Проектування пристрою для складання під зварювання вузла «Мішалка»

ВСТУП

На сучасному етапі відбудови і подальшого розвитку машинобудування, як матеріальної основи всього народного господарства головним завданням стає збереження і розвиток вітчизняного технологічного середовища, яке б забезпечило випуск продукції конкурентоспроможної на світовому ринку. У вирішенні цієї актуальної проблеми роль належить створенню високоефективних виробничих систем, що реалізують сучасні технології. Такі виробництва повинні мати: автоматизовані і механізовані виробничі процеси.

Механізація — це заміна фізичної праці людини машиною.

В хімічному машинобудуванні механізація дає можливість: механізувати складальні і зварювальні роботи, значно підвищити продуктивність праці, зменшити кількість обслуговуючого персоналу, зниження собівартості продукції, зменшити експлуатаційні витрати.

Для вирішення цих важливих завдань сприяє розробка і впровадження в виробництво хімічного машинобудування високоефективних складально — зварювальних пристроїв.

Застосування складально — зварювальних пристроїв доцільне у серійному та у дрібносерійному виробництвах так як застосування їх є економічно доцільним.

Дисципліна «Складально-зварювальні пристрої» тісно пов’язана з наступними дисциплінами: «Технічна механіка» ," Опір матеріалів", «Деталі машин і основи контролювання», «Вища математика», «Теоретичні основи електротехніки», «Технологія хімічного машинобудування», «Основи зварювального виробництва», «Основи промислової технології», «Конструкції машин і апаратів», «Технічне нормування» .

Отриманні знання в подальшому використовуються студентами в дипломному проектуванні.

В даному курсовому проекті необхідно спроектувати пристрій для складання під зварювання вузла «Мішалка». Виходячи з схеми базування деталі, визначають тип і розмір установчих елементів, їх кількість і взаємне розміщення.

За вибраною схемою базування складається схема дії всіх сил на деталь, вибирається точка прикладення і напрям сили затиску та розраховується її величина. По силі затиску та числу місць її прикладення вибирають тип затискного механізму, розраховують його основні конструктивні параметри і величину сили затиску. Вибирають необхідні допоміжні елементи пристрою, визначають їх конструкцію, розміри та розміщення.

Розробляють загальний вигляд пристрою і визначають його габарити. Перевіряють міцність найбільш навантажених елементів пристрою. Розраховують економічну доцільність застосування пристрою.

1. ОПИС ПРИЗНАЧЕННЯ І БУДОВИ СКЛАДАЛЬНОЇ ОДИНИЦІ ТА ТЕХНІЧНІ ВИМОГИ ДО ЇЇ СКЛАДАННЯ

1.1 Призначення складальної одиниці

Даний вузол «Мішалка» входить до складу конструкції реактора ємністю 2500 літрів. Призначений для перемішування хімічних продуктів при отриманні азотобарвників.

1.2 Будова складальної одиниці

Мал. 1 — Ескіз вузла «Мішалка»

Вузол складається із маточини 3 до якої приварені ребра 1 та лопасті 2. Вид зварювального шва — тавровий (Т1).

1.3 Технічні вимоги до складання під зварювання складальної одиниці

Відхилення розмірів вузла за 16 квалітетом точності.

Симетричність розташування елементів конструктії.

2. ПРИЗНАЧЕННЯ, БУДОВА ТА ПРИНЦИП ДІЇ ПРИСТРОЮ

2.1 Призначення пристрою

зварювання складальний одиниця мішалка Пристрій призначений для складання та зварювання складальної одиниці «Мішалка». До конструкції складально — зварювальних пристроїв висуваються цілий ряд вимог:

зручність в експлуатації зумовлює легкий доступ до місць встановлення деталей, затискним елементам та елементам керування, місцям накладання при хваток та зварювальних швів, зручні пози робітника при складанні та зварюванні, мінімум його нахилів та рухів;

забезпечення заданої послідовності складання і накладання зварювальних швів згідно технологічного процесу;

забезпечення заданої якості виробу, який зварюється — полягає в тому, що пристрій повинен бути достатньо міцним та жорстким, одночасно забезпечуючи потрібне положення деталей зварюваного вузла, без їх деформування.

можливість використання при конструюванні та виготовлені пристрою типових, уніфікованих деталей, вузлів, що сприяє зниженню собівартості пристрою;

забезпечення складання всієї конструкції з однієї установки, найменшого числа обертів при складанні та прихвачуванні, вільного знімання складеного виробу з пристрою;

забезпечення швидкого відводу тепла від місця зварювання для зменшення короблення виробу;

технологічність деталей та вузлів пристрою, я також пристрою в цілому; пристрій повинен бути ремонтопридатним, безпечним в експлуатації, мати достатньо високий термін використання, для чого повинна бути передбачена можливість заміни швидкозношуваних деталей і встановлення потрібної точності пристрою;

2.2 Принципова схема пристрою

Пристрій складається із зварного корпуса 7, на якому встановлені базуючий палець 6, пневмоциліндри 8 і 9, напрямляюча 10, Гподібні прихвати 11 і 12.

До пневмоциліндра 8 приєднана тяга 4.

Мал. 2 — Схема пристрою

2.3 Принцип дії пристрою

Маточина встановлюються отвором на базуючий палець 6. Фіксація втулки здійснюється пневмоприводом за допомогою швидкозмінної шайби 5.

Для здійснення зажиму маточини стиснуте повітря подається у безштокову порожнину пневмоциліндра. При цьому тяга 4 рухається до низу, одночасно рухаючи в цьому ж напрямі швидкозмінну шайбу 5 до положення, при якому здійснюється затискання деталі.

Для розкріплення маточини стиснуте повітря подається у штокову порожнину циліндра. При цьому тяги рухаються угору, тим самим вивільняючи деталь.

Лопасті 2 встановлюються у відповідні пази напрямляючої 10 і фіксуються за допомогою Г-подібних прихватів 11.

Для здійснення зажиму лопастей стиснуте повітря подається у безштокову порожнину пневмоциліндра. При цьому Гподібни прихвати 11 рухаються до низу. Одночасно прихвати обертаються навколо своєї вісі (напрям обертання задається формою напрямляючого паза), рухаючись в положення, при якому здійснюється затискання деталі.

Ребра 2 встановлюються на напрямляючу 10 і фіксуються за допомогою Г-подібних прихватів 12.

Для здійснення зажиму ребер стиснуте повітря подається у безштокову порожнину пневмоциліндра. При цьому Гподібни прихвати 12 рухаються до низу. Одночасно прихвати обертаються навколо своєї вісі (напрям обертання задається формою напрямляючого паза), рухаючись в положення, при якому здійснюється затискання деталі.

3. РОЗРОБКА СХЕМИ БАЗУВАННЯ

3.1 Визначення необхідності повного базування

Базування — це надання заготовці або виробу необхідного положення відносно одна одної, або виробу відносно пристрою, робочого інструмента, технологічного зварювального обладнання.

Повним базуванням називається положення деталі, в якому завдяки накладеним зв’язкам виключена можливість 3-х прямолінійних рухів в напрямку обраних координат, 3-х обертальних рухів навколо цих або паралельних їм вісей (тобто у деталі відсутні 6 ступенів свободи). Якщо в деталі за обраною схемою базування в наявності одна ступінь свободи чи більше, таке базування є неповним.

Для деталей, що зварюються потрібне повне базування.

3.2 Вибір базової деталі та її обґрунтування

Базова деталь — це деталь, відносно якої виставляються інші деталі вузла. В даному пристрої в якості базової деталі приймаємо маточину, так як вона має добру опорну поверхню.

3.3 Вибір комплекту баз

Специфіка складання під зварювання заключається в необхідності послідовного орієнтування всіх деталей складаємого виробу, їх розміщення у відповідності з розмірами складального креслення і тимчасового закріплення перед зварюванням за допомогою затискних елементів пристрою.

В якості технологічних баз деталей, які складаються, обираємо такі поверхні:

для маточини — циліндрична зовнішня поверхня, поверхня торця;

для лопасті - зовнішня поверхня напрямляючої, бокова поверхня маточини.

для ребра — зовнішня поверхня напрямляючої, бокова поверхня маточини, поверхня лопасті.

Мал. 3 — Схема базування: 1- установча база (позбавляє 3-х ступенів руху); подвійна опорна база (позбавляє 2-х ступенів руху); опорна база (позбавляє 1 ступень руху)

Установчі елементи пристрою утворюють базові поверхні пристрою і забезпечують потрібну орієнтацію деталей у відповідності з складальним кресленням.

Опори пристрою поділяються на основні і допоміжні. Основні опори визначають положення деталі в просторі, позбавляють декількох ступенів вільності. Як правило основні опори жорстко закріплюються в корпусі пристрою.

Мал. 4 — Реалізація схеми базування

4. РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ЗАТИСКНОГО МЕХАНІЗМУ

4.1 Вибір типу затискного механізму

Затискні механізми призначені для закріплення встановлених в пристрої деталей і повинні відповідати ряду вимог:

елементи затискних механізмів повинні розміщуватися над опорою або поблизу від опор;

затискні механізми повинні утворювати задане розрахункове зусилля для надійного закріплення деталі;

розрахунок елементів затиску повинен виконуватись по обраному або розрахованому зусиллю;

затиск не повинен порушувати задане положення деталі, завдавати шкоди їх поверхням, деформувати їх;

затиск повинен бути швидкодіючим;

затискні механізми повинні бути зручними та безпечними в роботі.

Для фіксації маточини у заданому положенні використовується швидкозмінна шайба.

4.2 Розрахунок параметрів затискного механізму та уточнення їх по стандарту

Мал. 5 — Схема затискного елемента

Необхідна осьова сила на штоці пневмоциліндра визначається за формулою:

Q = Р де: Р — сила затиску деталі; приймаємо Р = 3000 Н; Q — осьова сила на штоці прихвата;

Тоді необхідна осьова сила на штоці пневмоциліндра: Q = 3000 Н В якості силового приводу використаємо пневмоциліндр двосторонньої дії. Використання приводу даного типу обумовлено його відносною простотою виготовлення та експлуатації.

Діаметр циліндра розраховуємо виходячи із умови, що стиснуте повітря подається в безштокову порожнину пневмоциліндра:

де: Р — тиск повітря у пневмомережі; Р = 0,4 МПа

з = 0,95 — ККД циліндра.

Тоді:

Приймаємо стандартний діаметр циліндра і штока: D = 100 мм; d = 25 мм.

Для механічної фіксації лопасті та ребер у заданому положенні використовуються Гобразні прихвати з байонетним пазом. Такі прихвати зажимають та розжимають деталі і одночасно обертаються навколо своєї вісі, тим самим даючи можливість зняти зібрані деталі.

Мал. 6 — Схема затискного елемента

Необхідну осьову силу на штоці пневмоциліндра знайдемо із співвідношення:

(стор. 233 [1])

де: Р — сила затиску деталі; приймаємо Р = 1000 Н;

Q — осьова сила на штоці пневмоциліндра;

f — коефіцієнт тертя на напрямляючий поверхні прихвата; f = 0,1

Підставимо дані у формулу:

Діаметр циліндра розраховуємо виходячи із умови його співвідношення до діаметра штока dшт = 0,25D:

де: Р — тиск повітря у пневмомережі; Р = 0,4МПа

з = 0,95 — ККД циліндра.

Тоді:

Приймаємо стандартний діаметр циліндра і штока: D = 63 мм; d = 16 мм.

4.3 Розрахунок дійсної сили затиску

Дійсна сила на штоці пневмоциліндра, який фіксує маточину:

Дійсна сила на штоці пневмоциліндра, який фіксує лопасті:

Дійсна сила затиску на Г-подібних прихватах:

5. РОЗРАХУНКИ МІЦНОСТІ НАЙБІЛЬШ НАВАНТАЖЕНИХ ДЕТАЛЕЙ

5.1 Слабкі ланки пристрою

Слабкою ланкою пристрою є частина тяги, що з'єднана зі штоком пневмоциліндра. Тяга навантажена розтягуючим зусиллям Р = 1110 Н. При цьому можливий розрив тяги. Призначимо матеріал тяги — сталь 45, термообробка — нормалізація.

Мал. 7 — Ескіз слабкої ланки

5.2 Розрахунок слабких ланок

Умова міцності ланки має вигляд:

де: [у] - допустима наруга матеріалу тяги на розтяг.

Для сталі 35 [у] = 350 Мпа.

k — коефіцієнт запасу. Приймаємо k = 3.

F — площа небезпечного перерізу;

де: d = 16,5 мм — діаметр канавки різьби;

Тоді:

Отже умова міцності у <[у] = 48 МПа < 350 МПа виконана, значить міцність тяги буде забезпечена.

6. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ АНАЛІЗ ПРИСТРОЮ

6.1 Визначення типу пристрою

Даний пристрій не потребує затрат на виготовлення він складається зі стандартних елементів зварного столу, на якому встановлений базуючий палець, стандартних пневмоциліндрів, до складу пристрою входять стандартні Г-подібні прижими. В даному пристрої оригінальними є направляючі та втулки. Отже в даному пристрої більшість деталей є стандартними, а оригінальні деталі прості у виготовленні отже пристрій є технологічним. Даний пристрій відноситься до складально-зварювальних пристроїв так як має:

1) фіксуючі та закріплюючі елементи — палець, Г-подібні притискачі, планка, зажим;

2) неповоротні пристрої - стіл;

3) універсально-складальні пристрої - пневмоциліндр;

4) складально-зворювальне обладнання.

6.2 Характеристика основних елементів

Корпус пристрою виготовляється з конструкційної сталі СтЗ. Дана сталь добре зварюється та має низьку вартість Для виготовлення болтів, гайок та прихватів використаємо вуглецеву сталь 45, яка найчастіше використовується для деталей даного типу. Дана сталь загартовується до твердості НRС 40…45.

6.3 Переваги і недоліки

Запропонований пристрій має свої переваги і недоліки.

До переваг відноситься:

— простота конструкції;

— застосування механізованого приводу;

— підвищення продуктивності за рахунок зменшення часу на встановлення та закріплення деталі

— високий рівень нормалізації і стандартизації пристрою; довгостроковість в експлуатації;

— можливість заміни установчих елементів у випадку їх зносу;

— висока механізація праці. Недоліки:

необхідність ущільнення по штокові пневмоциліндру;

небезпечна праця у зв’язку з високим тиском.

6.4 Технічна характеристика та технічні вимоги

Технічні характеристики пристосування: 1. Зусилля затиску деталі 830 Н

2.Робочий тиск у пневмоциліндрі 0,4 МПа Технічні вимоги:

1 .Пристосування випробувати тиском 0,6 МПа на протязі 5 хвилин.

2. Поверхні що труться змастити солідолом С.

3.Маркувати номер позначення та номер деталі, що обробляється.

6.5 Правила безпеки при експлуатації пристрою

При розробці та застосуванні складально-зварювальних пристроїв необхідно враховувати комплексний вплив на організм робітника санітарно-гігієнічних, психофізіологічних, естетичних та соціально-фізіологічних факторів. Тому основою безпечної роботи при експлуатації складально-зварювальних пристроїв є раціональне планування робочого місця та відповідна організація праці зварювальника.

7. РОЗРАХУНОК ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРИСТРОЮ

Собівартість операції з застосуванням спроектованого пристрою розраховуємо за формулою:

де: За — заробітна плата за операцію За = Тшт С = 7/60 4,08 = 0,48 грн де:

Тшт = 3,5хв С — тарифна ставка робітника 4-го розряду; С = 4,08 грн/год

Z — непрямі витрати; Z = 350%

Sа — витрати на виготовлення пристрою; Sа = 1650 грн;

А — термін амортизації пристрою; А = 2 роки.

g — витрати, пов’язані з експлуатацією пристрою та його зберігання;

g = 20%

Для варіанта операції, що виконувалась до переоснащення:

де: ЗВ = ТШт С = 11,5/604,08 = 0,78 грн де: С = 4,08 грн/год (4 розряд) ТШт = 11,5 хв

Річний економічний ефект :

Е = (СВ — Са) N = (3,51−2,33) 10 000 = 11 800 грн

Література

1. Горошкин А. К. Приспособление для металлорежущих станков. М., 1971.

2. Коваленко А. В., Подшивалова Р. Н. Станочные приспособления. — М.: Машиностроение, 1986.

3. Корсаков В. С. Основы конструирования приспособлений: Учебник для вузов. — М.: Машиностроение, 1983.

4. Криворот А. С Конструкция и основы проектирования машин и аапаратов химической промышленности. Машиностроение, М.:1976

5. Лащинский А. А Конструирование сварных химических аппаратов. Машиностроение М., 1981

6. ОСТ26−291−89. Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования.

7. Горошкин А. К. Приспособление для металлорежущих станков.

8. Косилова А. Г. Справочник технолога машиностроителя. Том 2 М: Машиностроение 1985.