Анализ технических требований сварной конструкции

Прижим  крепят к раме четырьмя болтами М10. В  некоторых случаях прижим устанавливают  на втулки или дополнительные опоры.

                               

Рисунок 3 - Базирование изделия в приспособлении

 

3.2 Расчет элементов  оснастки

В приспособлениях  для прижатия изделий  усилия прижатия должны обеспечивать сохранение контакта, заданного зазора или отсутствие зазора между устанавливаемыми деталями, их удержание от возможного сдвига в процессе прихватки и сварки. Определить усилие зажатия таких элементов расчетным путем трудно, а в ряде случаев и невозможно. Поэтому усилие каждого  необходимого прижима можно принять на основании производственного опыта в пределах 2…6 кН.

Усилие зажима Q складывается из 2-х составляющих Q₁ и Q₂  , действующих на боковой и нижний упор, следовательно оно будет равна 5 кН на основании производственного опыта. Но с учетом конструктивной особенностью изделия «Борт боковой 9334» пневмоцилиндр прямого действия использовать не целесообразно, следовательно применим рычажный элемент и пневмоцилиндр двустороннего действия с учетом конечного усилия прижатия изделия в приспособлении. Рычажный элемент спроектируем таким образом, что бы изделие после сборки сварки свободно демонтировался с приспособления (см. рис.4).

Рисунок 4 – Схема действия усилий пневмоприжима

  Выбор и расчет механизмов  и устройств приводов прижатия  изделия в оснащении. Рассчитаем необходимую силу на штоке толкающего пневмоприжима. Составляем уравнение равновесия системы пневмоприжим-деталь

 

                        

                             Q х L₁  =  F х L₂                    [12] стр. 55 (18)

 

где: F – усилие на штоке пневмоцилиндра, кН;

        Q - усилие зажатия, кН;

        L₁ , L₂ – длина плеч рычага, мм. 

Вычислим необходимую  силу пневмоприжима:

 

                                  F = (Q х L₁)/ L₂                      [12] стр. 55 (19)

 

Принятые числовые значения символов:

 Q – 1,6 кН;

 L₁ – 184 мм

 L₂ – 105 мм. 

Решение: 

                                  F = (1,6 х 184)/105 = 2,8 kH

 

  Выбор и расчет приводных и  исполнительных механизмов и  приводов оснащения

Требуемый диаметр  пневмоцилиндра определяется из выражения:

 

                                 ,                                        [12] стр. 56 (20)

 

 где: D – диаметр поршня

        Р_ц - давление в рабочей полости цилиндра;

       η_ц - КПД цилиндра, учитывающий трение, η_ц=0,8...0,9. Давление в рабочей полости цилиндра берется несколько меньше давления в питающей привод сети, для пневмоцилиндра Р_ц0,4...0,5 МПа при давлении в сети 0,63 МПа.

Рассчитаем необходимый  диаметр поршня пневмоцилиндра без  учета диаметра штока

Выводим диаметр поршня:

 

                                                                                        [12] стр. 56 (21)  

Принятые числовые значения символов:

F= 2,8 кН

П =3,14

Рц=  0,5 МПа

η_ц = 0,9  

Решение:

                    

Выбираем стандартный  диаметр поршня D=100 мм

Рисунок 5 – Схема пневмоцилиндра

Выполняем проверку при D=100мм (толкает при зажатии)

 

F=(3,14 х (0,0100²)/4) х 0,9х 0,5 х 10⁶ =3,533кН

 

Выполняем проверку при D =100мм (тянет при разжатии)

 

F=(3,14 х (0,0100²-0,0025²)/4) х 0,9х 0,5 х 10⁶ =3,495 кН

 

Полученное усилие в пределах 2…6 кН, условие  выполняется.

Рассчитаем  объем воздуха за один рабочий  ход:

 

                               V_сж.в = √√П*U*t*(d/2)                           [12] стр. 56 (22)

 

где  U – скорость протекания воздуха, U = 200 м/сек

         t – время заполнения полости пневмопривода, t = 1 сек.

        d – диаметр пневмопривода, d = 0,1 м

Решение:

 

V_сж.в = √√3,14*200*1*(0,01/2) = 2,37 м³

 

 Расчеты на  прочность, жесткость и устойчивость основных силовых деталей и узлов.

Расчёт пальца на срез рассчитывается в зависимости от прочности. Q_ср  < [Q_ср]

Палец изготовлен из стали Ст20 у которой    [Q_ср] = 60 МПа

 

                                Q_ср = (F/2)/ (п * d² /4)                                          [12] стр. 85 (23)  

 

где: F – усилие зажатия

        d – диаметр пальца

Принятые числовые значения символов

        F=3530 Н

        п = 3,14 

       d=0,012м

Решение:

 

Q_ср = (3530/2)/(3,14*0,012²/4) = 15,614 МПа

 

При сравнении полученный результат определен в допустимых пределах

                                Q_ср = 15,614 МПа < 60 МПа

 

     В приспособлении для сборки – сварки изделия «Борт боковой 9334» в качестве фиксирующего элемента применяется ручной прижим.

     Максимальный изгибающий момент определяется по формуле:

 

                                       M = Р3  * (ℓ1 +ℓ2);                                   [12] стр. 85 (24)  

 

где, Р3 – усилие прижима, кН;

       ℓ1, ℓ2 – плечи рычага, мм;

Принятые числовые значения символов:

Р3  = 0,5 кН = 500 Н;

ℓ1 = 50 мм = 0,05 м;

ℓ2 = 30 мм = 0,03 м;

Решение:

 

M = 0,5 * (0,0 + 0,03) = 40 кН * м;

 

Момент инерции определяется по формуле:

 

                                       Ју = в * h³ / 12;                                           [12] стр. 97 (25)  

 

Принятые числовые значения символов:

в = 4 мм;

h = 30 мм;

     Решение:

 

                                  Ју = 4 * 30³ / 12 = 9000 см⁴;

 

     Момент сопротивления  определяется по формуле:

 

                                  Wy = Ју * 2 / h;                                            [12] стр. 98 (26)  

 

     Принятые  числовые значения символов:

     Ју = 9000 см⁴;

    h = 30 мм;

 

                                  Wy = 9000 * 2 / 30 = 600 см³;

Касательное напряжение находим по формуле:

 

                                   τ = М / Wy;                                                  [12] стр. 98 (27)  

 

Принятые числовые значения символов:

М = 40 кН * м = 40000 Н * м;

Wy = 600 см³;

Решение:

 

                               τ = 40000 / 600 = 67,7 МПа

 

Допускаемое [τ ] = 160 МПа;

Сравниваем  допускаемое [τ ]  с проектным τ:

 

                                [τ ] = 160 МПа > τ = 66,7 МПа.

 

         

 

         3.3 Описание работы спроектированной оснастки

Работа производится следующим образом:

1. Устанавливаются поочередно в ручную составные детали изделия в приспособление по базирующим упорам и платикам.
2. Поворотом распределителя включаются пневмоприжимы, преобразующие усилие на штоке пневмоцилиндра через рычаги в усилие прижима детали.
3. Производится прихватка с последующей обваркой изделия.
4. После сборки-сварки, поворотом распределителя выключаются пневмоприжимы, производится демонтаж готового изделия из приспособления, зачищается и сдается на склад готовой продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Производственные расчеты

         4.1 Выбор типа производства

Различие в  программе выпуска изделий привело  к условному разделению производства на три типа: единичное, серийное и массовое.

Единичное –  изготовление единичных неповторяющихся  экземпляров продукции или с малым объемом выпуска, что аналогично признаку неповторяемости технологического цикла в данном производстве. Продукция единичного производства – изделия, не имеющие широкого применения (опытные образцы машин, тяжелые прессы и т.п.)

Серийное – периодическое  технологически непрерывное изготовление некоторого количества одинаковой продукции в течение продолжительного промежутка календарного времени. Производство осуществляется партиями. В зависимости  от объема выпуска этот тип производства делят на мелко-, средне- и крупносерийное.

Массовое – технологически и организационно непрерывное производство узкой номенклатуры изделий в  больших объемах по неизменяемым чертежам в течение длительного времени, когда на большинстве рабочих мест выполняется одна и та же операция.

Из рассмотренных типов  производства изготовление изделия  «Борт боковой 9334» по годовому объему выпуска равному 1500 штук относится к серийному.

 

4.2 Определение  потребного количества оборудования

Для определения количества сварочного  оборудования определённой модели необходимо знать: годовой объем выпуска изделий (в штуках); нормы времени (в минутах); эффективный годовой фонд производственного времени единицы оборудования (в часах).

Эффективный годовой фонд времени работы одного станка в часах при пятидневной рабочей неделе с двумя выходными днями может быть рассчитан по формуле:

 

                     Фд=[(365-Дв-Дп)*8-Дп.п]*S*Кр,                        [2] стр. 36 (28)

 

где Дв– количество выходных дней (субботы и воскресенья);

       Дп –  количество праздничных дней;

       Дп.п – количество предпраздничных дней (продолжительность рабочего дня меньше на 1 час);

       S – число смен работы оборудования;

       K_р – коэффициент, учитывающий время пребывания станка в ремонте.

       Принимаем:

       Дв = 104 дня;

                 Дп = 16 дней;

        Дп.п = 7 дней;

        S = 2 смены;

        K_р  = 0,95

Решение:

 

        Фд = [(365 - 104 - 16)*8 – 7*1]*2*0,95 = 3710 часов

 

В серийном производстве расчетное количество оборудования (станков) подсчитывают по формуле:

 

                           ,                                      [2] стр. 36 (29)

 

где С_р – расчетное количество станков данного типа, шт.;

      - суммарное штучно – калькуляционное время по операциям, выполняемым на данном типе станков, отнесенное к одной детали (изделию), мин;

      N – годовой объем выпуска деталей, шт.;

      Кв.н. – коэффициент выполнения  норм

Принимаем:

N =1500 шт.;

Кв.н. = 1,0;

t_{ш.к баз} – 39,1 мин

t_{ш.к пр} – 35 мин

Решение:

 

= 0,23

 

 

Принятое  количество рабочих мест (Спр) определяется путем округления расчетного количества до ближайшего целого числа, при этом загрузка станка не должна превышать 108 %.    Принимаем по базовому и проектному вариантам С пр = 1 оборудование.

Коэффициент загрузки рабочих мест по операциям /Кз/ устанавливается  по формуле:           

  

                                             Кз = Ср / Спр                               [2] стр. 37 (30)

 

Решение:

                                                         

                                          Кз баз = 0,26 / 1=0,26

 

                                          Кз пр = 0,23 / 1 = 0,23

4.3 Определение капитальных вложений  в основные производственные фонды

Под капитальными вложениями в производственные фонды  понимаются единовременные затраты на оборудование, приспособления и производственное помещение, связанные с усовершенствованием процесса изготовления изделия.

Стоимость покупного оборудования устанавливают как сумму оптовой цены и расходов на их доставку и монтаж. При укрупненных расчетах используют коэффициенты, учитывающие расходы на доставку и монтаж оборудования Кд.

Составим сводную  ведомость оборудования по базовому и проектному вариантам.

   Таблица 13. Сводная ведомость оборудования

Наименование оборудования	Габаритные размеры  оборудования, мм	Мощность оборудования, кВт	Цена за единицу, руб.	Стоимость единицы  оборудования с учетом Кд = 1,1, руб.
Базовый вариант
ПДГ - 525 ВДУ – 504	470*298*260 1275*816*940	45	53000	58300
Проектный вариант
ПДГ - 280	230*430*430	5	16800	18480

 

Если  в сравниваемых вариантах какое-либо оборудование, не изменяется, например, для всех вариантов применяется  одно и то же подъемно-транспортное оборудование, то стоимость оборудования не учитывается при расчете капитальных вложений.

Для изготовления сварной конструкции «Борт боковой 9334» в проектном варианте предлагается использовать приспособления – пневмоприжимы в количестве 12 штук  вместо 12 рычажных прижимов.

Капитальные вложения в приспособления определяют по формуле:

                                            

где - балансовая стоимость одной единицы приспособления х- го типоразмера, руб./ед.;

      - количество единиц приспособления х-го типоразмера,  необходимых для бесперебойного выполнения операции, шт.;

      - коэффициент занятости приспособлений d-го типоразмера при выполнении операции изготовления данного изделия;

^{Принятые  числовые значения символов.}

   ^б=500;

   ^пр=1500;

           ^б=12;

   ^пр=12;