Производство сварных конструкций

Основными приспособлениями для поворота и вращения изделий при сборке и сварке являются роликовые опоры, кантователи и поворотные кондукторы. Кондукторы облегчают установку деталей в требуемое положение при сборке, а манипуляторы облегчают установку собранного изделия в любое положение, удобное для сварки. Кондукторы и манипуляторы широко применяются при серийном и массовом производстве. Вращатели сварочные горизонтальные предназначены для вращения свариваемого изделия со сварочной скоростью вокруг горизонтальной оси при автоматической и механизированной сварке кольцевых швов в режиме, обеспечивающем автоматическую остановку вращателя при окончании цикла сварки, а также для установки изделия на маршевой скорости в положение удобное для сварки продольных швов. 5.2. Компоновка установок из унифицированных узловДля автоматизации сварки кольцевых швов, мы выбрали манипулятор М11050 в соответствии с рисунком, техническая характеристика которого приведена в таблице.Таблица 5.1 - Техническая характеристика манипулятора М11050ПоказательВеличинаГрузоподъемность, т0,25Допустимый момент:Относительной опорной плоскости планшайбы, кг×с×мНа оси вращения планшайбы, кг×с×м2516Диаметр свариваемых кольцевых швов, мм160-800Наибольший угол наклона планшайбы, град135Скорость вращения планшайбы, об/мин0,08-4Мощность электродвигателей привода:Вращения планшайбы, кВтНаклона стола, кВт0,180,4Габаритные размеры:Длина, ммШирина, мм Высота, мм 1100815755Масса, кг0,45Рисунок5.1- Манипулятор М11050Для установки и перемещения сварочных аппаратов при автоматической сварке используют колонны. Колонны для автоматической сварки представляют собой стойку, по которой в вертикальном направлении перемещаются каретка с консолью. Колонны с выдвижной консолью обеспечивает вертикальное и горизонтальное перемещение сварочного аппарата. Эти колонны оснащаются не самоходными подвесными автоматами, которые закрепляются на конце консоли. Колонны с выдвижной консолью выполнены с установочной (не регулируемой) или со сварочной (регулируемой) скоростью горизонтального перемещения консоли. В первом случае колонны служат для сварки кольцевых и круговых швов, и, их используют в сочетание со сварочными манипуляторами, обеспечивающими вращение изделий со сварочной скоростью. Для установки и перемещения сварочного автомата для сварки кольцевых швов назначим для установки на сварочном стенде поворотную колонну типа ПК-2 в соответствии с рисунком, техническая характеристика которой представлена в таблице. Таблица 5.2 - Техническая характеристика колонны ПК – 2ПоказателиВеличинаВысота уровня сварки, мм800-2400Расстояние между осями стойки и электрода, мм1100-2000Скорость подъема и опускания консоли, м/мин2,0Скорость выдвижения консоли, м/мин1,0Угол поворота стойки с консолью, град340Габаритные размеры, мм:ДлинаШиринаВысота238010004500Масса, кг4050Рисунок5.2 - Поворотная колонна ПК-2Применение установки для сборки-сварки позволит избежать перепада кромок, увода деталей при сварке и позволит добиться требуемой геометрической формы.Разработанная конструкция приспособления позволяет: 1) уменьшить трудоРазъемный сосуд работ; 2) повысить производительность труда; 3) сократить длительность производственного цикла работ; 4) облегчение условий труда; 5) повышение точности работ; 6) улучшение качества продукции; 7) сохранение заданной формы свариваемых изделий путем соответствующего закрепления их в целях уменьшения деформаций при сварке5.3. Проектирование специального механическогооборудованияРазработаем для выполнения сборочно-сварочных операций приспособление для зажима узла на сварочном вращателе. Выбор и обоснование типа установочных и прижимных элементовСиловой расчет приспособлений можно разбить на следующие этапы:Выбор коэффициента трения f заготовки с опорными и зажимными элементами.Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета зажимного усилия Рз .Расчет коэффициента надежности закрепления К.Составление расчетной схемы и исходного уравнения для расчета исходного усилия Ри .Расчет диаметров силовых цилиндров пневмо- и гидроприводов.Определение сил и моментов резанияВыбор коэффициента трения заготовки с опорными и зажимными элементами.Расчетную схему следует составлять для наиболее неблагоприятного местоположения узла.Самым нагруженным положением будет являтся горизонтальное положение узла при сварке кольцевых швов.Введем коэффициент надежности закрепления К:Тогда сила зажима при данной схеме закрепления определяется по формулеРз=Рх К/fР=Мх9,8=14.6х9,8=144НМ=146 кг.- масса узла.Заготовка может переместиться лишь под действием силы Р.Рисунок 5.3 - Схема действия силРасчет приспособленияТак как в производственных условиях могут иметь место отступления от тех условий, применительно к которым рассчитывались по нормативам силы и моменты резания, возможное увеличение их следует учесть путем введения коэффициента надежности (запаса) закрепления К и умножения на него сил и моментов, входящих в составленные уравнения статики.Значение коэффициента надежности К следует выбирать дифференцированно в зависимости от конкретных условий выполнения операции и способа закрепления заготовки. К=1,5 – коэффициент запаса надежности закрепления;Тогда:Рз=Рх К/f=144х1,5/0,1=2160НСиловые механизмы обычно выполняют роль усилителя. Его основной характеристикой является коэффициент усиления i (передаточное отношение сил)..Наряду с изменением величины исходного усилия силовой механизм может также изменять его направление, разлагать на составляющие и совместно с контактными элементами обеспечивать приложение зажимного усилия к заданной точке. Иногда силовые механизмы выполняют роль самотормозящего элемента, препятствуя раскреплению заготовки при внезапном выходе из строя привода.Силовые механизмы делятся на простые и комбинированные. Простые состоят из одного элементарного механизма – винтового, эксцентрикового, клинового, рычажного.Комбинированные представляют собой комбинацию нескольких простых: рычажного и винтового, рычажного и эксцентрикового, рычажного и клинового и т.д.Силовые механизмы используются в приспособлениях с зажимными устройствами как первой, так и второй групп. Для приспособлений с зажимными устройствами первой группы силовой механизм следует выбирать совместно с приводом, чтобы можно было рационально согласовать силовые возможности механизма (коэффициент усиления i) с силовыми данными привода.Выбор конструктивной схемы силового механизма производится также с учетом конкретных условий компоновки приспособления.Для выбранного силового механизма необходимо определить коэффициент усиления i и исходное усилие Ри , которое должно быть приложено к силовому механизму приводом или рабочим.Расчетная формула для нахождения Ри может быть получена на основе решения задачи статики – рассмотрения равновесия силового механизма под действием приложенных к нему сил.Рисунок 5.4- Схема действия сил зажимаВеличина усилия зажима определяется формулойгдеl1=114 мм;l2=58 мм;Рз=2160 Н.(Н).Диаметр пневмоцилиндра определяется по формулегдеD – рабочий диаметр мембраны, мм;d – диаметр штока, мм;р – давление рабочее в пневмосистеме, МПа.Тогда получаем:.По конструктивным соображениям принимаем диаметр поршня 80мм, тем самым обеспечиваем дополнительный запас по усилию прижатия изделия.Расчёт приспособления на прочность по слабому звенуРасчет на прочность (задача а) детали в виде стержня прямоугольного сечения, нагруженного осевой силой, по допускаемым напряжениям растяжения (сжатия) осуществляется по формуле,где— фактическое напряжение растяжения (сжатия), МПа; Р — расчетная сила, Н; а x b — площадь опасного сечения, мм; [] — допускаемое напряжение растяжения (сжатия), МПа.Наиболее нагруженной деталью является прижим..Максимальное напряжение меньше допускаемого, следовательно, величина сечения нагруженной детали выбрана правильно.6. Организационно-экономическая часть6.1. Расчет потребного количества оборудованияПринятые фонды времени (двухсменный режим работы по 8ч.:Фонд времени работы одного сборочно-сварочного рабочего места (стенда):Фр.м. =3940 ч/год;Действительный годовой фонд времени оборудования:Фэ.=3940 ч/год;,гдефонд времени одного рабочего места;трудоёмкость на годовую программу:, - трудоёмкость изготовления изделия N=600 шт.– годовая программа цеха час.Принимаем 1 сборочно сварочный стенд6.2 Расчет производственной площадиВ технико-экономических показателях технологической части проекта цеха, как правило, приводят выпуск продукции в год с 1 м2 общей площади цеха. В этом случае формула укрупненного определения площади цеха по выпуску продукции в год с 1 м2 общей площади может быть упрощена Sц = Вц / q = 9846 м2, где: q = 4,0 - выпуск продукции в год с 1 м2 общей площади цеха класс верфи 1, т/м2;Вц = 83004 т - годовая программа цеха;Принимаем: шаг колонн 24 м;количество 12;ℓц = 24 х 5 = 120 м;ширина пролёта 42 м;количество 2;bц = 42 х 2 = 84 м;Sобщ = ℓц х bц = 120 х 84 = 10080 м2.6.3 Разработка плана цеха и расстановка оборудованияВ состав сборочно-сварочного цеха входит склад готовых деталей корпуса и деталей насыщения секций, а также промежуточный склад готовых узлов. На складах сборочно-сварочного цеха готовые детали корпуса и насыщения секций хранят в контейнерах и пачках, в стопах и на многоярусных стеллажах. Площадь складских помещений определяется количеством хранимых деталей и нормами допустимой нагрузки на 1м2 полезной площади склада. Размеры площадей производственных кладовых цеха ориентировочно можно рассчитать по нормам технологического проектирования, принятым в машиностроении.4316 ;Максимальные значения удельной площади по производственным кладовым цехов сварочного производства составляют (в квадратных метрах):инструментально-раздаточной—на единицу сборочно-сварочного оборудования0,7вспомогательных материалов—на единицу технологического оборудования0,2для хранения электродов, электродной проволоки, флюсов—на одного сварщика:при ручной сварке0,25автоматической и полуавтоматической сварке0,5для хранения оснастки—на одно сборочно-сварочноё рабочее место0,5для хранения шаблонов—на 100 т выпуска цеха.0,2Таблица 6.1 Максимальные значения площади по кладовым цехов сварочного производстваИтого общая площадь всех вспомогательных и кладовых помещений цеха: 1320 м2Пусть корпус вспомогательных помещений занимает 1 этаж, тогда (L): 110, ширина (В) будет равна: 12 м.6.4.Расчет технологической себестоимости изготовления сварной конструкцииТехнологическая себестоимость не определяет всех затрат на изделие. По ней ведется только сравнение вариантов технологии изготовления.Технологическая себестоимость рассчитывается по формуле, (7)где – технологическая себестоимость, руб.; – затраты на основные материалы, руб.; – затраты на сварочные материалы, руб.; – расходы на заработанную плату, руб.; – расходы на силовую электроэнергию, руб.; – расходы на амортизацию оборудования, руб. – расходы на амортизацию спецоснастки, руб.6.4.1 Затраты на основные материалы1,7т – масса используемого металла руб. за 1 тонну руб.6.4.2. Расчет затрат на сварочные материалыРасчет затрат на сварочные материалы производится по формуле, (8)где – затраты на сварочные материалы, руб.; – затраты на сварочные электроды, руб.; – затраты на сварочную проволоку, руб.; – затраты на защитные газы, руб.;Расчет затрат на сварочные электроды или проволоку определяются по формуле:, (9)где – стоимость электродов или сварочной проволоки, руб.;– масса наплавленного металла, кг.;К=1,5 – коэффициент расхода электродов или сварочной проволоки; =80 р.– цена 1 кг электродов или сварочной проволоки, руб.Масса наплавленного металла определяется по формуле, (10)гдеFн – площадь наплавленного металла шва, см2;l – длина шва, см ; – плотность металла ;1000 – перевод г в кгруб.Расчет затрат на защитный газ производится по формуле ,(11)где – стоимость защитного газа, руб; – расход защитного газа, л – цена 1 л газа, в руб.Расход защитного газа определяется по формуле(12)где =6− удельный расход защитного газа, л/мин; =6−дополнительный расход защитного газа на выполнение подготовительно-заключительные операции, л/мин; =60– основное время сварки, мин.;1,5 – коэффициент учитывающий расход газа на защиту корня шва. (13)где − время на подготовительно-заключительные операции (продувку горелки до сварки и места сварки по окончании процесса). л л.руб.руб.6.4.3. Расчет затрат на заработную платуРасчет численности основных рабочих на данную операцию.(14)где – годовая программа запуска узлов в производство, шт; – штучное время на операцию, чел/час; –эффективный годовой фонд времени рабочего занятого на данной операции, час.(15)где=365 – годовой календарный фонд времени, дни; =120 – фонд выходных и праздничных дней в году, дни;=8– продолжительность рабочей смены, час; =10– количество недоработанных часов в предпраздничные дни.S =1– количество рабочих смен в сутки; – коэффициент планируемых невыходов на работу ( = 0,1–0,12)Расчет основной заработной платыЗаработная плата определяется как сумма сдельных расценок на каждую операцию по формуле, (16)где − сумма сдельных расценок по операциям, руб.;заработная плата будет равна сдельной расценке на операцию.Сдельная расценка на операцию определяется по формуле:, (17)где =310− часовая тарифная ставка сварщика руб.;=1,15 − штучная норма времени на операцию, час (п.3.3) - сварка выполняется на сварочном автомате под контролем оператораруб. Дополнительная заработная плата составляет 20% от основной определяется по формулеPдоп=0,2Pз(18)Pдоп=0,2х356,5=71,3 руб.Затраты на выплату в соцстрах составляют 30% от суммы основной и дополнительной заработной платы и определяются по формулеPстр=0,30(Pз+Pдоп)(19)Pстр=0,30(356,5+71,3)=128,3руб.Общая заработная плата определяется по формулеPобщ=Pз+Pдоп+ Pстр(20)Pобщ=356,5+71,5+ 128,3=556 руб.6.4.4. Расчет затрат на силовую электроэнергию, для базового варианта(21)где − стоимость электроэнергии, руб. − стоимость 1 кВт/ч силовой электроэнергии, 3,72 руб. − расход электроэнергии, кВтч/м., (22)где =20− напряжение дуги, В; =260– сварочный ток, А; =10– основное время сварки, час;=11 − штучное время на операцию сварки, час;= 82%− КПД источника питания; = 40кВ-А − мощность, расходуемая при холостом ходе на постоянном токе. кВтч/мр. для базового вариантакВтч/мр. для проектного варианта6.4.5.Расчет потребного количества оборудования и его загрузкаКоличество сборочно-сварочных стендов, немеханизированных приспособлений определяется по формуле, (23)где − количество стендов (приспособлений) данного вида, шт.; – количество место/часов соответственно трудоемкости работ на годовую программу, закрепленных за сборочно-сварочным стендом.Место/час – это отношение трудоемкости в человеко/час к плотности работ, т.е., (24)где – трудоРазъемный сосуд работ, чел/час. – плотность работ, т.е. количество рабочих на одном рабочем месте , (25)принимаем 1 шт. Количество сварочного оборудования (установок, источников питания) каждого типа (вида) определяется по формуле:, (26)где – количество станко-часов соответственно трудоемкости работ на годовую программу, закрепленную за сварочным оборудованием каждого типа;принимаем 1 шт.Расчет коэффициента загрузки рабочих мест и оборудования определяют по формулеДля сборочных стендов (приспособлений)(27)где – коэффициент загрузки, % −расчетное количество сборочно-сварочных стендов (приспособлений) – принятое значение сборочно-сварочных стендов (приспособлений).Для сварочного оборудования определяют по формуле(28)где – коэффициент загрузки, в %– расчетное количество сварочного оборудования – принятое значение сварочного оборудования.для проектного вариантадля базового вариантаРасчет показал низкую загрузку оборудование, следовательно возможно увеличение производительности и загрузки оборудования производством аналогичного оборудования или повышением годовой программы.6.4.6. Расчет затрат на амортизацию оборудованияЗатраты на оборудование рассчитываются по формулеЗОБ=Ц(1+КТР+КСТР+КМОНТ)+КНАЛ ,для проектного варианта (30)гдеЦ=650000 – цена оборудования;КТР – коэффициент, учитывающий затраты на транспортировку; КТР=0,5КСТР – коэффициент, учитывающий затраты на строительные работы; КСТР=0,09КМОНТ - коэффициент, учитывающий затраты на монтаж оборудования; КМОНТ=0,07Кнал – затраты на наладку оборудования; КНАЛ=0,1650000 руб.ЗОБ=650000(1+0,5+0,09+0,07)+65000=1170000 руб. ,Расходы на амортизацию оборудования и спецоснастки определяются как сумма затрат на амортизацию по каждому виду оборудования, примененного в техпроцессе:,(31)где − затраты на амортизацию оборудования, которые определяются по формуле , (32)где – первоначальная стоимость оборудования, руб.; – норма амортизационных отчислений, %; – штучное время, час;100 – переводной коэффициент; – действительный годовой фонд времени работы оборудования, час; – коэффициент загрузки р. Затраты на оборудование рассчитываются по формулеЗОБ=Ц(1+КТР+КСТР+КМОНТ)+КНАЛ ,для базового варианта (30)гдеЦ=250000 – цена оборудования;КТР – коэффициент, учитывающий затраты на транспортировку; КТР=0,5КСТР – коэффициент, учитывающий затраты на строительные работы; КСТР=0,09КМОНТ - коэффициент, учитывающий затраты на монтаж оборудования; КМОНТ=0,07Кнал – затраты на наладку оборудования; КНАЛ=0,1250000 руб.ЗОБ=250000(1+0,5+0,09+0,07)+25000=425000 руб. ,Расходы на амортизацию оборудования и спецоснастки определяются как сумма затрат на амортизацию по каждому виду оборудования, примененного в техпроцессе:,где − затраты на амортизацию оборудования, которые определяются по формуле , где – первоначальная стоимость оборудования, руб.; – норма амортизационных отчислений, %; – штучное время, час;100 – переводной коэффициент; – действительный годовой фонд времени работы оборудования, час; – коэффициент загрузки р6.4.7 Затраты на ремонтЗатраты на текущий ремонт для проектного вариантаопределяются по формуле(33) – заработная плата вспомогательных рабочих, занятых ремонтом оборудования.При оплате труда по повременно-премиальной системе прямая заработная плата вспомогательных рабочих определяется по формуле:,(34)где=250часовая тарифная ставка профессии, руб.;=1755 – эффективный фонд времени работы рабочего за год, час;=1 – количество ставок по данной профессии – средний приведенный коэффициент загрузки основного оборудованияСредний приведенный коэффициент загрузки основного оборудования определяется по формуле:(35)где - коэффициент загрузки основного оборудования; – штучное время i-й операции;- достигаемый коэффициент загрузки.,руб.руб.Затраты на текущий ремонт для базового варианта определяются по формуле – заработная плата вспомогательных рабочих, занятых ремонтом оборудования.При оплате труда по повременно-премиальной системе прямая заработная плата вспомогательных рабочих определяется по формуле:,где=250часовая тарифная ставка профессии, руб.;=1755 – эффективный фонд времени работы рабочего за год, час;=1 – количество ставок по данной профессии – средний приведенный коэффициент загрузки основного оборудованияСредний приведенный коэффициент загрузки основного оборудования определяется по формуле:где - коэффициент загрузки основного оборудования; – штучное время i-й операции;- достигаемый коэффициент загрузки.,руб.руб.Полученные результаты затрат технологической себестоимости сводятся в таблицу 6.2 для сравнения их по вариантам.Таблица 6.2– Затраты технологической себестоимости.Наименование затратТехнологическая себестоимость, руб.На программуНа изделиеСварочные материалыСварочная проволокаЗащитный газ3270003270Заработная плата55600556Затраты на электроэнергию457045,7Амортизация оборудования230023Итого3895003895Заключение В данном проекте разработан технологический процесс сборки и сварки разъемного сосуда. Проведен литературный обзор по способам сварки. Разработана технология изготовления изделия тем что, была произведена замена ручной сварки на автоматическую, с более современным сварочным оборудованием. Разработан сборочно-сварочный стенд. На основе справочных данных были выбраны параметры сварки. В результате внедрения современного оборудования повысилось качество выпускаемого изделия, уменьшилось время на его выпуск и затраты. Рассмотрены методы контроля сварных швов изделия и выбраны оптимальные.Разработанная конструкция приспособления позволяет: 1) уменьшить трудоемкость работ; 2) повысить производительность труда; 3) сократить длительность производственного цикла работ; 4) облегчение условий труда; 5) повышение точности работ; 6) улучшение качества продукции; 7) сохранение заданной формы свариваемых изделий путем соответствующего закрепления их в целях уменьшения деформаций при сварке.Список литературыСтроительные конструкции / Под ред. д.т.н., проф. Байкова В.Н. и д.т.н., проф. Попова Г.И. – М: Высшая школа, 1986.- 544 с.Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчёт и проектирование / Под ред. Николаева Г.А. – М: Высшая школа, 1990.- 446 с.Марочник сталей и сплавов / Под ред. Сорокина В.Г. – М.: Машиностроение, 1989. - 612 с.Синяговский И.С. Сопротивление материалов. – М.: Колос, 1968.- 456 с.Панарин Н.Я., Тарасенко И.И. Сопротивление материалов. – Ленинград: государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1962.- 528 с.СНиП ІІ-23-81. Стальные конструкции. Нормы проектирования.Руденко Н.Ф., Александров М.П., Лысяков А.Г. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин. – М.: Машиностроение, 1966.- 252 с.Дыховичный А.И. Строительная механика. – М.: Высшая школа, 1966.- 328 с.Васильев К.В. Плазменно-дуговая резка. – М.: Машиностроение, 1974.- 111 с.Чвертко А.И., Патон В.Е., Тимченко В.А. Оборудование для механизированной дуговой сварки и наплавки. – М.: Машиностроение, 1981.- 465 с.Справочник по сварочным работам / Под ред. Хромченко Ф.А. – М.: НПО ОБТ, 2002. -188 с.Колганов Л.А. Сварочное производство. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2002.- 504 с.