1.8. Технико-экономическое обоснование

принятого варианта технологического процесса

В базовом варианте технологического процесса сборка и сварка передней стены кабины машиниста осуществлялась на стенде, оснащённом ручными рычажно-винтовыми зажимами. Применялась ручная электродуговая и полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа.

В проектном варианте технологического процесса ручные винтовые зажимы стенда заменены на пневматические. Вместо ручной электродуговой сварки применяется полуавтоматическая сварка в смеси газов Ar+CO2.

Данные усовершенствования имеют ряд технико-экономических достоинств:

• снижение трудоёмкости технологического процесса;

• увеличение производительности труда;

• повышение качества продукции;

• улучшение организации производства.

Соответствующие экономические расчёты выполнены мною в курсовой работе по дисциплине «Организация, планирование и управление предприятием».

2. Стенд для сборки и сварки каркаса передней стены кабины машиниста тепловоза тэм18

С о д е р ж а н и е р а з д е л а

1. Описание стенда для сборки и сварки каркаса передней стены кабины машиниста ТЭМ18.53.05.016

2. Расчёт пневматических зажимов стенда

2.1. Описание стенда для сборки и сварки каркаса стены передней кабины машиниста тэм18.53.05.016

Данный стенд предназначен для сборки и сварки каркаса стены передней кабины машиниста. Он снабжён соответствующими установочными (базирующими) устройствами и зажимами с пневматическими приводами.

Каркас стенда собран из швеллеров, на которых расположено основание этого стенда. Основание служит для расположения на стенде сборочных единиц каркаса кабины машиниста. Для установки деталей свариваемого узла в сборочно-сварочном приспособлении в требуемом положении на основании стенда имеются ряд установочных устройств.

Так, для установки деталей плоскостями служат опоры, на которых происходит непосредственный зажим детали, и направляющие. Кроме того, стенд оснащён платиками, которые служат для установки сборочных единиц каркаса кабины машиниста.

Установочные устройства в данном стенде невысокой точности, с относительно малым сроком эксплуатации, постоянные. Они крепятся к корпусу с помощью сварки.

Стенд оснащён 21-м пневматическим цилиндром. В качестве силовых механизмов использованы пневматические зажимы с различными конструкциями рычажных механизмов. Конструкция зажимов выбрана в зависимости от поверхности прижимаемой детали.

Для установки на стенд и фиксирования положения деталей при сборке по отношению к другим деталям сварочного узла применены шаблоны.

Данный стенд обладает следующими достоинствами:

• простота конструкции;

• быстрота действия прижимов;

• постоянство усилий зажима;

• удобство в эксплуатации;

• возможность включения как отдельных групп прижимов, так и каждого в отдельности.

2.2. Расчёт пневматических зажимов стенда

2.2.1. Рассчитываем характеристики зажимного устройства (разрез Ю-Ю на листе 5 графической части проекта) стенда для сборки и сварки каркаса стены передней кабины машиниста по чертежу ТЭМ18.53.05.016.

Рассматриваемое зажимное устройство - рычажный механизм, приводимый в действие поршневым пневмодвигателем двустороннего действия (см. рис.1).

Основные расчётные характеристики зажимного устройства:

• диаметр цилиндра;

• длина хода поршня;

• в ремя срабатывания пневматического привода; – расход сжатого воздуха за 1 час работы пневматического привода.

Рис.1. Расчетная схема зажимного устройства.

1- прижим; 4- шток;

2- закрепляемый элемент; 5- поршень;

3- рычаг; 6- корпус пневмоцилиндра.

На схеме:

– сила, развиваемая на ведомом звене силового механизма (сила зажима);

– исходная сила, прикладываемая к ведущему звену механизма (сила на штоке пневматического цилиндра);

– диаметр цилиндра;

– диаметр штока;

– плечи прижимного рычага.

При расчёте диаметра цилиндра исходим из соотношения:

,

где – передаточное отношение сил «идеального» механизма;

– к.п.д. механизма.

Для цилиндра двустороннего действия при давлении в бесштоковой полости усилие на штоке (толкающее усилие):

,

где – давление сжатого воздуха; – к.п.д. цилиндра.

Т огда

Отсюда находим необходимое для обеспечения потребной силы зажима(W) значение диаметра пневматического цилиндра

,

где – мм; – Н; – МПа; – безразмерные величины.

Величины потребных усилий зажима (W) элементов свариваемого узла на стенде определяются из условий прочной фиксации свариваемых деталей с учётом остаточных сварочных деформаций. Характер и величина последних устанавливается расчетными методами теории сварочных деформаций либо экспериментально – при сварке опытных образцов. На основе полученных данных рассчитываются усилия, необходимые для предотвращения де-

формации изделия в процессе сварки и остывания. Соответствующие расчетные зависимости приведены в специальной литературе [значение коэффициента запаса для W при механизированных зажимах следует принимать равным 1,5, при ручных - 2 [4], стр.173].

Учитывая достаточную сложность указанных расчётов, а также принимая во внимание то обстоятельство, что в нашем случае пневматические зажимы предусмотрены взамен существовавших ранее в конструкции стенда рычажно-винтовых зажимов, в качестве потребной силы зажима принимаем силу зажима, развиваемую ведомым звеном отменённого ручного зажима. Последняя по базовому варианту конструкции стенда рассчитана нами с использованием числовых значений винтовых механизмов, приведенных в таблице 90 ([4],стр.176-177).

В результате расчетов (с полуторократным запасом) получено W= 2172Н.

Давление сжатого воздуха р=0,5 МПа ([2], стр. 187).

К.п.д. цилиндра ([2], с. 187); принимаем .

Величины плеч рычагов принимаем по конструктивным соотношениям

L1 =105мм; L2 =45мм (см. разрез Ю-Ю на листе 5 графической части проекта).

Тогда передаточное отношение сил «идеального» механизма:

П ренебрегая потерями на трении в зажимном механизме, условно принимаем («идеальный механизм»).

Получим

Принимаем D=125 мм ([4], с. 214, табл. 107).

Для данного цилиндра:

— толщина стенок — 6,5мм;

— диаметр шпилек — М 12;

— количество шпилек — 4;

— диаметр штока — 30мм;

Необходимую, для обеспечения зажима и свободного съема со стенда свариваемого изделия, длину хода поршня определяем по конструктивным соображениям: L=50 мм (см. разрез Ю-Ю на листе 5 графической части).

Время срабатывания пневмопривода определяем по упрощенной формуле ([4], с. 215):

,

где – диаметр воздухопровода, см; – скорость протекания воздуха в воздухопроводе, см/с; ( – [4], с. 216); D и L – см. выше.

Принимаем и на основе данных табл. 108 ([4], с. 216), , имеем

Расход сжатого воздуха за 1 час работы пневматического привода определим по формуле ([4], с. 218), :

,

где – объём рабочей бесштоковой полости цилиндра, ; – объём рабочей полости со стороны штока, ; – число рабочих ходов поршня в час.

,

где – площадь бесштоковой полости, ; – площадь полости со стороны штока, .

Принимаем , ([4], с. 218, табл. 109).

Число рабочих ходов поршня в час принимаем равным , получим

.

Учитывая, что на стенде установлено восемь зажимных устройств данного типа, (пневматических цилиндров) расход сжатого воздуха будет равным

.

2.2.2. Рассчитываем основные характеристики зажимного устройства (разрез В-В на листе 3 графической части проекта) стенда для сборки и сварки передней стены кабины машиниста.

Рассматриваемое зажимное устройство - рычажный механизм, приводимый в действие поршневым пневмодвигателем двустороннего действия (рис. 2).

Рис.2. Расчетная схема зажимного устройства:

1- закрепляемый элемент; 4- корпус пневмоцилиндра;

2- рычаг; 5- поршень

3- шток;

В результате соответствующих расчетов (с полуторократным запасом) получаем: W= 7096H.

Давление сжатого воздуха принимаем ([2], с. 187), к.п.д. цилиндра ([2], с. 187) – см. выше.

Величины плеч рычага (прижима) принимаем по конструктивным соображениям: L₁ = 45 мм, L₂ = 65 мм (см. разрез В-В на листе 3 графической части проекта).

Тогда передаточное отношение сил «идеального» механизма:

.

Пренебрегая потерями на трение в зажимном механизме, принимаем условно («идеальный» механизм).

Тогда

.

Принимаем D=125 мм ([4], с. 214, табл. 107).

Для данного цилиндра:

— толщина стенок — 6,5 мм;

— диаметр шпилек — М 12;

— количество шпилек — 4;

— диаметр штока — 30 мм.

Необходимую (для обеспечения зажима и свободного съёма со стенда сваренного изделия) длину хода поршня определяем по конструктивным соображениям: L = 90 мм (см. разрез В-В на листе 3 графической части проекта).

Время срабатывания пневматического привода определяем по упрощенной формуле ([4], с. 215) — см. выше:

Расход сжатого воздуха за один час работы пневматического привода для цилиндров двустороннего действия определяем по формуле ([4], с. 218) — см. выше:

.

У читывая, что на стенде установлено два зажимных устройств данного типа, расход сжатого воздуха будет равным

.

2.2.3. Рассчитываем основные характеристики зажимных устройств (см. разрезы Б-Б (лист 4); Г-Г (лист 5); Д-Д (лист 6) графической части проекта) стенда для сборки и каркаса сварки передней стены кабины машиниста.

Рассматриваемые зажимные устройства— рычажные механизмы, приводимые в действие пневматическими цилиндрами двустороннего действия (соответственно рис.3,4,5) .

Эти зажимные устройства отличаются от ранее рассматриваемых лишь некоторыми элементами, связанными расположением заготовки, длиной хода поршня и др., поэтому все расчеты аналогичны предыдущим. Результаты расчетов сводим в таблицу 4.

Рис.3. Расчетная схема зажимного устройства:

1-закрепляемый элемент; 4- корпус пневмоцилиндра;

2- прижим; 5- поршень

3- шток;

Рис.4 Расчетная схема зажимного устройства:

1- закрепляемый элемент; 4-поршень;

2- прижим; 5-корпус пневмоцилиндра

3- шток;

Рис. 5. Расчетная схема зажимного устройства:

1- прижим; 4- поршень;

2- закрепляемый элемент; 5- корпус пневмоцилиндра

3- шток;

Т аблица 4

№ п/п	Тип зажимного устройства	Место расположения его в графической части проекта	Кол-во зажимных устройств данного типа на стенде	i	D, мм	L, мм	t, с	W, см3/ч
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Рычажный механизм, приводимый в действие пневмоцилиндром двустороннего действия	Разрез Ю-Ю Лист 5	8	0,43	125	50	1,56	37560
2	Рычажный механизм, приводимый в действие пневмоцилиндром двустороннего действия	Разрез В-В Лист 3	2	1,44	125	90	3	16902
3	Рычажный механизм, приводимый в действие пневмоцилиндром двустороннего действия	Разрез Б-Б Лист 4	5	1	125	85	2,6	39907

О кончание табл. 4

1	2	3	4	5	6	7	8	9
4	Рычажный механизм, приводимый в действие пневмоцилиндром двустороннего действия	Разрез Г-Г Лист 5	1	1	125	65	2	9109
5	Рычажный механизм, приводимый в действие пневмоцилиндром двустороннего действия	Разрез Д-Д Лист 6	5	0.81	125	75	2,3	35212
6	Итого:		21						138690