПР=0,35; КЭК – коэффициент, учитывающий экономию электроэнергии на машине нового варианта по сравнению с базовым КЭК=1; КВР – коэффициент, учитывающий увеличение фонда времени работы за счет сокращения времени регламентов, на машине нового варианта по сравнению с базовым КВР=1,03; КПР - коэффициент, учитывающий повышение производительности на машине нового варианта по сравнению с базовым КПР=1,02; КСН.КВ - коэффициент, учитывающий снижение квалификации обслуживающего персонала, за счет уменьшения ремонтной сложности оборудования на машине нового варианта по сравнению с базовым КСН.КВ=1; КТОЧН - коэффициент, учитывающий повышение точности обработки продукции в рамках одного квалитета (или класса точности) КТОЧН=1; КCOSφ - коэффициент учета уменьшения величины cosφ на машине нового варианта по сравнению с базовым КCOSφ=1; Крем - коэффициент учета уменьшения расходов на ремонт на машине нового варианта по сравнению с базовым Крем =1,013

Назначение коэффициентов КЭК, КВР, КСН.КВ, КПР, КТОЧН, КCOSφ, Крем выполняется на основании исходных данных.

СМАШБ = 1,20 × 3400 × 8500 × (1 + 0,35) × 1,10(ГОД - 2006)=51499800 грн;

СМАШН = 1,20 × 3396 × 8500 × 1 × 1,03 ×

× 1 × 1,02 × 1 × 1× 1,013 × (1 + 0,35) × 1,10(ГОД - 2006)= 54647861грн,

ΔСМАШ = 54647861-51499800=3148060 грн.

5.6 Стоимость капиталовложений в основные производственные фонды предприятия, где будет установлена машина

Основные производственные фонды участвуют в производственном процессе длительное время (не менее года), сохраняя при этом свою натуральную форму, а их стоимость переносится на стоимость изготавливаемой продукции постепенно, по частям, по мере износа.

Общая ориентировочная стоимость капиталовложений (или реальных инвестиций, или, проще говоря, денежных средств) в основные производственные фонды (ОПФ) в балансовых ценах (т.е. в ценах, по которых они числятся на балансе предприятия, на первом году эксплуатации) предприятия, которое приобретет и установит у себя машину КОБЩ, грн., определяется по формулам:

КОБЩБ= СМАШБ + (КФ+К + КП.ЗД + КД.Ф) × СМАШБ ,   (5.4)

КОБЩН = СМАШН + (КФ+К + КП.ЗД + КД.Ф) × СМАШБ ,   (5.5)

Назначение коэффициентов КФ+К, КП.ЗД, КД.Ф выполняется на основании исходных данных.

КОБЩБ= 51499800 + (0,35 + 0,85 + 0,35) ×51499800=131324490 грн,  

КОБЩН =54647861+ (0,35 + 0,85 + 0,35) ×51499800=134472551 грн.

5.7 Фонд времени работы новой машины

Модернизация или реконструкция определенной заданием на проектирование, машины позволяет изменить продолжительность ее эксплуатации, т.е. увеличить годовой эффективный фонд времени работы ФЭН , час., по сравнению с базовым ФЭБ, час.

Назначим и определим эти величины:

ФЭБ = ФНОРМ,       (5.6)

ФЭН = ФНОРМ × (УФ.В /100%)     (5.7)

где ФНОРМ- нормативный эффективный фонд времени работы оборудования, ФНОРМ = 5250 час.; УФ.В - увеличение фонда времени работы на новой машине по сравнению с базовой, задано в исходных данных.

ФЭБ = 5250 час,

ФЭН = 5250 × (102%/100%)=5355 час.

5.8 Себестоимость годового выпуска продукции

себестоимость - это денежное выражение используемых в процессе производства продукции сырья, материалов, топлива, энергии, трудовых ресурсов, основных фондов и других затрат на ее изготовление.

Определим объем годового выпуска продукции, а затем проведем расчет себестоимости отдельно по базовому варианту и по новому.

5.8.1 Объем годового выпуска продукции

Машина, которая выполняет функции основного оборудования, т.е. принимает непосредственное участие в технологическом процессе, а увеличение фонда её работы и производительности ведет к общему увеличению объемов выпуска продукции, величина объема выпуска в новом варианте nВЫПН, определяется по формуле:

nВЫПН = nВЫПБ × ( ФЭН / ФЭБ) × (УПР / 100%)  (5.8)

где nВЫПБ – задан в исходных данных; ФЭН / ФЭБ – определены по формулам (5.6), (7); УПР - задано в исходных данных.

nВЫПН = 52920 × ( 5355 / 5250) × ( 101% /100%)=54518

5.8.2 Себестоимость годового выпуска продукции в базовом варианте

Обозначается СП.ГОДБ, грн., и определяется по формуле:

СП.ГОДБ = nВЫПБ× СС.П.ЕДБ× 1,10(ГОД - 2006),    (5.9)

nВЫПБ - задан в исходных данных; СС.П.ЕДБ=2750 (поковки из углеродистых сталей); 1,10(ГОД-2006)- см. формулу (5.2).

СП.ГОДБ = 52920× 2750× 1,10(ГОД - 2006)=160083000 грн.

5.8.3 Себестоимость годового выпуска продукции в новом варианте

Предполагается, что машина устанавливается в «узком месте» основного производства и увеличение фонда её работы и производительности ведет к общему увеличению объемов выпуска продукции в подразделении (участке, цехе, на предприятии), а улучшение других характеристик ведет к снижению эксплуатационных расходов . Себестоимость годового выпуска продукции обозначается СП.ГОДН, грн., и определяется по формуле:

СП.ГОДН = [nВЫПН × СС.П.ЕДБ - ((nУСТ × ((100% - УП.Э) / 100%) × ФЭН ×0,28) ±

± (0,02 × СМАШН ×((100% - УР.РЕМ) / 100%)) -

(∆ЧТ.СТ ×0,10 × ((1,00+0,20+0,07+0,12) × 1,375)×1840))] × 1,10(ГОД  2006),  (5.10)

где nВЫПн – определена по формуле (5.8); СС.П.ЕДБ– определена по формуле (5.9); nУСТ - установленная мощность оборудования, квт., задана в исходных данных; УП.Э - уменьшение потребления электроэнергии, %, задано в исходных данных; 0,28 – стоимость одного кВт-часа электроэнергии для предприятий и организаций, грн.; 0,02 - норма расхода средств от стоимости машины на ее профилактику и ремонт электрооборудования; СМАШН -  стоимость реализации машины в новом варианте, грн., определена по формуле (5.2); УР.РЕМ - уменьшение расходов на ремонт, %, задано в исходных данных; ∆ЧТ.СТ – уменьшение часовой тарифной ставки при снижении квалификации обслуживающего персонала за счет уменьшения ремонтной сложности оборудования в новом варианте (∆ЧТ.СТ= =0грн.,), задано в исходных данных; 0,10 – норма обслуживания вспомогательным рабочим машин, имеющих электрическое оборудование; 1,00, 0,20, 0,07, 0,12, 1,375 – коэффициенты учета оплаты труда по тарифу, премий, доплат, дополнительной заработной платы и отчислений на социальные нужды; 1840 – годовой фонд времени работы вспомогательного рабочего, час.; 1,10(ГОД-2006) – см. формулы (5.1), (5.2).

СП.ГОДН = [54518 × 2750 - ((6500 × ((100% - 100%) / 100%) × 5355×0,28) ±

± (0,02 × 54647864×((100% - 98%) / 100%)) –

- (0×0,10 × ((1,00+0,20+0,07+0,12) × 1,375)×1840))] × 1,10(ГОД  2006)=164917507 грн.

5.9 Расчет цены и чистой прибыли годового выпуска продукции

Расчет цены осуществляется, исходя из прогнозируемых объемов производства в год, сложившихся на рынке цен на аналогичную продукцию, внутренних издержек предприятия и многих других факторов объективного и субъективного характера. В соответствии с этим предполагаем, что за первый год выпуска продукции, её себестоимость будет такой, какой мы определили, и вся продукция будет реализована.

Существует три стратегии ценообразования:

1 Стратегия, основанная на издержках: рассчитывают издержки производства, а затем добавляют желаемую прибыль, спрос не учитывается, используются нижняя цена товара – минимальный уровень покрытия издержек.

2 Стратегия, основанная на спросе: устанавливают цену после изучения потребностей рынка, при этом назначается максимальный уровень цены, который потребитель может «осилить».

3 Стратегия, основанная на конкуренции: цены назначают в зависимости от потребителей, предоставляемого сервиса, реальных и предполагаемых различий между собственными товарами и товарами конкурентов.

В нашем случае, в рамках ЭЧДП, используется первая стратегия. Цена на продукцию определяется по упрощенной методике и рассчитывается по двум вариантам- базовому и новому.

Величина оптовой цены продукции (без НДС) ЦПР , грн., определяется по формулам:

ЦПРБ = СП.ГОДБ × (1 + НПР) × 1,10(ГОД - 2006),   (5.11)

ЦПРН = СП.ГОДН × (1 + НПР) × КТОЧН × 1,10(ГОД - 2006),   (5.12)

где СП.ГОДБ, СП.ГОДН – определены по формулам (5.9) и (5.10); НПР - норма прибыли при реализации машины предприятием производителем, составляет 0,25…0,35 (25…35%), или назначается самостоятельно, но в обоих вариантах она должна быть одинаковой; КТОЧН - коэффициент, учитывающий повышение точности обработки продукции в рамках одного квалитета (или класса точности), назначается на основании исходных данных (КТОЧН=1) ; 1,10(ГОД-2006) – см. формулы (5.1), (3.2).

Ежегодная чистая прибыль от реализации продукции, ПЧИСТ, грн., и прирост чистой прибыли ΔПЧИСТ, грн.,  определяется по формулам:

ПЧИСТБ = (1-0,25) × (ЦПРБ - СП.ГОДБ)    (5.13)

ПЧИСТН = (1-0,25) × (ЦПРН - СП.ГОДН)                                    (5.14)

ΔПЧИСТ = ПЧИСТН - ПЧИСТБ     (5.15)

где 0,25– норма налога на прибыль; ЦПРБ, ЦПРН - определены по формулам (5.11) и (5.12); СП.ГОДБ, СП.ГОДН - определены по формулам (5.9) и (5.10)– в зависимости от п.1 исходных данных.

               ЦПРБ = 160083000× (1 + 0,35) × 1,10(ГОД - 2006)= 237723255 грн,

         ЦПРН = 169917507 × (1 + 0,35) × 1 × 1,10(ГОД - 2006)= 244902947 грн,

               ПЧИСТБ = (1-0,25) × (237723255 - 160083000)= 58230191 грн,

       ПЧИСТН = (1-0,25) × (244902947 - 149903147)= 59988743 грн,

  

ΔПЧИСТ = 59988743 - 58230191=758552 грн.

5.10 составление технико-экономических показателей проекта

Составление технико-экономических показателей (ТЭП) сводится к сравнению двух вариантов проекта машины – до и после модернизации. Это сравнение выполняется по нескольким показателям.

5.10.1 Разность полной годовой себестоимости выпуска продукции или экономическая эффективность ∆СП.ГОД, грн.

Рассчитывается в зависимости от п.1 исходных данных – от того к какому оборудованию относится модернизируемая машина – к вспомогательному или основному

Машина выполняет функции основного оборудования, ∆СП.ГОДБ, грн., определяется по формуле:

∆СП.ГОД = СП.ГОДБ - СП.ГОДН × (nВЫПБ / nВЫПН)  (5.16)

где nВЫПБ , nВЫПн – см. формулы (5.7) и (5.8).

5.10.2 Разность в приведенных затратах или экономический эффект от модернизации ΔЗПРИВ , грн., определяется по формуле:

ΔЗПРИВ = [СП.ГОДБ – СП.ГОДН × (nВЫПБ / nВЫПН)] +

- 0.20 × [КОБЩН × (nВЫПБ / nВЫПН) – КОБЩБ]   (5.17)

где 0,20 – коэффициент сравнительной экономической эффективности вложений в основные фонды (при окупаемости общих вложений за пять лет); КОБЩБ, КОБЩН  - определены по формулам (5.4) и (5.5).

5.10.3 Срок окупаемости средств, вложенных в модернизацию ТОК.МОД, лет, определяется по формуле:

ТОК.МОД = ΔСМАШ / (ПЧИСТН - ПЧИСТБ)    (5.18)

где ΔСМАШ - определена по формуле (5.3); ΔПЧИСТ – определены по формуле (5.15).

5.10.4 Среднемесячная зарплата вспомогательного рабочего, обслуживающего электрическую часть модернизируемой машины  в базовом варианте(снижение квалификации обслуживающего персонала за счет уменьшения ремонтной сложности оборудования не происходит) ЗС.М.ВСП, грн., определяется по формуле:

ЗС.М.ВСПБ= ЧТ.СТБ × 176 ×(1,00+0,20+0,07) × 1,10(ГОД - 2006),  (5.19)

где ЧТ.СТБ – базовая часовая тарифная ставка вспомогательного рабочего, обслуживающего электрическую часть машины, грн.,

принимается равной, 4,5 – для тяжелых и вредных условий труда;

176 - среднее время работы вспомогательного рабочего в месяц, час.; 1,00, 0,20, 0,07- определены в формуле (5.10);  1,10(ГОД-2006) – см. формулы (5.1), (5.2).

Завершением работы является оформление технико-экономических показателей проекта в виде табл.5.5.

     ∆СП.ГОД = 160083000 - 164917506 × (52920 / 54518,184)=113018,6 грн,

ΔЗПРИВ = [160083000 - 16497506 × (52920 / 54518,184)-0,2× [134472551  × ×(52920 / 54518,184) – 131324490]]= 158792,2 грн,

      ТОК.МОД = 3148060,7 / (59988743 - 58230191)= 1.79 лет

ЗС.М.ВСПБ= 4,5 × 176 ×(1,00+0,20+0,07) × 1,10(ГОД - 2006)=  1106,43 грн .

ЗС.М.ВСПБ=(4,5-0,5) × 176 ×(1,00+0,20+0,07) × 1,10(ГОД - 2006)= 983,49 грн

Таблица 5.5 - Технико-экономические показатели проекта

Наименование показателей, обозначение, размерность (откуда взято)

Варианты

Δ

(+ -)

Базовый

Новый

1

Назначение машины (основн-е – вспом-е)

основное

-

2

Установленная мощность, nУСТ, квт

6500

6500

-

3

Режим работы оборудования (к-во смен)

3

-

4

Изменение фонда вр. работы, УФ.ВР, %

100%

102%

2

5

Изменение произв-ти работы, УПР, %

100%

101%

1

6

Изменение потр-я эл.энергии, УП.Э, %

100%

100%

0

7

Изменение cosφ, УCosφ, %

100%

100%

0

8

Изменение расходов на ремонт, УР.РЕМ, %

100%

98%

-2

9

Снижение квалификации обсл. персонала

-

-

-

10

Увеличение точн. изготовления продукции

-

-

-

11

Стоимость машины СМАШ, грн.

51499800

54647861

3148060,7

12

Стоимость капвложений, КОБЩ, грн.

131324490

134472551

3148061

13

Фонд времени работы машины, ФЭ, час.

5250

5355

105

14

Объем выпуска продукции, NВЫП

52920

54518,184

1598,184

15

Себестоимость год. выпуска, СП.ГОД, грн.

160083000

164917506

4834507

16

Чистая прибыль, ПЧИСТ, грн.

558230191

59988743

1758552

17

Эк.эффективность, ∆СП.ГОД, грн.

113018

-

18

Эк.эффект, ΔЗПРИВ, грн.

158792

-

19

Ср. окуп-ти ср-в на модерн-ию, ТОК.МОД, лет

1,7

-

20

Ср.мес-я зарплата  рабочего, ЗС.М.ВСПБ, грн.

1106,43

983,49

-122,9

6 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА

Меры, направленные на повышение устойчивости работы проектируемого объекта, в случае взрыва 120 тонн углеводорода на расстоянии 480 метров.

Цех находится в промышленном здании с металлическим каркасом и бетонным заполнением, с поверхностью остекления около 30%. В цехе расположено следующее оборудование: гидравлические прессы 150 МН и 60 МН., манипуляторы грузоподъемностью 30 т., 120 т., краны грузоподъемностью 100-120 т., 25-30 т, печи газопламенные, токарные станки, открытые электродвигатели с мощностью 2-10 кВт. Коммунально-энергетические сети, транспорт вида: трансформаторные подстанции закрытого типа, кабельные подземные линии 220-330 V , воздушные линии низкого напряжения, трубопровод заглубленный диаметром до 350 мм., подвижный железнодорожный состав, железнодорожный путь.

Решение поставленной задачи

Расчёт величины избыточного давления

Вычислим величину избыточного давления ударной волны в месте расположения объекта:

- определим радиус действия детонационной волны:

где r1-радиус действия детонационной волны, м;

Q – количество взрывоопасного вещества, т.

 м;.

- определим радиус действия продуктов взрыва:

,

где r2 – радиус действия продуктов взрыва, м;

м;

Сравнивая величины r2 и r1 с расстоянием от центра взрыва до объекта можно сделать вывод, что объект находится в третьей зоне – зоне действия воздушной ударной волны.

Вычисляем величину излишнего давления, для чего сначала рассчитаем относительную величину φ:

Вычисляем избыточное давление ударной волны, кПа:

если φ<2 или φ =2, то

кПа

Определение предела устойчивости объекта в целом

Внесём характеристики элементов объекта в (табл. 6.1).

Таблица 6.1 – Сводная таблица результатов оценки устойчивости объекта к действию ударной волны                               

Характеристики элементов объекта

Степень разрушения при ΔРф,

кПа

Предел

устойчивости, кПа

    10     20    30   40    50    60   70    80   90

эл-та

объекта

Здание

Промышленное здание с металлическим каркасом и бетонным заполнением стен, с площадью остекления  (≈ 30%)

20

12

Оборудование:

-пресса гидравлические 60-150МН;

-манипуляторы 30-120 т.;

-токарные станки;

-открытые электродвигатели мощностью до 10кВт;

-крановое оборудование грузоподъемностью 120 т.;

-газопламенные печи;

100

50

12

50

30

40

Коммунально-энергетические сети и транспорт:

-трансформаторные подстанции закрытого типа;

-кабельные подземные линии 220-330 V ;

-воздушные линии низкого напряжения;

-трубопровод заглубленный диаметром до 350 мм.;

-подвижный железнодорожный состав;

- железнодорожный путь             

Выдерживают до 300 кПа

1000

Выдерживают до 1000 кПа

Выдерживают до 150 кПа

40

300

60

40

150

Условные обозначения к таблице 4

- слабые   - средние   - сильные   - полные

Вывод:

Ожидаемое максимальное избыточное давление фронта ударной волны в районе проектируемого объекта равно 31 кПа, а пределом устойчивости объекта является 12 кПа, значит проектируемый объект неустойчив к воздействию ударной волны. Неустойчивыми объектами являются: здание цеха, крановое оборудование грузоподъемностью 120 т., токарные станки. Следует повысить устойчивость объекта до 35 кПа, предприняв следующие мероприятия:

- для здания: укрепление несущих элементов конструкции здания дополнительными колоннами и фермами, установка дополнительных перекрытий, подкосов и распорок;

- для кранового оборудования грузоподъемностью 120 т.: установка дополнительных силовых элементов балки крана;

- для токарных станков: прочное крепление станков на фундаменте, установка контрфорсов, которые повысят устойчивость станков к опрокидыванию.

7 ОХРАНА ТРУДА

7.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов

В данном дипломном проекте рассматривается ковочный гидравлический пресс усилием 150 МН. В цехе также имеется и другое оборудование-это газопламенные печи с выдвижным подом, а также подъемно- транспортные машины (мостовые краны, электротележки и т.д.).

Кузнечно-прессовые цеха характеризуются наличием в воздухе производственного помещения вредных токсичных веществ: масляного аэрозоля, образующегося при смазывании штампа, и продуктов сгорания смазочных материалов (минеральных масел, масел животного происхождения, сухих мыл консистентных смазочных материалов, воска, эмульсий, водяных растворов мыла, синтетических масел, графитных смазочных материалов). Концентрации пылевидных частиц, окалины и графита, сдуваемых сжатым воздухом с поверхности матриц, штампов и поковок, в воздухе рабочей зоны составляют 3,9-4,1 мг/м3, за прессами могут достигать 22-138 мг/м3.Для защиты от опасных и вредных производственных факторов работающие кузнечно-прессовых цехов должны обеспечиваться спецодеждой, спецобувью и предохранительными приспособлениями [8].

Выделения токсичных газов от нагревательных печей в прессовых пролетах достигают 3 - 7 г СО при сжигании 1 кг природного газа.  При сжигании 1 м3 природного газа образуется NO 0,21 г, NO2 0.21 г. В цех попадает до 10% общего количества вредных веществ, выделяемых при сгорании топлива. Для удаления нагретого и загрязненного воздуха в крыше над печами устраивают фонари не задуваемого типа. Промежуток между стеной и печью выполняют не менее 4 м, что обеспечивает беспрепятственный подвод свежего воздуха к печам.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать предельно допустимых концентраций (ПДК), что должно обеспечиваться применением соответствующих защитных мер. В качестве защитных мер необходимо применять вытяжную и приточную вентиляцию. В качестве вытяжной вентиляции необходимо применять местные отсосы и обще обменную вентиляцию из верхней зоны. В качестве приточной вентиляции необходимо применять воздушное душирование на рабочих местах.

Кузнечно-прессовые цехи характеризуются значительными выделениями теплоты, передаваемой излучением и конвекцией. Интенсивность теплового потока у нагревательных печей и прессов составляет 1,4-2,1 кВт/м2, у мест складирования заготовок, пультов управления и кабин крановщиков -1 -1,95 кВт/м2, у мест складирования изделий после штамповки - 0,5 -1 кВт/м2. Наиболее целесообразным средством для защиты от теплового потока является воздушное душирование.

Питание силовых и осветительных электроприемников осуществляется при напряжении 380/220 В от общих трансформаторов с глухо-заземленной нейтралью отдельными силовыми и осветительными линиями [8].

При пуске газовых нагревательных печей вследствие неправильного зажигания, при внезапной остановке дутья, просачивании газа в производственное помещение, а также при подсосе воздуха внутрь газовых устройств может произойти взрыв. Во избежание взрыва газопроводы изготовляют из цельнотянутых труб, соединяемых сваркой, при этом не используют резьбовые и фланцевые соединения. Цеховую газопроводную сеть оборудуют перекрывающими и отключающими устройствами, регуляторами давления и продувными свечами.

Опасность травмирования работающих в кузнечно-прессовых цехах связана с видом операций, уровнем механизации, организации производства, конструктивным несовершенством кузнечно-прессового оборудования и др.

Неисправность пресса, недостаточный или чрезмерный нагрев заготовок, нарушение технологического процесса, неправильное крепление штампа, применение несоответствующего или неисправного инструмента и приспособлений, плохая организация рабочего места, недостаточные знания и опыт, отсутствие дисциплины по выполнению требований техники безопасности создают опасные условия и приводят к травмам. Обычно причинами травмирования работающих на прессах являются:

-поломка штока, поршня и штампа вследствие их недостаточного прогрева или возникновения трещин;

-поломка крышки цилиндра пресса вследствие ударов поршня, разрыв трубопровода от образования конденсата в цилиндре;

применение неправильных приемов работы при извлечении заготовки, залипшей в штампе;

-вылет крепящих штамп клиньев, сухарей, подкладок, отлетание металла и окалины и др.;

-неправильные приемы работы на подъемно-транспортных механизмах, отсутствие безопасных проходов, проездов и т. д.

Каждый штамп и инструмент для штамповочных работ должны быть подвергнуты контролю на соответствие требованиям безопасности в процессе испытаний по ГОСТ 15.001 - 73.

При эксплуатации нагревательных печей травмирование работающих возможно при доставке металла к печам вследствие падения заготовок, движущимися толкателями и выталкивателями печей, при подправке вручную заготовок на загрузочных столах нагревательных печей, при ручной кантовке или подправке нагреваемого в печах металла, при взрывах сварочного шлака из-за попадания шлака в воду или на сырые места. Могут происходить ушибы и ожоги нагретыми заготовками, ожоги при очистке подины печей от шлака, отравление газом и др.

7.2 Требования безопасности при работе на гидравлическом ковочном прессе усилием 150МН

Положительной особенностью гидравлических прессов является их бесшумная работа. При обслуживании этих прессов значительно уменьшается опасность травмирования отлетающей окалиной и частицами металла. Тем не менее, не исключена возможность травмирования работающих вследствие возникновения гидравлических ударов. В практике наблюдались несчастные случаи, связанные с ожогами нагретыми заготовками, падением заготовок во время их транспортировки и обработки на прессах, а также повреждением, применяемым инструментом и приспособлениями [8].

В связи с большими усилиями, возникающими при работе прессов, к их конструкции предъявляются требования высокой прочности и надежности соединения элементов сети и прессов. Существенное значение для безопасной работы гидравлических прессов имеет испытание прессов на прочность при их изготовлении и в процессе, эксплуатации в соответствии с инструкциями по монтажу и эксплуатации прессов и техническими требованиями заводов-изготовителей.

Для удобного и безопасного обслуживания прессы должны иметь лестницы и площадки с перилами и бортами снизу высотой 150-180 мм.

Серьезную опасность при эксплуатации гидравлических прессов представляют гидравлические удары, которые могут привести к разрушению пресса и травмированию работающих при выбросе воды. Для

предупреждения опасных последствий гидравлических ударов трубопроводы необходимо оборудовать специальными компенсаторами, которые могут быть пневматическими или пружинными. Если рабочей жидкостью в прессах служит масло, то следует предусмотреть устройства для охлаждения масла до температуры не выше 50° С. В этом случае необходимо обеспечить эффективные средства пожаротушения (стационарные пеногенераторы, ручные огнетушители). Наряду с компенсаторами необходимо применять предохранительные клапаны.

Для безаварийной работы гидравлических прессов водораспределительные клапаны должны быть тщательно притертыми и исправными.

Самыми совершенными являются воздушно-гидравлические или парогидравлические аккумуляторы (при безусловной прочности баллонов аккумуляторов). Для контроля давления в баллонах аккумуляторов, насосах, трубопроводах, наполнительных баках, рабочих цилиндрах прессов должны быть установлены манометры.

В тех случаях, когда в возвратных цилиндрах гидравлических прессов может возникнуть высокое давление, на линии цилиндров необходимо устанавливать предохранительный клапан, срабатывающий при опасном повышении давления.

При работе на гидравлических прессах с индивидуальным приводом необходимо предусмотреть специальные мероприятия, предупреждающие распространение высокого давления из рабочих цилиндров пресса по сливному трубопроводу при переключении пресса на возвратный ход.

Насосная станция должна иметь резервный насос на случай выхода из строя, действующего насоса. Трубопроводы гидравлической системы необходимо надежно укреплять для того, чтобы обеспечить минимум сотрясений трубопроводов при работе насосов и тем самым предупредить нарушение плотности соединения труб. Для предупреждения переполнения аккумулятора насосно-аккумуляторная станция должна иметь устройства переключения насосов на холостую работу  [8].

Чтобы избежать полного опорожнения баллонов аккумулятора, на трубопроводе, соединяющем аккумулятор и пресс, следует устанавливать запорный клапан, который автоматически должен предупреждать опорожнение аккумуляторов.

Прокладывать трубопроводы в каналах нежелательно в связи затруднениями, возникающими при осмотре и ремонте трубопроводов. Во всяком случае, при необходимости размещения трубопроводов каналах размеры каналов должны обеспечивать возможность беспрепятственного осмотра и ремонта трубопроводов.

Насосно-аккумуляторные станции необходимо оборудовать  надежно действующей звуковой и световой сигнализацией, оповещающей обслуживающий персонал о достижении жидкостью в баллон
аккумулятора верхнего или нижнего аварийного уровня. Кроме того
должна быть устроена сигнализация для оповещения о включении и
выключении насосов.

Для выпуска воздуха во всех наиболее высоких точках гидравлических прессов необходимо устанавливать краны для выпуска духа, а для выпуска рабочей жидкости - соответствующую арматуру в самых низких местах гидросистемы прессов. Вертикальные гидравлические прессы требуется оборудовать специальным устройством, исключающим произвольное опускание подвижной траверсы под действием собственной массы, что может произойти при падении давления в сети или разрыве трубопровода высокого давления.

Во избежание выхода плунжеров из цилиндров прессы необходимо снабжать ограничителями хода подвижной траверсы. Для безопасного выполнения наладочных и ремонтных работ прессы следует оборудовать устройством для надежного удержания подвижной траверсы в верхнем положении. Для предупреждения травмирования рук обслуживающего персонала прессы следует оборудовать предохранительными устройствами, например в виде подвижных решеток, фотоэлектрической защиты и т.д.

Для управления гидравлическими прессами рекомендуется применять кнопочную систему. На прессах с рычажным ручным управлением,      требующих     значительного     усилия     оператора,      следует предусматривать сервопривод. Гидравлические прессы должны иметь дистанционное централизованное управление. В случае расположения органов управления вблизи пресса необходимо принять меры по защите работающих при аварийном выбросе рабочей жидкости.

Для гидравлических прессов рекомендуется применять конденсат, не содержащий осадков временной и постоянной жесткости, причем в воду желательно добавлять омыленные жиры, что уменьшает коррозию гидравлической системы прессов. Расположение всех элементов гидравлической системы прессов и режим их эксплуатации должны полностью исключать возможность замерзания воды. В необходимых случаях воду надо полностью выпускать из гидроустройств прессов. Замерзание воды может вызвать разрушение пресса.

Перед пуском в действие гидравлического пресса колонны пресса должны быть обильно смазаны, а гайки на колоннах хорошо затянуты. Надо тщательно следить за наладкой пресса, не допуская перекоса траверсы, так как это может вызвать поломку пресса.

После окончания работы и во время перерыва в работе плунжер пресса следует опускать.

Всякого рода исправления в гидравлической сети пресса, смену набивок сальников насоса, аккумуляторов, прокладок во фланцах трубопроводов можно выполнять только после выключения пресса и снятия давления.

При работе на участках кузнечно-прессового оборудования должны выполняться следующие требования техники безопасности:

-на рабочих местах у прессов и другого оборудования, при работе на котором рабочий подвергается значительному воздействию лучистого тепла, необходимо устраивать душирующие установки стационарного и переменного типа;

-на КПО необходимо производить только те операции, для которых оно предназначено;

-доступные для случайного соприкосновения, движущиеся и вращающиеся  части (наружные, зубчатые, фрикционные, кривошипно-шатунные и ременные передачи, валы и др.), расположенные на высоте менее 2 м от уровня пола и рабочих площадок, должны быть надежно ограждены сплошными или сетчатыми ограждениями;

-гидравлические прессы должны иметь предохранительные устройства, исключающие действие их в условиях перегрузки;

-выполнение работ на неисправном оборудовании запрещается;

-подача заготовок от печей к КПО бросанием запрещается;

-заготовки, поковки, отходы должны укладываться в тару, на стеллажи, в штабеля;

-загромождение рабочих мест, проходов и проездов не допускается;

-выполнять работы инструментами и приспособлениями ударного действия (штампы, бойки, наковальни) имеющими трещины, сбитые ударные поверхности запрещается;

-место машиниста при работе на прессе должно быть удобно для постоянного наблюдения за ходом работы и должно быть ограждено  от отлетающей окалины и обрубков;

-приборы управления муфтой включения и тормозом должны исключать возможность самопроизвольного включения или выключения;

-электросхема должна предусматривать возможность включения  электромагнитов, управляющих муфтой, только после включения электродвигателя. Все токоведущие части электродвигателя и электрических приборов должны быть ограждены и недоступны для случайного прикосновения. Стальные корпуса электродвигателей, кожухи электроаппаратов, металлические части, которые могут оказаться под напряжением, должны быть заземлены;

-все средства техники безопасности должны быть надежно закреплены;

-прессы, на которых производится групповая работа, должны оборудоваться и групповым управлением – двуруким для каждого штамповщика, допускающим возможность включения пресса на рабочий ход только при одновременном включении всех пусковых приборов;

-штампы, при работе с которым имеется повышенная опасность вследствие поломки их отдельных частей, должен быть оборудован предохранительными кожухами, исключающими возможность травмирования отлетающими осколками и подвижными частями.

7.3 Защита от вибрации и шума

Защитой от вибрации в кузнечно-прессовом цехе на прессе 150 МН являются использование динамического гашения с помощью увеличения жесткости системы и виброизоляции. Данный пресс устанавливается на железобетонный фундамент с углублением на восемь метров.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

133

ДГМА.000000.220.ДППЗ

Средства индивидуальной защиты от вибрации применяют в случае, когда технологические средства не позволяют снизить уровень вибрации до нормы. Для защиты рук используются рукавицы. Для защиты ног – специальная обувь, подметки, наколенники. Для защиты тела – нагрудники, пояса, специальные костюмы[10] .   

Средствами защиты от шума является акустическая обработка помещения, которая предусматривает покрытие потолка и верхней части стен звукопоглощающим материалом. Вследствие этого снижается интенсивность отраженных звуковых волн. Дополнительно к потолку могут подвешиваться звукопоглощающие щиты, конусы, кубы, устанавливаться резонаторные экраны, то есть искусственные поглотители. Искусственные поглотители могут применяться отдельно или в сочетании с облицовкой потолка и стен. Эффективность акустической обработки помещений зависит от звукопоглощающих свойств применяемых материалов и конструкций, особенностей их расположения, объема помещения, его геометрии, мест расположения источников шума. Акустическая обработка позволяет снизить шум на 8 дБА. Также средствами защиты от шума являются средства индивидуальной защиты, такие как специальные наушники, ушные тампоны.

7.4 Пожарная безопасность в кузнечно-прессовых цехах

Кузнечно-прессовые цехи по пожарной опасности относятся категории «Г» и имеют II степень огнестойкости зданий. В цехах существует опасность возникновения пожаров в приемниках под прессами (из-за скопления масла), в подвальных помещениях на складах сгораемых материалов или материалов [8]. Обеспечение пожарными щитами определяется из расчета 1 щит на площадь 5000 м2 куда входит:

- пенный огнетушитель-2;

- углекислотный огнетушитель-1;

- ящик с песком-1;

- плотный материал (асбест, войлок)-1;

- лом-2;

- багор-3;

- топор-2.

Первичные средства пожаротушения размещаются на видных и хорошо доступных местах. В помещениях оборудованных автоматическими средствами пожаротушения обеспечение первичными средствами огнетушения происходит из расчета половины необходимого количества.

При отсутствии внутреннего противопожарного водопровода на защищаемую площадь 600-800 м2 помещения категории «Г» требуется:

- углекислотный огнетушитель-1;

-пенный огнетушитель-2;

-ящик с песком-1;

-плотный материал (асбест, войлок)-1;

-бочки и ведра-2.

Пожарная безопасность предприятий должна обеспечиваться:

       - системой предотвращения пожара;

       - системой пожарной защиты.

Система предотвращения пожара должна разрабатываться по каждому конкретному объекту из расчёта, что нормативная вероятность возникновения пожара принимается равной не более 0,000001 в год в расчёте на отдельный пожароопасный узел (элемент) данного объекта.

Система пожарной защиты должна разрабатываться по каждому конкретному объекту из расчёта, что нормативная вероятность воздействия опасных факторов пожара на людей принимается равной не более 0,000001 в год в расчёте на отдельного человека.

Безопасность людей должна быть обеспечена при возникновении пожара в любом месте объекта.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80602. Об’єми геометричних тіл. Вимірювання об’єму прямокутного паралелепіпеда і піраміди 46.5 KB
  Мета: Вивести формулу обчислення об’єму прямокутного паралелепіпеда. На конкретному прикладі показати відношення об’ємів прямокутного паралелепіпеда і піраміди. Розвивати логічне мислення, уміння застосовувати набуті знання на практиці.
80603. Домашні обереги 45.5 KB
  Розвивати увагу зв’язне мовлення; виховувати любов і шану до українських традицій до батьків до хліба. Обладнання: святково прибраний клас вишиті рушники хліб і сіль пиріжки вислови про хліб ноутбук. Але слово виспіване мамаю в колисковій повертає до рідного дому якого не можна зрадити як не можна зрадити...
80604. Добавление в случае нескольких слагаемых 80 KB
  Цель: ознакомить учащихся с разными способами вычисления значений выражений в случае нескольких слагаемых; формировать навыки устного счёта; закрепить умение письменного сложения многозначных чисел; совершенствовать умение решать составные задачи; развивать внимание, логическое мышление...
80605. Ми разом. We are Together 41 KB
  I am glad to see you, too! Thank you, sit down. The topic of our lesson is We are Together. Today we are going to remember and repeat everything we know and I’ll represent you English ABC. Тема нашого уроку «Ми разом».
80606. Закрепление вычислительных приёмов сложения и вычитания чисел в пределах 1000. Составление формулы здоровья 53 KB
  Цель: закрепить изученные приёмы сложения и вычитания трёхзначных чисел в пределах 1000 умение решать составные задачи простые и составные уравнения; развивать логическое мышление внимание; заботиться и оберегать своё здоровье.
80607. Поняття про числівник як частину мови 42.5 KB
  Консультанти знайомлять учнів з темами підготовленими вдома група: Кількісні числівники. група: Порядкові числівники. група: Прості і складні числівники. З якою частиною мови ми познайомилися Що означає числівник На які питання відповідає Які бувають числівники...
80608. Вправи на доцільне використання прикметників у мовленні. Спостереження за формами прикметників найвищого ступеня (без терміна, практично) 58 KB
  Мета: Ключові компетентності: формувати компетентність вміння вчитися організовувати своє робоче місце орієнтуватися в часі та берегти його доводити роботу до кінця; соціальну компетентність продуктивно співпрацювати з різними партнерами в групі підтримувати та керувати власними взаєминами з іншими.
80609. Порівняння числа та значення числового виразу. Складання задач за малюнками. Рівності 45 KB
  Обладнання: картки-підказки завдання від діда Цифроїда картка до ігор Цифри поховались Віночок Склади картинку бджілки маски Зайчика й Лисички. Лиска ця розумна дуже Додає все віднімає Знає лінії множини І задачі всі рішає Коли зробим всі завдання Частування поверне.віддає великий конверт вчителю...
80610. Слова, які звучать і пишуться однаково 39.5 KB
  Мета: ознайомити дітей з омонімами (без уживання терміну); вчити вдумливо сприймати мовлене і записане слово; розвивати інтерес до мови, до лексичних знань слів. Хід уроку Організація класу Перевірка домашнього завдання. Яке слово, що має багато значень є в вірші Що за коса?