Вимикач високовольтний триполюсний

Вступ

Різновидність вимог до вимикачів високовольтних трьохполюсних для комутації ліній електропередач веде до необхідності розробки широкої номенклатури даних пристроїв Ці вимикачі відносяться рідинних трьохполюсних високовольтних вимикачів з малим об'ємом дугопогашуючої рідини (трансформаторного масла). Оскільки дані пристрої застосовуються на високовольтних лініях електропередач то вони потребують вдосконалення вимог по техніці безпеки, а також герметичності.

Дані вимикачі потребують розробки інших кліматичних виконань в зв’язку глобальним підвищенням температури тому що верхнє робоче значення температури усіх існуючих аналогів кліматичних виконань не перевищує 45 С⁰.

1. Загально-технічна частина

1.1 Технічна характеристика та службове призначення приладу

Масляні вимикачі з’явилися одними з перших комутаційних апаратів, на електроустановках високої напруги. Вони почали застосовуватися з кінця XIX ст. і не дивлячись на значний прогрес у розвитку інших видів вимикачів широко застосовуються і в даний час.

В нашій країні масляні вимикачі є основним видом вимикачів на напругу від 6 до 220кВ, на вищу напругу вони не випускаються.

Масляні вимикачі можна розділити на дві великих групи: бакові, в яких трансформаторне масло використовується і для погашення дуги, і для створення необхідної ізоляції, та маломасляні, в котрих масло використовується в основному для дугогасіння.

На напругу від 6 до 220 кВ застосовуються в основному бакові вимикачі; ці вимикачі є і в більш низьких класах напруги.

Маломасляні вимикачі являються основними для напруги 10кВ, і, напевно, цей статус збережеться за ними ще довгий час, особливо якщо вдасться збільшити їх номінальний струм до 4 кА, а струм відключення до 40−50кА.

Вимикачі високовольтні трьох полюсні на напругу від 6 до 220кВ по своїх параметрах нижче, ніж бакові, але через малу вартість, малу витрату матеріалів, а також пожежобезпечність ці вимикачі в значній мірі можуть замінити масляні бакові і конкурувати з повітряними вимикачами.

В Україні для електричних мереж із струмами від 4 до 20кА, що займають приблизно 25% мереж нашої Держави, з 2008 р. почався перехід на вимикачі серії ВПМ-10 напругою від 6 до 220кВ.

1.2 Аналіз існуючих аналогів, критичний огляд літературних джерел

деталь прилад різання важільний Маломасляні вимикачі являються основними для напруги 10кВ, і, напевно це становище, збережеться ще довгий час, особливо якщо вдасться збільшити їх номінальний струм до 4кА, а струм відключення — до 40−50кА.

Компоновка сучасних полюсів. Баковий вимикач показана на мал. 1.1.

Несучим елементом кожного полюса є сталевий бак 2 — циліндр або еліпсоїд Рис. 1.1. Полюс вимикач серія У-110−2000;40−159

На кришці якого встановлені введення, 5, приводний механізм 3, запобіжний клапан, магнітопроводи з вторинними обмотками вбудованих трансформаторів струму 4 і патрубки для заливки масла.

На кожному баку є пази для доступу всередину бака і до контактотримача, пристрою для електропідігріву масла 10, що включається при низьких температурах, коли сильно підвищується в’язкість масла.

Рис. 1.2. Вимикач серії У-110−2000;40−159

Приводний механізм сполучений з ізоляційною штангою 6, рухомою у вертикальному напрямі і рухомою контактною траверсою. На нижніх кінцях введень кожного полюса закріплені ДУ — 8, до кожного з яких кріпиться шунтуючий резистор — 1, що полегшує умови відключення ємкісних і індуктивних струмів і поліпшують розподіл напруги. Внутрішня стінка бака ізольована листами з електрокартону 9.

Управління вимикачем здійснюється електромагнітним або пневматичним приводом, який кріпиться на одному з полюсів. У вимикачах 20кВ приводні механізми всіх трьох полюсів зазвичай з'єднуються між собою за допомогою тяги і приєднуються до приводу (Рис. 1.2). У вимикачах 220кВ на кожному полюсі встановлюється індивідуальний привід.

У маломасляному вимикачі на відміну від бакового, ізоляція в основному забезпечується твердими діелектриками. Малі габаритні розміри, а також гірші механічні властивості матеріалів, вживаних для виготовлення корпусів маломасляних вимикачів, приводять до того, що механічна міцність корпусу по відношенню до тиску, що створюється при відключенні максимальних струмів погіршується в декілька разів.

Рис. 1.3. Маломасляний вимикач серії ВМПЕ На рис. 1.3 показаний спільний вигляд підвісного маломасляного вимикача серії ВМПЕ з вбудованим електромагнітним приводом. Номінальна напруга вимикача 10кВ, номінальний струм залежно від перетину струмовідвідного контуру і контактів — від 630 до 1600А, номінальний струм відключення 20 і 31,5кА, час відключення вимикача з приводом — не більше 0,12 с., час горіння дуги при відключенні номінальних струмів відключення — не більше 0,02 с.

Вимикач складається з рами, до якої за допомогою опорних ізоляторів 3 кріпляться полюси вимикача 2. Полюси вимикача за допомогою ізоляційної тяги 4 зв’язуються з валом 5, спільним для трьох полюсів і встановленим в рамі вимикача. Включення вимикача здійснюється подачею напруги на вбудований електромагнітний привід через контактор. Електромагнітний привід, долаючи силу відключаючих пружин, а в кінці ходу на включення і буферної пружини, повертає вал вимикача і через ізоляційну тягу забезпечує замикання рухливих і нерухомих контактів, розташованих усередині полюсів, а також блокує механізм вимикача у включеному положенні. При цьому зводяться ті, що відключають і буферна пружини. При відключенні механізм вимикача розчіпляється і під дією відключаючих пружин і буферної пружини, що працює на невеликому ході, відбувається переміщення рухливих контактів.

Гальмування рухливих частин в кінці ходу на відключення відбувається за рахунок масляного буфера, що усуває вібрації рухливих контактів. Полюси розділяються між полюсними ізоляційними перегородками, що дозволяють скоротити міжполюсні відстані. Рама вимикача заземляється з допомогою болта заземлення.

З боку приводу рама закрита металевим дахом який, в якому є вікна для спостереження за рівнем масла в полюсах і для покажчика, який фіксує ввімкнене чи відключене положення вимикача.

Рис. 1.4. Полюс вимикача Полюс вимикача рис. 1.4 складається з ізоляційного циліндра 3, на кінцях якого заармовані металеві фланці 2 і 4. Нижній фланець ізоляційного циліндра закривається кришкою 1, на якій розташований не рухливий контакт розеткового типа. На верхньому фланці 4 укріплений корпус 5, до якого кріпиться голівка полюса 7. Усередині корпусу розташований механізм переміщення рухомого стержня, що складається з двох важелів — зовнішнього 16 і внутрішнього 12, жорстко закріплених на спільному валу 14. Зовнішній важіль за допомогою ізоляційної тяги зв’язаний з валом вимикача, а внутрішній двома сережками 25 шарнірно сполучений з рухливим контактом 24. Вал 14 встановлений на підшипниках ковзання 10 і має ущільнення 13 для запобігання викиду газомасляної суміші при відключеннях. Ізоляційна тяга кріпиться до важеля 16 механізму 15.

У голівці полюса є чотири отвори для виходу газомасляної суміші при відключенні і зворотний клапан 9.

Сукупність елементів, що забезпечують потрібні зміни положення рухливого контакту, утворює механізм вимикача. Елементами механізму є тяга, важелі, шарніри, вали і так далі. Розглянемо механізм, типовий для маломасляних вимикачів підвісного виконання. На рамі 1 (Рис. 2.1) встановлені опорні ізолятори 2, на яких закріплений корпус вимикача, верхня частина якого 3 містить в собі елементи механізму рухливого контакту 4 і струмознімні пристрої. Рухливий 4 і нерухомий розетковий 7 контактів розташовані в ізоляційному циліндрі 5, усередині якого є дугопогашуюча камера 6. На рамі 1 встановлений вал вимикача 8, до якого жорстко прикріплено декілька важелів: важіль 9 для з'єднання з приводом, два важелі для приєднання відключаючих пружин — 10, два важелі 11 двох пружинних буферів 12, важіль 13 масляного буфера 14 і важіль 15, шарнірно пов’язаний з ізоляційною тягою 16.

Для включення вимикача привід повертає вал вимикача за годинниковою стрілкою, розтягуючи відключаючі пружини 10. В кінці ходу на включення гальмування рухливих частин здійснюється пружинними буферами і весь механізм блокується спеціальним механізмом, так званим механізмом вільного розчіплення, встановленим в приводі. Обертання валу вимикача викликає переміщення ізоляційної тяги 16, обертання важеля 17 і через випрямляючий механізм в корпусі вимикача прямолінійне переміщення рухливого контакту4.

Відключення вимикача здійснюється після спрацьовування механізму вільного розчіплення автоматично від ланцюгів релейного захисту, або схем управління вимикачем, або від кнопки ручного управління При цьому за рахунок енергії, запасеної у відключаючих пружинах, що працюють на всьому ході руху рухливих контактів, і енергії буферних пружин, що працюють на початковій ділянці розмикання контактів, відбувається рух рухливих контактів на відключення.

Рис. 1.5. ВПМП-10

В кінці ходу на відключення кінетична енергія рухливих частин переходить в роботу сил опору, що створюються масляним буфером.

Привід, а також відключаючі і буферні пружини повинні забезпечувати задані швидкості включення і відключення вимикача. Висока швидкість включення зменшує час горіння дуги після попереднього пробою проміжку між контактами, що зближуються і тим самим ерозію контактів, а також вірогідність зварювання контактів.

Швидкість відключення вимикача встановлюється відповідно до динаміки процесу накопичення тиску усередині ДУ і процесами газового авто дуття.

Рис. 1.6. Кінематична схема механізму ВПМП-10

Крім того, високі швидкості включення і відключення вимикача зменшують власні часи спрацьовування вимикача і дають можливість зменшити перерви в подачі енергії споживачам при роботі вимикачів в режимі АПВ. У сучасних масляних вимикачах час без струмової паузи знаходиться на рівні 0,3−0,5 с. для маломасляних і 0,8−1,2 с. для бакових вимикачів.

Таким чином, механізм вимикача повинен забезпечувати задані швидкості руху рухливих контактів, задані часи включення і відключення вимикача, а також створювати мінімальні сили тертя в механізмі, які викликають знос деталей і вузлів механізму і підвищують роботу приводних і відключаючих пристроїв. При розрахунку динаміки процесів як включення, так і відключення можуть вирішуватися два завдання: перша — знаходження швидкості по заданих силових характеристиках приводу або відключаючих і буферних пружин, а також визначення власного часу включення або відключення; друга — визначення силових характеристик приводних і відключаючих пристроїв по заданих залежностях швидкості від ходу контактів. Обидві ці завдання вирішуються на основі рівняння Лагранжа.

Для розрахунку приведених мас в якій-небудь точці необхідно спочатку визначити дійсні маси елементів і ланок механізму, а потім замінити їх заміщаючими масами, розташованими в певних точках, званих вузловими.

Для знаходження заміщаючих мас використовують три правила:

1. При поступальному ході ланки його заміщаюча маса дорівнює його дійсній масі і знаходиться в центрі ваги ланки.

2. Заміщаюча маса ланки, що здійснює обертальний рух, дорівнює приведеному від ділення моменту інерції ланки відносно осі обертання на квадрат відстані від осі обертання до точки заміщення (вузлової точки).

3. При складному русі ланки заміщаючі маси розташовуються в трьох точках, наприклад А, В, С. Координати цих крапок визначаються системою рівнянь.

Для визначення моменту інерції форму ланок спрощують, розбиваючи їх на паралелепіпеди, циліндри, кільця і інші фігури, для яких виведені формули розрахунку моменту інерції.

У випадках, коли маси ланок, що здійснюють складний рух, не дуже великі і переміщення їх незначні, можна поділити дійсну масу такої ланки між двома крайніми вузловими точками навпіл.

Рис. 1.7. До побудови плану швидкостей в механізмі мало масляного вимикача.

На основі планів швидкостей для десяти положень механізму і заданої швидкості розмикання контактів будується залежність приведеної маси в точці кріплення відключаючої пружини від ходу пружини, визначуваного з кінематичної схеми механізму.

Силами опору при відключенні вимикача можуть бути сили тертя створювані в механізмі вимикача і в розеткових контактах, сили тертя рухливого контакту об масло, сили гальмування при роботі масляного буфера, сили ваги залежно від розташування механізму відносно рухливого контакту.

Електродинамічні сили, що стискують ламелі розеткового контакту, перешкоджають процесу як включення, так і відключення вимикача. Силу тертя в механізмі можна порахувати через ККД механізму, який можна прийняти рівним 0,75−0,8.

Привод пружинний типу ПП-67

Привод пружинний типу ПП-67 призначений для управління масляними вимикачами змінного струму високої напруги класом напруги до 35 кВ (для включення вимикача, утримання його у включеному положенні і звільнення його при відключенні).

Управління вимикачем за допомогою приводу ПП-67 може здійснюватися:

— вручну — спеціальними кнопками управління, розташованими на приводі;

— дистанційно — спеціальними електромагнітами дистанційного керування, вбудованими в привід;

— автоматично — спеціальними вимикаючим елементами захисту, вбудованими в привід.

Конструктивно привід ПП-67К має виконання окреме від вимикача і може з'єднуватися з вимикачем безпосередньо або через проміжні ланки.

Привід ПП-67 може застосовуватися для внутрішньої і зовнішньої установки. Привід при внутрішній установці призначений для управління вимикачами типу ВМГ-10, ВПМ-10. Привід ПП-67К при зовнішній установці призначений для управління вимикачами типу С-35−630, ВМ-35. У цьому випадку привід монтується в шафі ШПП-63.

Привід пружинний типу ПП-67 є руховим приводом непрямої дії. Операція включення вимикача здійснюється за рахунок попередньо натягнутих включають пружин приводу ПП-67. Відключення вимикача здійснюється за рахунок енергії, яку накопичують пружини вимикача при включенні.

Рис. 1.8. Зовнішній вигляд привода ПП-67.

Будова приводу:

Рис. 1.9.

1 — важіль; 2 — електродвигун; 3 — редуктор; 4 — рукоятка; 5 — важіль; 6 — зубчата передача; 7 — упор; 8 — планка; 9 — вмикаючі пружини; 10 — регулювальний болт; 11 — траверса; 12 — вантаж; 13 — зуб-траверса; 14 — важіль; 15 — відбивач; 16 — корпус; 17,18 — важелі; 19 — кінцевий вимикач.

Варіанти виконання приводу ПП-67 відрізняються один від одного кількістю і типом вбудованих в них вимикаючих елементів захисту (схемою захисту). У привід ПП-67 можливо вмонтувати:

— електромагніти дистанційного керування включення ЕВ і відключення ЕО — 2 шт.;

— вимикаючі елементи захисту (РТВ, РВМ та ін) — не більше 5 шт.;

Електромагніти дистанційного управління є у всіх варіантах виконання приводу ПП-67К. Кожен варіант виконання схеми захистів позначається своїм цифровим індексом, що складається з п’яти цифр, написаних після позначення типу приводу. Кожна цифра індексу відповідає певному типу вбудованого відключає елементи захисту:

— цифра 1 — реле максимального струму миттєвої дії (РТМ);

— цифра 2 — реле максимального струму з витримкою часу (РТВ);

— цифра 3 — електромагніт відключення з живленням від незалежний джерела оперативного струму (РЕ);

— цифра 4 — струмовий електромагніт відключення для схем захисту з дешунтірованіем (ТЕО);

— цифра 5 — реле мінімальної напруги з витримкою часу (РНВ);

Рис. 1.10. Кінематична схема приводу ПП-67

1 — вал приводу ПП-67; 2 — втулка з заводним важелем; 3, 4 — засувка заводного важеля; 5 — утримуючий пристрій; 6 — важіль; 7 — ролик заводу ударника розчеплення;.8, 9 — утримуюча засувка; 10 — електромагніти відключення; 11 — релейна планка; 12 — утримуюча стійка; 13 — блок — контакти; 14 — пристрій АПВ; 15,16 — кнопки відключення і включення.

1.3 Фізичні основи перетворень, які використовуються в приладі

Для ефективного погашення дуги необхідно в області, близькій до нуля струму, створити визначений тиск (0,6−1МПа). В процесі погашення дуги в камері виникає високий тиск, який може її зруйнувати.

Після розбіжності контактів в ВПМ-10 спалахує дуга, масло розкладається на гази Н2, С2Н4 і ін. і утворюються пари масла.

Кожен кілоджоуль енергії виділяє 70 газу, приведеного до нормальної температури (293) і нормального тиску (0,1Мпа).

Рис. 1.11. Зразковий вигляд кривих надлишкового тиску усередині ВПМ-10 в процесі горіння дуги Газ знаходиться при високій температурі (середня температура газового міхура близько 800) і високому тиску — до 6Мпа.

Розрахунок тиску в ВПМ-10 проводиться з врахуванням багаточисленних чинників, що діють, У справжньому посібнику він проводиться приблизно, зокрема приймається, що виділення масла з ВПМ-10 відбувається в стаціонарному режимі згідно із законом Бернуллі.

Для поліпшення роботи в ВПМ-10 воно забезпечується повітряним буфером який зрізає пікові значення тиску і дозволяє створити потрібний тиск при проходженні струму через нуль. Розрізняють два режими роботи — режим замкнутого міхура і режим газового дуття.

Режим замкнутого міхура: газ, що утворюється в ВПМ-10 після розмикання контактів, займає об'єм, що визволяється рухливим контактом і маслом, витікаючи через зазори, і об'єм, що утворюється за рахунок стискування повітряного буфера. Ця стадія роботи властива більшості вимикачів серії ВПМ до початку відкриття щілини.

Дослідження ВПМ-10 показує, що в ефективно працюючих камерах у момент гасіння дуги (нульовий струму) тиск складає 0,6−1МПа. Якщо після побудови кривих тиску буде знайдено, що в точках вірогідного гасіння тиск в камерах трохи вищий, то необхідно змінити параметри вихлопних щілин і об'єму повітряного буфера для здобуття необхідного тиску у момент проходження струму через нуль.

Механічна міцність камер розраховується по максимуму тиску, отриманому при розрахунку ВПМ з коефіцієнтом запасу 1,5. Якщо розрахункових даних по тиску немає, то можна задатися внутрішнім надлишковим тиском 6МПа.

2. Розрахунково-конструкторська частина

2.1. Структурно-функціональна схема приладу (структурна схема розроблена самостійно)

Рис. 2.1. Структурно-функціональна схема Камера погашення дуги поперечного масляного дуття складається з пакету ізоляційних пластин, стягнутих трьома ізоляційними шпильками. У нижній частині камери розташовані один над другим поперечні канали дуття, а у верхній — масляні «кишені». Поперечні канали дуття мають вертикальні виходи напрямлені вгору.

Великі і середні струми погашаються дуттям в поперечних каналах, а малі струми, якщо вони не були погашеними в цих каналах, гасяться за допомогою дуття, у масляних «кишенях».

Стабільність дуго гашення забезпечується створенням різниці тиску між під камерним і над камерним простором за рахунок надійного ущільнення між камерою і циліндром:

Циліндр своєї гострої кромкою вдавлюється в картонну пластину камери. Крім того камера дуго погашення і циліндр по зовнішній поверхні щільно прилягають один до одного.

Прохідний ізолятор складається з фарфорового ізолятора, всередині якого розміщена бакелітова трубка. Бакелітова трубка, служить для збільшення електричної міцності проміжку між контактним стрижнем і циліндром полюса.

В ізоляторі бакелітова трубка кріпиться за допомогою ковпачка і гайки У верхній частині ізолятора для ущільнення контактного стержня встановлюється шкіряна манжета по поверхні ковпачка. Шайбами забезпечується переміщення шкіряного манжети. Прохідний ізолятор за допомогою кришки чотирма болтами кріпиться до циліндру полюса вимикача.

Розеточний контакт розташований на нижній кришці полюса вимикача. Він складається з 5-ти ламелей, облицьованих у верхній частині дугостійкою металокерамікою. Контактне натискання здійснюється за допомогою пружин.

Електричний зв’язок ламелей з кришкою, на якій знаходиться нижній вивід вимикача, здійснюється, за допомогою гнучких зв’язків. У нижню частину кришки вкручений масло випускний болт з ущільнювальною шайбою. Між кришкою і циліндром полюса для ущільнення встановлюється гумове кільце.

2.2 Принцип роботи приладу, призначення окремих елементів та їх взаємодія

У теперішній час для управління масляним вимикачем застосовуються приводи: електромагнітні постійного струму, пневматичні і пружинні, виконувані виносними або вбудованими в вимикач.

Електромагнітні приводи (рис. 2.2) використовують броньовий електромагніти постійного струму з якорем 1 і котушкою 2. При подачі напруги на котушки привід штовхача 4 впливає на ролик 3, зв’язаний системою важелів з валом приводу 5, який з допомогою муфта 6 і системи проміжних ланок з'єднується з валом вимикача. Включене положення приводу фіксується Г-подібний важелем 7, на якому встановлюється осьовий ролик. Від валу вимикача у включеному положенні привід передає зусилля механізму відключення і буферній пружині. Для відключення вимикача на соленоїд відключення 9 подається напруга від схеми управління, вимикач і якір 10 виводить механізм із стійкого положення. Осьовий ролик зіскакує з важеля 7, не перешкоджаючи відключенню. Варто відмітити, що ідея гасіння дуги в ДУ, в якому утворюється соленоїд з дуги, належить радянському ученому Б. П. Петрову, який запропонував цей пристрій для тягових автоматів ще в 30-х роках.

Рис. 2.2 Привод електромагнітний ПЄ-11

2.3 Силовий розрахунок важільної системи

Сила яка діє на траверсу:

=

=1166 Н Згинаючий момент, діючий в цьому випадку на важіль в місці її кріплення штангою, Н:

+=) =109,2 Н Під дією згинального моменту важіль працює на згин. Небезпечним перерізом є переріз на осі де буде виникати максимальний згинальний момент напруження згину в небезпечному перерізі визначається з рівняння міцності на згин:

(2.1)

Прийнявши матеріал важеля сталь 40 для якого допустимі напруження = 30 мПа. Визначимо розміри поперечного перерізу важеля b, h.

В рівнянні міцності осьовий момент опору поперечного перерізу

(2.2)

Приймаємо співвідношення b=0.5 h тоді з рівняння міцності визначаємо h

Рис. 2.3 Розрахункова схема важеля

h= h

Звідси:

З конструктивних міркувань приймаємо h=70 мм., b=20 мм.

3. Технологічна частина

3.1 Характеристика та службове призначення деталі

Для розроблення технологічного процесу виготовлення деталі корпусу муфти згідно із завданням на курсовий проект необхідно подати технічну характеристику деталі та характеристику матеріалу з якого вона складається.

Деталь корпус муфти являє собою тіло обертання ступінчастої форми. Аналіз креслення деталі показує, що вона має 5 базових поверхонь Рис. 3.1 Характеристика деталі

До внутрішніх частин деталі відносимо: отвір D20 мм призначені для закріплення цієї деталі. До зовнішніх частин деталі потрібно віднести: конічну поверхню кут30є, конічну поверхню кут 45є, циліндричну поверхню D30 мм, канавку D24 мм шириною 3 мм, циліндричну поверхню D45 мм.

До технологічних баз віднесемо торці деталі, а до конструкторських баз окрім торців також вісь.

Матеріал даної деталі - сталь 40. Її хімічний склад наведений в таблиці 1, а механічні характеристики — в таблиці 2

Таблиця 3.1. Хімічний склад сталі 40 (у відсотках)

Таблиця 3.2. Механічні характеристики сталі 40

Сталь цього сорту відноситься до низьковуглецевих сталей і найчастіше її застосовують без термічної обробки або в нормалізованому стані. Без термічної обробки її застосовують для виготовлення малонавантажених деталей. Тонколистову холоднокатану сталь часто використовують для холодної штамповки виробів. За вмістом легуючих елементів дану сталь можна віднести до низьколегованих, оскільки сумарний вміст легуючих елементів не перевищує 2.5%. Легуючі елементи в малих кількостях значно підвищують механічні властивості сталей. Особливо сильно підвищується межа текучості, відносне звуження і ударна в’язкість. Основним легуючим елементом є марганець. На холодноламкість сталі він практично не впливає, бо його концентрація менша 1%. Це відносно дешевий елемент, як замінник нікелю в сталі. Він розчиняється в фериті і цементиті. Підвищуючи стійкість аустеніту, марганець знижує критичну швидкість гартування і підвищує прогартовуваність.

3.2 Аналіз деталі на технологічність

Рис. 3.2 Корпус муфти Технологічність деталі оцінюють на двох рівнях — якісному і кількісному.

Аналізуючи конструкцію заданої деталі на якісному рівні можна дійти висновку, що деталь невисокого рівня технологічної складності. Деталь не має складних профілів, отже може бути виготовлена без застосування спеціального інструменту і обладнання. Хоча й деталь на перший погляд нескладна, її виготовлення може містити певні труднощі в технологічному аспекті. Попри технологічні недоліки (які присутні майже в кожній деталі), запропонована деталь має цілий ряд технологічно зручних особливостей. Корпус має зручні базові поверхні. Практично всі плоскі поверхні можуть бути використані, як технологічні бази. Деталь має можливість створення зручних технологічних баз, що дає можливість скоротити до мінімуму кількість повертань і повторних встановлювань оброблюваного зразка і підвищити завдяки цьому точність обробки поверхонь з використанням принципу постійності і єдності.

Механічну обробку круглих поверхонь можна проводити стандартним способом — точінням, підібравши потрібні різці. Контроль параметрів точності та шорсткості поверхонь можливо здійснити з використанням типових схем вимірювання та стандартних вимірювальних інструментів.

Для кількісної оцінки технологічних параметрів деталі зведемо її показники у таблицю 3.

Таблиця 3.3. Параметри корпусу муфти

На кількісному рівні запропоновану деталь можна охарактеризувати наступними показниками Коефіцієнт стандартизації

(3.1)

де — кількість розмірів деталі, що підпорядковуються стандартному ряду;

— загальна кількість розмірів.

Для даної деталі .

Коефіцієнт точності обробки

(3.2)

. (3.3)

де — кількість поверхонь з точністю від 1 до 19 квалітету.

Для даної деталі і

Коефіцієнт шорсткості поверхонь

(3.4)

де

(3.5)

де — кількість поверхонь даної шорсткості.

Для даної деталі і .

Керуючись якісними показниками, можна зробити висновок, що в цілому деталь технологічна.

3.3 Особливі вимоги до конструкції деталі та її службове призначення

Глибокий аналіз креслення деталі показує, що вона призначена для конструктивного з'єднання деталей.

З функціональних особливостей деталі можна зробити висновок, що вона призначена лише для кріплення і жорсткої фіксації деталей, функцій напрямлення обертального руху. Її призначення полягає лише у конструктивному поєднанні інших розрізнених деталей.

3.4 Визначення типу та організаційної форми виробництва

Тип виробництва характеризується коефіцієнтом закріплення операцій, що визначається з формули

(3.6)

де — кількість операцій;

— кількість робочих місць.

Число робочих місць будемо приймати рівним кількості верстатів:

(3.7)

де N=2000 — річна програма випуску;

— штучний час (у хвилинах);

— річний фонд часу роботи обладнання;

— нормативний коефіцієнт завантаження обладнання Обрахуємо масу деталі. Для цього розбиваємо деталь на елементарні тіла і обраховуємо їх об'єми:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Масу деталі визначаємо за формулою:

В даному курсовому проекті тип виробництва визначимо не розрахунково, а табличним методом. Згідно таблиць, наведених в літературі, керуючись річною програмою випуску і масою деталі, визначаємо малосерійний тип виробництва.

При подальшому проектуванні тип виробництва може бути змінено, в залежності від отриманих результатів.

3.5 Вибір методу отримання заготовки та проектування заготовки

При проектуванні заготовки необхідно врахувати, що на сучасному етапі розвитку приладобудування в умовах ринкової економіки важливим параметром, що в значній мірі впливає на собівартість кінцевого продукту,

є матеріаломісткість виробу і коефіцієнт використання металу, який представляє собою відношення маси готової деталі до маси матеріалу, затраченого на її виготовлення:

. (3.8)

Основними шляхами скорочення витрат на матеріали, що ідуть на виготовлення деталей приладів є:

— скорочення маси матеріалів, що використовуються на виготовлення однієї деталі;

— використання, по можливості, більш дешевих матеріалів, тобто матеріалів з найменшою вартістю одиниці маси;

— отримання відходів матеріалів в найбільш цінному виді, з метою їх подальшого використання для виготовлення інших деталей.

Скорочення маси матеріалів, що затрачаються на виготовлення однієї деталі, залежить в першу чергу від того, наскільки раціонально розроблена конструкція деталі і приладу в цілому. Недостатнє знання властивостей матеріалів, недостатньо стабільна якість матеріалу і наближені методи розрахунків призводять в кінцевому результаті до значних запасів міцності, тобто надлишкових витрат матеріалу.

Скорочення різного роду відходів і втрат матеріалів є одним із основних технологічних і організаційних заходів, проектних завдань, що сприяють скороченню економічних витрат на матеріали. Значна кількість відходів і втрат відбувається на заводах при отриманні заготовок деталей.

При механічній обробці частина матеріалів відходить в стружку, в обрізки при розкрої деталей з листового матеріалу, в обрізки, що утворюються внаслідок некратності матеріалу довжині деталі при пруткових заготовках і у вигляді кусків, необхідних для закріплення деталей при обробці; на виготовлення пробних деталей при наладці виробничої лінії.

Скорочення втрат і відходів не тільки економить матеріали, що дозволяє збільшити програму випуску або прискорити її, але й дає значно більший економічний ефект внаслідок скорочення непродуктивних затрат праці на наступних етапах виробництва.

Втрати матеріалів зменшуються із зменшенням кількості стадій, які проходить зразок на шляху його перетворення в готову деталь. Ідеальним було б виробництво деталі без механічної обробки, особливо обробки різанням. Це не завжди можливо, отже, бажано максимально приблизити форму і розміри заготовки до параметрів готової деталі (з урахуванням припусків на механічну обробку).

Процес вибору методу отримання заготовки є складним і залежить від багатьох факторів, запропонована деталь виготовляється із сталі 40. Сталь випускається промисловістю у вигляді прокату, що обумовлює метод отримання заготовки.

Для розкрою листа на заготовки може бути використано ряд різних за технологічною суттю методів. Тільки врахувавши економічну сторону процесу виробництва, можна братись за проектування заготовки, яка буде отримана тим чи іншим методом. Проведемо кількісний порівняльний аналіз запропонованих для розробки курсового проекту методів отримання заготовки.

Спочатку вибираємо спосіб штампування. Отримуємо заготовку середньою масою Коефіцієнт використання матеріалу на стадії механічної обробки згідно (8) становить .

Тепер отримаємо заготовку методом лиття в землю. Отримана таким чином заготовка має масу. Коефіцієнт використання металу при подальшій механічній обробці становитиме .

Собівартість отриманих заготовок визначається з залежності

(3.9)

де — собівартість однієї заготовки;

і - відповідно маса заготовки і маса відходів (при умові, що вони будуть реалізовані);

і - відповідно вартість матеріалу заготовки і матеріалу відходів;

— витрати підприємства на роботу обладнання, що використовується при виготовленні заготовок.

Для заготовок, отриманих методом лиття в землю,, і Витрати на роботу обладнання (приведені на одну заготовку) будуть складатися з витрат:

— при штампуванні();

— при розрубуванні вихідного матеріалу на шматки-порції ();

— на нагрівання металу перед штамповкою ();

Собівартість однієї заготовки, таким чином, становитиме Для заготовок, отриманих штамповкою,, і Витрати на роботу обладнання (приведені на одну заготовку) будуть становити Собівартість однієї заготовки, таким чином, становитиме

За результатами кількісного аналізу собівартості заготовок остаточно вибираємо отримання заготовки методом лиття в землю.

Отож спроектуємо заготовку корпус муфти, отриману методом лиття в землю.

3.6 Вибір базових поверхонь, розрахунок міжопераційних та операційних припусків на механічну обробку

Запропонована для розробки курсового проекту деталь не має власних базових поверхонь, зручних для використання при обробці, отже виникає необхідність створення допоміжних технологічних баз. Оскільки деталь має достатню кількість паралельних плоских поверхонь, їх можна використати в якості технологічних баз при механічній обробці. Ці поверхні бажано обробляти на чисто в першу чергу.

Аналіз креслення деталі показує, що обробку майже всіх поверхонь можна здійснити методом точіння. Прохід отворів здійснюється методом свердління.

Припуск — це шар матеріалу, котрий знімається з поверхні заготовки в цілях досягнення заданих властивостей оброблюваної поверхні деталі.

Міжопераційний припуск — це шар матеріалу, котрий зрізається з поверхні заготовки при виконанні певної технологічної операції. Величина міжопераційного припуску представляє собою шар, що необхідно зняти тому, що він став дефектним в результаті попередньої операції і виправлення похибок положення і форми оброблюваної поверхні.

Мінімальна величина міжопераційного припуску обчислюється за формулою:

(3.10)

де — висота нерівностей профілю на попередньому переході;

— глибина дефектного шару металу після попереднього переходу;

— сумарні відхилення розміщення поверхонь;

— похибки установки заготовки на даному переході.

3.7 Проектування технологічного маршруту обробки деталі

Виготовлення запропонованої деталі - корпусу муфти — починається з отримання заготовки. Конфігурація і метод отримання заготовки детально розглянуті при проектуванні заготовки.

При першому установі будемо обробляти поверхню 1.

Операція складається з таких переходів:

Підрізати торець 1.

При наступній операції заготовка закріплюється за нові технологічні бази. Будемо обробляти поверхні 4,9,6,7,5.

Операція складається з таких переходів:

Точити циліндричну поверхню 4;

Точити канавку 9;

Точити конічну поверхню 6;

Точити конічну поверхню 7;

Точити циліндричну поверхню 5;

При наступній операції заготовка закріплюється за нові технологічні бази. Будемо обробляти поверхню 2:

Операція складається з таких переходів:

1) Підрізати торець 2.

При наступній операції зенкерувати отвір в розмір D18.

Далі проводити операцію дворазове розсортування в розмір D20 із шорсткістю 0,63.

3.8 Розрахунок режимів різання, вибір технологічного обладнання, інструменту та засобів технологічного оснащення

Вибір режимів різання в значній мірі впливає на якість оброблюваних поверхонь, точність їх взаємного розташування. Оскільки механічна обробка складає значну частину собівартості деталі, то ефективний підбір режимів різання сильно впливає на техніко-економічні показники процесу виготовлення деталі. Неправильний підбір режимів різання може призвести до недостатньо якісної обробки поверхонь, невиправданого витрачання часу на лишні операції контролю розмірів і параметрів шорсткості поверхонь.

Підбір оптимальних режимів різання можна проводити двома методами: табличним і за допомогою обчислень всіх параметрів режимів різання.

Оскільки деталь можна обробляти типовими методами, з використанням стандартного промислового обладнання та інструменту, то проводити розрахунок режимів різання для всіх операцій механічної обробки немає сенсу, оскільки їх можна знайти табличним методом з довідкової літератури. Детальний аналітичний розрахунок проведемо лише для двох операцій.

Розрахуємо режими різання для операції 005 перехід 1, та свердління отвору d20 мм, матеріал заготовки — сталь 40.

Свердління проводиться на широко універсальному верстаті модифікації 2H118. Інструмент, яким здійснюється операція, — зенкер діаметром .

Глибина різання при зенкеруванні становить t=58 мм.

Подача для зенкер є стандартною і становить .

Середнє значення періоду стійкості зенкера

Швидкість різання визначається за формулою

(3.11)

де — поправочний коефіцієнт;

;;; - показники степенів.

Загальний поправочний коефіцієнт на швидкість різання визначається за формулою

(3.12)

де — коефіцієнт, який залежить від матеріалу, що обробляється;

— коефіцієнт, що враховує матеріал інструменту;

— коефіцієнт, що враховує глибину різання.

Таким чином,. Отримуємо швидкість різання .

Частота обертів шпинделя, в якому закріплене свердло, визначається, як

(3.13)

і становить .

Крутний момент визначаємо за формулою

(3.14)

де — поправочний коефіцієнт;

;; - показники ступенів;

— поправочний коефіцієнт, що враховує фактичні умови обробки.

Таким чином,

Потужність різання визначається із залежності

(3.15)

і становить .

Розрахуємо режими різання для токарної операції 005 перехід 1,

підрізання торця 2. Інструмент, яким здійснюється операція — підрізний різець.

Глибина різання становить t=0.5 мм.

Подача становить S=0.8 мм/об.

Середнє значення періоду стійкості різця Т=120 хв.

Швидкість різання визначається з формули (3.11), для чого підбираємо коефіцієнти;; x=0,15; y=0,4;. Загальний поправочний коефіцієнт на швидкість різання становить (враховуючи, що; ;). Отримуємо швидкість різання V=100,23 м/хв.

Частота обертів шпинделя, визначається, з (3.13) і становить

Крутний момент визначаємо з (14), врахувавши, що; ;; ;, отримаємо.

Потужність різання визначається із залежності (3.15)і становить, для усіх інших операцій та переходів режими різання визначимо табличним способом. Результати занесемо в карту техрологічного процесу і табл. 4.

Таблиця 3.4. Режими різання

3.9 Нормування технологічних операцій

Технічне нормування в широкому розумінні цього поняття представляє собою встановлення технічно обґрунтованих норм використання виробничих ресурсів (ГОСТ 3.1109−82). При цьому виробничими ресурсами є енергія, сировина, матеріали, інструмент, робочий час.

В сучасних умовах нормування часу набуває важливого значення, оскільки від цього в значній мірі залежить такт виробництва, норми оплати праці, рентабельність підприємства.

Норма часу — це регламентований час виконання деякого обсягу робіт в конкретних виробничих умовах одним або декількома виконавцями відповідної кваліфікації (ГОСТ 3.1109−82).

Важливим параметром при нормуванні часу виступає основний (технологічний) час — це норма часу на досягнення безпосередньої цілі даної технологічної операції або переходу по якісній і (або) кількісній зміні предмету праці. Основний час може бути машинним, машинно-ручним, ручним або апаратурним. Для токарних, свердлильних, різьбонарізних робіт, зенкерування, розгортування, і фрезерування основний (машинний) час визначається за формулою

(3.16)

де — частота обертання шпінделя;

— подача;

— коефіцієнт, що враховує кількість послідовних заходів при різанні;

— довжина шляху інструменту, що визначається з залежності

(3.17)

де — довжина оброблюваної поверхні;

— величина врізання інструменту;

— величина пробігу (сходу) інструменту.

Норма основного часу складає лише частину часу, що затрачається на виконання технологічних операцій. Для деяких операцій вона є мізерною в порівнянні з допоміжним часом.

Норма допоміжного часу представляє собою норму часу на виконання дій, що дають можливість виконувати основну роботу, що є метою технологічної операції або переходу, і повторюється з кожним виробом або через певне їх число.

Норма оперативного часу — це норма часу на виконання технологічної операції, що складається із суми основного часу і допоміжного часу, що не перекривається ним:

. (3.18)

Технічно обгрунтована норма часу (норма штучно-калькуляційного часу) складається з норми підготовчо-завершального часу на партію оброблюванх заготовок і норми штучного часу

(3.19)

де — кількість заготовок в партії.

Норма штучного часу обчислюється за формулою

(3.20)

де — час на обслуговування робочого місця (приведений до одної операції);

— час на відпочинок і особисті потреби, або

(3.21)

де — процент оперативного часу на обслуговування робочого місця, відпочинок і особисті потреби.

Керуючись наведеними формулами і параметрами технологічного процесу, обчислимо норми часу для операцій і переходів процесу виготовлення корпусу муфти.

Час на обслуговування робочого місця, відпочинок і особисті потреби, згідно нормативів, становить від оперативного часу.

Для переходу 1 операції 005 довжина шляху інструменту; частота обертання шпінделя, подача Основний час становить. Допоміжний час буде складатись з часу точного підводу інструменту (4с), включення і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі, який складає 1 с. Допоміжний час, таким чином, становить. Контроль розмірів може здійснюватись під час роботи станка, і тому не збільшує допоміжного часу. Норма оперативного часу становить. Норма штучного часу. Для переходу 4 норми часу будуть ті ж самі.

Для переходу 2 операції 005 довжина шляху інструменту; частота обертання шпінделя, подача Основний час становить. Допоміжний час буде складатись з часу точного підводу інструменту (4с), включення і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі, який складає 0.4 с. Допоміжний час, таким чином, становить. Норма оперативного часу становить. Норма штучного часу .Для переходу 5 норми часу будуть ті ж самі.

Для переходу 3 операції 005 довжина шляху інструменту; частота обертання шпінделя, подача Основний час становить. Величина допоміжного часу буде такою ж, як і для попередніх переходів —. Норма оперативного часу становить. Норма штучного часу .

Для переходу 1 операції 010 довжина шляху інструменту; частота обертання шпінделя, подача Основний час становить. Допоміжний час буде складатись з часу точного підводу інструменту (4с), включення і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі, який складає 0.1 с. Допоміжний час, таким чином, становить. Норма оперативного часу становить. Норма штучного часу .Для переходу 2 цієї ж операції норми часу будуть такі ж самі.

Для переходу 3,4 операції 010 норми часу будуть такі ж самі що й для переходу 2 операції 005.

Для переходу 5 операції 010 норми часу будуть такі ж самі що й для переходу 3 операції 005.

Для переходу 1 операції 015 норми часу будуть такі ж самі що й для переходу 2 операції 005.

Для переходу 1 операції 020 довжина шляху інструменту, частота обертання шпінделя, подача Основний час становить. Допоміжний час буде складатись з часу підводу інструменту (4с), включення станка, і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки в лещатах і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі. Допоміжний час, таким чином, становить. Норма оперативного часу становить. Норма штучного часу .

Для переходів 1 і 2 операції 025 та 030 довжина шляху інструменту; частота обертання шпинделя, подача Основний час становить .

Допоміжний час буде складатись з часу точного підводу інструменту (4с), включення і виключення станка (0.8с), часу встановлення заготовки в лещатах і виймання її (4с), поділеного на кількість переходів в установі, який складає 1.3 с. Оскільки при цому установі передбачена зміна інструменту, а переходи 1 і 2 обробляються однаковим інструментом (зміна інструменту відбувається за 4с), час зміни, приведений на один перехід, становить 2 с. Час контролю розмірів не входить в допоміжний час, бо він перекривається машинним часом. Допоміжний час, таким чином, становить. Норма оперативного часу, становить. Норма штучного часу .

Для переходу 1 операції 035 довжина шляху інструменту становитиме; частота обертання шпинделя, подача Основний час становить. Допоміжний час буде таким же, як при попередньому переході -. Норма оперативного часу становить. Норма штучного часу .

Обчислені норми часу занесемо в таблицю 5

Таблиця 3.5. Норми часу на виконання операцій та переходів

3.10 Характеристика дільниці механічної обробки, порядок розташування технологічного обладнання, міжопераційний транспорт, засоби механізації та автоматизації

Виготовлення заготовок методом лиття проходить в заготівельному цеху шляхом розігрівання матеріалу. При заготівельних операціях обладнання виділяє багато шкідливих випарів, тому його як правило стараються винести за межі цехів механічної обробки в інші приміщення. Це робиться з метою захисту основної кількості робітників від шкідливих випарів, шкідливих для здоров’я.

На дільниці механічної обробки заготовка проходить всі стадії механічної обробки, але на готову деталь ще не перетворюється. (Процес виготовлення деталі включає операцію нанесення захисних і декоративних металевих покриттів).

Зважаючи на те, що кількість послідовних операцій механічної обробки порівняно невелика, обробка здійснюється поетапно, в міру накопичення заготовок певної стадії готовності. (Застосування принципу поточної організації обробки деталей в принципі теж можливе, але тоді збільшується кількість необхідного обладнання і випуск ведеться впродовж короткого часу, в чому немає необхідності.) Завдяки такій організації виробництва з’являється можливість простіше організувати планування і в результаті отримати відносно високі техніко-економічні показники.

Безпосередньо в приміщення цеху, де проходить механічна обробка, заготовки доставляються на ручних заводських візках, які є в наявності практично на кожному підприємстві. Величина партії заготовок залежить від кількох факторів. Найбільш доцільна подача заготовок разом з заготовками інших деталей, які обробляються на цій дільниці. Це можуть бути заготовки різноманітних мілких деталей простої конфігурації. Кількість їх залежить від величини партії всіх деталей і номенклатури заготовок в партії.

Привезені в цех заготовки складаються в заводській тарі біля станка, який здійснює операції механічної обробки на стелажі чи підставці.

Міжопераційні запаси деталей, враховуючи особливості виробництва, будуть залежати від часу безперервної роботи верстату на окремих операціях і становитимуть досить значну кількість. Ці запаси складуються в заводській тарі (при тривалому зберіганні - з тимчасовою консервацією) в заводських складських приміщеннях.

Верстат, на якому здійснюється механічна обробка деталі, розташований в приміщенні разом з іншим обладнанням, яке налаштоване на подібні за технологічною суттю процеси.

На дільниці механічної обробки цикл виготовлення деталі не завершується. Після обробки різанням майже готові деталі поступають на іншу дільницю, де на них наноситься металеве захисне і декоративне покриття.

4. Спеціальна частина

4.1 Модернізація

Вимикач високовольтний троьхполюсний ВПМ-10 працює з високими напругами та температурами, що в свою чергу створює високу небезпеку для обслуговуючого персоналу. Проведення вдосконалення шляхом вмонтування термопари в камеру погашення дуги дасть змогу персоналу який обслуговує електроустановки, контролювати та слідкувати за значеннями температури, при розмиканні контактів, що дасть можливість прослідкувати за рівнем мастила, оскільки віконце для спостережень може бути в конденсаті, що унеможливлює відслідковування рівня мастила. Таке вдосконалення знизить рівень небезпеки, тому, що працівник матиме можливість більш точно контролювати рівень мастила і робити це з більшої відстані. В результаті проведених робіт сам прилад буде більш захищеним, бо уникнемо пошкодження (плавлення) при недостатній кількості мастила.

Термопари як вимірювальні перетворювачі повинні мати:

стабільність часових і температурних термоелектричних характеристик, що забезпечують точність і надійність результатів вимірювання і виключають необхідність частих переградуювань;

відтворюваність термоелектричної характеристики, забезпечуючи можливість стандартизації її градуювальної характеристики, отже, є обов’язковою умовою взаємозамінності термопар;

чутливість, яка характеризується величиною відношення, тобто ставленням приросту термо-ерс до відповідного підвищення температури Чим більша зазначена величина, тим менш чутливі і більше надійні в експлуатаційних умовах, вторинні прилади можна використовувати для роботи в комплекті з термопарою;

механічною міцністю термоелектродів;

термоелектричною однорідністю кожного з термоелектродів, що забезпечує незалежність термо-ерс термопари від розподілу температури по довжині її термоелектродів;

простою технологією виготовлення термоелектродного матеріалу, що полегшує отримання однакових за своїми властивостями взаємопов'язаних термоелектродних матеріалів при різних плавках.

Для вимірювання температури в межах від -200 до 2500° С у виробничих умовах застосовуються стандартні технічні термопари з металевими термоелектродами, передбачені стандартами і іншими нормативними документами.

В нашому випадку було використано термопару типу ТХА з діапазоном робочих температур -200С⁰ — 1300С⁰.

4.2 Методика повірки та випробування

Перевірка регулюємих характеристик повинна проводитися наступними методами:

1. Перевірка вертикальності підвіски вимикача здійснюється:

— Перевіркою вертикальності підвіски рами вимикача візуально по відвісу;

— Перевіркою розмірів згідно складального креслення;

2. Кут повороту валу вимикача і кут установки важеля дистанційного зв’язку перевіряється (за необхідності) за допомогою кутоміра, шаблону або транспортира з відвісом.