Министерство транспорта Российской Федерации

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(СамГУПС)

Центр дополнительного профессионального образования

Курс «Подвижной состав железных дорог. Вагоны»

Курсовая работа

по дисциплине «Системы автоматизации производства и ремонта вагонов»

Вариант

Выполнил:

Проверил:

Самара 2020

Исходные данные

Демонтаж, монтаж автосцепного устройства.

Исходные данные для расчета гидропневматических приводов изменения положения изделий

Вари-

ант

D, м

d_шт.,

м

р, Н/м2

рc, Н/м2

f0

μu

ρс,

кг/м3

S, м

m/n

σ, Н/м2

μ

ρж,

кг/м3

PТ, Н

Меха-

низмы

0,12

-

4*10⁵

1,5*10⁵

0,8

11,1

0,5

11,1

1100*

10⁵

0,5

тележки

Приняты следующие обозначения:

p – рабочее давление сжатого воздуха или жидкости (для пневмоприводов p = 4*105 Н/м2; для

гидроприводов p = (6,3; 10; 16; 25; 63; 100; 160; 200; 250; 320; 400; 500)*105 Н/м2);

D – внутренний диаметр цилиндра, м;

dшт – диаметр штока, м.

Стандартные параметры цилиндров выбираем в соответствии с конструкцией:

D, м: 0,045; 0,050; 0,065; 0,075; 0,090; 0,105; 0,120; 0,150; 0,165; 0,175; 0,200; 0,225; 0,2.

dшт, м (dшт ≈ 0,3*D): 0,004; 0,005; 0,006; 0,008; 0,01; 0,012; 0,016; 0,020; 0,025; 0,032.

pc – противодавление в выхлопной или сливной камере (для пневмоприводов pc = 0,3*p; для

гидроприводов pc = 0,1*p);

μ – коэффициент расхода жидкости через отверстие (0,4÷0,9);

ρж – плотность масла (800÷950) кг/м3;

PТ – технологическое усилие (по расчету), Н;

S – ход поршня (по технологии), м;

f0 – коэффициент, учитывающий трение в уплотнительных устройствах (0,2);

n – число насадок (сопел), (см. технические характеристики моечной машины);

d – диаметр сопла (1–10 мм);

рн – давление жидкости перед соплом (2÷40)*105 Па;

νтн – скорость течения жидкости в нагнетательном (3÷7 м/с) и νтв – во всасывающем (1÷2 м/с)

трубопроводах;

Н – расстояние между поверхностью жидкости в баке и коллектором (2÷4 м);

lтн – длина нагнетательного (2,5÷4,5 м) и lтв – всасывающего трубопроводов (1,5÷2,5 м);

υ – кинематическая вязкость жидкости (16÷30)*10-6 м2/с.

Содержание

Введение……………………………………………………………………………..4

1.Исследование условий выполнения операций технологического процесса…..5

2.Построение структурной схемы системы автоматизации снятия и

постановки на вагон автосцепного устройсва…………………………………….6

3.Расчет силового привода и выбор основных элементов системы автоматизации…………………………………………………………………….…8

4.Разработка функциональной схемы установки замены поглощающего аппарата……………………………………………………………………………..11

5.Оценка использования установки для замены поглощающего аппарата…….14

Заключение………………………………………………………………………….15

Список использованных источников…………………………………………..…16

Введение

Целью курсового проектирования является разработка системы автоматизации производственного процесса, имеющего место при изготовлении или ремонте вагонов, включая кинематические схемы заданной машины и электрические схемы (САУ).

Задачей курсовой работы является приобретение навыков повышения технического уровня производства посредством автоматизации машин (процессов) до такого уровня, который бы позволил эффективно выполнять технологические операции без непосредственного участия человека.

Главное направление развития современного вагоноремонтного производства состоит в его дальнейшей индустриализации, основой которой служит система машин, обеспечивающая комплексную механизацию и автоматизацию технологических процессов ремонта вагонов и производства запасных частей.

Механизацией производственного процесса называют замену мускульной энергии человека механической путем использования машин и механизмов, приводимых в движение различными двигателями (электрическими, паровыми, гидравлическими и др.). Механизация исключает тяжелый физический труд при выполнении основных и вспомогательных операций в процессе производства.

Автоматизация предусматривает применение приборов, машин, приспособлений, позволяющих осуществлять производственные процессы без физических усилий человека, лишь под его контролем. В качестве примера можно привести любую автоматическую машину, станок-автомат, способные выполнить свойственную им работу без участия человека.

Основной путь повышения уровня механизации и автоматизации вагоноремонтного производства – применение методов и технических средств программного управления.

1.Исследование условий выполнения операций технологического процесса

Значительное облегчение труда и повышение его производительности при ремонте автосцепного устройства могут быть достигнуты в результате рационального применения подъемно-транспортных средств. Для перемещения тяжелых деталей и установки их на вагон, стенд или станок необходимо оснащать пункты ремонта автосцепного оборудования различными самоходными тележками, имеющими несколько гнезд на поворотном и подвижном подъемнике, предназначенном для установки и транспортировки автосцепок.

Для снятия транспортирования и постановки на вагон поглощающего аппарата создан передвижной агрегат, который смонтирован на шасси электрокара, оборудованного поворотной консолью с концевой гидравлической опорой, фиксирующей консоль в рабочем положении агрегата.

2.Построение структурной схемы системы автоматизации сятия и постановки на вагон автосцепного устройсва.

Под структурой автоматических машин понимают состав элементов и подсистем, из которых они состоят, с определенным характером взаимодействия. Для наглядного графического изображения отдельных сложных устройств машин и их систем применяют структурные схемы.

Загрузочное устройство представляет из себя кассету для демонтируемых деталей. Кассета поворачивается на 90˚, освобождая место для следующего демонтируемого аппарата.

Технологические машины предназначены для снятия (или монтажа) и транспортировки деталей. Они включают: фиксатор (фиксирует и зажимает деталь), гидроцилиндры для подъема и опускания детали (транспортирует деталь), насосную станцию с гидроприводом и системой гидропроводов для сжатия поглощающих аппаратов, гайковерт для раскручивания крепления, машина, также снабжена рамой на колесах для перемещения в пространстве.

Для наглядного графического изображения устройств машины применим структурную схему:

Рисунок.1 – Структурная схема автомата

ЗУ – загрузочное устройство,

ТМ – технологическая машина,

РУ – разгрузочное устройство,

КУУ – контрольно-управляющее устройство.

В данной курсовой работе загрузочными устройствами будет являться кассета с ячейками для демонтируемых деталей.

Технологическая машина предназначена для снятия и постановки деталей автосцепного устройсва на вагон. Содержит фиксатор (он принимает, фиксирует деталь), гидроцилиндры для подъема и опускания детали, раму на колесах для перемещения, насосную станцию для сжатия поглощающего аппарата, гайковерт для раскручивания крепления.

Для обеспечения взаимодействия этих устройств и их работы в строгой последовательности, с целью выполнения заданного технологического процесса в установленное время, применяют контрольно-управляющее устройство.

Структурная схема автомата позволяет построить его принципиальную конструктивную схему. Для этого надо заменить функциональные блоки конкретным механизмом, учитывающим характер выполняемых действий и тип заданного привода.

Таблица 1. Механизмы машины.

№ п/п

Наименование механизма машины

Тип силового привода

Механизм демонтажа

Гидропривод

Гидроцилиндр

Гидропривод

Гайковерт

Пневмопривод

3.Расчет силового привода и выбор основных элементов системы автоматизации.

Для гидроприводов, развивающих на штоке усилие до 1 тс(104 Н), можно принимать р = 5 МПа = 50 кгс/см2 = 50·105 Н/м2.

При дальнейшем увеличении усилия до 10 тс следует увеличивать рабочее давление из расчета 1,0 МПа на каждую тонну. Таким образом, при усилии на штоке 10 тс давление должно быть равно 14,0 МПа. При усилиях свыше 10 тс р = 16,0÷20,0 МПа.

Теоретическая сила (в Н), развиваемая гидроприводом при выталкивании штока и необходимая для создания полезного усилия, равна

Тт = рF1 – рсF1 =3021Н                              (1),

где р — рабочее давление, Па (Н/м2);

F1 = 0,785 D2 — площадь поршня в бесштоковой зоне, м2; F1=0,01 м2

рс — давление в сливной полости, рс = (1,5÷2) 105 Па;

Внутренний диаметр цилиндра выбирается равным одному из значений ряда, определенного ГОСТ. В ряд этих значений входят: 45, 50, 65, 75, 90, 105, (120), 150, (165), 175, 200, 225, 250,  300, 350, 400 и 500 мм.

Фактическая сила, развиваемая цилиндром,

Т = Ттηмех=2568Н                                    (2)

где ηмех =0,85÷0,95 — механический КПД, учитывающий потери

на трение поршня и штока в уплотнениях.

Необходимый теоретический  расход жидкости на перемещение штока со скоростью v равен

Qт = k·v·D2,                                         (3)

v=0,9м/с

при подаче в бесштоковую полость

Qт = 0,785·D2·v =0,01,

В уравнениях (3) и (4) k = 0,785, если размерность D и d – [м], а v – [м/с]. При этом расход Q имеет размерность  [м3/с].

Фактический расход жидкости на перемещение равен

Q = Qт ηоб=0,0098                                               (5)

где ηоб — объемный КПД цилиндра, учитывающий возможные утечки в зазорах поршней и плунжеров.

Для манжетных уплотнений или резиновых колец ηоб = 1, для уплотнений металлическими кольцами ηоб = 0,98÷0,99.

Средняя скорость Vтр течения рабочей жидкости в трубопроводе в зависимости от расхода Q и диаметра dтр трубопровода определяется уравнением

V_тр=4Q/πd_тр² =4 м/с                                                                     (6)

Наибольшую скорость потока обычно ограничивают для уменьшения потерь напора.

 Подбираем внутренний диаметр цилиндра и диаметр штока методом итераций из условия равновесия поршня, задаваясь их стандартными значениями:

                               (7)

Определяем:

1.Толщину стенки днища (крышки) цилиндра, м

= 0.12                                                       (8)

2. Наружный диаметр цилиндра, м

= 0.34                                (9)

3.Длину корпуса цилиндра (принимаем высоту поршня , м

= 0.995                                        (10)

6.Вес плунжерной пары (шток и поршень; длину штока принимаем ),Н

= 31387                                  (11)

Подпрограмма расчета особых параметров гидропривода:

Определяем:

1. Безразмерную нагрузку на привод

= 0,33                                            (12)

2. Безразмерный конструктивный параметр

= 1,84                                (13)

где вес корпуса или плунжерной пары (принимается в зависимости от конструкции привода (подвижен корпус, то вместо подставляют, подвижна плунжерная пара, то вместо подставляют );

диаметр отверстий, м;

3. Относительное время перемещения поршня

; = 8.33                                     (14)

4. Длительность перемещения поршня, с

= 0.96                                                         (15)

Сводная таблица элементов установки для смены поглощающего аппарата.

Таблица 2.

Наименование устройства

Параметры

подъемник универсальный

Грузоподъемность 565 кг

приспособление для монтажа и демонтажа поглощающего аппарата ППА-3

Усилие выжимного цилиндра ППАЗ, 46тс

гидроцилиндр

Усилие гидроцилиндра 11,3 тс

гайковерт

Усилие 500 Нм

4.Разработка функциональной схемы установки замены поглощающего аппарата.

Установка УСПА-1П комплектуется приспособлением для демонтажа поглощающего аппарата (ППА-3) и пневматическим гайковертом. Привод ППА-3 осуществляется от пневмогидроусилителя установки при переключении золотника гидрораспределителя в соответствующую позицию. Гайковерт работает от пневматической сети депо при переключении на пневмогидроусилителе крана подачи сжатого воздуха. Такое конструктивное решение исключает несанкционированное опускание поворотного стола, что повышает безопасность проведения работ.

Рисунок 2.

Источником гидравлической энергии является пневмогидроусилитель, который питается от промышленной пневмосети и подает рабочую жидкость в гидроцилиндр.

Установка УСПА-1П состоит из подъемника универсального, стола для монтажа поглощающего аппарата, устройства ППА-3, гидроцилиндра, пневмогидроусилителя и гидрораспределителя, работающих от пневмосети депо. УСПА-1П устанавливается на рельсы кран-балкой, для перемещения по ним на раме предусмотрена специальная ручка. Подъемник представляет собой тележку, которая перемещается по железнодорожному пути. Тележка с помощью гидроцилиндра поднимает и опускает монтажный стол для демонтажа поглощающего аппарата (ПА). Монтажный стол предназначен для поддержки ПА во время его установки или снятия с рамы вагона. Он позволяет точно подвести ПА к гнезду в раме вагона установить его или снять. Подъемник с монтажным столом подводится по жд пути под установленным на ставлюгах вагоном к месту его установки.

Можно отметить два основных преимущества установки. Это большой ход штока (50 мм.) и толкающее усилие (46 тс) приспособления для снятия поглощающего аппарата ППА-3, что позволяет беспрепятственно снимать аппараты. Возможность поперечного перемещения позволяет точно позиционировать поворотный стол под поглощающим аппаратом. Управление столом осуществляется посредством вращения рукоятки винтовой пары. Так же большим преимуществом является то, что подъем стола для поджатия поглощающего аппарата осуществляется не самим гидроцилиндром, а за счет воздействия гидроцилиндра на каркас ножничного типа, что исключает попадание продуктов сварки на шток гидроцилиндра, что в дальнейшем приводит к выходу из строя уплотнений и возникновению утечек. При использовании установки для снятия поглощающего аппарата вся технологическая операция, включая откручивание 16-ти гаек поддерживающей плиты ПА, занимает 7-10 минут, что позволяет повысить производительность труда. Установка работает от пневмосети депо без использования электричества. Модифицированная установка отвечает всем эксплуатационным требованиям предъявляемые к железнодорожному оборудованию. Установка оснащена ручками для переноски, что значительно облегчает работу специалистов во время смены поглощающих аппаратов.

Рисунок 3. Схема установки: ГЦ –гидроцилиндр, КР-кран шаровый, ГУ- гпдроусилитель (преобразователь давления), ГР-гидрораспределитель, КП-клапан предохранительный.

5.Оценка использования установки для замены поглощающего аппарата.

Критерием эффективности создания и внедрения овых средств автоматизации является ожидаемый экономический эффект. Он определяется по формуле:

Э =Э_р-Е_н*К_п,                                         (5.1)

Где Э_р – годовая экономия,

Е_н – нормативный коэффициент (равен 0,15)

К_п,- капитальные затраты, в нашем случае будет равна стоимости установки, т.е 1500000тыс. руб.

Годовая экономия получается из-за повышения производительности труда, т.к. время на выполнения заданной технологической операции уходит намного меньше.

Повышение производительности труда определяется по формуле:

Р_i=(∆Т_i/(F_i-∆Т_i))*100,                                (5.2)

 где F_i- время, которое планировалось для выполнения работы i-того вида,до внедрения устройства автоматизации..

Экономию связанную с производительностью труда Р определим по формуле:

∆Р=Z_n*Σ_шР_i/100,                                   (5.3)

где Z_n –средне годовая заработная плата работника, выполняющего данную технологическую операцию.

Время, потраченное на смену поглощающего аппарата по нормативу составляет 56,05 мин, с помощью автоматизированной установки данная технологическая операция займет 17 мин, тогда производительность будет

Р_i=39,05/(56,05-39,05)*100=229%

Затраты на содержание работника, при окладе 15000 руб в мес. составят:

Z_n= 1*180000*(1+34%/100)=241200 тыс. руб в год

Экономия связанная с учетом роста производительности составит:

Р=241200*2,29=552348 тыс. руб.

В итоге получаем следующую экономическую эффективность:

Э=552348-1500000*0,15=327348тыс. руб.

Заключение

В ходе курсовой работы были решены задачи по автоматизации демонтажа – монтажа автосцепного устройства с вагона. Для этого проводился анализ данной операции, далее был произведен расчет силового привода , параметров гидроцилиндра. Была разработана функциональная схема установки. А также рассчитан экономический эффект от роста производительности труда работника при внедрении установки демонтажа-монтажа автосцепного устройства.

Список использованных источников

1. Автоматизация производства [Электронный ресурс]: URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/61297/ (дата обращения 11.04.2015).

2. Болотин М.М., Новиков В.Е. Системы автоматизации производства и ремонта вагонов: Учебник для вузов ж. д. трансп. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Маршрут, 2004. – 310 с.

3. Системы автоматизации производства и ремонта вагонов: методические указания и задание к выполнению курсовой работы для студентов специальности 190302 – Вагоны очной и заочной форм обучения. – 2-е изд., перераб. / составители : В.И. Бородулин, А.Л. Золкин. – Самара : СамГУПС, 2011. – 27 с.

4. Болотин М.М. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Системы автоматизации производства и ремонта вагонов» для студентов специальности «ВАГОНЫ». М.: МИИТ, 2002. – 51 с.

5. Алтухов В.Я. Механизация и автоматизация технического обслуживания и ремонта подвижного состава [Текст] / В.Я. Алтухов и др. – М.: Транспорт, 1980. – 200 с.

6. Болотин М.М. Методические указания к дипломному и курсовому проектированию «Автоматика и автоматизация изготовления и ремонта вагонов» [Текст] / М.М. Болотин, В.Е. Новиков. – М.: ВЗИИТ, 1985. – 65 с.

7. Жатченко Я.В. Системы автоматизации производства и ремонта вагонов: учеб. пособие. в 2 ч. Ч.1. Основы автоматики [Текст] / Я.В. Жатченко, П.В. Игумнов. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. – 107 с.

8. Клюка В.П. Автоматизация производственных процессов на вагоноремонтных предприятиях: методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Автоматика и автоматизация изготовления и ремонта вагонов [Текст] / В.П. Клюка. – Омский институт инж. ж.-д. транспорта, 1989. – 32 с.

9. Курилкин Б.В. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Системы автоматизации производства и ремонт вагонов» [Текст]; Часть 2. / Б.В. Курилкин, В.И. Бородулин. – Самара: СамИИТ, 2002. – 28 с.

10. Новиков В.Е. Системы автоматизации производства и ремонта вагонов: методические указания к выполнению курсового и дипломного проектов для студентов специальности 190302 – Вагоны [Текст] / В.Е. Новиков. − М.: РОАТ, 2009. − 108 с.

11. Проектирование автоматики [Электронный ресурс]: URL: http://электротехнический-портал.рф/proektirovanye-avtomatiki/ (дата обращения 25.05.2015).

12. Проектирование функциональных схем систем автоматического контроля и регулирования: учебное пособие/ А. В. Волошенко, Д. Б. Горбунов– Томск: Изд–во Томского политехнического университета, 2008. – 109 с

13. А.Е. Комбаков, В.А. Краснов, А.В. Клюканов Методические указания по экономической части дипломного проектирования для студентов специальности 190302 – «Вагоны». – Самара: СамГУПС, 2009. – 12 с.

14. ГОСТ 21.404–85 «Обозначения условные в схемах автоматизации технологических процессов».

Познавательные статьи:



Где возникла философия и почему?

Относительная высота сжатой зоны бетона

Сущность проекции Гаусса-Крюгера и использование ее в геодезии

Тарифы на перевозку пассажиров