44455

Проектування металургійного міксера

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Через необхідність застосовування міксерів існує необхідність підвищення рівня механізації допоміжного зварювального обладнання з метою зменшення трудомісткості їх виготовлення підвищення продуктивності складально-зварювальних операцій підвищення якості зварювання та техніки безпеки.

Украинкский

2013-11-13

2.85 MB

15 чел.

ЗМІСТ

ЗАВДАННЯ …………………………………………………………………………. 2

АНОТАЦІЯ ………………………………………………………………………….. 4

ВСТУП ……………………………………………………………………………….. 7

1. Загальний розділ ………………………………………………………………….. 8

  1.1 Описання зварної конструкції та технічних умов на її виготовлення……… 9

  1.2 Вибір матеріалу зварної конструкції…………………………………………. 10

  1.3 Вивчення особливостей зварювання конструкцій даного типу…………….. 11

  1.4 Заходи спрямовані на зниження металоємності конструкції ………………. 16

2. Технологічний розділ ……………………………………………………………...17

  2.1  Вибір способу зварювання та зварювального устаткування …………….….18

    2.1.1 Здатність до зварювання матеріалу зварної конструкції ……………...18

          2.1.2 Вибір способів зварювання ………………………………………….….19

          2.1.3 Вибір зварювальних матеріалів …………………………………….…..20

          2.1.4 Обгрунтування режимів зварювання ……………………………….….21

          2.1.5 Вибір джерел живлення ………………………………………………...27

          2.1.6 Вибір основного зварювального устаткування ……………………….28

  2.2  Розробка технологічного процесу виготовлення конструкції ……………...29

          2.2.1 Оцінка технологічності конструкції ………………………………..….29

          2.2.2  Заготівельні операції …………………………………………………...32

          2.2.3  Розробка технології складання та зварювання …………………….…35

          2.2.4 Вибір   заходів   боротьби   із   зварювальними    напруженнями   та

                   деформаціями …………………………………………………………... 38

          2.2.5 Технічний контроль та виправлення браку ……………………….. 39

3. Конструкторський розділ ……………………………………………………….…42

  3.1 Загальна   характеристика    механічного   обладнання,   необхідного   для

       забезпеченості технологічного процесу …………………………………….…43

  3.2 Розрахунок роликового стенду ……………………………………………..44

  3.3 Розрахунок окремих вузлів роликового стенду ……………………………....47

  3.4 Розрахунок оснастки під збирання поздовжніх стиків …………………..  56

4. Охорона праці …………………………………………………………………..  61

  4.1 Задачі в галузі охорони праці ……………………………………………… 62

  4.2 Розрахунок інженерного рішення …………………………………………  64

        4.2.1 Розрахунок місцевої вентиляції від зварювальних місць ………….. 64

        4.4.2 Висновок ……………………………………………………………….. 71

5. Додатки  ………….. …………………………………………………………...... 72

  5.1 Додаток А. Побудова епюри згинаючих моментів  ………………………… 73

  5.2 Додаток Б. Розрахунок розмірів заготовок під конічні обичайки ……… 74

  5.3 Додаток В. Специфікації ……………………………………………………  76

Висновки ……………………………………………………………………………. 81

Перелік посилань ………………………………………………………………….. 82

ВСТУП

       В даній курсовій роботі розглядається пристрій, який використовується в металургії. На даний момент чорна металургія являється невід’ємною частиною промисловості України.

       Для транспортування та зберігання рідкого чавуну в металургії використовують міксер. Корпус міксера являється складовою частиною пересувного міксера ємністю 320 м3.

       Корпус міксера складається з циліндричних та конічних обичайок. На центральній циліндричній обичайці приварена горловина через яку заливають рідкий чавун. Для виготовлення міксера використовують корозійностійку та жароміцну сталь Х18Н9Т.

       Через необхідність застосовування міксерів існує необхідність підвищення рівня механізації допоміжного зварювального обладнання з метою зменшення трудомісткості їх виготовлення підвищення продуктивності складально-зварювальних операцій підвищення якості зварювання та техніки безпеки.

       У зв’язку з вище сказаним метою роботи являється розробка технології виготовлення міксера і розрахунок роликового стенда важкого типу який забезпечує зниження трудомісткості і підвищує продуктивність зварювання кільцевих швів при виготовленні корпуса міксера.

1. ЗАГАЛЬНИЙ РОЗДІЛ

       1.1 Описання зварної конструкції та технічних умов на її виготовлення

       Міксер (рисунок 1.1) призначений для зберігання та транспортування рідкого чавуну. Основними підприємствами, де використовується дана конструкція є сталеплавильні заводи, заводи по виплавці чавуну, заводи по переробці металобрухту.

       На виготовлення міксеру можуть бути розроблені наступні технічні умови:

  1.  зварні шви мають, як і конструкція в цілому, мають бути стійкими до корозійного впливу;
  2.  конструкція має бути стійкою при експлуатації при високих температурах;
  3.  строк експлуатації не менше 10 років;
  4.  після зварювання необхідно провести термічну обробку зварних швів та прилеглих до них зон, а також провести контроль якості зварних швів та конструкції в цілому;
  5.  спеціальні вимоги, які можуть обумовлюватись специфікою робіт на певному заводі: додаткове антиадгезійне покриття, покриття зовнішньої поверхні міксера додатковою теплоізоляцією, приварювання додаткових кріплень для встановлення драбин та інше.

       1.2 Вибір матеріалу зварної конструкції

       Міксер експлуатується в умовах дії високих температур та практичній відсутності ударних навантажень. Також теплопровідність міксеру  повинна  бути

не значною для запобігання швидкої кристалізації рідкого чавуну. Тому для його виготовлення необхідно обрати сталь з низькою теплопровідністю, високою корозійною стійкістю, жароміцністю та жаростійкістю. Такими сталями можуть бути: Х18Н9Т, 08Х15Н25М3ТЮБ, 08Х15Н24В4ТР, 31Х19Н9МВТ. Хімічний склад вказаних сталей наведений у таблиці 1.1,  фізичні властивості у таблиці 1.2, а механічні – у таблиці 1.3.

       Таблиця 1.1 – Хімічний склад корозійностійких, жароміцних сталей

Марка сталі

С, %

Si, %

Ni, %

Cr, %

Mn, %

Ti, %

Mo, %

Al, %

B, %

Nb, %

W, %

Х18Н9Т

до 0,12

до 0,8

8-9,5

17-19

до 2

до 1,0

-

-

-

-

-

08Х15Н25М3ТЮБ

до 0,1

до 0,5

24-28

14-16

1-2

0,9-1,3

2,8-3,5

0,8-1,3

0,01

-

-

08Х15Н24В4ТР

до 0,08

до 0,6

22-25

14-16

0,5-1

1,4-1,8

-

-

0,005

-

4-5

31Х19Н9МВТ

0,28-0,35

до 0,8

8-10

18-20

0,8-1,5

0,2-0,5

1-1,5

-

-

0,2-0,5

1-1,5

 

       Таблиця 1.2 – Фізичні властивості корозійностійких, жароміцних сталей

Марка сталі

ТКЛР,

ºС-1·106

Коефіцієнт

теплопровідності,

Вт/(м·град)

Густина,

кг/м3

Теплоємність,

Дж/(кг·град)

Питомий

опір,

Ом·м ·109

Х18Н9Т

16,6- 20,1

13-24

7900

469-548

725-1176

08Х15Н25М3ТЮБ

14,1-17,4

14,7

8160

450-517

816

08Х15Н24В4ТР

14,5-17,9

12,2

8230

518-583

735

31Х19Н9МВТ

16,02-17,94

15,1-25,1

7960

475-557

850-1150

      Таблиця 1.3 – Фізичні властивості корозійностійких, жароміцних сталей

Марка сталі

Ударна

в’язкість,

кДж / м2

Модуль

пружності,

МПа  ·105

Границя

міцності,

МПа

Границя

текучості,

МПа

Відносне

подовження,

%

Х18Н9Т

500

1,95

530

215

35

08Х15Н25М3ТЮБ

1400

2,02

910

430

18

08Х15Н24В4ТР

800

2,23

750

450

20

31Х19Н9МВТ

400

2,05

700

300

27

      Усі наведені сталі добре зберігають механічні та фізичні властивості при дії високих температур, а також за рахунок високого вмісту легуючих елементів мають гарну корозійну стійкість. Хоча сталі 08Х15Н25М3ТЮБ та 08Х15Н24В4ТР мають кращі механічні властивості, нижчий коефіцієнт теплопровідності їх зварювання дуже ускладнене великим вмістом хімічних елементів. Сталь 31Х19Н9МВТ має трохи гіршу здатність до зварювання ніж сталь Х18Н9Т, але більшу міцність, тому її доцільно було б використовувати для зменшення металоємності конструкції.

       Остаточно обираємо сталь Х18Н9Т зважаючи на її розповсюдженість, гарної здатності до зварювання серед високолегованих жароміцних, корозійностійких сталей, та достатню міцність (для забезпечення товщини стінки міксеру 100мм).

       1.3 Вивчення особливостей зварювання конструкцій даного типу

       Конструкція типу міксер належить до габаритних ємностей обертання. Вони можуть бути товстостінними та зі стінкою середньої товщини [5].

       Циліндричні та конічні габаритні ємності містять в собі як поздовжні так і кільцеві шви. Поздовжні шви збирають за допомогою найпростіших стяжних пристроїв. Далі виконують заварювання стикового шва автоматичним дуговим зварюванням під шаром флюсу.  Зварювання  кільцевих  швів  більш  трудомістке.

Кільцеві стики між обичайками виконують на спеціальному роликовому стенді 6 (рисунок 1.2), який оснащено скобою 1, що встановлена на візку 5. Візок пересувається по колії 7.   Налагоджування   скоби   у   вертикальному   положенні

виконується тягою 4. Заготівлі у стенд подаються краном. Скобу пересувають так, щоб опора 13 гідроциліндра 10 опинилась у площині кільцевого стику і закріплюють на першій обичайці гідроциліндром 11. Після того, як торцевий гідроциліндр 2, просуваючи другу обичайку до першої, встановить необхідний зазор, гідроциліндром 10 вирівнюють кромки та починають постановку прихоплень. Зварювання кільцевих швів, як правило ведуть на роликових стендах   

Рисунок 1.2 – Роликовий стенд для механізованого складання кільцевих стиків

оснащених флюсовими подушками, або на підкладних кільцях, що забезпечить гарне формування кореня шву та попередить можливе проплавлення металу. Кільцеві шви, як правило, виконують автоматичним дуговим зварюванням в середовищі захисних газів, у деяких випадках – аргонодуговим зварюванням. Використання зварювання під флюсом ускладнене необхідністю додаткового оснащення для утримання флюсу.

       Також виготовлення ємностей зі стінкою середньої товщини можливе на поточних лініях.

       При виготовленні товстостінних ємностей (товщина стінки більше 40 мм) широке   застосування   знайшло   електрошлакове   зварювання,   яке   забезпечує

заплавлення усього перерізу за один прохід. При цьому поздовжні шви зварюють переважно електрошлаковим зварюванням, а для зварювання кільцевих стиків використовують автоматичне дугове багато прохідне  зварювання. При цьому виконують розробку кромок (рисунок 1.3, 1.4).

       Складання під зварювання повздовжнього шва проводять в горизонтальному положенні. Зазор під зварювання отримують встановленням між кромками заготівель прокладок. Далі проводять скріплення скобами, які приварюють дуговим зварюванням. Далі у вертикальному положенні проводять електрошлакове зварювання.

       Для забезпечення ущільнення кільцевого шву необхідне точне складання стику. Це досягається проточуванням внутрішньої та зовнішньої поверхні обичайки на ширині 70…100 мм від торця. Якщо в якості внутрішнього формуючого пристрою використовують мідні охолоджувальні підкладки, що вигнуті по радіусу виробу, то їх кріплять скобами (рисунок 1.5).  

Рисунок 1.3 – Розробка кромок при зварюванні товстостінних повздовжніх

швів

Рисунок 1.4 – Розробка кромок при зварюванні товстостінних кільцевих

швів

 Загальний вигляд зварювальної установки  показаний на рисунку 1.5. Ферми 2, які несуть направляючі рейки 6 зварювальних апаратів 5, кабіни 3 ліфтів та підйомні крани 4 змонтовані на самохідних візках 1. Вертикальне переміщення ліфту з оператором здійснюється лебідкою 7. Зона зварювання ущільнюється мідними повзунами, які можуть бути зіставними з шарнірним закріпленням для компенсації неточностей при стикуванні кромок.

1 – прокладки; 2 – скоби; 3 - клини

Рисунок 1.5 – Збирання кільцевого стику під електрошлакове

зварювання

Рисунок 1.6 – Установка для електрошлакового зварювання повздовжніх стиків

      Компоновка зварювальної установки для електрошлакового зварювання кільцевих стиків показана на рисунку 1.7.

Рисунок 1.7 – Установка для зварювання кільцевих стиків

       1.4 Заходи спрямовані на зниження металоємності конструкції

       Знизити металоємність даної конструкції можливо наступними способами :

  1.  використання сучасних більш точних методик розрахунку на міцність конструкції (в тому числі з використанням обчислювальної техніки), що дозволить зменшити коефіцієнти запасу міцності і, як наслідок, металоємність;
  2.  використання біметалевих композицій : внутрішній шар виконується із жароміцної корозійностійкої сталі Х18Н9Т, а внутрішній – із конструкційної легованої сталі, наприклад 30ХГСА, яка має такі ж пластичні властивості, що і сталь Х18Н9Т, але вищу границю міцності (для товстолистового прокату 1080 МПа). Це дозволить зменшити товщину стінки та загальну металоємність конструкції;
  3.  заміна сталі Х18Н9Т сталю 31Х19Н9МВТ, яка має високу корозійну стійкість, жароміцність і жаростійкість, та високу границю міцності 700 МПа, а також низький коефіцієнт теплопровідності  15-25 Вт/(град·м);
  4.  раціоналізація складально-зварювальних операцій, що дозволить знизити витрату основних та допоміжних зварювальних матеріалів.

2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ

       2.1 Вибір способу зварювання та зварювального устаткування

       2.1.1 Здатність до зварювання матеріалу зварної конструкції

       В зварювальному виробництві існує наступна класифікація металів по здатності до зварювання:

- гарна здатність – матеріали зварюються без додаткових заходів, переважно низько вуглецеві сталі;

- задовільна здатність – матеріали зварюються з попереднім підігрівом, інколи з наступною термічною обробкою. До цього класу відносять середньо вуглецеві та низьколеговані сталі, нікель та деякі кольорові метали та їх сплави;

- матеріали, що погано зварюються – матеріали цього класу потребують попереднього, супутнього підігріву, необхідно забезпечувати повільне охолодження, а також наступну термічну обробку або використання спеціальних методів зварювання. До цього класу відносять високо вуглецеві , середньо- та високолеговані сталі, алюміній, титан та їхні сплави та інші;

- матеріали, що не зварюються або зварюються обмежено – ці матеріали зварюються лише спеціальними методами та способами зварювання (наприклад дифузійне зварювання у вакуумі) або не зварюються взагалі.

       Здатність сталі до зварювання можливо оцінити за вуглецевим еквівалентом, який визначається за формулою [11]:

                                             (2.1)

       де Mn, Si, Ni, Cr, Mo, Cu, V, C – вміст хімічних елементів у сталі у % (обираємо з таблиці 1.1).

%.

       Сталі з вуглецевим еквівалентом більше 0,45% погано зварюються, отже необхідні попередній підігрів, підігрів під час зварювання та після зварювальна термічна обробка. Визначимо температуру попереднього підігріву:

                                         ,                                            (2.2)

Сº.

       Температуру підігріву під час зварювання обирають з діапазону 250…400 Сº. Зважаючи на велику схильність до утворення тріщин та велику товщину виробу обираємо температуру 400 Сº.

       Після зварювання необхідно зробити високотемпературний відпуск сталі при наступному режимі: температура 800 Сº, час витримки 30 хв. ,охолодження з піччю.

       2.1.2 Вибір способів зварювання

       Для зварювання поздовжніх та кільцевих стиків обичайок раціонально використати електрошлакове зварювання, яке забезпечить заварювання усього перерізу стику за один прохід.

Автоматичне багато прохідне дугове зварювання нераціонально використовувати з наступних причин:

  •  низька продуктивність зварювання (товщина деталей 100 мм);
    •  багато прохідне зварювання приведе до виникнення великих напружень і деформацій;
    •  висока вартість процесу у порівнянні з електрошлаковим зварюванням.

       Для приварювання горловин, опори, патрубків, з’єднувальних скоб використаємо напівавтоматичне дугове зварювання в середовищі захисного газу .

       До особливостей напівавтоматичного дугового зварювання в середовищі захисних газів відносять :

  •  висока ступінь концентрації дуги, що забезпечує мінімальну зону структурних перетворень та відносно невеликі деформації виробу;
    •  висока ефективність захисту зони зварювання особливо при використанні інертних газів;
    •  невисока вартість процесу зварювання;
    •  відсутність потреби використання флюсу;
    •  можливість зварювання у будь-якому просторовому положенні.

       До особливостей електрошлакового зварювання відносять:

  •  тепло, яке йде на розігрів та розплавлення металу виділяється не від електричної дуги, а від ванни розплавленого флюсу (розплавлення флюсу відбувається струмом, що проходить);
    •  можливість зварювати деталі товщиною до 500 мм;
    •  зменшує кількість після зварювальних операцій;
    •  зменшується витрата флюсу у порівнянні з дуговим зварюванням під флюсом;
    •  не потрібна розробка кромок;
    •  менша витрата електроенергії порівняно з дуговими способами зварювання;
    •  вертикальне положення осі шва полегшує вихід із зварювальної ванни неметалевих включень та газів.

       2.1.3 Вибір зварювальних матеріалів

       Для електрошлакового зварювання використаємо дріт 3Св-06Х18Н9Т, який має   хімічний   склад    максимально   наближений   до   основного   металу.   Для

електрошлакового зварювання високолегованих жароміцних сталей рекомендовано використовувати зварювальний флюс АНФ – 7 (хімічний склад: SiO2 = 2%, CaF2 = 80 %, NaF = 17.25%, S = 0.05%, P = 0.02%).

       Напівавтоматичне     зварювання    виконуємо    дротом   2Св-06Х18Н9Т,   в

середовищі захисного газу аргону (вуглекислий газ використовується лише для зварювання вуглецевих сталей, а використання гелію недоцільне із-за його великої витрати).

       2.1.4 Обгрунтування режимів зварювання

       Розрахуємо параметри режиму електрошлакового зварювання дротяним електродом [10]. Зварювання виконуємо на апараті А-535, який дозволяє вести зварювання одночасно трьома електродами, що дозволить виконати зварювання за один прохід без коливальних рухів.

       Сухий виліт електродного дроту обирають з діапазону 60-70 мм. Обираємо 60 мм.

       Сила зварювального струму визначається за формулою:

 

                                                                                                          (2.3)

      де Із – сила зварювального струму, яка подається на один електрод А;

           А – коефіцієнт, який рівний 220-280 А;

           В – коефіцієнт пропорційності, обирається з діапазону 3.2-4;

           S – товщина деталей, мм;

           n – кількість електродів.

      Загальна сила зварювального струму:

Ізз = 3·326,7 ≈ 980 А.

       Напруга шлакової ванни:

                                                                                    (2.4)

       Швидкість подачі дроту визначають за емпіричною формулою:

                                                              VП = 0,5·ІЗ ,                                                  (2.5)

VП = 0,5·326  = 163 м/год.

       Швидкість зварювання визначають за формулою:

                                                         ,                                        (2.6)

де   γ – густина наплавленого металу, г/см3;

     В – зварювальний зазор, мм (для з’єднання С1 В = 28 мм);

     Ky – коефіцієнт, що враховує випуклість шву (1.05-1.1);

     LH – коефіцієнт наплавлення, г/(А·год) ( 30-35);

     S – товщина деталей, мм;

     n – кількість електродів;

     IЗЗ – загальна сила зварювального струму, А.

       Глибина шлакової ванни:

,

       Розрахуємо режими зварювання для приварювання горловин, патрубків та скоб [7].

       Враховуючи значну товщину металу, обираємо дріт діаметром 2мм.

       Визначимо силу зварювального струму за формулою:

                                                            IЗВ = Fe·j,                                                          (2.7)

      де  Fe – діаметр зварювального дроту, мм2;

            j – щільність зварювального струму, А/мм2.

       Щільність зварювального струму обирають залежно від діаметру дроту. Для дроту діаметром 2 мм, щільність струму обирають з діапазону 60-150 А/мм2. Для приварювання скоб (невеликий катет) обираємо щільність 80 А/мм2, а для приварювання горловини та патрубків 150 А/мм2 (великий катет щва).

Ізв1 = 3.14·12·80 = 250 А;

Ізв2 = 3.14·12·150 = 470 А.

       Визначимо напругу дуги по формулі:

                                                                                         (2.8)

        

      де d – діаметр електроду, мм;

           Iзв – сила зварювального струму, А.


       Визначимо коефіцієнт наплавлення при зварюванні при зварюванні змінним струмом:

                                                                                       (2.9)

       Визначимо необхідну швидкість зварювання:

                                                                                                       (2.10)

де  FH – площа металу, яка наплавляється за один прохід, мм2 .

       Приварювання скоб виконуємо катетом 5 мм за один прохід. Приварювання патрубків ведемо катетом 27мм за 12 проходів.

       Визначимо необхідну швидкість подачі дроту з умови рівності продуктивності наплавлення та розплавлення:

                                                                                                        (2.11)

       де Vзв – швидкість зварювання, м/год;

           Fн – площа наплавленого металу, мм2;

           Fе – площа електродного дроту, мм2;

       Витрату захисного газу обирають залежно від товщини зварювального металу або від катету шва. Для катета 5мм витрата аргону становить 15 л/хв., для катета 27 мм при умові зварювання за 12 проходів  - 25 л/хв.

       Визначимо структуру зварного шва, використовуючи для цього діаграму Шеффлера (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Діаграма Шеффлера

       Визначимо еквівалентний вміст хрому та нікелю у металі шва:

                                                            (2.12)

                                                                                     (2.13)

       де Cr, Mo, Si, Nb, V, Ti, Ni, C, Mn – вміст відповідних хімічних елементів у металі шва, %.

       Враховуючи  те, що зварювання проводиться дротом хімічного складу, що відповідає основному металу, метал шва має хімічний склад аналогічний до основного металу.

                          

                                                                            

       Вміст хрому відкладаємо по осі абсцис, а вміст нікелю – по осі ординат і отримуємо стуктуру зварного шва аустеніт+ферит, при чому фериту приблизно 15%.

       2.1.5 Вибір джерел живлення

       Для електрошлакового зварювання обираємо зварювальний трансформатор ТРМК-1000 [8], який забезпечує номінальне значення зварювального струму 1000 А (розрахунок показав необхідну силу струму 980 А) та жорстку вольт амперну характеристику. Напруга шлакової ванни за розрахунком 36 В, трансформатор забезпечує регулювання напруги в діапазоні 21-57 В, що також задовольняє. Характеристики трансформатора приведені у таблиці 2.1.

      Для механізованого зварювання в середовищі аргону використаємо установку змінного струму УДГ-501, яка забезпечує номінальний зварювальний струм 500 А, жорстку вольт амперну характеристику та зварювальну напругу  25-40 В. Характеристики установки приведені у таблиці 2.2.

       Таблиця 2.1 – Характеристики трансформатора ТРМК-1000

Назва параметру

Значення

Напруга мережі живлення, В

380

Максимальна потужність, кВт

54

Максимальна сила струму, А

1000

Межі регулювання вторинної напруги, В

21-57

Число ступенів регулювання

18

Охолодження

Повітряне примусове

Маса, кг

490

Габарити, мм

875×690×1150

       Таблиця 2.2 – Характеристики установки УДГ-501

Назва параметру

Значення

Напруга мережі живлення, В

380

Максимальна потужність, кВт

40

Максимальна сила струму, А

500

Межі регулювання зварювального струму, А

40-500

Межі регулювання зварювальної напруги, В

25-40

Охолодження

Водне

Маса, кг

250

Габарити, мм

700×685×885

        2.1.6 Вибір основного зварювального устаткування

       Для електрошлакового зварювання обираємо автомат типу А-535, який забезпечує  виконання кільцевих та повздовжніх швів деталей товщиною до 150 мм за один прохід без коливальних рухів. Характеристики автомату А-535 наведені в таблиці 2.3 [7].

       Таблиця 2.1 – Характеристики автомату для електрошлакового зварювання

                              А-535

Номінальний зварювальний струм, А

1000

Кількість електродів

3

Діаметр зварювального дроту, мм

3

Діапазон регулювання швидкості подачі дроту, м/год

60-450

Діапазон регулювання зварювальної швидкості, м/год

0-70

Товщина зварюваного металу, мм

50-450

Витрата охолоджуючої рідини, л/хв

10-30

Габарити зварювальної головки, мм

1600×690×1230

Вага зварювальної головки, кг

375

       Для механізованого зварювання обираємо напівавтомат ПДГ-505, який забезпечує зварювання в аргоні на номінальному значенні струму 500 А, дротом діаметром до 2 мм. Технічні характеристики наведені в таблиці 2.4.

 

       Таблиця 2.4 – Характеристики напівавтомату ПДГ-505

Межі регулювання струму, А

65-500

Напруга живлячої мережі, В

380

Діаметр дроту, мм

1,6-2,0

Швидкість подачі дроту, м/год

108-560

Витрата газу, л/хв.

7-30

Габарити механізму подачі, мм

904×660×434

Габарити шафи керування, мм

500×450×770

Маса механізму подачі, кг

27,5

Маса шафи керування, кг

74

  1.  Розробка технологічного процесу виготовлення зварної конструкції

  1.  Оцінка технологічності конструкції

      Оцінювати технологічність міксеру будемо за наступними критеріями [1]: матеріалоємність, трудомісткість, вартість.

      При використанні електрошлакового зварювання фактично відсутні втрати наплавленого металу на угар та розбризкування, що веде до зниження витрат електродного матеріалу. Щільне притискання повзунів до конструкції виключає також знижує витрати електродного матеріалу внаслідок зменшення його виходу за межі стику, що зварюється. Також у порівнянні з багато прохідним зварюванням під шаром флюсу відбувається економія флюсу.

      Для ємностей використання деталей які мають форму тіл обертання значно знижує витрату металу, у порівнянні з ємностями прямокутної форми. Це пов’язано із зменшенням концентрації напружень, а отже і їх більш рівномірного розподілу по матеріалу.

      Використання корозійностійкої сталі дозволить значно підвищити термін експлуатації конструкції, а також знизити запас міцності металу на корозійне руйнування.

      Міксер розбивається на такі вузли, які дозволяють при використанні листового прокату великих розмірів знизити кількість відходів, зменшити кількість зварних швів, а також стає раціональним використання автоматичного газокисневого різання, що має досить високу продуктивність і знижує трудомісткість виготовлення.       

       В даній конструкції можливо реалізувати усі три варіанти складання та зварювання, а саме:

  •  послідовне, при якому складання та зварювання деталей відбувається послідовно. При цьому досягається найгірша якість та точність виготовлення конструкції, а також низька продуктивність;
    •  загальне складання та зварювання можливо виконати лише при попередньому виготовленні обичайок. Забезпечує високу точність та якість готової конструкції, але в даному випадку потребує складного та громіздкого технічної оснастки та затрачається значний час на складальня конструкції для забезпечення її точності;
    •  повузлове складання та зварювання, при якому конструкція розбивається на окремі вузли, які виготовляються окремо, а потім проводиться складання та зварювання вузлів.

       При використанні повузлового складання та зварювання зменшується необхідна кількість робочих місць, підвищується точність виготовлення конструкції, а також знижується трудоємність.

      Використання електрошлакового зварювання замість багато прохідного автоматичного знижує загальний час на виконання зварних швів, зменшує час на боротьбу із зварювальними напруженнями та деформаціями, а також відпадає необхідність розробки кромок, що для товстолистових деталей займає багато часу. Але в свою чергу існує необхідність приварювання додаткових вивідних планок для початку електрошлакового процесу та його завершення, з подальшим іх видаленням.  Використання напівавтоматичного дугового зварювання замість ручного також знижує трудоємність, але використання автоматичного дало б більший ефект (недоцільно використати саме для даної конструкції внаслідок необхідності складного спеціалізованого механічного обладнання, яке буде мати велику вартість).

      Також використання електрошлакового зварювання дає і значний економічний ефект в наслідок економії зварювальних та допоміжних матеріалів, а також економію електроенергії. Також наведені вище переваги електрошлакового зварювання в цілому дають значний економічний ефект та значно знижують вартість готової конструкції.

      Вважаючи на те, що чорна металургія, для якої призначена дана конструкція займає провідне місце у економіці України, міксер доцільно виготовляти в умовах багатосерійного чи навіть масового виробництва, що дозволить значно знизити частку вартості механічного зварювального обладнання у вартості готової конструкції. Роликові стенди, що використовуються для зварювання, складаються із стандартних деталей, що дозволить виключити купівлю останніх на замовлення (стандартні деталі коштують значно дешевше). Обладнання для закріплення апарату для електрошлакового зварювання стандартне і може бути використане для виготовлення інших конструкцій.

       Виходячи з наведеного вище можемо зробити висновок, що конструкція, що виготовляється, технологічна.

  1.  Заготівельні операції

       Заготівельні операції – це операції технологічного процесу виготовлення конструкції, які полягають у підготовці металу зі складу до складання та зварювання.

       Спочатку листовий прокат піддають правці на багатовалкових правильних машинах для надання йому плоскої форми.

       Перед розміткою проводять очистку від забруднень, жирів, масел.

       Далі виконується розмітка листів під вирізання заготівель. Розмітку виконують одним з наступних способів: ручна розмітка, фотопроекційна або контактним світлокопіюванням. При багатосерійному та масовому виробництві розмітку доцільно виконувати двома останніми способами. Розрахунок розмірів заготовок наведені в додатку А.  Розміри заготовок зображені на рисунку 2.2-2.5.

Рисунок 2.2 – Розміри заготовки деталі поз.6 (див. ПЗ сторінка 72 )

Рисунок 2.3 – Розміри заготовки деталі поз.5 (див. ПЗ сторінка 72 )

Рисунок 2.4 – Розміри заготовки деталі поз.4 (див. ПЗ сторінка 72)

       

Рисунок 2.5 – Розміри заготовки деталі поз.1 (див. ПЗ сторінка 72)

       Далі виконують газокисневе термічне різання (інші способи різання не забезпечують можливість різання металу товщиною 100 мм). Тиск ацетилену та кисню 0,1 МПа, а тиск ріжучого кисню становить 1,2-1,4 МПа.

       Після різання можливі наступні способи отримання заготівель для виготовлення обичайок:

  1.  нагрів листів у печах з подальшим штампуванням;
  2.  вальцювання у трьохвалкових або чотирьохвалкових машинах.

       Обираємо перший спосіб, так як вальцювання товстого металу займає значний час, а також необхідно виправляти дефект типу «будинок».

       Далі виконується обробка кромок під зварювання.

       Після цього проводимо складання та електрошлакове зварювання заготівель в обичайки. Схема складання заготівель в обичайки під електрошлакове зварювання наведена на рисунку 2.6.

       Завершальною операцією заготівельного виробництва є обробка торців деталей.

1 – заготівлі; 2 – скоби; 3 – вивідні планки; 4 - ролики

Рисунок 2.6 – Схема складання заготівель під електрошлакове

зварювання

  1.  Розробка технології складання та зварювання

 

       Для виготовлення конструкції обираємо повузлове складання та зварювання.

       Процес виготовлення міксеру в себе наступні операції:

  1.  Складання під зварювання поздовжніх швів. Для виконання цієї операції необхідний роликовий стенд (розрахунок стенда наведений в наступному розділі), напівавтомат для зварювання в захисних газах, джерело живлення, балони із захисним газом, зварювальний дріт та скоби (рисунок 2.6).
  2.  Зварювання поздовжніх стиків обичайок. Для виконання цієї операції необхідний транспортний пристрій для надання заготівлям вертикального положення, автомат для електрошлакового зварювання, рама для закріплення автомату, джерело живлення, зварювальний дріт та флюс (рисунок 2.7).
  3.  Складання та зварювання циліндричних обичайок (вузол А). Для виконання цієї операції необхідний автомат для електрошлакового зварювання, роликовий стенд, рама для закріплення автомату, джерело живлення, флюс, електродний дріт (рисунок 2.8).
  4.  Складання та зварювання конічних обичайок (вузли Б та В). Для виконання  операції необхідні автомат для  електрошлакового  зварювання,   роликовий стенд ,   рама   для   закріплення   автомату ,   джерело   живлення,   флюс , електродний дріт (рисунок 2.9).
  5.  Складання та зварювання вузлів Б+А+В. Для виконання цієї операції необхідні автомат для електрошлакового зварювання, роликовий стенд, рама для закріплення автомату, джерело живлення, флюс, електродний дріт та підкладки на ролики (рисунок 2.10).
  6.  Приварювання арматури та горловини. Для виконання цієї операції потрібні напівавтомат для зварювання в захисних газах, джерело живлення, балони із захисним газом, зварювальний дріт.

Рисунок 2.7 – Ескіз до операції зварювання поздовжніх стиків обичайок

Рисунок 2.8 – Ескіз до операції складання та зварювання кільцевих стиків циліндричних обичайок

Рисунок 2.9 – Ескіз до операції складання та зварювання кільцевих стиків конічних обичайок

Рисунок 2.10 – Ескіз до операції загальне складання та зварювання кільцевих стиків обичайок

  1.  Вибір заходів боротьби із зварювальними напруженнями та деформаціями

       Зменшити зварювальні напруження та деформації при виготовленні міксера можливо наступними методами [2]:

1) Електрошлакове зварювання виконують за один прохід, що дозволяє значно зменшити зварювальні напруження та деформації від теплової дії зварювальної ванни. Також метал, що зварюється рівномірно прогрівається по всій довжині, що виключає появу кутових деформацій.

2) При збиранні заготовок під зварювання необхідно витримувати визначені зазори між кромками деталей. По довжині шва зазор неоднаковий і зазвичай він збільшується до верху з розрахунку 2-5 мм на кожен метр шва. Це дозволяє зменшити зварювальні напруження при усадці металу шва.

3) Для зняття внутрішніх напружень після електрошлакового зварювання достатньо провести високий відпуск при температурі 650-670 ºС. Що стосується покращення механічних властивостей основного металу та металу шва, то виконують нормалізацію при 900-920 ºС. Її проводять з метою покращення структури металу ЗТВ та металу шва, зокрема зменшення розмірів зерен.

4) Зменшення пластичної деформації при нагріві шляхом використання попереднього підігріву металу перед зварюванням, а також супутнього підігріву під час зварювання.

5) Зменшення погонної енергії, що може бути досягнено дещо заниженим зварювальний струмом (але не сильно, щоб виключити можливість не сплавлення основного металу з наплавленим).

6) За рахунок охолодження мідних повзунів, відбувається часткове охолодження і кромок деталей, що зменшує зону пластичних деформацій.

  1.  Технічний контроль якості та виправлення браку

       Для зварних швів міксера головним є корозійна стійкість та герметичність. Для цього необхідно забезпечити їх суцільність, а також відсутність у них тріщин, пор, свищів, неметалічних включень та інших дефектів. Також одним з можливих дефектів є не сплавлення основного металу з наплавленим.

       Не сплавлення основного металу з наплавленим можливе з наступних причин: недостатня сила зварювального струму, завищена швидкість зварювання. Поява не сплавлення може привести до суттєвого зниження міцності, появи несу цільностей, а також стати концентратором напружень та локальної корозії.

       Неметалеві включення та газові пори є наслідком в більшості випадків порушення технології зварювання: завищена швидкість охолодження та зварювання, що не дає можливості якісного видалення включень у шлак. Наслідком даних дефектів, як і у попередньому випадку є зниження міцності та локалізація корозії та напружень.

       Сталь Х18Н9Т схильна до утворення гарячих тріщин, причиною появи яких є велика кількість легуючих елементів. Для запобігання утворення тріщин необхідне чітке дотримання технології виготовлення (правильно встановлені режими зварювання, попередній підігрів та після зварювальна термічна обробка). Утворення холодних тріщин можливе з наступних причин: завищені значення зварювального струму, високий вміст легуючих елементів, низька якість основних та допоміжних зварювальних матеріалів (забруднений дріт, вологий захисний газ чи флюс). Для запобігання утворення холодних тріщин необхідно дотримуватись режимів зварювання та ретельно готувати зварювальні матеріали.  Наявність тріщин недопустима у зварному шві, так як вони значно зменшують термін експлуатації виробу, а також можуть призвести до швидкого руйнування в процесі експлуатації, що може мати дуже негативні наслідки.

       Для виявлення дефектів використовують наступні методи контролю якості:

  1.  ультразвукова дефектоскопія;

  1.  рентгенівська дефектоскопія:
    •  радіографічний метод контролю;
    •  радіометричний метод контролю;
    •  радіоскопічний метод контролю;
    •  нейтронографія;
    •  протонна радіоскопія;
  2.  магнітні методи контролю:
    •  магнітографічний;
    •  електромагнітний;
    •  метод магнітного порошку.

       Магнітні методи контролю дають високу точність та продуктивність контролю, але дуже ускладнені для дуже габаритних конструкцій.

       Радіаційні методи контролю потребують великих матеріальних витрат (рентгенівська плівка, складне обладнання), часу, а також для забезпечення радіаційної безпеки працюючих необхідний додатковий захист.

       Ультразвукова дефектоскопія не потребує значних матеріальних витрат, а також існує можливість автоматизації та механізації способу. Тому для виявлення дефектів у швах обираємо саме цей метод.

1 – виріб; 2 – перетворювач; 3 – п’єзоелемент

Рисунок 2.11 – Схема ультразвукового контролю циліндричних

деталей

       Для визначення дефектів використаємо дефектоскоп ДСК-1 [3], який дозволяє виявляти усі основні види дефектів,  а також виявляти локальну корозію. Працює дефектоскоп на частотах до 10 МГц, що дозволяє виявляти досить дрібні дефекти. Дефектоскоп оснащується перетворювачами з кутами падіння 30 – 65º, що дозволяє контролювати вироби різних діаметрів. Також дефектоскоп можливо використовувати для автоматичного контролю.

       Виявити несуцільності у швах можна двома способами:

  1.  заповненням міксеру водою і спостерігати протягом доби;
  2.  нагнітанням надлишкового тиску у міксер, попередньо загерметизувавши отвори і під’єднати манометр. Якщо протягом доби тиск значно знизиться, то в зварних швах є несу цільності.

       Виправлення дефектів у зварних швах можливе наступним чином:

  1.  якщо дефект залягає біля поверхні, то дефектну ділянку видаляють і знову заварюють;
  2.  якщо дефект на значній глибині, або дефектів досить значна кількість, тоді видаляють весь зварний шов і зварювання проводять повторно, попередньо вносячи зміни у режим чи технологію зварювання.

      

3. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ

      3.1 Загальна характеристика механічного устаткування, необхідного для

            забезпечення технологічного процесу

      Механічне зварювальне обладнання будемо конструювати для операції складання та зварювання конічних обичайок. Для якісного забезпечення процесу складання та зварювання, враховуючи значні габарити деталей, що зварюються, обираємо в якості механічного зварювального обладнання роликовий стенд з роликовими опорами, що мають різний діаметр, а для закріплення зварювального автомату поворотну колону ПК-4. Схематично такий роликовий стенд зображено на рисунку 3.1.

  1.  холості ролико-опори; 2 – електропривод; 3 – ведучі ролико-опори;

4 – упорний торцевий ролик

Рисунок 3.1 – Роликовий стенд для зварювання конічних деталей

     Зважаючи, що поворотна колона є стандартним обладнанням, то розрахунки проводимо лише для роликового стенду.

      3.2 Розрахунок роликового стенду

      Перед початком розрахунку визначимо масу деталей, що зварюються. Для цього спочатку необхідно визначити об’єм деталей. Об’єм порожнистого зрізаного конуса визначають за формулою:

 ,      (3.1)

де R1, R2, r1, r2, h – геометричні розміри деталей вказані, які вказані на рисунку 3.2,

   мм.

Рисунок 3.2 – Геометричні розміри деталі

.

     

       Масу деталі визначимо за наступною формулою:

                                                ,                                                       (3.2)

де ρ – густина металу г/см3 (для сталі Х18Н9Т ρ = 7,9 г/см3).

      Враховуючи, що конструкція циліндричної форми, то на передні та задні роликові опори припадає неоднакова частина ваги. На задні ролики буде припадати приблизно 2/3 ваги конструкції, а саме:

.

Рисунок 3.3 – Розрахункова схема роликового стенду

      Опорна реакція від статичного навантаження, що виникає в одній роликовій опорі визначають за формулою [4]:

                                                                                                         (3.3)

де α – кут, вказаний на рисунку 3.3.

      Обираємо стандартні  роликові опори з допустимим навантаженням 160 кН [], які мають діаметр 522 мм та дозволяють зварювати деталі діаметром від 800 мм.

      Враховуючи те, що центр ваги конструкції співпадає з віссю обертання, то опорна реакція від динамічного навантаження [4]:

                                                                     (3.3)

де b – коефіцієнт, який визначають за наступною формулою [4]:

                                                                                              (3.4)

де Dp – діаметр ролика, мм;

    f – коефіцієнт тертя в підшипниках роликових опор (для підшипників ковзання 0,1);

   μ – коефіцієнт тертя кочення, для сталевих роликів μ = 0,06-0,08 см;

   dP – діаметр осі ролика в підшипниках, мм (dP = 80 мм);

      Визначимо опір обертання роликової опори [4] :

                                                                                   (3.5)

     Визначимо навантаження, що діє на одну роликову опору [1]:

                                                                                                          (3.6)

      Обрані роликові опори витримують динамічне навантаження.

      3.3 Розрахунок окремих елементів роликового стенду

      3.3.1 Розрахунок осі холостої роликової опори

      Діаметр осі роликової опори визначають за формулою [4]:

                                                                                                      (3.7)

де Lвідстань між підшипниками осі, см (L = 290 мм);

    [σ] – допустиме напруження на згин, кгс/см2 ([σ] = 60 МПа);

      Приймаємо діаметр осі 90 мм.

      3.3.2 Розрахунок приводного вала

      Приводний вал розраховують на дію одночасно згинаючого та крутного моментів.

      Крутний момент визначають за формулою [4]:

                                                       (3.8)

де dв – діаметр приводного валу в підшипниках, см (приймемо рівним 80 мм);

    f – коефіцієнт кочення в підшипниках (f = 0,02);

    μ – коефіцієнт тертя кочення, мм;

    T – опір обертання роликової опори, Н;

    Q – статичне навантаження на роликову опору, Н.

       

      Для визначення згинаючого моменту, що діє вал, скористаємося схемою, показаною на рисунку 3.4, для якої побудуємо епюру згинаючих моментів. Для побудови епюри скористаємося математичним пакетом MathCad (див. Додаток Б).

Рисунок 3.4 – Розрахункова схема вала приводного ролика

      Як видно з рисунка 3.5 максимальний згинаючий момент   MЗГ = 8,8 ·106 Н·мм.

      Визначимо еквівалентний момент, що діє на вал [4]:

                                                                                          (3.9)

      Розрахунковий діаметр приводного вала [1]:

                                                                                                       (3.10)

      де [σ] – границя міцності для матеріалу з якого виготовлено вал, МПа (для вала із сталі 40 [σ] = 60 МПа).

Рисунок 3.5 – Епюра згинаючих моментів

      

      Приймаємо діаметр приводного вала рівним 115 мм.

      3.3.3 Визначення потужності приводного двигуна та підбір редуктора

      Для визначення потужності приводного двигуна спочатку необхідно визначити частоту обертання приводного ролика. Для цього спочатку визначають частоту обертання деталі, що зварюється:

                                                                                                       (3.11)

       де Vзв – швидкість із якою проводиться електрошлакове зварювання деталі, м/хв.;

          R1 – радіус деталі у місці опирання на роликоопору, м (R1 = 1,7 м);

      Визначимо частоту обертання ролика:

                                                                                                            (3.12)

       де R2 – радіус ролика, м;

       

 Потужність приводного двигуна можна визначити за формулою [1]:

                                                                                                    (3.13)

де η – загальний ККД приводного механізму (для роликових стендів ККД рівний 40-50%);

    ω – частота обертання вала, об/хв;

      Обираємо асинхронний двигун марки 4А80А8 У3 [15] з потужністю 0,37 кВт та частотою обертання 750 об/хв.

      Перевантаження двигуна не перевищує 5%, отже обраний двигун задовольняє.

      Частота обертання двигуна значно більша за частоту обертання роликоопори, отже необхідний редуктор. Визначимо передаточне число:

                                                                                                                  (3.14)

     де nдв – частота обертання двигуна, об/хв;

         nр – частота обертання роликоопори, об/хв.;

        Обираємо черв’ячні редуктори Ч-125-31,5 та Ч-125-80, загальне передаточне число яких становить 2520.

      3.3.4 Вибір муфти

      Муфту обирають за діаметром вала та значенням крутного моменту, що діє муфту,  зі стандарту.

      Крутний момент, що діє на муфту визначають за формулою [14]:

                                                           ММ = k ·MКР ,                                                 (3.15)

де k – коефіцієнт, що враховує умови роботи ( k = 1,2)

ММ = 1,2 ·6,2·105 = 7,44·106  Н·мм= 744 Н·м.

      По ГОСТ 20761-80 обираємо муфту фланцеву з допустимим крутним моментом 1000 Н·м, внутрішнім діаметром 70 мм, зовнішнім діаметром 170 мм, довжина пів муфти 110 мм.

Рисунок 3.6 – Фланцева муфта

      3.3.5 Вибір підшипників

       Частота обертання менше 1 об/хв., отже підшипник підбирають за статичному навантаженні та діаметрі валу [13].

        На один підшипник діє навантаження рівне половині навантаження на роликоопору, а саме :

Pп = 0,5·P = 0.5 ·152202 = 76101 H.

                                                     

      Для підшипників номер 316 допустиме навантаження 96500 Н. Отже остаточно обираємо підшипники легкої серії номер 316.

 

Рисунок 3.7 – Характеристики підшипника 316

      

      3.3.6 Перевірка шпонкового з’єднання

      Шпонкові з’єднання перевіряють на зминання та зріз за умовами [14]:

  •  на зминання

                                                              (3.16)

  •  на зріз

                                                              (3.17)

де l – довжина шпонки, мм;

    dдіаметр вала, мм;

    b – ширина шпонки, мм;

    t – виступ шпонки за межі паза, мм;

    [σзм] – допустиме напруження на зминання, МПа;

    [τзр] – допустиме напруження на зріз, МПа;

    [Т] – допустимий крутний момент, Н·мм.

    Дані для розрахунку наведемо у таблиці 3.1.

     Таблиця 3.1 – Дані для перевірки на зминання та зріз шпонкового з’єднання

Параметр

Значення

d, мм

115

b, мм

28

t, мм

10

l, мм

50

зм], МПа

100

[τзр], МПа

60

Мкр, Н·мм

6,2·105

     

      Виконаємо перевірку:

  •  на зминання

  •  на зріз

      

      Обидві умови міцності виконуються, отже обране шпонкове з’єднання задовольняє.

4. ОХОРОНА ПРАЦІ

      4.1 Задачі в галузі охорони праці

 Закон України  “ Про охорону праці”, який прийнято Верховною Радою України 14 жовтня 1992 року і введеного в дію 24 жовтня 1992 року.

Охорона праці – це  система правових,  соціально-економічних, організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних і лікувально-профілактичних заходів   та   засобів,  спрямованих  на збереження життя,  здоров'я  і  працездатності  людини  у  процесі трудової діяльності.

Соціально-економічними заходами передбачаються еконмічні методи управління охороною праці:
       - Створення державного, регіональних і галузевих фондів охорони праці та фонду охорони праці на підприємстві;

- Обов'язкове соціальне страхування працівників власником підприємства від нещасних випадків і професійних захворювань;

- Безкоштовне забезпечення лікувально-профілактичним харчуванням, а також інші пільги і компенсації працівникам, які зайняті на роботах з важкими та шкідливими умовами праці;

- Безкоштовна видача працівникам спецодягу та інших засобів індивідуального захисту;

- Відшкодування власником шкоди у зв'язку з каліцтвом або іншим ушкодже- нням здоров'я (або його сім'ї у разі смерті потерпілого).

Організаційно-технічні заходи та засоби викликані забезпечити такий рівень організації праці на підприємстві і такі технічні (інженерні) рішення з охорони праці для всього технологічного процесу, а саме обладнання та інструментів, які б виключали вплив на працюючих небезпечних виробничих факторів, а також виключали б або зменшували до допустимих нормативних значень вплив на робітників шкідливих виробничих факторів.

Організаційними заходами охорони  праці є: високий рівень  кваліфікації

працюючих, чітке і своєчасне проведення інструктажів та контролю знань з охорони праці, правильна організація праці, справний стан засобів колективного та індивідуального захисту, наявність відповідних знаків небезпеки та ін.

Технологічними (інженерними) заходами і засобами охорони праці є: застосування технічно досконалого та справного обладнання, инструментів та обладнання, засобів колективного захисту (огороджень, запобіжних пристроїв, блокування, сигнализации, систем дистанційного управління, специальних засобів заземления, занулення итд.);  використання досконаліших засобів індивідуального захисту (ізолюючих костюмів, спецодягу, засобів захисту органів дихання, рук, голови, обличчя, очей, органів слуху, засобів захисту від падінь з висоти та ін.) 

Санітарно-гігієнічні засоби передбачають дослідження впливу виробничих факторів на людину, встановлення допустимих значень цих факторів на робочих місцях, визначення фактичних значень конкретних параметрів виробничих факторів, а також визначення відповідності умов на робочих місцях вимогам нормативних документів.

Охорона праці включає в себе вирішення наступних основних завдань:

Навчання працюючих безпеки праці та пропаганду питань охорони праці.
2. Забезпечення безпеки будівель і споруд.
3. Забезпечення безпеки виробничого обладнання.
4. Забезпечення безпеки виробничих процесів.
5. Забезпечення працюючих засобами індивідуального захисту.
6. Нормалізація санітарно-гігієнічних умов.
7. Створення оптимальних умов праці та відпочинку працюючих.
8. Санітарно-побутове обслуговування працюючих.

Мета впровадження системи управління охороною праці (УОП) — це всебічне сприяння виконанню вимог, які повністю ліквідують, нейтралізують або знижують до допустимих норм вплив на працюючих небезпечних та шкідливих факторів  виробничого  середовища,  забезпечують  усунення  джерел

небезпеки, ізолювання від них персоналу, використання засобів, що усувають небезпечні ситуації та підвищують технічну безпеку, створюють надійні санітарно-гігієнічні та ергономічні умови

Для зварювання корпусу міксеру ємністю 320 м3, який розглядається в дипломній роботі, основними задачами охорони праці при електрошлаковому та напівавтоматичному зварюванні в інертному газі є:

1. Забезпечення електробезпеки та пожежної безпеки.
2. Оптимізація параметрів мікроклімату.
3. Забезпечення відповідного освітлення.

4. Захист від шуму і вібрації.

5. Оптимізація вентиляції робочих приміщень.

      В межах даного розділу буде проведено розрахунок параметрів місцевої вентиляції для зварювальних місць на яких будуть виконуватись наступні операції: електрошлакове зварювання поздовжніх стиків обичайок та приварювання горловин та патрубків.

      4.2 Розрахунок інженерного рішення

      4.2.1 Розрахунок місцевої вентиляції від зварювальних місць

      Для місцевої вентиляції зварювальних місць застосовують панелі рівномірного всмоктування або відкриті зонти. [12].  

      З метою підвищення ефективності місцевих відсосів їх активують струменем (рисунок 4.1). На вісі потоку такого струменя спостерігається точка, в якій помітний вплив всмоктую чого отвору. Переріз проточного струменя  в цьому місці називається критичним. Швидкість проточного струменя приймають 1-2 м/с чи більше, але вона повинна перевищувати швидкість розповсюдження шкідливих викидів. Мінімальну ширину проточного струменя приймають 5 мм, а щілини місцевого підсосу – 50 мм. Максимальну швидкість проточного струменя

над поверхнею обмежують 10 м/с.

Рисунок 4.1 – Схема активації проточним струменем для витяжок типу зонт

       Для місцевої вентиляції зварювальних місць обираємо витяжки типу зонт, так як при електрошлаковому зварюванні виділяється значна кількість теплової енергії яка значно розігріває шкідливі викиди.

       Витрата повітря, яке використовується зонтом визначають за формулою [12]:

                                                                                                          (4.1)

      де LК – витрата повітря, яке підтікає до зонта з конвективним струменем, м3/год;

           

                                                                                        (4.2)

      де FЗ та FИ – відповідно площі зонту та джерела тепла, м2;

           QK – кількість конвективного тепла, яка виділяється з поверхні джерела нагріву, Вт;

                                                                                          (4.3)

      де tИ та t0 – відповідно температури джерела нагріву та навколишнього середовища, ºС;

            z – відстань від поверхні джерела тепла до поверхні зонту, м.

      Температуру навколишнього середовища приймемо рівною 20 ºС, а температуру джерела нагріву 1700 ºС.

      Джерелом нагріву при електрошлаковому зварюванні є шлакова ванна, площа якої для операції зварювання поздовжніх стиків рівна:

                                                                                                      (4.4)

      де  b – величина зазору між деталями, м;

           δ – товщина деталей, що зварюються, м.

      Відстань від поверхні шлакової ванни до поверхні зонта буде максимальною при зварюванні поздовжніх стиків і буде рівна довжині найбільшої обичайки, а саме 3,39 м.

     Визначимо витрату повітря, яка підтікає до зонта з конвективним струменем :

     Виходячи з рекомендацій наведених у [12] відношення FЗ/FИ приймають рівним 1,5. Отже визначимо визначимо витрату повітря зонтом:

      Далі розрахуємо параметри активованого піддуву.

      Діаметр приточного отвору:

                                                                                      (4.5)

      Діаметр всмоктую чого отвору:

                                                                                     (4.6)

      Витрата приточного повітря:

                                                                                           (4.7)

      Витрата відсмоктуваного повітря:

                                                                                           (4.8)

      де  B – відстань між приточним та витяжним отвором, м;

            vmin – швидкість потоку в критичному перерізі, м/с;

            v1 – середня швидкість руху потоку в приточному отворі, м/с;

            v2 – середня швидкість руху потоку в витяжному отворі, м/с.

      Швидкість приточного струменя у критичному перерізі рекомендують брати рівним у межах 1-2 м/с. Обираємо 2 м/с.

      Відстань між приточним та витяжним отвором приймемо рівним довжині найбільшої деталі плюс 200 мм. Тобто B = 3,59 м.

      Середню швидкість руху потоку в проточному отворі приймемо рівною 5 м/с.

      Середню швидкість руху потоку в витяжному  отворі приймемо рівною 10 м/с.

      Розрахуємо параметри по формулам (4.5) – (4.8).

            

      Розрахуємо параметри витяжки-зонту для робочого місця, де буде виконуватись приварювання горловин та патрубків напівавтоматичним дуговим зварюванням.

      Температуру навколишнього середовища приймемо рівною 20 ºС. Джерелом теплоти є зварювальна дуга, яка горить в середовищі аргону і температура якої сягає  5000 ºС.

      При зварюванні в середовищі аргону електрична дуга стискається струменем захисного газу і її проща рівна прощі поперечного перерізу дроту [12]:

                                                                                                      (4.9)

      де  d – діаметр електродного дроту, м;

          

      Відстань від зварювальної дуги до поверхні зонта буде рівна висоті горловини плюс 200 мм, а саме 0,7 м.

     Визначимо витрату повітря, яка підтікає до зонта з конвективним струменем :

     Приварювання горловини робиться кільцевим швом, тому площа зонту має бути достатньою для перекриття площі горловини. Приймаємо площу зонта 2,8 м2. Отже визначимо визначимо витрату повітря зонтом:

Рисунок 4.2 – Схема місцевої витяжки типу «зонт»

      4.2.2 Висновок

      Основними задачами в галузі охорони праці на підприємстві зі  зварювального виробництва є: зниження шкідливого впливу на працюючий персонал, зниження забруднення навколишнього середовища, а також організації спеціальних підрозділів на підприємстві, які будуть займатись організацією безпечного виробничого процесу.

      В межах даного розділу ми розрахували необхідні параметри вентиляційних систем типу «зонт», які будуть забезпечувати очищення зварювальних місць від шкідливих викидів при електрошлаковому та напівавтоматичному дуговому зварюванні.

ВИСНОВКИ

1. При виконанні дипломного проекту ми виконали наступне:

  •  розробили технологічний процес виготовлення міксеру;
    •  обрали основне та механічне зварювальне обладнання для забезпечення технологічного процесу виготовлення міксеру;
    •  обрали зварювальні матеріали;
    •  обрали методи контролю якості виробу.

      2. В межах дипломного проекту були виконані наступні розрахунки:

              -   розрахунок режимів зварювання;

              -   розрахунок роликового стенду;

              -   розрахунок вузлів роликового стенду;

              - розрахунок елементів обладнання для збирання за зварювання поздовжніх стиків обичайок;

               -   розрахунок параметрів місцевої вентиляції для зварювальних місць.

     

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

  1.  Баранов М.С. Технология производства сварных конструкций. – М.: Машиностроение, 1966. – 332 с.
    1.  Винокуров В.А. Сварочные напряжения и деформации. – М.: Машиностроение,  1968. – 236 с.
    2.  Выборнов Б.И. Ультразвуковая дефектоскопия. – М.: Металлургия, 1985. – 256 с.
    3.  Карпенко А.С. Технологічна оснастка у зварювальному виробництві. Навчальний посібник. – К.: Арістей, 2005. – 268 с.
    4.  Куркин С.А., Ховов В.М. Технология, механизация и автоматизация производства сварнях конструкцій. Атлас. – М.: Машиностроение, 1989. – 328 с.
    5.  Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Виробництво зварних конструкцій» для студентів спеціальності «Технологія та устаткування зварювання» денної форми навчання./ Укл. Бадаєв А.С. – Чернігів: ЧДТУ, 2000. – 25 с.
    6.  Сварочное оборудование. Каталог-справочник. Часть первая.  – К.: Наукова думка, 1968. – 385 с.
    7.  Сварочное оборудование. Каталог-справочник. Часть первая.  – К.: Наукова думка, 1968. – 390 с.
    8.  Севбо П.И. Конструирование и расчёт механического сварочного оборудования. – К.: Наукова думка, 1978. – 400 с.
    9.  Сироткин Ф.П. Расчет параметров режимов сварки: Методические указания по проведению практических занятий по дисциплине «Технология электрической сварки плавлением» - Н.Новгород: ВГИПУ, 2007. – 55 с.
    10.  Теория сварочных процессов: Учебник для вузов по специальности Оборудование и технология сварочного производства»/В. Н. Волченко, В. М. Ямпольский, В. А. Винокуров и др.; Под ред. В. В. Фролова. – М.: Высшая школа, 1988. 559с.
    11.  Торговников Б.И., Табачник В.Е. и др. Проэктирование промышленой вентиляции: Справочник. – К.: Будівельник, 1983. – 256 с.
    12.  Цехнович Л.И., Петриченко И.П. Атлас конструкции редукторов. – К.: Вища школа, 1979. – 130 с.
    13.  Чернавский С.А. и др. Курсовое проэктирование деталей машин: Учебное пособие. – М.: Машиностроение, 1988. – 416 с.
    14.  Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболенская Е.А. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. – М.: Энергоиздат, 1982. – 504 с.

5. ДОДАТКИ

      5.1  Додаток А. Побудова епюри згинаючих моментів

Рисунок 5.1 – Епюра згинаючих моментів

      5.2  Додаток Б. Розрахунок розмірів заготовок для конічних обичайок

Рисунок 5.2 – Параметри заготовок

Вхідні  дані :

      3.4 Розрахунок оснастки під збирання повздовжніх стиків

      Схема установки для складання та зварювання поздовжніх стиків обичайок показана на рисунку 3.8. Заготівлі встановлюються і регулюються по висоті клином 1. Обертання столу 2 забезпечується роликами 3. Гідроциліндр 5 призначений для підтискання клину. Гідроциліндр 4 призначений для притискання та переміщення заготівель у горизонтальному напрямі.

1 – клиновий притискач; 2 – стіл; 3 – ролик; 4,5 – гідроциліндри

Рисунок 3.8  – Схема оснастки під збирання та зварювання поздовжніх

стиків

      3.4.1 Визначення необхідного перерізу клинового притискача

      На клиновий притискач діє перерізаючи сила від ваги заготівлі.

      Визначимо вагу заготівлі:

                                                                   (3.18)

     де H – висота заготівлі, м (H=3,39 м);

          R1 – зовнішній радіус заготівлі, м (R1 =1,8 м);

          R2 – внутрішній радіус заготівлі, м (R2 =1,7 см);

          ρ – густина металу, кг/м3;

          g – прискорення вільного падіння, м/с2.

      Площу перерізу клину у найменшому перерізі визначимо з умови міцності на зріз:

                                           (3.19)

      де S – площа поперечного перерізу шпонки, мм2;

           [τ] – допустимі дотичні напруження на зріз, МПа;

           n – кількість клинових притискачів на які опирається заготівля (n=3).

      Установку будемо виготовляти із Ст.3, для якої  [τ] = 100 МПа. З формули (3.19) визначимо необхідну площу перерізу:

     Приймемо наступні розміри перезізу клину у найменшому перерізі: 30×16 мм.

     3.4.2 Розрахунок клинового притискача

     Розрахункова схема для розрахунку клинового притискача зображена на рисунку 3.9.

Рисунок 3.9 – Розрахункова схема клинового притискача

    Кут скосу клину обирається виходячи з умови самогальмування [4]:

                                                                                                          (3.20)

     де α – кут скосу клину;

         φ – кут тертя (для пари тертя сталь-сталь φ=5º50').

.

     

     Для забезпечення самогальмування обираємо кут скосу клину 10º.

     Довжина клину має забезпечувати надійне встановлення заготівлі, а також переміщення заготівлі у вертикальному напрямку на задану величину. Зміщення деталей при електрошлаковому зварюванні не має перевищувати 5 мм на сторону, тобто величина С (рис. 3.9) рівна 10 мм. Визначимо переміщення клина для забезпечення підйому клину на величину С [4]:

                                                                                                             (3.21)

      Отже приймаємо довжину клину 150 мм.

      Визначимо силу Q, яку необхідно прикласти до клинового  притискача для підйому заготівлі []:

                                                                                (3.22)

      де W – нормальна сила, що діє на один клин від ваги заготовки, Н;

      3.4.3 Підбір гідроциліндрів

      У механічному зварювальному обладнанні бажано використовувати силові вузли одного типу та однієї марки. Визначимо необхідне зусилля на штоці гідроциліндра для горизонтального переміщення заготівлі.

                                                                                                 (3.23)

      де f – коефіцієнт тертя ковзання (для пари сталь-сталь при наявності мастила f=0,1);

     Як показав розрахунок більше зусилля необхідне на гідроциліндр, що переміщує клиновий притискач.

      Визначимо необхідний діаметр поршня гідроциліндра для забезпечення необхідного зусилля [4]:

                                                                                                 (3.24)

      де p – тиск мастила, МПа;

           η – ККД гідроциліндру (для гідроциліндрів двосторонньої дії 0,85).

      Гідроциліндри двосторонньої дії за ГОСТ 19899-74 працюють при тиску мастила р=10 МПа.

      За ГОСТ 19899-74 найближче стандартне значення діаметра поршня гідроциліндра рівне 50 мм.

     3.4.4  Розрахунок осі роликів та підбір підшипників

    Діаметр осі визначаємо за формулою (3.7), прийнявши відстань між підшипниками 120 мм.

     Для забезпечення плавного колового переміщення столу устаткування, частота обертання роликів не буде перевищувати 1 об/хв. Отже визначимо статичне навантаження, що діє на один підшипник:

      Обираємо підшипники серії 212 з допустимим статичним навантаженням 31500 Н.

      В даній роботі розглядається корпус міксера ємністю 320 м, який складається з конічних та циліндричних обичайок з’єднаних між собою за допомогою зварювання. До циліндричної обичайки приварена горловина через яку заливають рідкий чавун.

      Основним призначенням міксеру є транспортування та зберігання рідкого чавуну. Міксери виготовляються в умовах серійного та багатосерійного виробництва, так як чорна металургія (основна галузь промисловості в якій застосовується дана конструкція) є однією з найоб’ємніших  галузей промисловості України. Зважаючи на це, метою даної роботи являється розробка технологічного процесу виготовлення міксеру, яка забезпечить виготовлення конструкції з найменшими матеріальними витратами, витратами часу та з найменшою трудоємністю, а також забезпечити безпеку працюючого персоналу.

      Використання електрошлакового зварювання для зварювання повздовжніх та кільцевих швів замість багато прохідного автоматичного зварювання дозволить зменшити загальний час зварювання, зменшити відходи виробництва (так як при зварюванні металу товщиною 100 мм для автоматичного зварювання необхідна розробка кромок, а для електрошлакового ні). Також зменшуються залишкові напруження після зварювання, а також отримуємо більш однорідну структуру та хімічний склад зварного шва внаслідок виконання його за один прохід. Також зменшити час на виготовлення конструкції досягається зварюванням поздовжніх стиків одночасно двома апаратами.

     В межах даної роботи було розраховано та спроектовано допоміжне зварювальне обладнання для наступних операцій:

  •  На 3му аркуші роликовий стенд для виконання операції зварювання кільцевого шва конічних обичайок;
    •  На 4му аркуші оснастка для складання та зварювання поздовжніх швів.

     Використання роликового стенду для виконання зварювання кільцевих швів забезпечує точне встановлення деталей, їх швидке завантаження та вивантаження, а також регулювання зварювальної швидкості в широкому діапазоні зміною передаточного числа редуктора або зміною частоти обертання двигуна.

      Використання оснащення показаного на аркуші 4 дозволить досить точно встановлювати деталі для збирання а також подальшого зварювання (можливе регулювання положення заготівель як у вертикальному так і у горизонтальному напрямі). У порівнянні із типовою конструкцією цього оснащення, в даній роботі було замінено з однієї сторони гвинтові на гідроциліндри двосторонньої дії. Використання гідроциліндрів забезпечує плавне регулювання, а також зважаючи на значну вагу заготівель знижує трудоємність регулювання положення кромок одна відносно одної. Перед завантаженням заготівель гвинтові притискачі встановлюють під розмір заготівлі з невеликим зазором. Далі встановлюють першу половину обичайки та гвинтовими притискачами фіксують її положення. Далі завантажують другу половину, після чого гідроциліндром з’єднаним з клином виставляють кромки по висоті, а іншими гідроциліндрами регулюють зміщення кромок у горизонтальному напрямі та регулюють зазор між заготівлями.

       Для міксеру найбільш доцільно використовувати по вузлову схему складання та зварювання яка забезпечить велику точність виготовлення конструкції а також дозволить зменшити час на виконання складально-зварювальних операцій. На 5му аркуші показана розроблений план цеху по складанню та зварюванню міксера. Цех розбитий на кілька окремих дільниць кожна з яких відповідає за виготовлення окремого вузла конструкції. Дільниці зв’язані між собою рольгантом по якому вузли з (показать на плане участки) дільниць транспортуються на дільницю загального складання та зварювання.

     Для забезпечення безпеки працюючих в цеху від шкідливих парів, що виділяються при зварюванні, в межах роботи була розрахована місцева вентиляція зварювальних місць, яка забезпечить очищення повітря робочої зони. Також для забезпечення безпеки для контролю якості зварних швів використовуємо ультразвукову дефектоскопію, яка у порівнянні з рентгеноскопією не несе небезпеки ураження персоналу рентгенівським випромінюванням. Для діагностування зварних швів використовуємо апарат ДСК-1 який використовується для автоматичного контролю якості зварних з’єднань та дозволяє виявляти досить дрібні дефекти. Апарат оснащений перетворювачами з різними кутами падіння, що дозволить проводити контроль виробів різних діаметрів.

      


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41334. Определение моментов инерции тела. Дополнение к отчету по работе 37 KB
  Момент инерции для известного тела: К = К2 – К1 = 0028 0002 кгм2 Параметры известного тела: s = 21375 мм; p = 175 мм; l = 25 мм Аналитическое вычисление:.
41337. Регулировка токов и напряжений 916.5 KB
  Приборы: два реостата 500 Ом; 06А амперметр точность 0. Задание 1: изучение реостата. Исследуемая схема: где  сопротивление потребляющей ток нагрузки; R – сопротивление полностью введенного реостата;  электродвижущая сила источника тока А – амперметр; V1 – вольтметр для нагрузки; V2 – вольтметр для источника тока; К – ключ.
41338. Регулировка токов и напряжений. Дополнение к лабораторной работе 252.05 KB
  При сопоставлении графиков зависимостей можно сказать, что при малых токах лучше использовать потенциометр, а при больших – реостат.
41339. ОСНОВНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ С ЭЛЕКТРОННЫМ ОСЦИЛОГРАФОМ 274.5 KB
  Для проверки линейности усилителя вертикального отклонения осциллографа строим график зависимости отклонения луча от подаваемого напряжения измеренного вольтметром V по схеме 1. II Для определения чувствительности осциллографа по осям X и Y строим графики зависимости отклонения луча от положения ручек регулировки чувствительности. Усилитель вертикального отклонения. Максимальная чувствительность усилителя вертикального отклонения = 2.
41340. Определение модуля Юнга по растяжению проволоки 189.5 KB
  Цели и задачи: необходимо вычислить модуль Юнга для проволоки определив удлинение этой проволоки ΔL под действием приложенной к ней силы F при известной длине проволоки L и площади поперечного сечения S. Приборы и материалы: для определения модуля Юнга используется установка которая состоит из проволоки закрепленной в кронштейне к нижнему концу которой подвешивается растягивающий груз играющий роль деформирующей силы. Для определения удлинения проволоки под действием груза служит зеркальце прикрепленное вертикально к горизонтальному...
41341. Разработка системы менеджмента предприятия по производству одежды из кофе 836 KB
  Впервые производство «кофейной» одежды было разработано тайваньской компанией Singtex. Аналогичным производством линии спортивной одежды из кофе занимается калифорнийская фирма Virus. На Российском рынке данный вид продукции пока не существует, поэтому существует перспектива создания линии экологически чистой одежды и в нашей стране.