47362

Модернизация координатной оси динамической подвижной лазерной головки

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Областью практического применения разработанной координатной системы станка обеспечивает динамическое перемещение оптической оси лазерного излучения, а также положением фокуса луча над поверхностью раскройного стола с разрешением в тысячные доли миллиметра.

Русский

2013-12-09

6.3 MB

3 чел.




PAGE   \* MERGEFORMAT 62


РЕФЕРАТ

Объектом разработки является модернизация координатной оси динамической подвижной оптической лазерной головки станка с ЧПУ, для расчёта оптимального способа обработки.

Цель работы: Модернизировать координатную ось динамической подвижной лазерной головки. Разработанная координатная ось должна минимизировать общее время обработки. Получить минимальные перемещения лазерной головки, при ее работе. Ресурсы затраты материалов, должны быть минимальными и экономичными.

В результате выполнения работы была модернизирована координатная ось, для уменьшения перемещения лазерной головки и получены минимальные затраты материала.  

Областью практического применения разработанной координатной системы станка обеспечивает динамическое  перемещение  оптической оси лазерного излучения, а также положением фокуса луча над поверхностью раскройного стола с разрешением в тысячные доли миллиметра.


Содержание

[1]
ВВЕДЕНИЕ

[2]
ОПИСАНИЕ СТАНКА ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛА LASERCUT-4015-3

[3]
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

[4]
ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ (КАСОЙ) ИЗГИБ БАЛОК, КРУЧЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ (БРУСЬЕВ)

[5] МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАБОТЫ ОПТИЧЕСКОЙ ЛАЗЕРНОЙ ГОЛОВКИ

[6]
РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

[7]
ОХРАНА ТРУДА

[8]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

[9] СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ


ВВЕДЕНИЕ

"РУХСЕРВОМОТОР" ООО

Рисунок 1- Здание предприятия ООО "Рухсервомотор"

Основная область деятельности ООО "Рухсервомотор"-  технология прямого привода.

ООО"Рухсервомотор" предлагает целую гамму одно - и многокоординатных систем  на базе прямого привода. Эти электромеханические устройства выгодно отличаются от стандартных приводов прямым преобразованием электромагнитной энергии в механическое линейное (или поворотное) перемещение. Модульная конструкция и отсутствие механических передач позволяет создавать динамические многокоординатные прецизионные системы, которые гарантируют перемещение объекта по траектории любой сложности.

По данной уникальной технологии ООО "Рухсервомотор" разрабатывает и производит:
 - Весь спектр линейных и поворотных  шаговых моторов, линейные синхронные моторы, поворотные синхронные столы, линейные моторы (предметные столы, Z-мотор), планарные моторы (двухкоординатные), планарный сервопривод и многокоординатные  системы на их базе в соответствии с ТЗ Заказчика;
 - 3D и 2D машины:  трёхкоординатный манипулятор, двухкоординатный манипулятор, фрезерно-гравировальные 3D станки и порталы (на базе синхронного привода и  шагового привода);
- Станки лазерной резки и сварки,плазменного раскроя, устанвки для резки труб, комплексы для раскроя листового материала, оборудование для гравировки и маркировки;
 - Производит сервоконтроллеры, платы для управления шаговыми и синхронными моторами, платы управления;
 - Комплектующие для сервопривода: крестовый стол, линейная ось, шарико-винтовая передача, трёхкоординатная портальная система, микрошаговые контроллеры, вставные компьютерные платы ЧПУ;
 - Предлагает линейные подшипники и направляющие качения, шарико-винтовые пары, линейные силовые приводы(актуаторы).

Благодаря своим уникальным качествам их привода могут применяться в самых разнообразных областях:

1. Mеханическая обработка 

  1.  высокоточное фрезерование, сверление, гравирование небольших деталей
  2.  позиционные машины для высокоточной обработки оптических поверхностей
  3.  машины для сверления печатных плат
  4.  высокоточные гравировальные машины
  5.  режущие, сваривающие, гравировальные машины для обработки деталей малых и средних размеров с использованием лазерных головок
  6.  станки лазерной резки и сварки различных видов металла, установки для маркировки/гравировки.

2. Задачи измерения и тестирования 

  1.  позиционирование в области обработки изображений
  2.  измерение, анализ, тестирование изображений
  3.  зонды

3. Сборочные операции 

  1.  сборочные операции в микроэлектронике
  2.  микроэлементная сборка
  3.  сборка в часовой промышленности
  4.  манипуляторы
  5.  x-y плоттеры

Лазерное оборудование – это современные станки, отвечающие всем требованиям новейших технологий производства. Они удачно сочетают возможность автоматизации производства с возможностью создавать при их помощи уникальные изделия.

Многофункциональные лазерные станки и лазерные граверы способны выполнять целый набор видов работ

  •  операции резки по заданному контуру очень высокой сложности
  •  раскрой деталей из различных материалов с большой точностью
  •  нанесение на любую сложную поверхность высококачественных гравюр и маркировок

Принцип работы лазерного оборудования состоит в воздействия на поверхность материала и удалении мельчайших частиц вещества. Малая величина зоны термического воздействия на материал сохраняет естественную структуру вещества.

При таком воздействии на материал исключается все виды механического повреждения материала заготовки во время ее обработки и обеспечивается полное соответствие ее заданным для изделия параметрам.

Станки для лазерной резки и лазерные граверы работают, используя новое программное обеспечение, используя программы для создания графических изображений и средств ЧПУ с помощью которых рисунок переносится на поверхность изделия.

Лазерное оборудование может выполнять работы по резке гравировке с такими материалами, как

  •  дерево любых пород
  •  шпон
  •  пластики
  •  стекло и оргстекло
  •  камень любых породбумага и картон
  •  все виды тканей натуральные и синтетические
  •  все сорта резины
  •  кожа натуральная и кожзаменители
  •  и еще множество других.

Лазерное оборудование с широким диапазоном его использования – от промышленного производства до изготовления сувениров и выполнения индивидуальный изделий открывают дополнительные возможности по выпуску новой продукции для любого предприятия.

Простота установки и отладки оборудования, легкость в обучении персонала и возможность установить его в небольшом помещении делает его доступным для предприятий малого бизнеса.

  1.  
    ОПИСАНИЕ СТАНКА ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛА LASERCUT-4015-3

Станок лазерной резки металла " LaserCUT-4015-3" предназначен для автоматической лазерной резки любых листовых металлов: углеродистых сталей - толщиной до 12 мм, коррозионно-стойких - до 6 мм, алюминия до 4 мм и  может использоваться как самостоятельное изделие с индивидуальным обслуживанием, так и в составе технологических линий.

Станок оснащен волоконным лазером мощностью 1,5 кВт фирмы "ИРЭ-Полюс" (Россия), системой числового программного управления LSMC-4 на базе процессора Texas Instruments  DSP C32 и персональным компьютером, обеспечивающим ввод управляющих программ с лазерного или жесткого дисков, flash, а также непосредственно с клавиатуры модуля управления машины.

 

  1.  Внешний вид станка лазерной резки " lasercut-4015-3" с двухпалетным раскройным столом ( с защитной кабиной)

Рисунок 2- Станок лазерной резки " lasercut-4015-3"

  1.  Основные параметры

  •  Максимальная скорость холостого хода: до 180 м/мин.
  •  Скорость рабочего перемещения – 30 м/мин
  •  Точность воспроизведения заданного контура ±0,1 мм/1000мм.
  •  Наибольшие размеры обрабатываемого листа - 3000x1500 мм
  •    Величина вертикального хода суппорта - не менее 100 мм. (прим. Паллета в станке устанавливается на 1 уровень
  •    Напряжение питающей сети - 3x380 В +6%/-10% частотой 50 Гц.
  •    Максимальная мощность, потребляемая станком (с лазером 1 кВт, чилером, системой очистки)- не более 44 кВт.
  •    Программоноситель - Flash-диск, Ethernet.
  •    Операционная система Windows ХР.
  •  Устройство числового программного управления выполнено на базе системы управления LSMC-4
  •  Координатные привода XY на базе синхронных линейных электродвигателей 
  •  Повторяемость позиционирования - ±0,005 мм/м.
  •  отработанные режимы резки для основных применяемых материалов при резке сжатым воздухом, азотом и кислородом.
  •  Уровень радиопомех, создаваемых при работе машиной, не превышает значений, установленных действующими нормами.
  •  Изоляция токоведущих частей электрооборудования и модуля управления, электрически связанных с питающей сетью, выдерживает напряжение 1000 В переменного тока частотой 50 Гц плюс двойное номинальное напряжение данной цепи.
  •  Сопротивление изоляции токоведущих цепей модуля управления, электрооборудования и линий связи в нормальных климатических условиях не должно быть ниже 3 Мом.
  •  Температурный диапазон эксплуатации машины   - от +15С° до + 35С°, влажность до 90%.
  •  Машина может устанавливаться в закрытых помещениях с обще обменной вентиляцией с кратностью не менее 10 раз в час.
  •  Время непрерывной работы машины - без ограничения, с перерывами на техническое обслуживание.
  •  один стол с габаритами не менее 1500х3000 мм обеспечивают:

-установку и удаление деталей и заготовок вручную;

-упоры для установки листов и заготовок в нулевую координату;

-подачу стола в зону резания и обратно вручную;

-блокировку стола во время резания, загрузки и выгрузки заготовок;

-высоту верхнего стола над уровнем пола - не более 900мм.

  •  Электропитание установки

  1.  Числовая программная система управления

Специально для технологических комплексов с высокими требованиями, предъявляемыми как динамике работы координатной системы, так и  к скорости обмена информационными потоками между всеми технологическими узлами оборудования, нами разработана и серийно выпускается  многоосевая распределенная система числового программного управления  CNCE на базе быстродействующего протокола обмена реального времени EtherCAT (скоростью обмена 100 Mbit/с и 1 Gbit/с). Цикл обработки данных в системе EtherCAT c использованием вычислительного ресурса мощных персональных компьютеров настолько быстр, что он позволяет производить расчеты и обработку информации в промежутке меду  двумя информационными телеграммами,  и  тем самым сравним по быстродействию с работой аппаратно реализованной  блочной системой ЧПУ с использованием системной шины (LSMC). В результате, предоставляется возможность получать  данные  от управляемых устройств в режиме реального времени и управляющие данные передавать с минимальными задержками. Причем все это происходит без изменения производительности виртуального управляющего контроллера верхнего уровня, в качестве которого используются современные индустриальные РС, подключаемого через  стандартный интерфейс Ethernet.

Система CNCE выполняет функции управления приводами, функцию ЧПУ и контролера входов/выходов и других переферийных устройств включая:

- поддержание и оперативное управление контурной скоростью,

- линейную и круговую интерполяцию,

- сплайновую интерполяцию при отработке криволинейной траектории произвольной сложности в 2-х - 3-х координатной системе (траектория задается точками, при отработке которых привод не останавливается в промежуточных позициях).

Запатентованный принцип перекрестного регулирования двух двигателей оси Х позволяет минимизировать динамическую ошибку при максимальных скоростях и ускорениях.

Сервоконтроллер LSME-4 выполняет также функции контроллера электроавтоматики (QLC).

Использование протокола EtherCAT позволяет обеспечить необходимое быстродействие канала передачи данных, в том числе и в сверхпрецизионных станках, характеризующихся высокой разрядностью данных и большим количеством сегментов траектории. Тем самым достигается оптимальное разделение функций между компьютером и осевыми контроллерами, позволяющее полностью использовать ресурс последних для решения в реальном масштабе времени задач генерации траектории, сплайн-интерполяции, обработки сигналов датчика, расчета положения и регулирования привода и управления технологическими процессами лазерной обработки материала.

  1.  Эскиз кинематической схемы станка

Кинематическая схема станка (рис.3) включает следующие узлы:

Рисунок 3- Кинематическая схема

Базовое сварное основание, изготовленное из стального проката (10)

Координатная система портального типа на базе двух линейных синхронных двигателей типа LSM-P-32-540-50 в продольном направлении (1,2) и одного синхронного двигателя LSM-P-32-376-75 в поперечном направлении (3).

Для поддержания технологического зазора между соплом лазерной головы и поверхностью обрабатываемого материала и отработки всех технологических перемещений в перпендикулярном направлении к поверхности обработки использован синхронный линейный двигатель LSM-P-24-210-75 (4).

■ С целью обеспечения динамичных перемещений при работе с тонким материалом, в системе предусмотрен вариант дополнительной
подвижки (5) оптической головки (6) в продольном направлении,
синхронизированной с линейными двигателями 1,2 на уровне расчета траекторной задачи в ЧПУ,

■ раскройный стол (7) для установки листа в рабочей зоне с конструкцией стальных "ножей"

■ выкатные тележки (8) для удаления отходов и сбора мелких деталей.

■ цепной привод для механизированной замены паллет (приводной двигатель с шестеренкой) и ведомая шестерня (11)

Все линейные синхронные двигатели включают в состав прецизионные линейные направляющие качения и датчик положения, обеспечивающие долговременную надежную работу устройства в целом. Приводы осей надежно защищены от попадания пыли гофрированными кожухами фирмы НЕМА.

  1.  Условия эксплуатации 

Температурный диапазон эксплуатации машины   - от +15С° до + 35С°, влажность до 80%.

Машина может устанавливаться в закрытых помещениях с обще обменной вентиляцией с кратностью не менее 10 раз в час.

Время непрерывной работы машины - без ограничения, с перерывами на техническое обслуживание.

  1.  Координатный стол обеспечивает
  •  программное управление перемещением лазерной головы по осям Х,Y,Z;
  •  автоматическое обеспечение постоянного зазора между лазерной головой и обрабатываемой заготовкой не хуже 0,05 мм на скорости резки до 20м/мин.;
  •  минимальное количество холостых перемещений по оси Z;
  •  фиксацию челночных столов при обработке для обеспечения точности нулевой координаты - не хуже ±1 мм;
  •  защиту направляющих и двигателей от пыли и продуктов сгорания;
  •  защитная кабина, защищающая от рассеянного излучения с боковых сторон;
  •  смотровые окна в кожухе стола из материала, не пропускающего лазерное излучение;
  •  переносной пульт управления для работы в наладочном режиме;
  •  выкатные поддоны с местами строповки для быстрого удаления шлама и мелких деталей;
  •  посекционную систему вытяжки продуктов сгорания;
  •  стойку управления с экраном и клавиатурой, позволяющей подготавливать программу обработки;
  •  программу управления установкой на русском языке с указанием режимов обработки и предупреждений при возникновении сбоев в работе;
  •  защиту лазерной головы от поломки при не предусмотренных столкновениях.
  •  -автоматическую очистку сопла с требуемой периодичностью

  1.  Голова для лазерной резки обеспечивает

  •  быстросъемную замену защитного стекла и сопел;
  •  комплект защитных стёкл, линз и сопел на - 4000 часов работы лазера;
  •  срок службы линз не менее – 1000 часов работы лазера;
  •  датчики для контроля необходимого зазора между соплом и материалом в процессе обработки.
  •  возможность ручного управления движением осей и вспомогательных устройств в наладочном режиме.

  1.     Схема расположения оборудования 

На рис. 4 представлена схема расположения станка  лазерной резки и его оборудования.

Рисунок 4 -  Схема

  1.  
    ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Нужно получить минимальные перемещения координатных осей лазера, когда они расположены в местах возникновения мах перемещений.  Для этого:

  1.  рассчитать координатные оси первоначальной лазерной головки
  2.  изучить полученные перемещения, они не должны превышать 0.15 мм
  3.  после полученных результатов, если они превышают, модернизировать нашу конструкцию и пересчитать снова.
  4.  Модернизировать модель, да тех пор, если не будут достигнуты нужные результаты.
    1.  
      ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ (КАСОЙ) ИЗГИБ БАЛОК, КРУЧЕНИЕ СТЕРЖНЕЙ (БРУСЬЕВ)

Косым называют изгиб, при котором плоскость действия изгибающего момента, возникающего в сечении, не совпадает ни с одной из главных плоскостей бруса (при этом плоскость действия изгибающего момента обязательно должна проходить через центр тяжести сечения) (рис.5).

Рисунок 5 – Плоскость действия изгибающего момента

 При косом изгибе изогнутая ось представляет собой плоскую кривую, и плоскость, в которой она расположена, не совпадает с плоскостью действия нагрузки. При пространственном изгибе нагрузка приложена в разных плоскостях, деформированная ось является пространственной кривой.

  1.  Определение внутренних усилий при косом изгибе

Рисунок 6 – Консольная балка

 

При косом изгибе в поперечных сечениях бруса действуют следующие внутренние усилия: Mz, My – изгибающие моменты и Qy, Qz –поперечные (перерезывающие) силы. Это легко показать, мысленно рассекая стержень и определяя внутренние усилия при косом изгибе консольной балки под действием сосредоточенной силы F на свободном конце (рис.6):

                               (3.1)           

Правило знаков для внутренних усилий: изгибающие моменты – положительны, если вызывают растяжение в положительном квадранте координатной системы zOy; поперечные силы – положительны, если под их действием отсеченный элемент поворачивается по часовой стрелке.

Таким образом, косой изгиб может быть представлен как совместное действие двух плоских изгибов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях инерции.

Для определения полного изгибающего момента M и полной поперечной силы Q при косом изгибе достаточно определить внутренние усилия для каждого из плоских изгибов в отдельности (то есть Qy, Mz и Qz, My), а затем найти их векторную сумму

 

  1.  Определение напряжений при косом изгибе 

Если разложить внешние силы по главным осям инерции Ох и Оу, то получим две системы сил P1x, P2x, …, Pnx и P1y, P2y,..., Pny, каждая из.которых вызывает прямой изгиб с изгибающими моментами соответственно My и Мx (рис.7). Применяя принцип независимости действия сил, нормальные напряжения (рис.8) определим как алгебраическую сумму напряжений от Mx и Мy:

Чтобы не связывать себя формальными правилами знаков, слагаемые будем определять по модулю, а знаки ставить по смыслу.

Таким образом, расчет на косой изгиб с применением принципа независимости действия сил сводится к расчету на два прямых изгиба с последующим алгебраическим суммированием напряжений.



                             
Рисунок 7 - Расчетная модель косого изгиба бруса

 


              
Рисунок 8 - Связь нормального напряжения с внутренними изгибающими моментами

 

В случае поперечных сечений, имеющих две оси симметрии и выступающие угловые точки (рис.9) с равными по модулю и максимальными одноименными координатами и   напряжения в этих точках будут равны

Слагаемые в этом выражении рекомендуется определять по модулю, а знаки ставить по смыслу. Например, на рис.10 верхний ряд знаков «+» и «—» соответствует напряжениям от Мx, а нижний ряд — от My, и напряжения в этих точках будут равны:

 


          

          

Рисунок 9 - Симметричные варианты сечений

 


           
Рисунок 10 - Расстановка знаков от действия моментов

 

Условие прочности для балок из пластичного материала с указанным типом сечений запишется в виде

  Касательные напряжения от поперечных сил, если нельзя воспользоваться формулой Журавского, допустимо не учитывать.

При проведении расчетов на прочность условие прочности составляется для опасной точки поперечного сечения, т.е. для точки, в которой нормальные напряжения достигают максимальных значений. Самой нагруженной точкой в сечении произвольной формы является точка, наиболее удаленная от нейтральной линии, разделяющей растянутую и сжатую зоны сечения.

В связи с этим, большое значение приобретают вопросы, связанные с определением положения нейтральной линии.

Положив , получим уравнение нейтральной линии.

Так как напряжения в точках поперечного сечения будут пропорциональными расстояниям от нейтральной линии, то max будут возникать в наиболее удаленных от нее точках.

Силовая плоскость – это плоскость действия результирующего момента Мрез (рис.11), - угол наклона силовой плоскости к вертикали.

Рисунок 11 - Силовая плоскость

 

              
             

Свойства нейтральной линии

1. Если , то , то есть силовая плоскость и нейтральная линия не являются перпендикулярными.

2. Если , то из (3.10) следует, что , то есть нейтральная линия и силовая плоскость перпендикулярны. В этом случае стержень испытывает плоский изгиб (примерами таких стержней являются стержни с сечением – круг, кольцо, квадрат).

3. Знак «минус» в формуле (3.10) указывает, что силовая плоскость и нейтральная линия при косом изгибе проходят через противоположные квадранты.

Для определения опасных точек сечения следует построить касательные к контуру сечения, параллельные нейтральной линии. Точки касания и будут являться опасными (точки и на рис.12).

Рисунок 12 - Положение нейтральной линии при косом изгибе

 

Для некоторых сечений (прямоугольник, двутавр, швеллер и т.п.) наиболее напряженные точки расположены в углах этих сечений, т.е. их  можно найти без определения положения нейтральной линии (рис.13).

Рисунок 13 - Положение нейтральной линии и опасных точек сечения при косом изгибе для прямоугольника

 Условия прочности составляют в зависимости от свойств того материала, из которого изготовлен элемент конструкции (брус).

Для хрупкого материала используют два условия прочности - для опасной точки, где имеет место растяжение (для нашего случая т.  на рис.12), и для точки, где имеет место сжатие (т. )

Необходимость использования двух условий прочности для хрупкого материала объясняется разными механическими свойствами материала при растяжении и сжатии. Хрупкий материал плохо сопротивляется растяжению и хорошо - сжатию.

Для пластичного материала, который одинаково сопротивляется и растяжению и сжатию, используют одно условие прочности для точки поперечного сечения, где имеют место максимальные по абсолютной величине нормальные напряжения

где и - координаты данной точки.

При расчетах на прочность касательными напряжениями от поперечных сил пренебрегают, т.к. их влияние незначительно.

 

  1.  Определение перемещений при косом изгибе

Перемещения при косом изгибе определяют по принципу независимости действия сил, т.е. рассчитывают прогибы и в направлении главных осей, а величину полного прогиба в любом сечении балки получают геометрическим суммированием: .

Например, для балки, изображенной на рис.14, прогиб конца консоли определится следующим образом:

 

 

Рисунок 14 - Перемещение при косом изгибе

 

Направление полного перемещения () определится величиной отношения (рис.14)

Направление полного прогиба при косом изгибе перпендикулярно нейтральной линии и не совпадает с направлением внешней силы (рис.14).

При косом изгибе (впрочем, как и при остальных видах нагружения) имеем три задачи расчета на прочность:

1) проверка прочности;

2) подбор сечения [определить Wz (размеры сечения), при заданном отношении Wz/Wy];

3) проверка по несущей способности (определить M).

Порядок проверки прочности балки, работающей в условиях косого или пространственного изгиба, тот же, что и для балки, работающей при плоском поперечном изгибе. Для этого необходимо:

- построить эпюры внутренних усилий (изгибающих моментов). Для построения эпюр внутренних усилий раскладываем нагрузки на вертикальную и горизонтальную составляющие. Вертикальная составляющая вызывает изгиб относительно горизонтальной оси , горизонтальная – относительно оси ;

- выбрать опасные сечения – это сечения, где имеет место наиболее неблагоприятное сочетание изгибающих моментов;

- в опасных сечениях найти опасные точки – точки с максимальными нормальными напряжениями;

- записать условие прочности в этих точках. Из условия прочности либо подобрать размеры поперечного сечения, либо найти допускаемую нагрузку, либо просто сделать вывод о возможности безопасной эксплуатации конструкции.

  1.     Кручение

Кручением называется вид нагружения, при котором к брусу прикладываются внешние скручивающие моменты, а в поперечных сечениях возникает единственный внутренний силовой фактор - крутящий момент Mк (рис.15).

 

Рисунок 15 – Приложение к брусу внешних скручивающих моментов

Брусья, передающие крутящий момент называются валами. Внешние скручивающие моменты, как правило, передаются на вал в местах посадки на него шкивов, зубчатых колес и т.п. В большинстве случаев бывают заданы мощность, передаваемая валом, и числом оборотов, а величины скручивающих моментов определяются исходя из этих данных.

Пусть вал вращается с постоянной скоростью n об/мин. и передает мощность N Нм/с. Угловая скорость вращения вала равна (рад/сек), а передаваемая мощность . Скручивающий момент равен .

  1.  Построение эпюр крутящих моментов

Зная величины внешних скручивающих моментов и используя метод сечений, мы можем определить крутящие моменты, возникающие в поперечных сечениях вала.

Крутящий момент Мк в сечении вала числено равен алгебраической сумме внешних скручивающих моментов, действующих по одну сторону от сечения, при этом могут рассматриваться как левая, так и правая отсеченные части вала.

Рассмотрим вал, нагруженный скручивающими моментами Т1=10кН×м,   Т2=25 кН×м,   Т3=35 кН×м (рис.16). Воспользуемся методом сечений. Рассечем участки вала (рис.16). Границами участков являются точки приложения скручивающих моментов. Отбросим правую отсеченную часть. Заменим ее крутящим моментом Мк.

Из уравнения равновесия отсеченной части найдем величину крутящего момента Мк, возникающего в сечении

I участок 

,

Mк1 = 0 .

II участок 

,

Mк2 = T1 = 10 кНм.

III участок 

Mк3 = T1 +T2 = 35 кНм.

Для наглядного представления о величине крутящих моментов и характере их распределения по длине вала построим эпюры этих моментов. Построение эпюр крутящих моментов аналогично построению эпюр продольных сил при осевом растяжении-сжатии (рис.17).

Заметим, что в местах приложения внешних моментов ординаты эпюры скачкообразно изменяются на величину приложенного внешнего момента.

 

 

Рисунок 17 – Построение эпюр крутящих моментов

  1.  Напряжения в поперечном сечении 

Опыты показывают, что если на поверхности бруса круглого сечения нанести прямоугольную сетку, а на торцевой поверхности нанести радиальные линии (рис.18), то после деформации кручение окажется что:

· все образующие поворачиваются на один и тот же угол g, а прямоугольники, нанесенные на поверхности, превращаются в параллелограммы;

· торцевые сечения остаются круглыми, плоскими, расстояния между ними не меняются;

· каждое сечение поворачивается относительно другого на некоторый угол j, называемый углом закручивания;

· радиальные линии на торцевой поверхности остаются прямыми.

На основании этих наблюдений можно заключить, что может быть принята гипотеза Бернулли (гипотеза плоских сечений), а в вале возникают условия чистого сдвига, в поперечных сечениях действуют только касательные напряжения, нормальные напряжения равны нулю.

Рассмотрим поперечное сечение вала, расположенное на некотором расстоянии z от торцевого, где Мк= T (рис.18). На элементарной площадке dF будет действовать элементарная сила tdF, момент который относительно оси вала равен (tdF)×r. Крутящий момент Мк, в сечении равен

Рисунок 18 - Поперечное сечение вала

Для того чтобы проинтегрировать это выражение необходимо знать закон распределения напряжений в сечении. Выделим из вала элементарное кольцо длиной dz и толщиной dr (рис.19).

Правый торец элемента повернется относительно левого на угол dj, образующая СВ повернется на угол g и займет положение СВ1. Угол g - относительный сдвиг. Из треугольника ОВВ1 найдем:

Рисунок 19 – Вал

Из треугольника СВВ1: . Откуда, приравнивая правые части, получим

На основании закона Гука при сдвиге:

Подставим выражение (3.20) в (3.17):

Откуда

Подставим значение    в выражение (3.20) получим:

Таким образом, касательные напряжения при кручении прямо пропорциональны расстоянию от центра тяжести сечения до рассматриваемой точки и одинаковы в точках, одинаково удаленных от центра тяжести сечения (рис. 19). При r = 0 получим t = 0. Наибольшие напряжения возникают в точках контура сечения при r = R:

Величина отношения полярного момента инерции к радиусу вала называется моментом сопротивления сечения при кручении или полярным моментом сопротивления

Для сплошного круглого сечения

Для кольцевого сечения

где .

 Тогда максимальные касательные напряжения равны

  1.  Условие прочности при кручении вала

Условие прочности при кручении с учетом принятых обозначений формулируется следующим образом: максимальные касательные напряжения, возникающие в опасном сечении вала, не должны превышать допускаемых напряжений и записывается в виде

Из условия прочности можно определить диаметр вала:

- сплошного сечения

- кольцевого сечения

Как следует из закона парности касательных напряжений, одновременно с касательными напряжениями, действующими в плоскости поперечного сечения вала, имеют место касательные напряжения в продольных плоскостях. Они равны по величине парным напряжениям, но имеют противоположный знак. Таким образом, все элементы бруса при кручении находятся в состоянии чистого сдвига. Так как чистый сдвиг является частным случаем плоского напряженного состояния, при котором , , , то при повороте граней элемента на 450 в новых площадках обнаруживаются только нормальные напряжения, равные по величине t (рис.20).

Рассмотрим возможные виды разрушения валов, изготовленных из различных материалов при кручении. Валы из пластичных материалов чаще всего разрушаются по сечению, перпендикулярному к оси вала, под действием касательных напряжений, действующих в этом сечении (рис.21а). Валы из хрупких материалов, разрушаются по винтовой поверхности наклоненной к оси вала под углом 450, т.е. по направлению действия максимальных растягивающих напряжений (рис.21б). У деревянных валов первые трещины возникают по образующим цилиндра, так как древесина плохо сопротивляется действию касательных напряжений, направленных вдоль волокон (рис.21в).

Рисунок 20 – Нормальные напряжения    Рисунок 21 – Растягивающие напряжения

Таким образом, характер разрушения зависит от способности материала вала сопротивляться воздействию нормальных и касательных напряжений. В соответствии с этим, допускаемые касательные напряжения принимаются равным - для хрупких материалов и - для пластичных материалов.

  1.  Рациональная форма сечения вала

Анализируя эпюру касательных напряжений (рис.20) можно отметить, что наибольшие напряжения возникают на поверхности вала, в центральной части они значительно меньше и на продольной оси равны нулю. Следовательно, в сплошном валу материал, находящийся в центральной части в значительной степени недогружен, его вклад в прочность вала мал. Поэтому рациональным для валов считается кольцевое сечение.

  1.  Деформации при кручении и условие жесткости

Из выражения (3.22) следует, что

интегрируя которое по длине вала, получим:

Если крутящий момент и величина

Если Мк = const и = const по всей длине вала, то

где - жесткость вала при кручении.

Угол закручивания, приходящийся на единицу длины, называют относительным углом закручивания

Для обеспечения требуемой жесткости вала необходимо, чтобы наибольший относительный угол закручивания не превосходил допускаемого:

Эта формула выражает условие жесткости вала при кручении. Обычно принимается на 1 м длины вала.

  1.  Потенциальная энергия деформации при кручении

Элементарная работа статически приложенного внешнего момента Т на перемещении равна:

При чистом кручении Мк = Т и .

Потенциальная энергия деформации

интегрируя выражение для элементарной работы по всей длине l стержня, получим

При Мк = const и = const, получим


  1.  МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАБОТЫ ОПТИЧЕСКОЙ ЛАЗЕРНОЙ ГОЛОВКИ

Для получения наглядного примера работы оптической лазерной головки, смоделируем координатные оси, на которых закреплена лазерная головка в программе SolidWorks 2009. Полученную модель рассчитаем в программном пакете ANSYS Workbench.

  1.  Создание первоначально модели

Модель создаем в SolidWorks 2009. На рисунке 11 изображена полученная модель.

Рисунок 11- Модель для расчета

  1.  Расчет первоначальной модели в ANSYS

Созданную  модель (рис.11) при помощи системы автоматизации проектных  работ  (САПР) SolidWorks, импортируем в программу ANSYS  Workbench (рис.12).

Рисунок 12- Импортированная модель

На рис.12 изображена первоначальная модель конструкции. Будем рассчитывать каждую координатную ось по отдельности, и смотреть результаты расчетов. Исходя из этих расчетов, будем модернизировать нашу конструкцию для уменьшения перемещения.

Для начала рассчитаем нижнюю координатную ось. Импортируем в программную систему конечно-элементного  анализа  ANSYS  Workbench  и  разбиваем  на  сетку (рис.13).

Рисунок 13- Конечно-элементная модель

На данном рисунке изображено разбиение координатной оси на сетку. Из рисунка видно, что мы получили 1176706 узлов и 655681 элементов.

В качестве материала берем

Далее мы закрепляем нашу координатную ось по упорам (рис.14), на которых расположена наша координатная ось.

Рисунок 14- Закрепление модели

Для расчета приложим момент (рис.15), возникающий на нашей координатной оси, равный 550 Н*м.

Рисунок 15- Приложения момента к модели

Наша модель готова для расчета. Запускаем на расчет и получаем следующие значения (рис.16).

Рисунок 16- Результаты расчетов

На рис.16 представлены результаты расчетов. Как видно из рисунка, мах перемещения возникают по боковым сторонам стола. Они равны 0.035583 мм.

Теперь рассчитаем верхнюю координатную ось. Импортируем в программную систему конечно-элементного  анализа  ANSYS  Workbench  и  разбиваем  на  сетку (рис.17).

Рисунок 17- Конечно- элементная модель

На данном рисунке изображено разбиение координатной оси на сетку. Из рисунка видно, что мы получили 1013318 узлов и 565208 элементов.

В качестве материала берем

Далее мы закрепляем нашу координатную ось (рис.18).

Рисунок 18- Закрепление модели

Для расчета приложим силу (рис.19), возникающий на нашей координатной оси, равный 300 Н.

Рисунок 19- Приложение силы

Наша модель готова для расчета. Запускаем на расчет и получаем следующие значения (рис.20).

Рисунок 20- Рассчитанная модель

На рис.20 представлены результаты расчетов. Как видно из рисунка, мах перемещения возникают по боковым сторонам стола. Они равны 0.019583 мм.

  1.     Создание модернизированной модели

Модель создаем в SolidWorks 2009. На рисунке 14 изображена полученная модель. Для модернизации мы добавили дополнительную опору по центру нижней координатной оси и сделали на пару миллиметров толще нашу конструкцию.

Рисунок 14. Модернизированная модель

  1.      Расчет модернизированной модели в ANSYS

Созданную  модель (рис.14) при помощи системы автоматизации проектных  работ  (САПР) SolidWorks, импортируем в программу ANSYS  Workbench. Рассчитаем модернизированную координатную ось. Импортируем в программную систему конечно-элементного  анализа  ANSYS  Workbench  и  разбиваем  на  сетку (рис.15).

Рисунок 15. Конечно- элементная модель

На данном рисунке изображено разбиение координатной оси на сетку. Из рисунка видно, что мы получили 1181290 узлов и 658884 элементов.

В качестве материала берем

Далее мы закрепляем нашу координатную ось по упорам (рис.16), на которых расположена наша модель и приложим момент равный 550 Н*м.

Рисунок 16. Модель для расчета

Наша модель готова для расчета. Запускаем на расчет и получаем следующие значения (рис.17).

Рисунок 17. Рассчитанная модель

На рис.17 представлены результаты расчетов. Как видно из рисунка, мах перемещения возникают по боковым сторонам стола. Они равны 0.018984 мм.

  1.  
    РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Согласно  СТБ 972-2000  главными  критериями,  определяющими  целесообразность разработки и постановки продукции на производство, являются: удовлетворение требований заказчика; эффективность применения; возможность экспорта.

Успешность реализации инновационных проектов напрямую  зависит от конкурентоспособности  объекта проектирования (продукции, услуги  либо процесса). Под  конкурентоспособностью  понимается  комплекс  потребительских  и  стоимостных (ценовых)  характеристик товара, определяющих его успех на рынке, то есть преимущество именно этого товара над  другими  товарами (как  отечественными,  так  и  импортными).  Конкурентоспособность является динамически изменяющимся свойством товара, зависящим как от времени, так и от рынка, для которого ведется оценка. Например, товары конкурентоспособные на рынке Республики  Беларусь  могут  быть  неконкурентоспособны  на  зарубежных  рынках.  Также  возможна ситуация, когда товары пользующееся популярностью в настоящее время могут потерять свою нишу с выходом нового товара.

В оптико-электронной промышленности ввиду большого количества производителей одним из решающих факторов является цена при сравнимом уровне качества. Соответственно, для производства конкурентоспособной продукции необходимо использовать технологии, позволяющие снизить затраты на производство продукции и, соответственно, снизить ее цену.

Оценим затраты на обработку листового металла трехосным координатным станком лазерной резки. Также определим стоимость конечной продукции при использовании данного метода её обработки затратным методом.

  1.   Оценка затрат на обработку листового металла

Для внедрения трехосного координатного станка лазерной резки понадобится приобрести специальный инструмент, использующий режущие газы, и написать программу для управления станком CNC-Host.

  1.  Стоимость комплектующих и полуфабрикатов

где  – количество комплектующих и полуфабрикатов;  – норма расхода i-го комплектующего или полуфабриката (по массе заготовки);  – стоимость комплектующих и полуфабрикатов (без НДС);  – коэффициент транспортно-заготовительных расходов ().

Стоимость полуфабриката металла (необработанного) составляет 160000 руб. Принимаем .

  1.  Стоимость вспомогательных материалов 

Расходы на приобретение вспомогательных материалов (в нашем случае – режущие газы)  определим, укрупнено, по формуле:

где  – вспомогательный коэффициент (). Принимаем .

  1.  Расчет заработной платы производственных рабочих

Величину  заработной  платы  производственных  рабочих  определяем  укрупнено, на основании величины часовой тарифной ставки, которая сложилась в промышленности на момент выполнения расчетов. Основная заработная плата производственных рабочих рассчитывается по формуле:

где  – количество операций на изготовление изделия;  – часовая тарифная ставка;  – трудоемкость на изготовление единицы продукции.

где  – тарифный коэффициент i-го разряда.

Таблица 2. Таблица тарифных коэффициентов

Разряд

Тарифный коэффициент

4

1,57

5

1,73

6

1,9

7

2,03

Заработная плата оператора станка (4-й разряд):

Дополнительная  заработная  плата  учитывает  выплаты,  предусмотренные  трудовым законодательством  за  неотработанное  на  производстве  время;  сюда  входят  выплаты  за  выполнение  государственных  обязанностей,  оплата  отпусков,  доплата  подросткам  и  т.п.  Дополнительная заработная плата определяется в процентах от основной:

где  – коэффициент дополнительной зароботной платы ().

Отчисления в бюджет и внебюджетные фонды от средств на оплату труда определяются по формуле:

где  – процент отчислений в ФСЗН (фонд социальной защиты населения),  – процент отчислений на обязательное страхование от несчастных случаев на производстве.

  1.  Износ инструмента и приспособлений целевого назначения

Расходы на износ специального инструмента, определим по формуле:

.

Срок службы инструмента составляет 2 года, а обработка одного листа металла займет 5 минут. За это время будет произведено:

  1.  Расходы на подготовку производства

Расходы на подготовку производства (учитывают стоимость написания программы для станка ЧПУ, выбирающей режим обработки) определим прямым методом, по формуле:

Программа рассчитана на использование в течение 1 года. За это время будет произведено  единиц продукции.

Количество часов, затраченных на подготовку ПО, составляет 336 ч. При тарифной ставке инженера-программиста 2-й категории 7150 руб./ч., с учетом работы 2-х специалистов, получаем:

  1.  Расходы на амортизацию оборудования

Учтем также расходы на амортизацию станка. Примем стоимость равной 2 560 000 000 руб. А срок полезного использования – 8 лет.

 

где  - норма расхода на армотизацию.

где Ц – изначальная цена станка (без НДС);  – коэффициент транспортно-заготовительных расходов ();  – коэффициент учитывающий затраты на монтаж и установку станка ().

руб.

За один год будет произведено 8160 единиц линз, таким образом, расходы на амортизацию отнесенные к единице продукции составят:

  1.  Общепроизводственные расходы

Общепроизводственные расходы зависят от заработной платы основных рабочих и определяются по формуле:

где  – коэффициент общепроизводственных расходов.

Принимая  равным 120%, получим:

  1.  Общехозяйственные расходы

Общехозяйственные расходы определяются аналогично общепроизводственным расходам:

где  – коэффициент общехозяйственных расходов, принимаем равным 180%.

  1.  Расчет цены на обработанный лист металла

После определения полуфабрикатов, вспомогательных материалов, заработной платы основных рабочих, расходов на износ инструмента, расходов на амортизацию оборудования, общепроизводственных, общехозяйственных расходов и расходов на подготовку производства, можно определить производственную себестоимость по формуле:

Расходы на реализацию (упаковка, реклама и так далее):

где  – коэффициент, учитывающий расходы на реализацию.

Полная себестоимость:

Планируемая прибыль на единицу продукции:

где  – плановая рентабельность.

Цена без НДС:

где  – коэффициент НДС.

Цена с НДС:

  1.  Результаты расчетов

Составим смету планируемых затрат и цен на обработку одного листа металла.

Таблица 3. Смета затрат и цен на обработку одного листа металла

Наименование статей и показателей

Значение

Проектный

Базовый

Покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты, руб.

304000

Вспомогательные материалы, руб.

4040

Основная заработная плата, руб.

1615

Дополнительная заработная плата, руб.

311

Отчисления от заработной платы, руб.

674

Расходы на износ инструмента и приспособлений целевого назначения, руб.

150

Расходы на подготовку производства, руб.

814

Расходы на амортизацию оборудования, руб.

53148

Общепроизводственные расходы, руб.

1969

Общехозяйственные расходы, руб.

2817

Производственная себестоимость, руб.

369538

Расходы на реализацию, руб.

112

Полная стоимость, руб.

369650

Планируемая  прибыль на единицу продукции, руб.

55448

Цена без НДС, руб.

425098

Налог на добавленную стоимость, руб.

85020

Цена с НДС, руб.

510118

Вывод: проанализировав все статьи калькуляции себестоимости станка лазерной резки можно сделать вывод о том, что модернизация станка является экономически эффективной и целесообразна для применения в производстве.

  1.  
    ОХРАНА ТРУДА

Моделирование процессов полирования оптических деталей на станках с ЧПУ производится при помощи автоматизированного рабочего места оператора ЭВМ.

  1.     Производственная санитария и техника безопасности при работе с ЭВМ

  1.  Вредные и опасные производственные факторы

При работе с ПВЭМ оператор подвергается воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов, к которым можно отнести:

  1.  Физические опасные и вредные факторы
  •  электрический ток;
  •  электромагнитное, рентгеновское, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения;
  •  электростатическое поле;
  1.  Психофизиологические опасные и вредные факторы
  •  напряжение зрения, памяти, внимания;
  •  длительное статическое напряжение;
  •  большой объем информации, обрабатываемой в единицу времени;
  •  монотонность труда;
  •  нерациональная организация рабочего места;
  •  эмоциональные перегрузки.

  1.     Требования к помещениям для эксплуатации ПЭВМ

  1.  Освещенность

Помещения с эксплуатацией мониторов и ПЭВМ имеет естественное и искусственное освещение. Естественное освещение осуществляться через светопроемы ТКП 45-2-04-153-2009, ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивать коэффициент естественного освещения (КЕО) не ниже 1.5% (естественное и искусственное освещение).

Схема расположения рабочих мест относительно светопроемов показана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема расположения рабочих мест относительно светопроемов

Искусственное освещение осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно-общественных помещениях, в случаях преимущественной работы с документами, допускается применение комбинированного освещения.

Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа согласно ТКП 45-2-04-153-2009 составляет 300-500 лк (минимальный размер объекта различения - толщина штриха буквы - 0.3 мм, отсюда подразряд зрительной работы - IIIв). Нормируемые значения освещенности представлены в табл.1.

Таблица 1- Нормируемые значения

Допускается установка светильников местного освещения для подсветки документов. Местное освещение не должно создавать бликов поверхности экрана и увеличивать освещенность экрана более 300 лк.

В качестве источников света при искусственном освещении согласно ТКП 45-2-04-153-2009 предусмотрены люминесцентные лампы. При устройстве отраженного освещения производственных и административно-общественных помещениях допускается применение металлогалогенных ламп мощностью до 250 Вт. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения.

Общее освещение выполняется в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении мониторов и ПЭВМ. При периметральном расположении компьютеров линии светильников следует располагать ближе к переднему краю, обращенному к оператору.

  1.  Микроклимат

Большое влияние на микроклимат в помещениях предприятия оказывают источники теплоты - это ПЭВМ, приборы освещения, обслуживающий персонал, а также солнечная радиация.

В производственных помещениях, в которых работа на ВДТ и ПЭВМ является основной (диспетчерские, операторские и др.), согласно СанПиН 9-80 РБ98 обеспечиваются оптимальные параметры микроклимата (таблица 2).

Таблица 2 -  Оптимальные нормы микроклимата для помещений с ВДТ и ПЭВМ

Период

года

Категория

работ

Температура воздуха С не более

Относительная влажность

воздуха, %

Скорость

движения

воздуха м/с

Холодный

Теплый

Легкая - 1а

Легкая - 1б

Легкая - 1а

Легкая - 1б

22 -24

21 - 23

23 - 25

22 – 24

40 - 60

40 - 60

40 - 60

40 - 60

0,1

0,1

0,1

0,2

Примечание: 1а - работы, производимые сидя и не требующие физического напряжения (расход энергии составляет до 120 ккал/ч); 1б - работы, проводимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (расход энергии составляет от 120 до 150 ккал/ч).

Для поддержания соответствующих микроклиматических параметров на предприятии используются системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях.

Для обеспечения установленных норм микроклиматических параметров и чистоты воздуха в машинных залах и других помещениях предприятия применяют вентиляцию. Минимальный расход воздуха определяется из расчета 50-60 м3/ч на одного работающего.

Система кондиционирования воздуха предназначена для поддержания постоянной температуры, влажности и очистки воздуха от загрязнения в машинных залах и других помещениях предприятия. При этом основной задачей установки кондиционирования воздуха является поддержание параметров воздушной среды в допустимых пределах, обеспечивающих надежную работу ЭВМ, длительное хранение носителей информации и комфортные условия для персонала. Нормы подачи свежего воздуха указаны в таблице 3.

Таблица 3 - Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютеры

Характеристика помещения

Объемный расход подаваемого в помещение свежего воздуха, м3 /на одного человека в час

Объем до 20м3 на человека

20…40м3 на человека

Более 40м3 на человека

Не менее 30

Не менее 20

Естественная вентиляция

  1.  Шум

Источниками шума на предприятиях являются сами вычислительные машины (встроенные в стойки ЭВМ вентиляторы, принтеры и т.д.), центральная система вентиляции и кондиционирования воздуха и другое оборудование.

При выполнении основной работы на ВДТ и ПЭВМ уровень шума на рабочем месте не превышает 50 дБА (согласно СанПин 2.2.4/2.1.8.10-32-2002). В помещениях, где работают инженерно-технические работники, осуществляющие лабораторный, аналитический или измерительный контроль, уровень шума не превышает 60 дБА. На рабочих местах в помещениях, где размещены шумные агрегаты вычислительных машин (АЦПУ, принтеры и т.п.), уровень шума не превышает 75 дБА. В таблице 4 указаны допустимые значения шума.

Таблица 4 - Нормирование значений шума

Вид трудовой деятельности – I категория

Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах с частотами, Гц

Уровни звука, дБ(А)

31.5

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

86

71

61

54

49

45

42

40

38

50

Для снижения уровня шума стены и потолок помещений, где установлены компьютеры, облицованы звукопоглощающими материалами.

  1.  Электромагнитное излучение

При работе на ПВЭМ наиболее непростая ситуация связана с полями излучений очень низких частот, которые способны вызывать биологические эффекты при воздействии на живые организмы. Обнаружено что поля с частотой порядка 60 Гц могут инициировать изменения в клетках животных (вплоть до нарушения синтеза ДНК). Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений от монитора компьютера представлены в таблице 8.4.

Согласно СанПиН 2.2.4/2.1.8.9-36-2002 максимальный уровень неиспользуемого рентгеновского излучения на рабочем месте оператора компьютера обычно не превышает 10мкбэр/ч. Интенсивность инфракрасного (ИК) и видимого излучения от экрана видеомонитора не более 0,1 Вт/м2 в видимом (400-700 нм) диапазоне, 0,5 Вт/м2 в ближнем ИК (760 - 1050 нм) и 4 Вт/м2 в дальнем (свыше 1050 нм) ИК диапазоне. Интенсивность ультрафиолетового (УФ) излучения от экрана видеомонитора составляет согласно не более 0,0001 Вт/м2 в диапазоне 200 - 315 нм и 0,1 Вт/м2 в диапазоне 315 – 400 нм. В таблице 5 представлены допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений.


Таблица 5 - Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений (в соответствии с СанПиН 2.2.4/2.1.8.9-36-2002)

Наименование параметра

Допустимые значения

Напряженность электрической составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от оверхности видеомонитора

2,5 В/м

Напряженность магнитной составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от верхности видеомонитора

0,3А/м

Напряженность электростатического поля не превышает для взрослых пользователей

15 кВ/м

Плотность магнитного потока не более:

диапазон частот 5 Гц – 2 кГц

диапазон частот 2 – 4 кГц

250 нТл

25 нТл

Для снижения воздействия этих видов излучения рекомендуется применять мониторы с пониженным уровнем излучения (MPR-II, TCO-92, TCO-99, ТСО-03), устанавливать защитные экраны, а также соблюдать регламентированные режимы труда и отдыха. В таблице 6 представлены допустимые уровни электромагнитных полей.

Таблица 6 - Допустимые уровни электромагнитных полей

Диапазоны частот

0,3-300

кГц

0,3-3,0

МГц

3,0-30,0

МГц

30,0-300,0 МГц

0,3-300

ГГц

Допустимые уровни

25 В/м

15 В/м

10 В/м

3 В/м

10 м кВт/см2

Вследствие воздействия электронного пучка на слой люминофора поверхность экрана приобретает электростатический заряд. Сильное электростатическое поле небезобидно для человеческого организма. На расстоянии 50 см влияние электростатического поля уменьшается до безопасного для человека уровня. Применение специальных защитных фильтров позволяет свести его к нулю.

  1.  Статическое электричество

Кроме поражения электрическим током, при прикосновении к любому из элементов ЭВМ, могут возникнуть разрядные токи статического электричества.

Источниками электрического поля на рабочем месте оператора ЭВМ являются дисплей и периферийные устройства. Воздействие статического электричества на человека может проявляться в виде слабого длительно протекающего тока или в форме кратковременного разряда через его тело. Такой разряд вызывает у человека рефлекторное движение, что может привести к травмам или выходу из строя ЭВМ.

В соответствии с СанПиН 11-16-94 предельно допустимые уровни (ПДУ) напряженности электростатического поля (Епд) устанавливаются в зависимости от времени пребывания персонала на рабочих местах и не должны превышать:

– при воздействии до 1 часа – 60 кВ/м;

– при воздействии свыше 1 часа до 9 часов расчетные значения Епд приведены в таблице 7:

Таблица 7 - Расчетные значения Епд в зависимости от времени воздействия

Время (час)

Епд (кВ/м)

Время (час)

Епд (кВ/м)

1,5

50,0

5,5

25,5

2,0

42,2

6,0

24,5

2,5

37,9

6,5

23,5

3,0

34,6

7,0

22,7

3,5

32,1

7,5

21,9

4,0

30,0

8,0

21,2

4,5

28,3

8,5

20,6

5,0

26,8

9,0

20,0

При напряженности электростатического поля менее 20 кВ/м время пребывания в электростатическом поле не регламентируется. В случае превышения Епд необходимо применять соответствующие меры защиты.

Для снижения величины возникающих зарядов статического электричества пол выполняется из однослойного поливинилхлоридного антистатического линолеума. Для предотвращения образования и защиты от статического электричества частей оборудования предусматриваются нейтрализаторы и увлажнители.

  1.  Электробезопасность

Основным опасным фактором при работе с ЭВМ и периферийными устройствами является возможность поражения электрическим током. Электробезопасность регламентируется ТПК 181-2009 «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей»

По электоробезопасности различают производственные помещения с повышенной опасностью, особоопасные и без повышенной опасности. Помещение, в котором располагается рабочее место оператора ЭВМ, относится к категории помещений без повышенной опасности, поскольку полы не являются токопроводящими, в воздухе отсутствуют токоповодящие частицы, температура не превышает 25º С, а влажность не превышает 75%.

Электрические установки, к которым относится практически все оборудование ЭВМ, представляет для человека большую потенциальную опасность, так как в процессе эксплуатации или проведения профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением и заземленных частей вследствие чего может произойти замыкание, то есть прохождение тока через тело человека. Электрический ток, проходя через организм, оказывает термическое, электролитическое и биологическое действие, вызывая местные и общие травмы. При длительном воздействии (20 сек и более) электрический удар способен привести к остановке дыхания и фибрилляции сердца, влекущие за собой смерть.

К основным мерам защиты от поражений током относятся:

  •  изоляция;
  •  недоступность токоведущих частей;
  •  защитное заземление (смотри рисунок 2);
  •  зануление.

Рисунок  -  Принципиальная схема защитного заземления: ПП - пробивной предохранитель; R0 - заземление нулевой точки; R3 - заземляющее устройство; Rиз - сопротивление изоляции; Uпр - напряжение прикосновения; Iз - ток замыкания на землю; Iчел - ток, протекающий через человека;1 – корпус компьютера; – график распределения потенциалов на поверхности земли.

  1.   Требования к организации и оборудованию рабочих мест с ПЭВМ

Рабочие места с ВДТ, ЭВМ и ПЭВМ по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева. Согласно СанПиН 9-131 РБ 2000 Гигиенически требования к дисплейным терминалам, электронно-вычислительным машинам и  организации работы».

Схемы размещения рабочих мест должны учитывать расстояния между рабочими столами с видеомониторами, которое должно быть не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов - не менее 1,2 м. Рабочие места в залах электронно-вычислительных машин или в помещениях с источниками вредных производственных факторов, должны размещаться в изолированных кабинах с организованным воздухообменом. ПЭВМ должен обеспечивать фронтальное наблюдение экрана с поворотом корпуса по горизонтали и вертикали в пределах 60 градусов, и фиксацией в заданном положении. Яркость знака должна быть от 35 до 120 кд/м2, внешняя освещенность экрана от 100 до 250 лк, угловой размер знака от 16 до 60 угл. мин. Необходимо также чтобы монитор имел возможность регулировки параметров изображения (яркость, контраст и т.д.). Рекомендуется, чтобы при работе с компьютером частота вертикальной развертки монитора была не ниже 75 Гц (при этом пользователь перестает замечать мерцание изображения, которое ведет к быстрому уставанию глаз). Дизайн ПЭВМ, клавиатуры и других блоков ПЭВМ должен пре-дусматривать окраску спокойных мягких тонов с диффузным рассеиванием света. Органы управления должны иметь регулировку яркости и контраста. Для защиты от электромагнитных и электростатических полей должны применяться приэкранные фильтры, специальные экраны и другие средства защиты. Площадь на 1 рабочее место с ПЭВМ должна быть не менее 6 м, объем - не менее 20 м3. Оконные проемы в помещениях должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.

Рабочие места при выполнении творческой работы, требующей значительного умственного напряжения или высокой концентрации внимания, следует изолировать друг от друга перегородками высотой 1,5-2 м.

При конструировании оборудования и организации рабочего места следует обеспечить соответствие конструкции всех элементов рабочего места и их взаимного расположения эргономическим требованиям с учетом характера выполняемой пользователем деятельности, комплексности технических средств, форм организации труда и основного рабочего положения пользователя.

Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования с учетом его количества и конструктивных особенностей, характера выполняемой работы (рисунок 3).

Рисунок  - Схема рабочего места

Конструкция рабочего стула (кресла) должна обеспечивать поддержание рациональной рабочей позы, позволять изменять позу с целью снижения статистического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития утомления.

Рабочий стул (кресло) должен быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья, при этом регулировка каждого параметра должна быть независимой, легко осуществляемой и иметь надежную фиксацию. Поверхность сиденья, спинки и других элементов стула (кресла) должна быть полумягкой, с нескользящим, неэлектризующимся и воздухопроницаемым покрытием, обеспечивающим легкую очистку от загрязнений. Спинке кресла необходимо иметь форму, соответсвующую форме здорового позвоночника, чтобы помогать сохранять это положение. Используя обычный стул без выпуклости под поясницу, рекомендуется применять небольшую мягкую подушку для этих целей. Угол между спинкой кресла и сидением должен составлять чуть более 90°.

Экран видеомонитора от глаз пользователя должен находиться на оптимальном расстоянии 600 - 700 мм, но не ближе 500 мм с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов.

В помещениях ежедневно должна проводиться влажная уборка.

Помещения должны быть оснащены аптечкой первой помощи и углекислотными огнетушителями.

Высота рабочей поверхности стола для взрослых пользователей должна регулироваться в пределах 680 - 800 мм; при отсутствии такой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм.

Модульными размерами рабочей поверхности стола для ВДТ, ЭВМ и ПЭВМ, на основании которых должны рассчитываться конструктивные размеры, следует считать: ширину 800, 1000, 1200 и 1400 мм, глубину 800 и 1000 мм при нерегулируемой его высоте, равной 725 мм.

Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной - не менее 500 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм.

Конструкция его должна обеспечивать: ширину и глубину поверхности сиденья не менее 400 мм; поверхность сиденья с закругленным передним краем; регулировку высоты поверхности сиденья в пределах 400 - 500 мм и углом наклона вперед до 15 и назад до 5 градусов; высоту опорной поверхности спинки 300 ± 20 мм, ширину- не менее 380 мм и радиус кривизны горизонтальной плоскости - 400 мм; угол наклона спинки в вертикальной плоскости в пределах 0 + 30 градусов; регулировку расстояния спинки от переднего края сиденья в пределах 260 - 400 мм; стационарные или съемные подлокотники длиной не менее 250 мм и шириной -50-70 мм; регулировку подлокотников по высоте над сиденьем в пределах 230 ± 30 мм и внутреннего расстояния между подлокотниками в пределах 350 - 500 мм.

Рабочее место должно быть оборудовано подставкой для ног, имеющей ширину не менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности подставки до 20 градусов. Поверхность подставки должна быть рифленой и иметь по переднему краю бортик высотой 10 мм.

При организации рабочих мест для работы на технологическом оборудовании, в состав которых входят ВДТ, ЭВМ и ПЭВМ (станки с программным управлением, роботизированные технологические комплексы, гибкое автоматизированное производство, диспетчерские пульты управления и др.), следует предусматривать: пространство по глубине не менее 850 мм с учетом выступающих частей оборудования для нахождения человека-оператора; пространство для стоп глубиной и высотой не менее 150 мм и шириной не менее 530 мм; расположение устройств ввода-вывода информации, обеспечивающее оптимальную видимость экрана; легкую достигаемость органов ручного управления в зоне моторного поля: по высоте -900-1300 мм, по глубине - 400-500 мм; расположение экрана ВДТ, ЭВМ и ПЭВМ в месте рабочей зоны, обеспечивающее удобство зрительного наблюдения в вертикальной плоскости под углом + 30 градусов от нормальной линии взгляда оператора, а также удобство использования ВДТ, ЭВМ и ПЭВМ одновременно с выполнением основных производственных операций; возможность поворота экрана ВДТ, ЭВМ и ПЭВМ вокруг горизонтальной и вертикальной осей.

Неправильное положение рук при печати на клавиатуре может привести к хроническим растяжениям кисти. Важно не столько отодвинуть клавиатуру от края стола и опереть кисти о специальную площадку, сколько держать локти параллельно поверхности стола и под прямым углом к плечу. Поэтому клавиатура должна располагаться в 100-130 мм (в зависимости от длины локтя) от края стола. В этом случае нагрузка приходится не на кисть, в которой вены и сухожилия находятся близко к поверхности кожи, а на более "мясистую" часть локтя. Современные, эргономичные модели имеют оптимальную площадь для клавиатуры за счет расположения монитора в самой широкой части стола. Глубина стола должна позволяет полностью положить локти на стол, отодвинув клавиатуру к монитору.

  1.    Пожарная безопасность

Общие требования пожарной безопасности устанавливает ГОСТ 12.1.004-85.

Основными причинами пожаром на рабочем месте являются: короткое замыкание электропроводки, несоблюдение правил пожарной безопасности, курение в неустановленных местах, неправильное устройство и эксплуатация отопительных систем, неисправность оборудования. Согласно ТКП 45-2.02-22-2006 «Здания и сооружения. Эвакуационные пути и выходы. Правила проектирования».

По взрывопожарной и пожарной опасности помещения рассматриваемого в дипломном работе предприятия относятся к категории В2 (согласно НПБ 5 – 2005 «Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности»). Определение пожароопасной категории помещения осуществляется путем сравнения максимального значения пожарной нагрузки. Для категории помещений В2 удельная пожарная нагрузка на участке составляет 1401 – 2200 МДж·м2.

По функциональной пожарной опасности рассматриваемое в дипломной работе предприятие относится к классу Ф 5 – административные и бытовые помещения. Строительные нормы проектирования (ТКП 45-3.02-209-2010).

Пожарная безопасность обеспечивается системами предотвращения пожара и противопожарной защиты, в том числе организационно-техническими мероприятиями.

Системы пожарной безопасности выполняют следующие функции:

  •  исключение возникновения пожара;
  •  обеспечение пожарной безопасности людей;
  •  обеспечение пожарной безопасности материальных ценностей.

Противопожарная защита достигается применением сочетания следующих способов:

  •  применение средств пожаротушения;
  •  применение автоматических установок пожаротушения и сигнализации;
  •  применение средств коллективной и индивидуальной защиты от опасных факторов пожара;
  •  организация эвакуации людей;
  •  применение устройств, обеспечивающих ограничение действия пожара.

Организационно-технические мероприятия включают:

  •  организация ведомственных служб пожарной безопасности;
  •  организация обучения работников правилам пожарной безопасности на производстве;
  •  разработка и реализация норм и правил пожарной безопасности, инструкций о порядке обращения с пожароопасными элементами.

Применение воды в машинных залах ЭВМ, хранилищах носителей информации, помещениях, в которых находятся биотехнические и медицинские аппараты и системы, ввиду опасности повреждения или полного выхода из строя дорогостоящего оборудования возможно в исключительных случаях. При этом устройства ЭВМ защищаются от попадания воды накрытием их брезентом или полотном.

На крыше устанавливается система защиты от молнии. В помещениях установлены комбинированные тепловые и дымовые извещатели типа КИ-1. Температура срабатывания этих извещателей 50-80ºС. Расчетная площадь обслуживания 100 м2.

На случай возникновения пожара предусматривается возможность эвакуации людей. Эвакуация людей при пожаре осуществляется через эваковыходы по путям эвакуации. Эваковыходами на первом этаже является выход в коридор и наружу. Пути эвакуации не пересекаются (ТПК 45-2. 02.-22-2006 «Здания и сооружения. Эвакуационные пути и выходы. Правила проектирования»).

На каждом этаже находится не менее двух эваковыходов, и у них нет запоров закрываемых изнутри.

Ширина дверей и количество эваковыходов определяется максимальным количеством людей находящемся в здании 0,8м минимум + 0,6м на каждые 100 человек. Расстояние между двумя эваковыходами определяется по формуле , где П - периметр здания. Эвакуационное освещение больше 0,5 люкс на уровне пола.

Перемещение высот на путях эвакуации оформлены в виде ступенек не менее трех, или пандуса с уклоном 1/6, и высота не более 2м, ширина не менее 1м.

Помещения с электрооборудованием оснащены огнетушителями типа ОУ-2 и  ОУ-3.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Григорьянц, А.Г. Основы лазерной обработки материалов / А.Г. Гри-горьянц. – М.: Машиностроение, 1989. – 304 с.

2. Федоров, Б.Ф. Лазеры. Основы  устройства  и  применение / Б.Ф. Фе-

доров.  –  М.:  ДОСААФ, 1988. – 229 с.

3.  Григорьянц,  А.Г.  Оборудование  и  технология  лазерной  обработки материалов /А.Г.  Григорьянц,  И.Н. Шиганов. –  М.:  Высш.  шк., 1990.– 159 с.

4. Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ с использованием CAD/CAM-системы ADEM: методические указания / сост.С.С. Кугаский. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. – 18 с.

5. ADEM CAD/CAM/TDM. Черчение, моделирование, механообработка / А.В.  Быков,  В.В.  Силин,  В.В.  Семенников,  В.Ю.  Феоктистов. –  СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 320 с.

6. Построение трёхмерных объектов в CAD ADEM: методические указания / сост. А.В. Вальтер, А.А. Сапрыкин. – Юрга: ИПЛ ЮТИ ТПУ, 2004. – 15 с.
7.  Бабаев, Ф.В. Оптимальный  раскрой  материалов  с  помощью  ЭВМ /
Ф.В. Бабаев. – М.: Машиностроение, 1982. – 168с.
8. Свиридов, С.Н. Моделирование имитаторов станков с компьютерным
управлением / С.Н. Свиридов, П.Г. Мазеин // Прогрессивные технологии в машиностроении:  тематический  сборник  научных  трудов. –  Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – С. 90–94.
9.
http://www.ruchservomotor.com/
10.
http://www.soprotmat.ru/izgib.htm
11.
http://www.pppa.ru/metodika/material/info24.php








Приложение А

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


Кафедра "Теоретическая механика"






С П Р А В К А
ОБ ИССЛЕДОВАНИИ ПАТЕНТНОЙ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ


«РАСЧЕТ И РАЗРАБОТКА КООРДИНАТНОЙ ОСИ ДИНАМИЧЕСКИ ПОДВИЖНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ЛАЗЕРНОЙ ГОЛОВКИ»







                  Выполнил: Силич В.В.
                   Руководитель темы: Жарский В.В.







Минск 2012


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71902. Проблемы развития национальной инновационной системы 16.55 KB
  Состояние национальной инновационной системы в России ставит вопрос об экономической безопасности. Проблемы: Отсутствие развитой нормативно-правовой базы осуществления инновационной деятельности; Неразвитость правовых механизмов введения результатов инновационной деятельности в хозяйственный оборот...
71905. Зарубежный опыт государственного регулирования инновационной деятельности 16.75 KB
  Можно выделить 3 главные модели научно-технического развития: Страны ориентированные на лидерство в науке на реализацию крупномасштабных целевых проектов охватывающие все стадии производственного цикла.
71908. Защита еловека от биологического действия электромагнитного и ионизирующего излучений 180.25 KB
  Главной целью радиационной безопасности является охрана здоровья населения включая персонал от вредного воздействия ионизирующего излучения путем соблюдения основных принципов и норм радиационной безопасности без необоснованных ограничений полезной деятельности...
71909. Основные направления и инструменты регулирования конкуренции государством 177 KB
  Современная рыночная экономика представляет собой сложнейшую структуру, состоящую из огромного количества разнообразных производственных, коммерческих, финансовых и информационных подструктур, взаимодействующих на фоне разветвленной системы правовых норм бизнеса, и объединяемых единым понятием - рынок.
71910. Последствия употребления генетически модифицированных продуктов для здоровья человека 42.76 KB
  Число жителей Земли за последнее столетие увеличилось с 1.5 до 5.5 млрд. человек, а к 2020 году предполагается вырост до 8 млрд., таким образом возникает огромная проблема, стоящая перед человечеством. Эта проблема заключается в огромном увеличение производства продуктов питания...