77624

Расчет оборудования для сборки и сварки механизированной крепи

Дипломная

Производство и промышленные технологии

Крепь применяется для поддержания и управления кровлей в горизонтальных и наклонных очистных выработках, разрабатываемых длинными очистными забоями, с вынимаемой мощностью пласта 0,9 – 3,0 м, способ управления кровлей – с полным обрушением, с частичной или полной закладкой выработанного пространства.

Русский

2015-02-04

1.46 MB

4 чел.

Содержание

 

Введение

1 Состояние исследуемого вопроса и анализа литературы                                

1.1 Промышленный объект  исследования

1.2 Анализ литературы по проблеме                                                 

1.3 Основные направления исследований                                     

1.4 Резюме

2 Методика проведения экспериментальных исследований                                                                         

2.1 Изготовление образцов                                                                                              

2.2 Оборудование и материалы                                                                                  

2.3 Результаты эксперементальных исследований

2.4 Выводы по второй главе                                                                                                                      

3 Производственная апробация

3.1 Разработка технологического процесса  

3.2 Разработка оборудования и оснастки  

4 Охрана труда

5 Метрология, стандартизация, сертификация  

5.1 Метрологическое обеспечение проекта  

5.2 Сертификация продукции и систем управления качеством в соответствии со стандартами ISO 9000 и ISO 14000  

5.3 Использование стандартов в проекте, уровень унификации и стандартизации

6 Энерго- и ресурсосбережение  

7 Экономическая часть

7.1 Расчет сметной стоимости проектных НИОКР

7.2 Экономическое обоснование результатов проектирования НИОКР

7.3 Итоговые показатели                                                                                        

Заключение  

Список использованных источников 

Введение

Сравнительно недавно РУП «ПО «Беларуськалий» практически всю технику закупало за рубежом, поскольку такой отрасли, как горношахтное машиностроение, в республике просто не существовало. Сегодня же разработкой и изготовлением импортозамещающей техники для химического гиганта заняты более 15 белорусских предприятий, которые освоили производство почти 90 наименований оборудования, необходимого калийщикам, взамен ранее импортируемого. Одним из таких предприятий является ООО «Машхимпром». Основным направлением деятельности предприятия является изготовление и монтаж строительных металлических конструкций и нестандартизированного оборудования. Главная продукция в горно-шахтном машиностроении – гидромеханизированная крепь, которая защищает шахтеров и комбайны от обрушения горной породы при добыче калийной руды и ранее закупалась за рубежом.

Крепь применяется для поддержания и управления кровлей в горизонтальных и наклонных очистных выработках, разрабатываемых длинными очистными забоями, с вынимаемой мощностью пласта 0,9 – 3,0 м, способ управления кровлей – с полным обрушением, с частичной или полной закладкой выработанного пространства.

При изготовлении элементов крепи используется сталь толщиной от 20 до 50 мм, что вызывает некоторые проблемы. Целью данного дипломного проекта является исследование и разработка процесса сборки и сварки механизированных крепей свода шахт.

  1.  Состояние исследуемого вопроса и анализ литературы
    1.  Промышленный объект исследования

Рис. 1.1 – Механизированная крепь.

Крепь, предназначенная для поддержания боковых пород над призабойным пространством очистной выработки, сохраняющая его в рабочем и безопасном состоянии и обеспечивающая механизацию процессов крепления и управления кровлей и передвижение забойного оборудования, называется механизированной (рис. 1.1). Все современные механизированные крепи гидрофицированы.

Применение тех или иных типов механизированных крепей зависит, прежде всего, от категории пород кровли и почвы по устойчивости и обрушаемости, а также от угла падения угольного пласта.

Крепи изготовлены в климатическом исполнении УХЛ категории размещения 5 по ГОСТ 15150.

Условия применения:

- окружающая среда - очистные забои;

- температура воздуха, К (0С) - от 278 (+ 5 0С) до 308 (+ 35 0С);

- относительная влажность воздуха, % - до 98 при температуре до

298 К (+ 25 0С).

К механизированным крепям предъявляются следующие требования:

-  надежное обеспечение поддержания кровли в призабойном пространстве;

-  управление кровлей со стороны выработанного пространства очистного забоя;

-  защита призабойного пространства от проникновения обрушенных пород;

- механизированная передвижка конвейера как вслед за подвиганием комбайна, так и одновременно по всей длине лавы;

- скорость передвижки крепи должна быть не менее скорости движения комбайна;

- обеспечение свободного прохода для людей шириной не менее 0,7 м и высотой 0,4 м.

Механизированная крепь состоит из следующих основных элементов:

- поддерживающие – перекрытие кровли пласта, поддерживающее ее и предотвращающее высыпание пород в призабойном пространстве;

-  несущие – гидравлические стойки одинарной или двойной раздвижности;

-  опорные – цельное основание секций или опоры несущих гидравлических стоек;

-  защитные или оградительные, предотвращающие попадание со стороны выработанного пространства обрушенной породы;

-  гидродомкраты передвижки и управления перекрытиями.

Поддерживающие элементы крепи выполнены в виде цельнометаллического перекрытия с рессорными консолями, с выдвижными верхняками и опорами, поддерживающими верхнюю пачку пласта от обрушения.

Несущие элементы – гидравлические стойки. Механизированные крепи могут быть одностоечными, рамными и кустовыми. В зависимости от числа рядов стоек они бывают однорядными, двухрядными и трехрядными.

Объектами исследования  данного дипломного проекта являются сварные соединения механизированной крепи. Для изготовления крепи применяется сталь 10ХСНД. Используемая сталь  распространена в машиностроении и является доступной по цене. Так как сварка проводится на больших толщинах, то именно такие соединения будут исследоваться в дипломном проекте.

Эти стали, упрочнены по сравнению с углеродистыми сталями за счет легирования марганцем, кремнием, в некоторых случаях в небольших количествах никелем (1-2%). Это позволяет повысить прочность стали до 480-540Мпа, что примерно на 20-30% выше, чем прочность стали Ст3. По этой причине применение низколегированных сталей позволяет уменьшать расчетные  сечения несущих элементов сварных конструкций, снижать их вес, расширять область применения. Химический состав стали приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Химический состав стали в процентах, применяемых при изготовлении механизированной крепи.

Марка

C

Mn

Si

Ni

Cu

Ce

10ХСНД

≤0,12

0,5-0,8

0,8-1,1

0,5-0,8

0,4-0.65

0,6-0,9

1.2 Анализ литературы по проблеме

Согласно требованиям действующих государственных и отраслевых нормативно-технических документов одним из основных пунктов программы испытаний шахтных крепей является пункт об их прочностных испытаниях [1]. Основные методы контроля прочности шахтных крепей:

- измерение пространственной остаточной деформации испытуемой металлоконструкции путем контроля стрелы прогиба;

- измерение пространственной остаточной деформации испытуемой МК путем контроля отклонений от исходной базовой плоскости;

- измерение деформаций в зонах шарниров;

- измерение пространственной остаточной деформации внешних поверхностей перекрытий и оснований в зонах стоечных опор на отсутствие выпучивания;

- визуальный и инструментальный контроль наружных сварных швов на отсутствие трещин;

- контрольная разборка секций с оценкой состояния после испытаний.

Допуски по дефектам сварных соединений, выявленным с помощью традиционных методов неразрушающего контроля (ультразвукового, радиографического и др.), зависят от категории швов, которые классифицированы по видам нагружения. В большинстве случаев из-за сложной схемы нагружения конструкции не представляется возможным однозначно отнести сварное соединение к той или иной категории, а значит, объективно оценить результаты дефектоскопии.

Деформации сварных соединений элементов металлоконструкций секций механизированных крепей происходят под воздействием большого числа факторов. Сплошность металла сварных соединений в некоторых случаях нарушается из-за появления пор, шлаковых включений, непроваров, пленок оксидов, трещин и др. Подобные отклонения на практике являются неизбежными и при различных условиях эксплуатации оказывают различное влияние на работоспособность сварной конструкции [2, 3].

В области этих дефектов при нагружении силовые линии искривляются, напряжения распределяются неравномерно, в результате чего  возникает концентрация напряжений, т.е. образование значительных напряжений на участках малой протяженности. Когда максимальные значения этих напряжений достигнет предела текучести, вблизи концентраторов появляются зоны пластических деформаций. Степень влияния дефектов на прочность металлоконструкций секций механизированных крепей зависит от условий эксплуатации конструкций, характера дефекта и его размеров, свойств металла, его чувствительности к концентрации напряжений [4, 5].

Неметаллические включения уменьшают рабочее сечение шва и приводят к понижению прочности сварного соединения [6]. Появление пор в сварных конструкциях снижает механические свойства наплавленного металла (ударную вязкость, угол загиба, предел прочности).

При переменных нагрузках, в периоды интенсивных и весьма интенсивных осадок кровли, и наличии технологических дефектов (шлаковых и окисных включений, цепочек близко расположенных пор, царапин, мест перехода от наплавленного металла к основному) усталостная прочность сварного соединения резко падает [7, 8]. В этом случае рассматривается вопрос о чувствительности металла к концентрации напряжений по среднему разрушающему напряжению, а именно: сопротивление металла появлению трещины в концентраторе, началу движения и распространению трещины как наиболее опасного дефекта. При образовании упругопластических деформаций в сварных соединениях металлоконструкции испытывают общие деформации, которые приводят к снижению долговечности и работоспособности металлоконструкции.

В ходе анализа литературы и патентов рассмотрены вопросы основных проблем и закономерностей, влияющих на работу сварных соединений и изделия в целом.  

  1.   Основные направления исследований

Цель проекта планируется достичь решением следующих задач:

1) применение рассчитанных в дипломном проекте режимов сварки и соответствующих сварочных материалов для данной стали с целью минимизировать количество дефектов;

2) применение разделок кромок для гарантированного проплавления элементов соединений;

3) возможность использования соединений без разделок кромок при сварке под флюсом, характеристики глубины проплавления.

Чтобы реализовать предложенные методы, необходимо:

- изучить влияние сварочных материалов и режимов сварки на прочностные характеристики соединений;

- исследовать состояние металла шва и околошовной зоны в соединениях;

- провести испытания контрольных образцов соединений, аналогичных используемых в механизированной крепи.

  1.   Резюме

Развитие современного горно-шахтного машиностроения и ускорение темпов разработки месторождений полезных ископаемых увеличивает спрос на оборудование, которое будет отвечать современным запросам на надежность и долговечность.

Целью данного дипломного проекта является исследование соединений механизированной крепи из стали 10ХСНД, выполненных разными способами сварки, а также разработка сборки и сварки элементов крепи.

Контрольные образцы, предоставленные для аттестации технологии сварки предприятием-изготовителем, являются объектом исследования данного дипломного проекта.

  1.  Методика проведения экспериментальных исследований.

2.1 Изготовление образцов

Механизированная крепь изготавливается из низколегированной стали 10ХСНД. Согласно СТБ ISO/TR 15608/ПР-1 [9], сталь 10ХСНД относится к группе W2.2. Группа сталей W2.2 – термомеханически обработанные мелкозернистые стали и  литейные стали с установленным минимальным пределом текучести 360Н/мм2 < ReH < 460Н/мм2.

Образцы для контрольных сварных соединений изготавливали из пластин толщиной 30 мм (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Образец контрольного сварного соединения

Образцы для испытаний на излом  по СТБ ISO 15614-1 [10] представлены на рисунке 2.2.

 

Рисунок 2.2 - Образцы  для испытаний на излом.

 

Помимо испытаний на механический излом было проведено химическое травление образцов с целью выявления глубины проплавления, а также структуры сварного шва. Для обеспечения удовлетворительных результатов испытаний исследуемые образцы подверглись шлифовке.

Измерение размеров образцов, формы разделки сварных соединений проводили согласно СТБ 1133-98. Объём контроля 100%.  Измерения проводили с использованием: штангенциркуля ШЦ-1, линейки измерительной (0-400 мм),  универсального шаблона сварщика УШС 3.

2.2 Оборудование и материалы

На основании расчетных данных для сварки крепи выбираем полуавтомат Powertec-425S AIR, который изображен на рис. 2.3. POWERTEC® 425S с питанием от 3х фазной сети - источник питания постоянного тока с выходным током 420А при 40% ПВ. В комплекте с механизмом подачи LF-24M POWERTEC® 425S – идеальное решение для полуавтоматической, промышленной MIG/MAG сварки сталей, нержавеющих сталей и алюминия, а также для сварки порошковой проволокой в среде защитного газа. Источник оснащен встроенной тележкой на колесах, имеет ручки для перемещения, поставляется в комплекте с 5-ти метровым сетевым кабелем и 3-х метровым кабелем массы. Данная установка поставляется в двух версиях: с воздушным и жидкостным охлаждением. В таблице 2.1 представлены технические характеристики сварочного аппарата Powertec-425S AIR.

Рисунок 2.3 – Сварочный аппарат Powertec-425S AIR.

Таблица 2.1 - Технические  характеристики   сварочного   аппарата    Powertec-425S AIR.

Техническая характеристика

Значение

Номинальное напряжение сети, В          

400

Номинальный сварочный ток/ напряжение/ ПВ,%

420А/ 35В/ 40%

Пределы регулирования сварочного тока, А                

30-420

Диаметр сварочной проволоки, мм                                  

0,8-1,6

Скорость подачи сварочной проволоки, м/мин                   

1-20

Вес, кг

151

Габаритные размеры, мм

875х700х1035

Для сварки под флюсом используем сварочный центр СаВ 300 S (standart), который изображен на рис. 2.4, совместно с источником LAF 631 (рис. 2.5).



Рисунок 2.4 – Сварочный центр СаВ 300 S.

Сварочные центры СаВ 300 S (standart) являются стандартными установками типа колонна ( 3-5метров) - консоль (3-5 метров ). Вращение центра вокруг своей оси на 180° значительно увеличивает его зону охвата.

Размер 4x4 позволяет навешивать на торец консоли сварочное оборудование и аксессуары весом до 150 кг. С установкой СаВ 300 S легко стыкуются системы типа А2 , А6 и т.п.

Трехфазные тиристорные источники серии LAF(ЛАФ) с принудительным воздушным охлаждением предназначены для высокопроизводительных механизированных способов сварки: под слоем флюса или плавящимся электродом в среде защитных газов (MIG/MAG).

Источники предназначены для совместной работы с головами производства компании ESAB A2, А6 совместно с блоками управления сваркой PEK(ПЕК) или PEI(ПЕИ) (только с А2).

Источники серии LAF обладают отличными сварочными характеристиками во всем диапазоне регулировок тока и напряжения, что особенно важно при поджиге дуги или её повторном возбуждении. Источники демонстрируют хорошую стабильность дуги как на высоких, так на низких токах. Техническая характеристика LAF 631 изображена в таблице 2.2.

При необходимости получить больший сварочный ток, источники можно подключить параллельно использую дополнительный блок.

Источники не имеют свою собственную панель управления сварочными параметрами, поэтому для управления необходимо использовать сварочные головы с полностью цифровыми блоками управления сваркой PEK - контроллер с максимальными возможностями управления или PEI - с базовыми функциями для менее требовательных областей применения.

Современные технологии обмена данными играют важную роль в построении автоматизированных комплексов. Поэтому источники LAF последнего поколения имеют возможность обмена данными с использованием большинства стандартных протоколов, таких как TCP / IP (LAN), Anybus, Profibus, CAN или даже прямая связь с контроллером ЧПУ. В зависимости от типа используемого протокола связи могут потребоваться дополнительные модули.

Рисунок 2.5 – Источники серии LAF.

Таблица 2.2 - Технические  характеристики LAF 631.

Техническая характеристика

Значение

Питающее напряжение, В (3ф, 50Гц)

400

Максимальный ток/ напряжение/ при ПВ 100%

                                                         при ПВ 80%

                                                         при ПВ 60%

630А/ 44В

-

800А/ 44В

Диапазон регулирования, А/В          

При MIG/MAG

При SAW (под флюсом)      

50/17-630/44

30/21-800/44

Напряжение хх, В                                  

54

 Мощность хх, ВТ                   

150

 КПД

0,84

 Коэф. мощности                                                  

0,9

 Класс пыле/влаго защиты

IP 23

 Класс электробезопасности

S

Вес, кг

260

Габаритные размеры, мм

670x490x930

Сварочные материалы при сварке механизированной крепи принимаются исходя из способа сварки.

В дипломном проекте для сварки изделия  выбрана проволока сварочная диаметром 1,2 мм марки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70 для сварки в смеси, так как она наиболее оптимально подходит к рассчитанным режимам сварки и стали 10ХСНД. Для сварки под флюсом проволока диаметром 4 мм марки Св-08А по СТБ ISO 14171-A S2. В таблице 2.3 приведён химический состав проволок Св-08Г2С и Св-08А.

Таблица 2.3 - Химический состав  проволок Св-08Г2С и Св-08А, %

Марка проволоки

С

Si

Mn

Cr

  Ni

S

P

не более

Св-08Г2С

0,05-0,11

0,7-0,95

1,8-2,1

0,2

0,25

0,025

0,03

Св-08А

0,05-0,11

0,03

0,35-0,6

0.12

0,25

0,03

0,03

В качестве флюса был взят OK Flux 10.72, который разработан для сварки многопроходных угловых и стыковых швов и гарантирует стабильно высокие значения  ударной  вязкости  при  -50°С  в  комбинации  со стандартной нелегированной  проволокой  OK Autrod 12.20  или  12.22. Он пригоден для всех обычных вариантов дуговой сварки под флюсом как, одиночной проволокой, так и расщепленной дугой и двухдуговой сварки. Типичный химический состав флюса: Al2O3+MnO - 30%; CaF2 - 20%; CaO+MgO - 25% ; SiO2+TiO2 - 20% .

Производительность сварки может быть дополнительно увеличена путем уменьшения  угла  разделки  с  60°  до  50°, что  обеспечивается  отличной  отделяемостью  шлака  OK Flux 10.72  из узкой разделкой. Если сравнивать время горения  дуги  при  сварке  листов  толщиной  35 мм, выполненных  тандемной сваркой  стыка  с  V-образной  разделкой  с  углом  60°  и  тандемной  сваркой расщепленной дугой аналогичного стыка с углом разделки 50° (снижение объема наплавляемого  металла  на  19%), производительность увеличилась почти наполовину.

Испытания  на  механический  излом  проводились  на  универсальной испытательной   машине   МУП-50. Машина   представлена  на  рисунке 2.6.   Ограничения: 0 – 50000 кгс, (Н).

Рисунок 2.6 -  Универсальная испытательная машина МУП-50.

В таблице 2.4 представлены технические характеристики универсальной испытательной машины МУП-50.

Таблица 2.4 - Технические характеристики МУП-50:

Техническая характеристика

Значение

1

2

Диаметр рабочего цилиндра, мм

160

Площадь рабочего цилиндра, см2

200

Наибольший ход поршня рабочего цилиндра, мм

300

Допустимый установочный ход нижнего захвата,мм

600

Скорость движения нижнего захвата, мм/мин

300

Наибольшее расстояние между верхним и нижним

захватами при растяжении, мм

600

Наибольшее растяжение между опорными поверхностями

при сжатии, мм

400

Расстояние между опорами для испытания на изгиб, мм

50-1000

Допустимый прогиб при изгибе, мм

150

При  травления использовали раствор азотной кислоты HNO3 и воды. Процесс осуществлялся в течение 2…10 минут при температуре  раствора 343 К.

2.3 Результаты экспериментальных исследований

После сварки контрольных образцов визуальным осмотром было выявлено, что явных дефектов нет. Образцы направили на ультразвуковой контроль, который подтвердил, что структура шва соответствует нормативным требованиям. Это подтверждает протокол №400-403 «Заключение о качестве сварных соединений».  

Анализ результатов химического травления образцов показал, что сварные швы имеют достаточную глубину проплавления. Результаты травления можно наблюдать на исследовательском листе 7. Это указывает, что рассчитанные нами режимы сварки подходят для данных видов соединений.

Испытание контрольных образцов на механический излом проходило на универсальном машине МУП-50. Образец закреплялся так, как указано на рис. 2.7. Это необходимо для его разрушения и измерения угла раскрытия.

Нагружение проходило до тех пор, пока сварное соединение не начало разрушаться.

Характер разрушения образца, угол раскрытия и структуру шва в изломе можно увидеть на исследовательском листе 8.

Рисунок 2.7 -  Универсальная испытательная машина МУП-50 и закрепленный образец таврового соединения.

Механическое разрушение образцов показало, что структура шва не достаточно пластичная. Наиболее вероятной причиной может являться нарушенный режим нагрева и охлаждения изделия. Т.е. медленное охлаждение швов в интервале температур фазовых превращений способствует тому, что их структура характеризуется грубым ферритно-перлитным строением с утолщенной оторочкой феррита по границам кристаллов. Термический цикл околошовной зоны характеризуется ее длительным нагревом и выдержкой при температурах перегрева и медленным охлаждением. Поэтому в ней могут образовываться грубые (видманштеттовы) структуры, которые по мере удаления от линии сплавления сменяются нормализованной мелкозернистой структурой. В зоне перегрева может наблюдаться падение ударной вязкости, что устраняется последующей термической обработкой (нормализация с отпуском).

        2.4 Выводы по второй главе

Ультразвуковой контроль и химическое травление образцов показало, что явных дефектов швы не имеют. Глубина проплавления достаточная, чтобы обеспечить прочное соединение во всех типах подготовки кромок. Но в ходе механических испытаний было выявлено, что в процессе изготовления сварных соединений, была нарушена «культура» производства, а именно: перегрев стали, из-за нарушения наложения слоев многопроходного шва, который вызвал падение ударной вязкости; нарушены температурные режимы остывания многослойного шва; очистка слоев между проходами сварки не проводилась должным образом, что вызвало попадание примесей и образование «выступов» в одной из структур шва разрушенного образца.

3 Производственная апробация

3.1 Разработка технологического процесса

Листовой прокат режут на установке для плазменной резки TOMAHAWK 1025 с ЧПУ. Инженер технолог задает необходимые размеры деталей для вырезки с помощью ПК в специальной программе, после чего файл переносится в память установки. При резке выполняют также отверстия, чтобы уменьшить трудоемкость последующих операций, т.к. это наиболее выгодно при изготовлении элементов больших толщин.

В конструкции механизированной крепи присутствуют элементы, которые изготавливаются путем гибки. Эту операцию осуществляют на листогибочной трехваловой машине ИБ2222В.

После резки и гибки детали поступают на место сборки и сварки.

Для сборки и сварки в дипломном проекте был принят универсальный сборочно-сварочный стол D28 фирмы Demmeler.

В конструкции механизированной крепи можно выделить 3 основных типа соединения, на которые приходится основная нагрузка: тавровое Т3, выполняем по ГОСТ 8713-79 (рис. 3.1а); тавровое Т6, выполняем по ГОСТ 14771-76 (рис. 3.1б); тавровое Т7 по ГОСТ 8713-79 (рис.3.1в).

                  а)                                    б)                                      в)

Рис. 3.1 – Основные типы соединения.

При выборе способа сварки отдали предпочтение механизированной в смеси Ar+CO2 и сварке под слоем флюса. Это объясняется их производительностью и хорошими свойствами формирования шва.

Основными параметрами режима дуговой сварки являются: сила сварочного тока Iсв, напряжение на дуге Uд, скорость подачи сварочной про-

волоки Vп.пр., диаметр проволоки dэ, скорость сварки Vсв.

Первоначально следует задаться диаметром проволоки. Его значение зависит от толщины свариваемого металла и способа сварки. Выберем сварочную проволоку диаметром 1.2 мм для сварки в смеси и 4 мм для сварки под флюсом. [11]    

Затем определяют величину сварочного тока, которая, с одной стороны, зависит от требуемой глубины проплавления, с другой — от диаметра сварочной проволоки. Требуемая глубина проплавления, в свою очередь, зависит от толщины металла и условий сварки. Исходя из того, что толщина элементов конструкции механизированной крепи составляет 20 – 50 мм, в качестве глубины проплавления берем толщину стали, сваренную за проход.

Первоначально рассчитаем силу сварочного тока, обеспечивающую заданную глубину проплавления для механизированной сварки в смеси:

                                                                                      (3.1)

             где kn — коэффициент пропорциональности, зависящий от условий сварки;

                   — глубина проплавления металла, мм.

Значение коэффициента при сварке проволокой 1,2 мм на постоянном токе обратной полярности в разделку для соединения изображенного на рис. 3.1б) равно 1,75. 11    

                                             

Принимаем IСВ=172 А для сварки первого слоя многопроходного шва. Для остальных можно использовать IСВ=170-200 А.

Уточняем диаметр электродной проволоки по формуле:

                                                                                            (3.2)

     где j — допустимая плотность тока, А/мм2. 11    

                                               

                                           

По ГОСТ 2246-76 принимаем d = 1,2 мм.

Определяем максимальное напряжение дуги:

                                                                                 (3.3)

 

Скорость сварки Vсв, м/ч., вычисляем по формуле:

                                                                                          (3.4)

      где  н — коэффициент наплавки, г/(А .ч);

     Iсв — сила сварочного тока, А;

      — плотность металла, = 7,8 г/см3;

     Fн — площадь поперечного сечения наплавленного металла за один проход, см2.  

        Значение коэффициента наплавки для сварки в смеси газов н =

12—14 г/(А.ч). 11    

Скорость подачи сварочной проволоки определяем по формуле

                                                                               (3.5)                              

          где   Fп – площадь сечения проволоки, см2.

                                                     (3.6)

           где   dп – диаметр проволоки, см2.

Fп =

Vп.пр. =

Теперь рассчитаем режимы для сварки под флюсом:

Значение коэффициента при сварке проволокой 4 мм на постоянном токе обратной полярности без разделки для соединения изображенного на рис. 3.1а) равно 1,25. 11    

                                             

                                     

Принимаем IСВ=560 А для сварки первого слоя многопроходного шва. Для остальных слоев или заполнения разделки для соединения изображенного на рис. 3.1в) можно использовать IСВ=450-500 А.

Уточняем диаметр электродной проволоки по формуле:

                                               

По ГОСТ 2246-76 принимаем d = 4 мм.

Определяем максимальное напряжение дуги:

                                  

Скорость сварки Vсв, м/ч., вычисляем по формуле:

Скорость подачи сварочной проволоки определяем по формуле

    

Fп =

                           Vп.пр. =

После расчета режимов сварки на предприятии были заварены несколько образцов для корректировки режимов и получения шва удовлетворяющим действующим нормам. Режимы сварки всех швов основания механизированной крепи отображены на листе 5.

Определяем массу наплавленного металла для каждого шва на изделии (на примере: углового шва  ГОСТ 8713-79-Т3- 10):

                                                                                        (3.7)

         где Fн.м. — площадь наплавленного металла, см2;

               γ — плотность металла, g = 7,8 гр/см3;

               L — длина шва, см.

        Площадь наплавленного металла для углового сварного соединения (рисунок 2,а)  определяется по формуле:

                                                                                             (3.8)

          где  к — катет сварного шва, мм;

       а — коэффициент учитывающий форму шва (для выпуклых швов а = 1,2; для вогнутых а = 0,9);

                a — угол, под которым свариваются детали.

                   

          При наличии разделки кромок площадь наплавленного металла составит сумму площадей зазора, разделки и выпуклости шва, если она есть:

                                             Fн=F3+Fв+Fр ,                                               (3.9)

Определяем массу наплавленного металла углового шва ГОСТ 8713-79-Т3- 10:

                              

Остальные швы рассчитываются по такому же принципу. Данные о расчетах сведены в таблицу на листе 5.

Рассчитаем общее время сварки основания механизированной крепи.        

 Общее время на выполнение сварочной операции tсв состоит из нескольких компонентов и определяется по формуле:

                                              

                                             tсв= tо+ tп.з.+ tв+ tобс+ tn,

   где tn.з. — подготовительно-заключительное время;

 tо — основное время;

 tв — вспомогательное время;

 tобс — время на обслуживание рабочего места;

 tn — время перерывов на отдых и личные надобности.

       Основное время — это время на непосредственное выполнение сварочной операции.

       При дуговой сварке оно определяется по формуле:

                                    ,                                                            (3.10)

   где  Мн.м. — масса наплавленного металла, г;

           - коэффициент наплавки, г/А ч.

          - сварочный ток, А.                                          

                                         

        Рассчитанное по формуле (3.10) основное время сварки может быть проверено по формуле:

                                                      ,                                              (3.11)

где Vсв — скорость сварки, м/ч ;

и  могут отличаться в пределах погрешности вычислений.

Подготовительно-заключительное время включает в себя такие операции, как получение производственного задания, инструктаж, получение и сдача инструмента, осмотр и подготовка оборудования к работе и т. д. Принимаем tп.з.=10 % от tо. 11    

                                        

    Определяем вспомогательное время сварки по формуле:

                              ,                                                (3.12)

      где t1 – время на смену сварочной проволоки, мин; 5 мин

            t2 – время на зачистку перед сваркой, мин; 5 мин

             t3 – время на транспортировку, установку, сборку, снятие, поворот изделия в процессе сварки мин; tизд = 48.18 мин.

             t4 – время на обслуживание рабочего места принимаемое 6% от t0, мин;

             t5 – время на отдых и личные надобности, принимаемое 7% от t0, мин;                          

Время на установку клейма принимают 0,03 мин на один знак.

Время на транспортировку, установку, поворот, сборку и снятие изделия зависит от его массы.    

Время на обслуживание рабочего места включает в себя время на установку режима сварки, наладку полуавтомата или автомата, уборку флюса, инструмента и т. д. Для полуавтоматической сварки tобс=(0,06—0,08)tо. 11    

Время перерывов на отдых и личные надобности зависит от положения, в котором сварщик выполняет работы. При сварке в удобном положении tn = 0,07tо. 11                                               

3.2 Разработка оборудования и оснастки

При выборе оборудования мы пользовались многими факторами, основные из которых являются производительность, глубина проплавления, качество сварных соединений.

Полуавтоматическая сварка в смеси углекислого газа и аргона, как и прочие способы сварки, имеет свои рациональные области применения. По сравнению с другими способами сварки в смесях газов обладает рядом преимуществ: высокое качество сварочных соединений на разнообразных металлах разной толщины; возможность сварки в различных пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за образованием шва; отсутствие операций по засыпке и уборки флюса и удалению шлака, меньшее разбрызгивание. Полуавтоматическая сварка в среде смеси газов обеспечивает увеличение производительности до 5 раз по сравнению с газовой и ручной дуговой сваркой. По сравнению со сваркой в СО2 сварка в смеси  увеличивается предел выносливости при работе на переменных нагрузках. Возрастает также технологическая прочность шва,  уменьшается склонность к образованию кристаллизационных и холодных трещин. С учётом зачистки швов, горелок, производительности процесса сварка в смеси Аr+СО2 оказывается дешевле сварки в СО2.

Дуговая сварка под флюсом проволочным электродом второй вид сварки используемый при изготовлении элементов механизированной крепи.

Производительность по сравнению с ручной сваркой увеличивается в 5—12 раз. При сварке под флюсом ток по электродной проволоке проходит только в ее вылете (место от токоподвода до дуги). Поэтому можно использовать повышенные (25—100 А/мм2) по сравнению с ручной дуговой сваркой (10—20 А/мм2) плотности сварочного тока без опасения значительного перегрева электрода в вылете в отслаивания обмазки, как в покрытом электроде. Использование больших сварочных токов  резко повышает глубину проплавления основного металла и появляется возможность сварки металла повышенной толщины без разделки кромок. При сварке с разделкой кромок уменьшается угол разделки и увеличивается величина их притупления, т. е. уменьшается количество электродного металла, необходимого для заполнения разделки. Металл шва обычно состоит приблизительно на 2/3 из переплавленного основного металла (при ручной дуговой сварке соотношение обратное). В результате вышесказанного растут скорость и производительность сварки. Под флюсом сваривают металл толщиной 2— 60 мм при скорости однодуговой сварки до 0,07 км/ч.

Высокое качество металлов шва и сварного соединения достигается за счет надежной защиты расплавленного металла от взаимодействия с воздухом, его металлургической обработки и легирования расплавленным шлаком. Наличие шлака на поверхности шва уменьшает скорость кристаллизации металла сварочной ванны и скорость охлаждения металла шва. В результате металл шва не имеет пор, содержит пониженное количество неметаллических включений. Улучшение формы шва и стабильности его размеров, особенно глубины проплавления, обеспечивает постоянные химический состав и другие свойства па всей длине шва.

Экономичность процесса определяется снижением расхода сварочных материалов за счет сокращения потерь металла на угар и разбрызгивание (не более 3 %, а при ручной сварке достигают 15%), отсутствием потерь на огарки. Лучшее использование тепла дуги при сварке под флюсом по сравнению с ручной сваркой уменьшает расход электроэнергии на 30—40 %. Повышению экономичности способствует и снижение трудоемкости работ по разделке кромок под сварку, зачистке шва от брызг и шлака. Сварка выполняется с применением специальных автоматов или полуавтоматов. Условия работы позволяют сварщику обходиться без щитков для защиты глаз и лица. Повышаются общий уровень и культура производства.

Недостатками способа является повышенная жидкотекучесть расплав-ленного металла и флюса. Поэтому сварка возможна только в нижнем положении при отклонении плоскости шва от горизонтали не более чем на 10—15 градусов. В противном случае нарушится формирование шва, могут образоваться подрезы и другие дефекты. Это одна из причин, почему сварку под флюсом не применяют для соединения поворотных кольцевых стыков труб диаметром менее 150 мм. При увеличенном зазоре между кромками возможно вытекание в него расплавленного металла и флюса и образование в шве дефектов.

Принятое оборудование для сварки см. в пункте 2.2 пояснительной записки.

При производстве элементов механизированной крепи решено было использовать сборочно-сварочное приспособление. Для этого необходимо было либо изготовить его, либо купить наиболее подходящее. В данное время существует множество фирм занимающихся этой проблемой, поэтому в дипломном проекте я предлагаю применить универсальное сборочно-сварочное приспособление D28 (рис. 3.2), неплохо подходящее для нашей конструкции.



Рис. 3.2 – Универсальный сборочно-сварочный стол Demmeler.

Также может использоваться для сборки и сварки «тяжелых» объемных конструкций, таких как : машинные кузова, стеллажи, рамы станков и т.д.

•Диаметр системного отверстия 28 мм;

•Координатная сетка с шагом 100х100мм;

•Системные отверстия с шагом 100мм;

•Толщина столешницы - 200мм.

Из одного комплекта элементов можно создавать сотни разновидностей оснастки. При помощи универсальных сборочных приспособлений с легкостью разрешаются самые трудные задачи по позиционированию, а также по сварке деталей совершенно любых габаритов (размеров). Это позволяет проводить полностью весь цикл работ, от компоновки до сварки и придания товарного вида на одном рабочем месте. Фактически они являются целыми комплексами УСП и УССП, позволяющими получить максимальный технологический и производственный комфорт и эффективность, дополняемые объемной модульностью сборной структуры. Создание оснастки для нового изделия занимает меньше одного рабочего дня. Система позволяет производить доработку непосредственно в ходе работы сварщика, без привлечения конструкторов. Из одного комплекта элементов Вы можете создавать сотни разновидностей оснастки. Немаловажным аспектом выбора этой столешницы является то, что после изготовления заказанной партии механизированных крепей, приспособление останется на предприятии и может быть адаптировано под производство других конструкций.

В дипломном проекте была спроектирована оснастка предназначенная для сборки и сварки оснавания механизированной крепи (лист 4) совместно со сварочным кантователем, который упростит сварку основания и позволит выполнять швы «в лодочку», которые имеют большую глубину проплавления в сравнении с остальными положениями при сварке.

3.3 Выводы

В ходе дипломного проекта были рассчитанные оптимальные режимы сварки, выбрано оборудование наиболее подходящее для сборки и сварки механизированной крепи, спроектировано универсальное сборочно-сварочное приспособление, которое увеличит производительность труда и снизит трудоемкость изготовления некоторых элементов конструкции.

По рассчитанным режимам с некоторой корректировкой на производстве были сварены контрольные образцы, которые направили в орган по сертификации для аттестации технологии сварки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68213. ДЕРЖАВНА ПОЛІТИКА РОЗВИТКУ ІННОВАЦІЙНОГО ПОТЕНЦІАЛУ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ 324.5 KB
  Курс на інноваційний розвиток в Україні визначає перехід економіки до нового якісного рівня. Він супроводжується активізацією інноваційної діяльності, яка сприяє реорганізації економіки на основі розвитку наукоємних виробництв, запровадження у виробництво прогресивних...
68214. СОЦІАЛЬНИЙ КАПІТАЛ ЯК ЧИННИК ПРОФЕСІЙНОЇ СОЦІАЛІЗАЦІЇ ПРАВООХОРОНЦІВ 225 KB
  Проте на жаль потенціал соціального капіталу в її реалізації практично не використовується. Тому в даній дисертації вперше пропонується комплексно розглянути феномен соціального капіталу правоохоронців та визначити можливості його використання для оптимізації процесу їх професійної соціалізації.
68215. СУЛЬФАТРЕДУКУЮЧІ, ТІОНОВІ, ДЕНІТРИФІКУЮЧІ БАКТЕРІЇ В ПРИБЕРЕЖНІЙ ЗОНІ ЧОРНОГО МОРЯ І ЇХНЯ РОЛЬ У ТРАНСФОРМАЦІЇ НАФТОВИХ ВУГЛЕВОДНІВ 532.5 KB
  В 80х роках минулого сторіччя у відділі морської санітарної гідробіології Інституту біології південних морів НАН України вивчали деякі групи анаеробних бактерій біля узбережжя Криму та в західній частині Чорного моря Миронов 1988.
68216. КРІОКОНСЕРВУВАННЯ ТРОМБОЦИТІВ ДОНОРСЬКОЇ КРОВІ ЛЮДИНИ У БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ КРІОЗАХИСНИХ СЕРЕДОВИЩАХ 362.5 KB
  При розробці методів кріоконсервування та довгострокового зберігання тромбоцитів при низьких температурах головна увага дослідників була сконцентрована на виборі кріопротектора і створенні на його основі ефективного кріоконсерванта.
68217. Цукровий діабет 1 типу у дітей і підлітків: особливості перебігу та можливості оптимізації терапії 1.39 MB
  Особливою групою серед хворих на цукровий діабет ЦД 1 типу є діти і підлітки а також пацієнти що хворіють з дитинства через тяжкість гострих ускладнень ранній розвиток судинних і органних уражень які обумовлюють високий ступінь інвалідізації хворих та часті випадки смерті у молодому віці...
68218. ПРАВОВІ ЗАСАДИ ФІНАНСУВАННЯ МІЛІЦІЇ З ДЕРЖАВНОГО ТА МІСЦЕВИХ БЮДЖЕТІВ 178 KB
  Чинна правова основа фінансування міліції за рахунок коштів Державного бюджету України передбачена в ст. Необхідність реформування міліції приведення її у відповідність до суспільних потреб і можливостей держави визначалася з перших років незалежності України і досить широко декларувалася.
68219. ПІДГОТОВКА АСПІРАНТІВ ДО ІННОВАЦІЙНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ У ВИЩОМУ НАВЧАЛЬНОМУ ЗАКЛАДІ 170.5 KB
  Нові пріоритети та соціокультурні цінності, що зумовлюють необхідність інноватизації змісту, засобів, форм і методів підготовки аспірантів як майбутніх наукових і науково-педагогічних кадрів сучасної вітчизняної вищої школи, спрямованої на успішну інтеграцію в єдиний європейський науково-освітній простір...
68220. Конституційні гарантії особистої безпеки в Україні 153.5 KB
  На її основі ООН було підготовлено і 1966 року відкрито для підписання та ратифікації Міжнародний пакт про економічні соціальні та культурні права а також Міжнародний пакт про громадянські та політичні права які Україна ратифікувала 1973 року.
68221. ВИРОБНИЦТВА ПРОДУКЦІЇ ПТАХІВНИЦТВА В СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ПІДПРИЄМСТВАХ 278 KB
  Насамперед це підвищення ефективності функціонування на основі зниження собівартості продукції. Важливого значення набуває проведення функціонального аналізу тенденцій розвитку птахівництва за допомогою якого можна було б виявити резерви збільшення обсягів виробництва продукції й отримання...