Механизация и автоматизация подачи закалочных тележек на участке автоклавирования

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

На тему

Механизация и автоматизация подачи закалочных тележек на участке автоклавирования

Содержание

 

1. Введение

1.1 Ячеистый бетон

1.2 Краткое описание предприятия, структура и основные виды выпускаемой продукции

2. Технология

2.1 Описание технологических процессов на участке автоклавирования

2.1.1 Резательная тележка

2.1.2 Автоклавный кран

2.1.3 Автоклавная тележка

2.1.4 Автоклавная обработка

2.1.5 Цепной конвейер

2.2 Требования, предъявляемые технологическим процессом к оборудованию участка автоклавирования

3. Механический расчет

3.1 Базовый тросовый привод подачи закалочных ележек

3.1.1 Кинематическая схема привода автоклавной тележки

3.2 Предложения по модернизации участка отстоя сырца ячеистого бетона

3.3 Кинематические и прочностные расчеты проектируемого привода подачи

3.3.1 Определение сопротивления перемещению поезда из закалочных тележек

3.3.2 Расчет цепной передачи

Назначим однорядную тяговую пластинчатую цепь типа М 40 по ГОСТ 588-81.

3.3.3 Расчет звездочки

3.3.4 Расчет и выбор крепежного болта

4. Электроснабжение участка

4.1 Выбор мотор-редуктора

4.2 Расчет электрооборудования участка

4.3 Расчет освещения участка автоклавирования

4.4 Расчет заземляющего устройства

5. Автоматизация производственного процесса

5.1 Определение объекта автоматизации

5.2 Привод подачи закалочных тележек как объект управления

5.2.1 Входные и выходные координаты объекта управления, диапазон их изменений

5.2.2 Расчетная модель объекта управления

5.2.3 Система уравнений движения объекта управления

5.3 Структурная схема объекта управления

5.4 Математическая модель объекта управления

5.4.1 Исследование ОУ по отношению к управляющему воздействию

5.4.2 Исследование ОУ по отношению к возмущающему воздействию

5.5 Структурный синтез системы управления приводом перемещения

5.5.1 Структурный синтез системы и настройка регуляторов

5.5.2 Синтез оптимальной траектории движения

5.6 Алгоритм работы привода подачи закалочных тележек

5.7 Вариант технической реализации САУ (на основе ПЛК Siemens S-200)

5.7.1 Алгоритм функционирования

5.7.2 Выбор микроконтроллера

6. Надёжность

6.1 Мероприятия по повышению надежности

6.2 Предложения по технической диагностике механического оборудования

6.3 Определение вероятности безотказной работы САУ цепного транспортера

7. Экономический расчет

7.1 Общие сведения

7.2 Расчет капитальных вложений по базовому проекту

7.3 Расчет капитальных вложений по проектному варианту

7.4 Расчет экономической эффективности проекта

8. Безопасность труда

8.1 Общие положения техники безопасности

8.2 Обеспечение нормативных требований к санитарно-гигиеническим условиям труда

8.2.1 Метеорологические условия

8.2.2 Освещение

8.2.3 Вентиляция

8.3 Безопасная эксплуатация оборудования на участке автоклавирования

8.3.1 Безопасность при разгрузочно-погрузочных работах на автоклавном кране

8.3.2 Безопасность при проведении загрузочно-разгрузочных работ цепным транспортером

8.3.2 Знаки безопасности

8.3 Электробезопастность

9. Охрана окружающей среды

9.1 Охрана среды на ОАО "Коттедж"

Заключение

Список используемых источников

1. Введение

1.1 Ячеистый бетон

Производство новых строительных материалов является актуальной задачей в области строительной индустрии. Основными критериями оценки их свойств служат качественные показатели продукции, повышение производительности, снижение стоимости и энергозатрат при ее производстве. Эти параметры напрямую зависят от степени механизации и автоматизации процесса, внедрения в производство современного оборудования и передовых технологий, обеспечивающих надежную, эффективную работу и требуемые показатели качества продукции.

Автоклавный ячеистый бетон представляет собой искусственный камень с равномерно распределенными по объему замкнутыми порами. Такая структура определяет целый ряд высоких физико-технических свойств ячеистого бетона и делает его эффективным строительным материалом по сравнению с другими видами бетонов.

Выпускаемые стеновые блоки плотностью 400, 600, 700 кг/м³ имеют прочность до 50 кгс/см², которая при той же плотности не достижима у других бетонов, включая керамзитобетон и перлитобетон.

При возведении зданий из ячеистого бетона их масса уменьшается в 3 раза по сравнению со зданиями из кирпича, железобетона и керамзитобетона. Легкость ячеистого бетона позволяет снизить транспортные расходы, трудозатраты на монтаж зданий и расходы на устройство фундаментов.

Прекрасные теплофизические свойства ячеистого бетона (коэффициент теплопроводности изделий l=0,08-0,16 Вт/м°С) позволяют ячеистобетонным зданиям хорошо удерживать тепло зимой.

Ячеистый бетон полностью удовлетворяет требованиям СНиП по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций зданий. Ячеистый бетон является морозостойким материалом, т.к. вода при замерзании имеет возможность вытесняться в поры бетона без его разрушения. Паропроницаемость ячеистых бетонов обеспечивает удаление посторонней влаги из материала и поддержание нормального воздушного режима в помещениях, а воздухопроницаемость способствует сохранению в помещениях свежего воздуха, т.е. создаются комфортные условия для проживания в домах из этого материала. Ячеистые бетоны биостойки, экологически чисты и пожаробезопасны.

При сравнении технико-экономических показателей стен из газобетонных блоков и стен из керамического и силикатного кирпича налицо преимущество газобетона:

по массе, кг/м² в 4 раза;

по стоимости "в деле”, руб. /м² в 2 раза;

по удельным капитальным вложениям, руб. /м² в 1,8 раза;

по приведенным затратам, руб. /м² в 2 раза;

по трудозатратам, чел. час/м² в 1,4 раза.

Пористый бетон изготовляется из вяжущих, песка и воды. Вяжущие известь и цемент содержат СаО, который имеет решающее значение для процесса. Песок вводит в процесс SiO₂. Из компонентов СаО, Н₂О, SiO₂ в автоклаве при твердении образуются новые минералы гидросиликаты кальция. Так что в конце пористый бетон состоит приблизительно из 60% гидросиликатов кальция и 40% остатков песка. Для того, чтобы этот процесс протекал должным образом необходимо сырьевые материалы иметь в тонкомолотом виде. Добавленный ангидрид служит в первую очередь для регулирования реакций в автоклаве, дополнительно влияет на процесс вспучивания и набора пластической прочности. В смесителе сырьевые материалы перемешиваются. Причем на качество смешивания могут влиять как время смешивания, так и последовательность смешивания. Затем смесь заливают в предварительно смазанную форму. Температура смеси в момент заполнения форм не должна быть ниже 35°С.

автоклавирование автоматизация производственный процесс

В качестве газообразователя применяется аллюминиевая пудра, которая при взаимодействии с гидроокисью кальция (известью), вводимой в состав ячеистой смеси выделяет водород по реакции:

2Al+3Ca (OH) ₂+6H₂O=3CaOAl₂O₃6H₂O+3H₂ ­+1260 кДж/гмоль

При вспучивании, вследствие выделения водорода и водяного пара объем формы заполняется и этим самым определяется объемный вес. Освобожденный водород образует в материале поры. На всем протяжении процесса вспучивания масса должна иметь достаточную пластическую вязкость, иначе пузырьки газа будут прорываться и бесполезно уходить из массы. Пластическая вязкость характеризует прочность структуры ячеистой массы. Наиболее полное использование газообразователя достигается в том случае, когда выделение газа заканчивается ранее потери массой надлежащей подвижности, т.е. ранее достижения определенных критических значений предельного напряжения сдвигу и пластической вязкости массы.

Схватывание смеси характеризуется увеличением ее вязкости, начинавшимся через несколько минут после ее изготовления, заканчивается оно в ближайшие несколько часов. Резательная технология изготовления изделий из ячеистого бетона предусматривает формование вначале большого массива. После того как бетон наберет структурную прочность, массив разрезают в горизонтальном и вертикальном направлениях на прямоугольные элементы, а затем подвергают тепловой обработке. Полученные элементы калибруют на специальной фрезерной машине, а затем отделывают их фасадные поверхности. Из готовых элементов, имеющих точные размеры, собирают на клею плоские или объемные конструкции, используя стяжную. Таким путем получают большие стеновые панели размером на одну или две комнаты и высотой на этаж.

1.2 Краткое описание предприятия, структура и основные виды выпускаемой продукции

ОАО "Коттедж" начал работать с 1995 года. Производственная линия выполнена по технологии фирмы "YTONG" с использованием оборудования SIMENS. Комбинат выпускает изделия из газобетона, который, благодаря своим свойствам, является наиболее перспективным строительным материалом.

Объект находится в Красноярском районе Самарской области и имеет следующую структуру:

         склад сырья (песок, известь, цемент, алюминиевая пудра и др.);

-        участок предварительной подготовки исходных материалов;

         технологический процесс включающий в себя следующие этапы:

а - дозирование исходных материалов,

б - приготовление формовочной массы в смесителе,

в - транспортировка формовочной массы и формование изделия,

г - выдержка бетона для набора предварительной прочности,

д - распалубка и распилка массива на отдельные блоки,

е - тепловлажностная обработка и выдержка блоков для их охлаждения;

и - складирование готовой продукции.

Завод выпускает изделия из ячеистого бетона следующего номенклатурного ряда:

- блоки стеновые и плиты для перегородок,

- плиты перекрытия, покрытия и блоки перемычечные армированные.

Изделия выполняются армированными и не армированными.

2. Технология

2.1 Описание технологических процессов на участке автоклавирования

2.1.1 Резательная тележка

Извлеченный из формы поддон с массивом устанавливается на каретку резательного комплекса. Каретка из исходного положения перемещается приводом на позицию поперечной резки, проходя через установку калибровки массива. На позиции поперечной резки массив разрезается колеблющимися струнами в поперечном направлении. Частота колебаний струны 80 двойных ходов в минуту. Амплитуда регулируется от 20 до 60 мм. Опускание и подъем рамы со струнами поперечной резки производится электромеханическим приводом. После завершения поперечной разрезки к массиву подходят упоры, каретка с массивом на поддоне начинает перемещаться вперед и проходит через струны продольной разрезки. Наличие подпорной стенки обеспечивает стабильное положение изделий при горизонтальной резке и позволяет практически полностью исключить склоны при выходе струн из массива.

Приводы комплекса разрезки изделий получают питание от преобразователя частоты, что обеспечивает регулирование скорости поперечной и продольной разрезки, точную остановку каретки на позиции поперечной резки и в конечных положениях. Схема резательного комплекса исключает образование трещин на массиве при продольной разрезке и обеспечивает точность резки в пределах 1 мм. Отходы от разрезки собираются, разбавляются водой и направляются в шламбассейн отходов. Собранный шлам дозируется и поступает в смеситель. За счет этого обеспечивается утилизация отходов от обрезки массива.

2.1.2 Автоклавный кран

Автоклавный кран представляет собой специальный двухбалочный мостовой кран с грузоподъемной траверсой. Траверса имеет гидравлически убирающиеся поворотные захватные лапы, а также задвижное и выдвижное устройство для захвата закалочных тележек. Краном управляет машинист из кабины управления, которая установлена на направляющей стреле траверсы. Кран транспортирует поддоны со свежезарезанным массивом от транспортной тележки пилы к закалочной тележке, и после закалки на разгрузку.

Участок автоклавирования включает в себя: шесть автоклавов и рельсовые пути для составления поезда из четырех закалочных тележек с поддонами из сырых массивов с ячеистым бетоном (по три на каждой закалочной тележке). Кран забирает массив с транспортной тележки резательного комплекса и ставит его на закалочную тележку. При наличии свободного места на поперечном транспортере, кран ставит готовые массивы на цепной конвейер транспортера.

Автоклавный кран оснащен подъемным механизмом и ходовым механизмом. Захватные лапы и подъемное устройство приводятся в действие с помощью гидравлического управления.

Подъемный механизм, представляющий собой закрытый стационарный блок, установлен в центре моста крана. Расчет параметров производится по ДИН 15020, узел канатной передачи 3 м - длина каната 20 м.

К подъемному механизму относятся следующие устройства: редукторный двигатель типа с тормозом. Между двумя ведомыми валами передачи и двумя коническими зубчатыми передачами устанавливается по одному карданному валу. Для ограничения высоты рабочего положения устанавливаются два механических конечных выключателя (аварийные конечные выключатели).

Канатные барабаны располагаются вдоль подкранового пути и имеют по одной правой и левой канавке, при этом на каждом барабане наматывается или разматывается 2 каната. Навешивание подъемной рамы производится с помощью канатного блока, на каждой стороне по 4 нитки. Ходовой механизм крана как единый блок расположен в центе ходовой поперечины.

К нему относятся следующие устройства: Редукторный двигатель типа SEW с тормозом. Привод между редукторным и зубчатым колесом, входящим в зацепление с установленной на подкрановом пути зубчатой рейкой, производится с помощью карданных валов.

Конструктивно грузоподъемный механизм представляет стальную раму, передвигающаяся вертикально по направляющим. Грузоподъемный механизм включает в себя лебедку, состоящую из барабана, передаточного механизма, тормоза и привода систему. Навивка каната осуществляется на барабан, приводимый во вращательное движение электродвигателем посредством редуктора.

Электрический привод механизма подъёма крана, как и у большинства грузоподъёмных машин, состоит из электродвигателя, аппаратуры управления и механической передачи от двигателя к рабочему органу машины.

2.1.3 Автоклавная тележка

После разрезки поддоны с массивом устанавливаются на автоклавную тележку. Телега представляет собой сварную конструкцию с четырьмя парами рельсовых колес, которые перемещаются поперек двух пролетов цеха (зона выдержки). В конструкции тележки предусмотрены зацепы, которые позволяют осуществлять автоматическое сцепление и расцепление автоклавных тележек. Расцепка происходит с помощью толкателей, расположенных на полу цеха.

На одну тележку устанавливаются три массива, соответственно автоклавная телега имеет по три конуса по обе стороны. Центрирующие конусы представляют собой цельнометаллические устройства, которые позволяют не только закреплять массивы на телеге, но и облегчают задачу постановки массива на телегу оператору крана.

В цехе установлены автоклавы. По длине в автоклав размещается 4 тележки, соответственно составляется поезд из четырех закалочных тележек. На участке выдержки установлены тросовые лебедки система блоков, с помощью которых перемещаются поезда из тележек. Коэффициент заполнения автоклава составляет около 0,43.

После запарки изделия снимаются с поддона автоклавным краном и переносятся на ленточный конвейер.

2.1.4 Автоклавная обработка

Пористый бетон состоит из гидросиликатов кальция, возникающих во время твердения в автоклаве. Для образования гидросиликатов кальция требуется температура 190°С при минимуме времени твердения 4 часа. Эти 4 часа имеют силу только при объёмном весе 400 кг/м3. При более высоком объёмном весе и более крупных элементах требуются более длительные сроки твердения, так как выравнивание температуры в массиве при таких объёмных весах происходит медленнее. Для процесса автоклавирования пористого бетона важно, чтобы вовремя твердения было достаточно воды в материале. Поэтому твердение проводится в условиях насыщенного водяного пара. Подогрев массива пористого бетона в автоклаве происходит главным образом через конденсацию пара. При контакте горячего пара с относительно холодной поверхностью пористого бетона происходит конденсация пара. Этот конденсат передаёт тепло пористому бетону. После проникновения пара в поры пористого бетона в них происходят такие же процессы конденсации, как и на наружной поверхности.

Следующий решающий фактор для скорости нагрева - это содержание воздуха в паре. Загрязнение пара воздухом ухудшает условия теплопередачи. Насыщение воздухом особенно легко происходит внутри массива. Воздух проникает в поры вместе с паром или он еще содержится в порах. Воздух, за счет проникающего пара и вследствие повышения давления в автоклаве вытесняется в центральную зону. Этот процесс протекает до тех пор, пока не наступит выравнивание давления между автоклавом и внутренней частью пористого бетона. Для пара воздушный слой внутри представляет дополнительное сопротивление, так что дальнейший подогрев пористого бетона больше не происходит за счет конденсации пара, а значительно медленнее за счет теплопроводности. Недостаточное вакуумирование автоклава и массива пористого бетона или сильное обогащение пара воздухом замедляет подогрев пористого бетона. Все изменения давления, возникающие в автоклаве, отражаются на изменении давления внутри пористого бетона. Если прервать подъем давления в автоклаве или сильно понизить, то это сразу же приведет к значительному повышению внутреннего давления, то есть в пористом бетоне преобладает избыточное давление. Это может привести к разрушению материала.

Процесс продувки.

Под продувкой следует понимать продувку автоклава большим количеством пара более 1.5-2 т/час на протяжении более часа при открытых входных и выходных вентилях. Смысл этого мероприятия состоит в том, чтобы удалить воздух как из автоклава, так и из материала пористого бетона пар конденсируется на поверхности и внутри массива. При этом пористый бетон подогревается и воздух вытесняется из внутренней части. Вытеснение воздуха из внутренней части пористого бетона происходит удовлетворительно только тогда, когда материал имеет достаточно высокую конечную температуру. Она должна быть от 90 до 95°С, т.е. как раз та температура, которую имеет блок бетона-сырца сразу после резки.

Процесс вакуумирования.

Смысл этого процесса заключается в удалении воздуха из массива пористого бетона и из автоклава. Благодаря снижению давления вода начинает кипеть, так как точка кипения снижается. Так как самая высокая температура массива пористого бетона находится внутри, вода начинает кипеть сначала внутри и при этом транспортируется воздух наружу. Так как пар в более холодных частях массива пористого бетона конденсируется, эти части подогреваются, так что в конце процесса вакуумирования массив имеет абсолютно однородную температуру. Которая соответствует среднему уровню температуры в массиве, то есть температура внутри массива в конце времени вакуумирования ниже, а во внешней области выше, чем при подаче в автоклав. Необходимый конечный вакуум зависит от конечной температуры разлива, он должен быть тем глубже, чем холоднее формы. Как норма, конечный вакуум находится в области 0,3-0,4 бар.

Процесс "Подъём".

Этап процесса "Подъём" имеет целью подогреть материал до температуры выдержки 190°С. Это происходит главным образом, благодаря конденсации пара на поверхности и внутри пористого бетона. Подогрев должен медленно проходить в нижней области давления и может ускоряться выше при наличии 3 бар избыточного давления. Одной из причин является сильная зависимость теплопроводности от температуры. Когда производится вакуумирование, время подъёма для этапа вакуума до 0 бар и от 3 бар лежит в каждом случае между 30 и 45 мин. Остаточное время до достижения температуры реакции 190°С лежит между 45 и 60 мин. Начиная с 150°С наступает дополнительно ускоренный подогрев благодаря так называемой экзотермии - энергии, освобождающейся при образовании гидросиликатов кальция.

Процесс выдержки.

Для химической реакции, то есть для образования новых минералов, требуется определенное время реакции и температура реакции. Температура реакции в индустрии пористого бетона находится в общем между 185-190°С. Время выдержки нельзя сокращать произвольно, так как для образования новых минералов требуется определенное время реакции. Это время составляет для пористого бетона при температуре 190°С минимально 4 часа.

Процесс "Спуск".

Этап служит для уменьшения давления автоклава и для охлаждения материала. Если давление в одном из паровых аккумуляторов достаточно мало, то допускается выполнение цикла "понижение давления отводом пара в аккумулятор". Если цикл "понижение давления отводом пара в аккумулятор" завершен или его нельзя выполнить, то оставшееся давление в автоклаве понижают с помощью насоса для обмена вторичного пара.

2.1.5 Цепной конвейер

После выгрузки массивов из автоклава их необходимо разделить. Для этого массивы автоклавным краном переносят на цепной конвейер, который в свою очередь перемещает изделие под цанговый кран. С помощью которого происходит разделка массива на отдельные части.

Цепной транспортер представляет собой две транспортных цепи, на которые ставится поддон с массивами ячеистого бетона. Цепи приводятся в движение двумя приводами, жестко соединенных валом. На цепном конвейере находятся 6 мест для массивов, при необходимости оператор перемещает массивы к месту работы цангового крана.

2.2 Требования, предъявляемые технологическим процессом к оборудованию участка автоклавирования

Требования, предъявляемые технологическим процессом к оборудованию участка автоклавирования:

скорость перемещения массива с сырцом ячеистого бетона не должна превышать 0.25 м/с;

при перемещении массива не должно быть резких ускорений и замедлений. Данное ограничение накладывается в связи с тем что сырой массив ячеистого бетона имеет неокрепшую структуру. И резкие ускорения могут разрушить его;

должна обеспечиваться точность позиционирования равная 10 мм. Данная точность обеспечивает работоспособность всей установки в целом.

3. Механический расчет

3.1 Базовый тросовый привод подачи закалочных ележек

Участок автоклавирования включает в себя: шесть автоклавов и рельсовые пути для составления поезда из четырех закалочных тележек с поддонами из сырых массивов с ячеистым бетоном (по три на каждой закалочной тележке). Рисунок 3.1 - Участок автоклавирования ячеистого бетона

- Автоклавная установка

- Канатная лебедка

- Автоклавный кран

- Поезд из закалочных телег

- Полиспаст

Кран забирает массив с транспортной тележки резательного комплекса и ставит его на закалочную тележку. При наличии свободного места на поперечном транспортере, кран ставит готовые массивы на цепной конвейер транспортера.

Телега представляет собой сварную конструкцию с четырьмя парами рельсовых колес (рисунки 3.2; 3.3; 3.4), которая перемещается поперек двух пролетов цеха (зона выдержки) по рельсам. На тележку устанавливаются массивы и формируют поезд.

В конструкции тележки предусмотрены зацепы (рисунок 3.5), которые позволяют осуществлять автоматическое сцепление и расцепление автоклавных тележек. Расцепка происходит с помощью толкателей, расположенных на полу цеха.

На одну тележку устанавливаются три массива, соответственно автоклавная телега имеет по три конуса по обе стороны. Центрирующие конусы представляют собой цельнометаллические устройства, которые позволяют не только закреплять массивы на телеге, но и облегчают задачу постановки массива на телегу оператору крана.

Массивы ставятся вертикально три в ряд, что позволят максимально эффективно использовать пространство автоклава для обработки изделия.

Постепенно, по мере комплектации тележек массивами из ячеистого бетона составляется поезд из 4 (четырех) закалочных тележек (Рисунок 3.1).

Следующей технологической задачей является перекат поезда из тележек в автоклав. Для этого рабочими вручную разматывается трос на необходимую длину и запасовывается в соответствующие полиспасты для данного автоклава и для данной операции. Например, загрузка (Рисунок 3.8) или выгрузка (Рисунок 3.9). Крестом на рисунке отмечено место зацепления крюком поезда из закалочных тележек.

В цехе установлены автоклавы. По длине в автоклав размещается 4 тележки, соответственно составляется поезд из четырех закалочных тележек. На участке выдержки установлены тросовые лебедки, система блоков, с помощью которых перемещаются поезда из тележек. Коэффициент заполнения автоклава составляет около 0,43.

После запарки изделия снимаются с поддона автоклавным краном и переносятся в зону разделки.

3.1.1 Кинематическая схема привода автоклавной тележки

Рассмотрим кинематическую схему грузовой лебедки.

На рисунке 3.10 указано:

.        Автоклавная тележка

2.      Рельсовый путь

.        Барабан

.        Червячный редуктор

.        Муфта

.        Двигатель

Как уже было сказано выше, реверсивная лебедка используется для перемещения тележек на участке автоклавирования. Она состоит из закрепленных на раме двигателя, червячного редуктора и барабана (рисунок 3.11). Вращающий момент двигателя передается на входной вал червячного редуктора, который увеличивает момент и передает вращение на барабан. И он вращаясь производит разматывание или сматывание стального троса, на конце которого закреплен крюк.

3.2 Предложения по модернизации участка отстоя сырца ячеистого бетона

Я считаю, что сам принцип подачи тележек на участке автоклавирования разработан технически грамотно, однако привод работы данного узла (лебедка и трос с закрепленным на конце крюком) не позволяет провести автоматизацию данной технологической операции.

Для того, чтобы повысить уровень автоматизации участка отстоя сырца ячеистого бетона, я предлагаю заменить имеющееся оборудование и использовать автоматизированный цепной транспортер.

Данное предложение позволит уменьшить участие человека в технологической операции подачи закалочных тележек на участке автоклавирования ячеистого бетона.

Перевод привода подачи закалочных тележек в автоматический режим является наиболее актуальной задачей для этой части технологического цикла производства ячеистого бетона. Необходимость автоматизации объясняется многими факторами, основными из которых являются:

автоматизация привода подачи приведет к увеличению производительности, как самого участка, так и всей линии в целом;

уменьшит участие человека в производственном цикле, а следовательно и человеческий фактор, который часто приводит к ухудшению производительности;

повысится надежность и показатели качества системы.

Последний пункт является одним из определяющих. Работоспособность привода подачи закалочных тележек определяет в дальнейшем работу автоклавного крана, который производит перенос массивов ("сырых" и "готовых"). Применение для управления приводом подачи тележек человека приводит к удорожанию эксплуатации первого и ухудшению работоспособности, т.к. участвует человеческий фактор.

К транспортировочной цепи будет присоединяться толкающая тележка (рисунок 3.12). С ее помощью будет производиться загрузка и выгрузка закалочных тележек.

Толкающая тележка конструктивно выполнена на базе закалочной тележки что позволяет снизить эксплутационные и монтажные затраты. Снизу к тележке приварены уголки, которыми телега закрепляется на цепи (рисунок 3.13).

Данное устройство выполняет две важные задачи в механизме:

производит крепление толкающей тележки к цепи;

исполняет роль натягивающего устройства и упрощает монтаж цепи.

Доступ к закреплению и затягиванию крепежных болтов обеспечивается сверху толкающей тележки (рисунок 3.12). Это позволяет упростить задачу рабочему персоналу по монтажу и эксплуатации механизма.

Крепежный болт (рисунок 3.14) представляет собой часть цепного звена, которой он крепится к следующим звеньям, и болт с резьбой, которым крепится к уголку.

При монтаже цепи болт вставляется в отверстие в уголке и стягивается гайкой. Тем самым, натягивая цепь. И затем контрится второй гайкой.

Цепь укладывается в швеллер, который выполняет роль направляющей и поддерживает цепь, что исключает провисание.

На пути установлены два устройства для расцепки тележек (рисунок 3.15).

Устройство состоит из кривошипа, разъединительного башмака и пневмоцилиндра.

Устройство работает следующим образом. Когда необходимо произвести разъединение тележек, то с помощью пневмоцилиндра и кривошипа происходит поднятие башмака. Зацеп (рисунок 3.5) имеет выпуклость с нижней стороны и когда тележка проезжает под башмаком, то происходит автоматическое расцепление тележек. После этого с помощью пневмоцилиндра башмак переходит в исходное состояние. Так как расцепление необходимо с двух сторон от установочной позиции автоклавного крана, то такой же расцепитель предусмотрен и с другой стороны.

 

.3 Кинематические и прочностные расчеты проектируемого привода подачи

3.3.1 Определение сопротивления перемещению поезда из закалочных тележек

Суммарное сопротивление перемещению тележки по рельсовому пути [1], складывается из следующих составляющих:

 (3.1)

где W_ТР - сопротивление, создаваемое трением колес о рельсы;

W_У - сопротивление, возникающее от уклона пути;

W_ИН - сопротивление от сил инерции движущихся масс;

Сопротивление, создаваемое силами трения, определяется по формуле:

 (кН) (3.2)

где G_Т - вес 5 тележек, кН;

Q - вес номинального груза (12 массивов), кН;

f - коэффициент трения в опорах вала колеса. При расчете на основании в подшипниках качения (шариковых) принимается f = 0.015;

d_ц - диаметр цапфы ходового колеса, мм. Для подшипников качения на основании [1]:

 (мм) (3.3)

_K - диаметр ходового колеса, мм;

m - коэффициент трения качения колес по рельсам [1], мм:

m = 0,4 (мм)

К_{ДОП -} коэффициент дополнительных сопротивлений, учитывающий трение реборд колес. Для подшипников качения принимается К_ДОП = 2,5.

 (Н)

Сопротивление уклону определяется по формуле:

 (Н)

 = 0,002 - для путей с железобетонным фундаментом на металлических балках.

Сопротивление силам инерции определяется по формуле [1]:

 (3.4)

где,  - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей механизма (так как скорость ходовых колес меньше 1 м/с, то принимаем  = 1,25);

a - ускорение при разгоне м/с², принимаем эту величину a=0,2 [1].

 (Н)

Следовательно общее сопротивление передвижению равно:

 (Н)

3.3.2 Расчет цепной передачи

Назначим однорядную тяговую пластинчатую цепь типа М 40 по ГОСТ 588-81. Рисунок 3.16 - Общий вид цепи М 40

Выбор предварительного значения шага однорядной цепи [8]:

мм (3.5)

Т₁ - крутящий момент на тихоходном валу редуктора.

Ближайшее значение шага =80 мм.

Определение числа зубьев ведущей и ведомой звездочек [8]:

 (3.6)

 (3.7)

Определение числа зубьев  из условия, что делительный диаметр звездочки не должен превышать 680 мм ввиду того что при выборе редуктора мы задавались значением диаметра звездочки 680 мм:

 мм (3.8)

Следовательно, принятое значение  удовлетворяет этому условию.

Число зубьев звездочки желательно назначать из ряда простых или нечетных чисел, что в сочетании с четным числом звеньев способствует более равномерному износу передачи.

Определение коэффициента эксплуатации

 (3.9)

 - спокойная нагрузка (цепные транспортеры);

 - принимаем оптимальное межосевое расстояние;

 - угол наклона передачи 45°;

 - передача с нерегулируемым натяжением цепи;

 - смазывание передачи нерегулярное;

 - работа двухсменная.

Работа когда не допускается. В нашем случае , следовательно данный режим работы цепной передачи допустим.

Определение допускаемого давления в шарнире цепи.

Выпишем из [8] значение допускаемого давления в шарнире цепи:  МПа. Определение условного давления в шарнирах цепи

 (3.10)

 - площадь проекции опорной поверхности шарнира однорядной цепи [7], мм²

 мм² (3.11)

 - условное давление в шарнире цепи в предположении нулевого зазора между валиком и втулкой и равномерного распределения давления в шарнире, МПа;

m_p - коэффициент рядности:

m_p=1 при однорядной цепи.

 - допускаемое давление в шарнире цепи для средних эксплуатационных условий, МПа;

F_t - окружная сила, передаваемая цепью (равна сопротивлению передвижения поезда из тележек), Н:

Подставляя получим:

 МПа <  МПа (3.12)

Следовательно, принятая однорядная цепь М 40 подходит.

Рисунок 3.17 - Основные характеристики цепи М 40

Основные характеристики:= 63 мм;₁ ≤ 45 мм₃ ≥ 19 мм₁ =8.5 мм₂ = 12.5 мм₃ = 18 мм₄ = 36 мм≤ 25 мм= 3.5 мм_р = 40 000 Н

3.3.3 Расчет звездочки

Делительный диаметр звездочек:

 (3.13)

 мм

Диаметр окружностей вершин звездочек:

 (3.14)

мм

Диаметр окружностей впадин  звездочек и радиус впадин зубьев звездочек (мм):

 (3.15)

мм

 (3.16)

 мм

где:

 - радиус ролика (см. основные характеристики выбранной цепи d₁), мм.

Ширина зуба  (мм) и ширина венца  (мм) звездочки

 (3.17)

 мм

 (3.18)

 мм

где:

 для однорядной цепи;

 - расстояние между внутренними пластинами, мм;  - расстояние между рядами цепи ( для однорядной цепи), мм.

Потребное число звеньев цепи (длина цепи в шагах)

 (3.19)

Значение числа звеньев обычно округляют до четного числа , так как при нечетном числе звеньев цепи приходится применять для соединения ее концов специальные, переходные звенья с изогнутыми пластинами, являющиеся часто причиной отказа цепной передачи.

Данное условие выполняется.

 

.3.4 Расчет и выбор крепежного болта

Расчет на прочность при растяжении (выбор диаметра по заданной силе) проводится по формуле:

 (3.20)

где:- внешняя сила, действующая на стержень (равная сопротивлению перемещению), Н.

[σ_р] - допускаемое напряжение при растяжении [13], МПа.

 мм

Выбираем следующий больший типоразмер диаметра резьбы, и выбираем болт М12 с шагом резьбы 1,75 мм.

4. Электроснабжение участка

 

.1 Выбор мотор-редуктора

Асинхронный двигатель имеет один канал управления, а именно по цепи статора. Если в двигателе постоянного тока можно независимо изменять напряжение на якоре и поток, то в асинхронном двигателе изменение напряжения на статоре при постоянной частоте приведет к изменению потока. Поэтому для регулирования скорости при постоянном моменте необходимо изменять и напряжение на статоре для поддержания перегрузочной способности.

Для работы с преобразователем двигатели должны иметь изоляцию обмотки по классу F. Кроме того, они должны быть оборудованы датчиками температуры TF или термостатами TH. Рабочую мощность такого двигателя следует снизить до номинальной мощности двигателя, меньшего на один типоразмер, в противном случае следует использовать принудительное охлаждение.

Изменяя частоту и напряжение, можно сдвигать механическую характеристику асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором над осью частоты вращения (см. рисунок 4.1). На участке пропорционального изменения U и f (диапазон A) двигатель работает с постоянным магнитным потоком и создает постоянный вращающий момент. Если напряжение достигает максимального значения, а частота продолжает повышаться, то магнитный поток ослабевает, а вместе с ним снижается и вращающий момент (ослабление поля, диапазон F). В диапазоне (A) пропорционального изменения характеристики двигатель может работать с постоянным вращающим моментом, а в диапазоне (F) ослабления поля - с постоянной мощностью. Величина опрокидывающего момента M_к уменьшается в квадратичной зависимости. Начиная с определенного значения частоты величина M_к становится меньше создаваемого вращающего момента, например, если базовая частота f₁ = 50 Гц, то:

при частоте 100 Гц: M_K = 2 M_N;

при частоте 125 Гц: M_K = 2,5 M_N.

Условием стабильности вращающего момента является сохранение эффективности охлаждения двигателя даже в нижнем диапазоне частоты вращения. Для двигателей с самоохлаждением это невозможно, поскольку со снижением частоты вращения уменьшается и эффективность вентиляции. Если не используется вентилятор принудительного охлаждения, то вращающий момент необходимо снизить. Работать с постоянным вращающим моментом и без принудительного охлаждения можно только в том случае, если выбрать двигатель большего типоразмера. При той же полезной мощности, но при большей площади поверхности двигателя тепловые потери будут эффективно отводиться даже на низкой частоте вращения. В определенных условиях проблемы могут возникнуть из за повышенного момента инерции.

При выборе максимальной частоты следует учитывать и условия работы редуктора. При высокой окружной скорости входной ступени увеличиваются потери от перемешивания масла, возрастает трение в подшипниках и манжетах, повышается уровень шума. Эти факторы ограничивают максимально допустимую частоту вращения двигателя. Нижняя граница диапазона частоты определяется параметрами самой приводной системы.

Если частота, соответствующая необходимой максимальной частоте вращения, находится в диапазоне ослабления поля, то следует учитывать, что номинальный вращающий момент M_N (при номинальной частоте) в этом диапазоне уменьшается обратно пропорционально, а опрокидывающий момент MK - обратно пропорционально квадрату частоты. Для обеспечения защиты от опрокидывания соотношение M_K/M_N должно оставаться больше единицы (рекомендуемое соотношение: не менее 1,25 (см. рисунок 4.2).

Тип двигателя выбирается исходя из следующих условий.

Первое условие - относительная продолжительность включения двигателя должна соответствовать относительной продолжительности включения механизма.

Второе условие - номинальная мощность двигателя должна быть равна или несколько больше значения мощности, вычисленной по формуле [1]:

 (4.1)

Т. е  для центрального привода.

где  - коэффициент характеризующий перегрузочную способность [1].

Выбор мотор-редуктора состоит в определении его типоразмера по таблицам технических характеристик. Мотор-редукторы эксплуатируются в различных условиях и режимах, что необходимо учитывать при их выборе, поэтому исходными данными для выбора редуктора являются:

расчётный крутящий момент М_кр, воспринимаемый выходным валом редуктора и соответствующий нормально протекающему (установившемуся) процессу работы механизма, Н·м;

расчетные радиальные консольные нагрузки на входном F_ReP и выходном F_RаP валах редуктора, Н;

характер внешней нагрузки;

тип применяемого смазочного материала;

наличие упругих элементов (муфты, ремни и др.) на входном и выходном валах редуктора;

наличие реверсивного режима работы;

температура окружающей среды,°С.

Также следует учесть требуемые конструктивные особенности редуктора:

вариант расположения редуктора в пространстве;

конструктивное исполнение по способу монтажа;

особенности исполнения выходного вала.

Учитывая требуемое передаточное отношение редуктора выбираем тип редуктора: цилиндрический вертикальный двухступенчатый 5Ц2В.

Найдем расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора

 (4.2)

где:- сила сопротивления передвижению, Н;_{з -} радиус звездочки цепной передачи, м.

 Н*м

В таблицах технических характеристик мотор-редукторов найдём

минимальный необходимый типоразмер.

Выбираем мотор-редуктор фирмы SEW-EURODRIVE, со встроенным преобразователем частоты:DV 132М4

Максимальный крутящий момент М_КР = 9 440 Н*м;

Мощность приводного двигателя P = 7.5 кВт;

Передаточное отношение i = 188.45;

Частота вращения выходного вала n = 7,6 мин^-1;

Максимальная радиальная нагрузка F = 45 300 Н;

Масса m = 305 кг.

4.2 Расчет электрооборудования участка

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

Общая задача оптимизации систем промышленного электроснабжения включает рациональные решения по выбору сечений проводов и жил кабелей, способов компенсации реактивной мощности, автоматизации, диспетчеризации и др.

В данном разделе будет произведен расчет электроснабжения завода по производству керамических камней. Для этого воспользуемся программой WinELSO, работающей вместе с программной средой AutoCAD, с помощью которой и воспроизводится общий вид схемы энергоснабжения. После установки всех необходимых элементов, необходимо соединить их кабелями или шинами, которые впоследствии будут автоматически рассчитаны WinELSO. Далее можно будет провести полный расчет цепи, расчет на токи КЗ, расчет нагрузок, расчет потерь напряжения и др. Все полученные результаты можно будет вывести в табличной форме, что опять же делается автоматически.

В данном случае, питание всего цеха осуществляет один трансформатор, который через автомат соединен с питающей шиной Ш1. К Ш1 подключены двигатели механизма перемещения. Каждое соединение двигателя с Ш1 имеет автомат и преобразователь частоты, соответственно для защиты двигателя и его управления.

После создания схемы электроснабжения система WinELSO может произвести полный расчёт 3-фазной сети на основе законов Ома и Кирхгофа и выполнить расчёт нагрузок на основании методики РТМ 36.18.32.4-92 для промышленных предприятий и методики СП 31-110 для зданий.

При выполнении расчета по токам КЗ для всех элементов схемы поочередно перебираются все элементы электрической схемы, на входах этих элементов организуются 3-х фазные, 2-х фазные, 1-но фазные на N и на PE короткие замыкания с расчётом соответствующих токов КЗ по методике ГОСТ 28249-93.

Схема электроснабжения участка автоклавирования изображена на рисунке 4.1.

Расчет необходимых параметров программа производит по известным формулам для расчета энергоснабжения.

В электроснабжении различают индивидуальные и групповые приемники. Причем расчет нагрузок и сечения кабеля проходит по разным схемам.

Расчет сечения кабеля для группового приемника ведётся в следующем порядке.

Групповую номинальную мощность Р_ном определяют как сумму номинальных мощностей электроприемников.

Для группы электроприемников одного режима работы среднюю активную и реактивную мощность нагрузки за наиболее загруженную смену находят по формулам:

, (4.1)

где tgφ - значение, соответствующее средневзвешенному коэффициенту соsφ, характерному для электроприемников данного режима работы; k_исп - коэффициент использования, соответствующий данному электроприемнику; Р_ном - активная мощность данного приемника; n - количество приемников в группе.

Если при подсчете потребляемой мощности, используются несколько потребителей в одной группе, то их количество необходимо перемножить на установленную мощность, а затем на k_исп.

При наличии в одной группе электроприемников с разными режимами работы средняя активная и реактивная мощность определяется:

; (4.2)

.

Средневзвешенный коэффициент использования группы К_{и. ср. взв.} приемников с одинаковым режимом работы характеризует использование активной мощности и представляет собой отношение средней активной мощности группы  приемников за наиболее нагруженную смену к номинальной мощности :

, (4.3)

где  - средняя активная мощность за смену приемников с одинаковым режимом работы;  - номинальная мощность приемников с одинаковым режимом работы.

Для группы электроприемников с разными режимами работы групповой коэффициент использования:

. (4.4)

Эффективное число приемников n_э определяется либо по точной формуле, либо одним из способов упрощенного вычисления.

Эффективным (приведенным) числом приемников n_э называют число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которые дают такую же величину расчетного максимума Р_макс, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы:

 (4.5)

Для расчета n_э в числитель необходимо подставить суммарную активную мощность и возвести ее в квадрат. В знаменателе же активную мощность приемника возводят в квадрат, а только затем суммируют.

Коэффициент максимума К_м служит для перехода от средней нагрузки к максимальной. Его можно определить в зависимости от величины группового коэффициента использования К_{и. ср. взв} и эффективного числа электроприемников группы n_э.

Расчетная нагрузка учитывает потребляемую за смену мощность с учетом коэффициента максимума и рассчитывается по формуле:

 (4.6)

Расчет нагрузок на линии, питающие силовые приёмники, ведется методом упорядоченных диаграмм:

По вычисленным I_p выбирается стандартный сечение кабеля.

Расчет сечения кабеля для индивидуального приемника ведётся следующим образом.

Длительный ток линии I_дл:

 (4.8)

При выборе номинального тока расцепителя, встроенного в шкаф автоматического выключателя, следует учитывать тепловой поправочный коэффициент k_п:

 (4.9)

По длительному току линии с учётом теплового поправочного коэффициента  выбирается автоматический выключатель.

Устанавливаем невозможность срабатывания автоматического выключателя при пуске:

 (4.10)

где k_пуск - кратность пускового тока силового приемника; I_{м. с} - ток мгновенного срабатывания выключателя.

По длительному току линии I_дл подбираем кабель, питающий отдельный силовой приемник.

Проверяем выбранное сечение по коэффициенту защиты аппарата:

 (4.11)

где k_попр - поправочный коэффициент на условие прокладки кабелей; k_защ - коэффициент защиты или кратность защиты, то есть отношение длительно допустимого тока проводов или кабеля к номинальному току срабатывания защитного аппарата; I_защ - номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата.

Ниже прилагается таблица расчетов нагрузок шины Ш1 (таблица 4.1).

Таблица 4.1 - Нагрузки системы электроснабжения

Исходные данные					Расчетная мощность			Расчетный ток Iр, А
Наименование ЭП, групп ЭП, узлов питания	Ном. мощность	Коэффициент спроса Кс	Коэффиц. реактивной мощности		активн., Рр кВт	реакт., Qр кВАр	полная,Sр кВА
	общая Рн = n рн кВт
			cos Ф	tg Ф
<РУ> Ш1
Индивидуальные нагрузки (по Ки)	45	0.74	0.896	0.48	45	21,79	50	75,97
По фазе A	15				15	7,26
По фазе B	15				15	7,26
По фазе C	15				15	7,26

Таблица 4.2 - Кабельный журнал для прокладки методом трасс

Обозначение кабеля, провода	Трасса		Кабель, провод
	Начало	Конец	по проекту
			Марка	Кол-во, число и сечение жил	Длина, м
W.1	Шина Ш1	Автомат QF.1	ВВГ	4x1.5	3
W.2	Шина Ш1	Автомат QF.2	ВВГ	4x1.5	3
W.3	Шина Ш1	Автомат QF.3	ВВГ	4x1.5	3
W.4	Шина Ш1	Автомат QF.4	ВВГ	4x1.5	3
W.5	Шина Ш1	Автомат QF.5	ВВГ	4x1.5	3
W.6	Шина Ш1	Автомат QF.6	ВВГ	4x1.5	3
W.7	Трансформатор Т1	Шина Ш1	ВВГ	4x25	5

Таблица 4.3 - Ведомость кабелей

Потребность кабелей и проводов, длина, м
Число и сечение жил, напряжение	Марка
	ВВГ
4x1.5 - 660	23
4x2.5 - 660	172

Таблица 4.4 - Состав оборудования системы электроснабжения

Наименование и техническая характеристика	Тип, марка, обозначение документа, опросного листа	Завод-изготовитель	Единица измерения	Количество	Масса единицы кг
"ОБОРУДОВАНИЕ"
Трансформатор Т1 ТМ-63/10	Т1		шт.	1
СБОРНЫЕ ШИНЫ
АД31Т форма-прямоугольная, сечение-25x3	АД31Т		м	22
КОММУТАЦИОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ НЕ В СОСТАВЕ РУ
Автомат 3P, Iн=63А, Ip=16, Icn=6КА, ПКС=6КА, IP20,	5SX23 C		шт.	6
КАБЕЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ
Кабель силовой, материал жил - медь, изоляция жил - ПВХ,
сечением:	ВВГ ТУ 3521-009-05755714-98 (DIN 57250)
4x1.5 - 660		ОАО "СЕВКАБЕЛЬ"	км	0.018	3.713
4x2.5 - 660		ОАО "СЕВКАБЕЛЬ"	км	0.005	5.175

4.3 Расчет освещения участка автоклавирования

Проектирование осветительных установок решает следующие задачи: выбираются типы источников света и светильников, намечают наиболее целесообразные высоты установки светильников и их размещение, определяют качественные характеристики осветительных установок. Расчет освещения выполняется методом коэффициента использования.

Исходными данными для светотехнического расчета являются следующие размеры:

Н, м - высота помещения 9 м;

h_c, м - расстояние светильника от перекрытия (h_c = 1,5),

 (4.12), h_п= 9 - 1,5 =7,5м

h_п м - высота светильника над полом;

h_p, м - высота расчетной поверхности над полом (h_p = 0,8 - 1,2 м);

 (4.13)

h = 7.5 - 1.2 =6.3м

h, м - расчетная высота;

А, м - длина цеха;

В, м - ширина цеха;, м² - площадь участка;

Е, лм - нормированная освещенность (для механического участка Е = 200 лм);- коэффициент запаса (k = 1,5 ^ 2);

р_п, р_ст, р_р - коэффициенты отражения для потолков, стен и расчетной плоскости для проектируемых помещений (р_п = 0,7, р_ст = 0,5, р_р = 0,1);- коэффициент минимальной освещенности (z = 1,15).

Проектирование установок электрического освещения следует проводить согласно нормам СНиП II-4-79.

Найдем расчетную высоту по формуле (5.14):

 (4.14)

h = 9 - 1,5 - 1,2 = 6,3м

Расстояние между светильниками по длине:

 (4.15)_A = 6,3*1.41 = 8,9м

Расстояние от крайних светильников или рядов светильников до стены:

 (4.16)= 8,3/3 =2,97м

Расстояние между светильниками по ширине участка:

 (4.17)

где: а = 1 - 1,5._B = 9/1 = 9м

Число светильников по длине:

 (4.18)

Округляем до целого значения n = 4

Число светильников по ширине:

 (4.19)

Округляем до целого значения m = 4

Общее количество светильников на участке:

 (4.20)= 4*4 = 16

Индекс помещения определяется как:

 (4.21)

На основании индекса помещения, применяемого типа ламп и р_п, р_ст, р_р

Определяем световой поток по формуле (4.22):

 (4.22)

 лм

где п - коэффициент использования светового потока.

По световому потоку подбираем тип и мощность лампы [15].

Выбираю тип лампы ДРИ 700 (дуговая ртутная лампа высокого давления) номинальной мощностью 700Вт.

4.4 Расчет заземляющего устройства

Основные меры, обеспечивающие электробезопасность при прикосновении к конструктивным частям электрооборудования - это контроль сопротивления изоляции.

Защитное заземление - намеренное соединение нетоковедущих частей, которые могут оказаться под током, с заземляющим устройством.

Исходные данные для расчета заземляющего:

ρ_уд = 200 Ом?м; повышающие коэффициенты для горизонтальных и вертикальных электродов К_{п. г}= 2,3 и К_{п. в}= 1,5;

коэффициент использования для вертикальных электродов К_{и. в}= 0,64 и для горизонтальных К_{и. г} = 0,66;

длинна стержневого электрода l = 3м;

диаметр стержневого электрода d = 0,02 м; глубина заложения электрода t = 0,7 + 3/2 = 2,2 м.

Расчетные удельные сопротивления грунта для горизонтальных и вертикальных заземлителей, Ом?м:

; (4.22)

, (4.23)

 Ом?м;

 Ом?м.

Сопротивление растеканию одного вертикального электрода стержневого типа R_{о. в. э}, Ом:

, (4.24)

где l - длина стержневого электрода; d - диаметр стержневого электрода; t - глубина заложения электрода.

 Ом.

Примерное число вертикальных заземлителей N, шт:

 (4.25)

где R_и = 4 Ом - сопротивление одного электрода.

шт.

Расчетное сопротивление растекания горизонтальных электродов R_{г. э}, Ом:

, (4.26)

где b = 2·d = 0,04 м; t₁ = 0,7 - глубина закладки горизонтального электрода, м.

 Ом.

Уточненное сопротивление вертикальных электродов R_{в. э}, Ом:

, (4.27)

 Ом.

Окончательное число вертикальных электродов N, шт:

, (4.28)

 шт.

5. Автоматизация производственного процесса

5.1 Определение объекта автоматизации

Цель автоматизации

Одной из актуальных задач в последнее время является автоматизация технологических агрегатов и технологических циклов в целом. Автоматизация позволяет уменьшить ручной труд при выполнение операций и улучшить показатели качества установки или системы, а также производительность установки.

Перевод привода подачи закалочных тележек в автоматический режим является наиболее актуальной задачей для этой части технологического цикла производства ячеистого бетона. Необходимость автоматизации объясняется многими факторами, основными из которых являются:

-       автоматизация привода подачи приведет к увеличению производительности, как самого участка, так и всей линии в целом;

-       уменьшит участие человека в производственном цикле, а следовательно и человеческий фактор, который часто приводит к ухудшению производительности;

-       повысится надежность и показатели качества системы.

Последний пункт является одним из определяющих. Работоспособность привода подачи закалочных тележек определяет в дальнейшем работу автоклавного крана, который производит перенос массивов ("сырых" и "готовых"). Применение для управления приводом подачи тележек человека приводит к удорожанию эксплуатации первого и ухудшению работоспособности, т.к. участвует человеческий фактор.

Автоматизация привода перемещения позволит избежать данных факторов, за счет отслеживания положения тележки на участке автоклавирования.

Автоматизация механизма, за счет разработки системы управления перемещения тележек позволит легче производить загрузку и разгрузку подающего конвейера, что ускорит данную операцию. Так как на данный момент на участке используется реверсивная лебедка, потребуется модернизировать с полной заменой всю механическую часть механизма подачи тележек, в связи, с невозможностью ныне существующей выполнять поставленный задачи.

Данный шаг еще ближе продвигает предприятие к комплексному управлению с помощью компьютера.

Предлагается для управления механизмом использовать контроллер, позволяющий управлять системой в целом, а применение преобразователей частоты для управления исполнительными двигателями позволит более плавно ими управлять.

5.2 Привод подачи закалочных тележек как объект управления

Под объектом управления будем понимать совокупность двигателя и передаточных механизмов. Рисунок 5.1 - Объект управления

5.2.1 Входные и выходные координаты объекта управления, диапазон их изменений

Так как объектом управления является асинхронный двигатель совместно с механической частью системы, то выходной координатой будет линейное перемещение телеги относительно пути. Основным ограничением, действующим на выходную координату, является длина цепного транспортера, то есть телега не может уйти за ее пределы.

Управляющим воздействием в данной системе является частота питающего напряжения, которое подается на статор двигателя. Так как в нашей системе применяется асинхронный двигатель, то изменение частоты питающего напряжения является одним из основных способов изменения частоты вращения ротора двигателя. Диапазон изменения U_дв определяется конструкцией машины и ограничениями управляемого силового преобразователя. Ограничением по управляющему воздействию являются конструктивные особенности двигателя. Нельзя повышать частоту до бесконечности, так как двигатель имеет ограничения по частоте. При очень маленькой частоте (маленькая частота питающего напряжения) вращения двигатель может потерять устойчивость со стороны управления.

Возмущающим воздействием является сила статической нагрузки массы телеги, на которую постоянно действует сила тяжести, и груза находящегося на ней.

Ограничением со стороны возмущения является тот факт, что превышение массы груза может привести к тому, что создаваемый момент превысит момент создаваемый двигателем и последний выйдет из строя. Кроме этого может произойти обрыв цепи и выход из строя всего транспортера.

5.2.2 Расчетная модель объекта управления

Для исследования динамики объекта управления необходимо произвести его математическое описание. Для этого необходимо составить расчетную модель исполнительного механизма.

В общетеоретическом смысле моделирование означает осуществление каким-либо способом отображения или воспроизведения действительности для изучения имеющихся в ней объективных закономерностей.

В расчетной схеме учитываем упругие, инерционные, диссипативные процессы в двигателе, передаточных и исполнительном механизмах. Для упрощения математического моделирования механизма допустим, что упруго-диссипативным свойствами обладает только самый податливый элемент (цепь транспортера). Остальные элементы кинематики представим абсолютно жесткими элементами.

Ведем основные допущения: распределенную массу элементов заменяем эквивалентной, сосредоточенной в центре масс; считаем деформацию в упругих звеньях системы только упругой, описываемой законом Гука; рассеяние энергии в материале происходит за счет сил внутреннего трения, пропорционально скорости этих деформаций.

С учетом выше принятых допущений расчетная схема примет вид, показанный на рисунке 5.2, где:

М_ДВ - момент двигателя; J_Д - момент инерции двигателя; i_P - передаточное число редуктора; М_Р - момент редуктора; J_з - момент инерции звездочки; R_з - радиус звездочки; F - усилие создаваемое звездочкой; x₁ - значение координаты в начале транспортера; x₂ - значение координаты в конце транспортера; F_C - усилие создаваемое от передвигаемого груза; С - коэффициент жесткости цепи; Д - коэффициент демпфирования цепи.

Найдем данные значения. Выпишем значение радиуса звездочки выбранной цепной передачи найденной по формуле (3.13): R_З=0.34 м

Найдем момент инерции звездочки_З - момент инерции по формуле (5.1):

 (5.1)

кг×м²

Коэффициент жесткости цепи [14], С=1,4×10⁸

Коэффициент демпфирования цепи [14], Д=1.1×10⁷

Найдем постоянную времени цепной передачи по формуле (5.2):

 (5.2)

с

Усилие создаваемое перемещением груза численно равно сопротивлению перемещению, найденному по формуле (3.1):

_C=28361 Н

Выпишем данные для мотор-редуктора:

Передаточное отношение составляет, i = 188.45

Момент инерции двигателя, J_Д=0,03 кг×м²

Максимальный крутящий момент М_КР = 9 440 Н*м;

5.2.3 Система уравнений движения объекта управления

На основании полученной расчетной модели составим уравнения, которые описывают физические процессы протекающие в объекте:

Принимая начальные условия нулевыми перейдем к изображению по Лапласу. Получим:

,

где Т - постоянная времени цепи;

а - ускорение с которым движется груз;

m - масса передвигаемого груза.

 

.3 Структурная схема объекта управления

На основании системы уравнений построим структурную схему механизма передвижения. В качестве входной координаты будем считать частоту питающего напряжения. Из разработанной структурной схемы можем выделить интересующие в дальнейшем координаты.

Рисунок 5.3 - Структурная схема математической модели объекта управления

5.4 Математическая модель объекта управления

В соответствии с разработанной структурой построим вычислительную модель объекта управления и проведем ее исследования в программной среде MatLab.

В качестве программного пакета для моделирования полупроводниковых электроприводов наиболее подходящей считается система MatLab (матричная лаборатория) со своими пакетами расширения, повсеместно принятая в качестве основного инструмента изучения полупроводникового электропривода.

Пакет Simulink со своими дополнениями - основной инструмент изучения различных электромеханических систем. Практически не существует задачи, связанной с исследованием систем электропривода, которую нельзя было бы решить в этом пакете.

Simulink предоставляет исследователю самые различные возможности, начиная от структурного (математического) представления системы и кончая генерированием кодов для программирования микропроцессора в соответствии со структурной схемой модели.

Библиотека Simulink представляет собой набор визуальных объектов, используя которые можно исследовать практически любую систему автоматического регулирования. Практически для всех блоков существует возможность настройки параметров. Параметры настройки отражаются в панели окна настройки выбранного блока.

Для выбранного двигателя рассчитаем необходимые для создания модели параметры.

Найдем постоянную времени T₁ по формуле (5.3) [5]:

 (5.3)

 (5.4)

где:

Х₁ - индуктивное сопротивление статора, Х₁ = 1.155 Ом

Х_m - индуктивное сопротивление главного поля, Х_m = 40.75 Ом

₁ - активное сопротивление статора, R₁ = 0.652 Ом

 с

Найдем постоянную времени T₂ по формуле (5.5):

 (5.5)

где:₂ - активное сопротивление ротора приведенное к статору, R₂ = 0.448 Ом

 (5.6)

Х₂ - индуктивное сопротивление ротора приведенное к статору, Х₂ = 1.766 Ом

,  (5.7)

,  (5.8)

с

Найдем постоянную времени T₃₂ по формуле (5.9):

 (5.9), с, γ₁=1.058

,

Рисунок 5.4 - Вычислительная модель ОУ

Рисунок 5.5 - Вычислительная модель двигателя мотор-редуктора

5.4.1 Исследование ОУ по отношению к управляющему воздействию

В рамках данного исследования нам необходимо изменять величину входного воздействия. В нашей системе управляющим воздействием является частота питающего напряжение. Изменять частоту будем вниз от номинального значения. И проведем этот опыт для разных значений нагрузки.

Рисунок 5.6 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя ω=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при малой нагрузке

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:

при f = 15 Гц ω =61 рад/с

при f = 30 Гц ω =100 рад/с

при f = 50 Гц ω =157 рад/с

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:

при f = 15 Гц v =0.12 м/с

при f = 30 Гц v =0.18 м/с

при f = 50 Гц v =0.28 м/с

Рисунок 5.8 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при малой нагрузке

За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:

при f = 15 Гц v =0.8 м

при f = 30 Гц v =1.4 м

при f = 50 Гц v =0.22 м

Рисунок 5.9 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя ω=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при средней нагрузке

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:

при f = 15 Гц ω =79 рад/с

при f = 30 Гц ω =94 рад/с

при f = 50 Гц ω =150 рад/с

Рисунок 5.10 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при средней нагрузке

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:

при f = 15 Гц v =0.11 м/с

при f = 30 Гц v =0.17 м/с

при f = 50 Гц v =0.27 м/с

Рисунок 5.11 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении частоты напряжения, при средней нагрузке

За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:

при f = 15 Гц v =0.8 м

при f = 30 Гц v =1.4 м

при f = 50 Гц v =0.21 м

Рисунок 5.12 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя ω=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при номинальной нагрузке

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:

при f = 15 Гц ω =50 рад/с

при f = 30 Гц ω =90 рад/с

при f = 50 Гц ω =148 рад/с

Рисунок 5.13 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении частоты питающего напряжения от 15 до 50 Гц, при номинальной нагрузке

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:

при f = 15 Гц v =0.09 м/с

при f = 30 Гц v =0.16 м/с

при f = 50 Гц v =0.27 м/с

Рисунок 5.14 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении частоты напряжения при номинальной нагрузке

За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:

при f = 15 Гц v =0.75 м

при f = 30 Гц v =1.35 м

при f = 50 Гц v =0.2 м

5.4.2 Исследование ОУ по отношению к возмущающему воздействию

В рамках данного исследования нам необходимо изменять величину возмущающего воздействия. То есть величину статической нагрузки от массы телеги и груза.

Рисунок 5.15 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя ω=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 50 Гц

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:

при P = 500 Н ω =157 рад/с, при P = 17000 Н ω =155 рад/с

при P = 28400 Н ω =152 рад/с

Рисунок 5.16 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 50 Гц

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:

при P = 500 Н v =0.27 м/с

при P = 17000 Н v =0.16 м/с

при P = 28400 Н v =0.09 м/с

Рисунок 5.17 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 50 Гц

За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:

при P = 500 Н v =2.15 м

при P = 17000 Н v =2.1 м

при P = 28400 Н v =2.05 м

Рисунок 5.18 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя ω=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 30 Гц

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:

при P = 500 Н ω =100 рад/с

при P = 17000 Н ω =95 рад/с

при P = 28400 Н ω =90 рад/с

Рисунок 5.19 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 30 Гц

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:

при P = 500 Н v =0.18 м/с

при P = 17000 Н v =0.175 м/с

при P = 28400 Н v =0.17 м/с

Рисунок 5.20 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 30 Гц

За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:

при P = 500 Н v =1.4 м

при P = 17000 Н v =1.395 м

при P = 28400 Н v =1.39 м

Рисунок 5.21 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя ω=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 15 Гц

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:

при P = 500 Н ω =62 рад/с

при P = 17000 Н ω =58 рад/с

при P = 28400 Н ω =49 рад/с

Рисунок 5.22 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 15 Гц

После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:

при P = 500 Н v =0.11 м/с

при P = 17000 Н v =0.105 м/с

при P = 28400 Н v =0.09 м/с

Рисунок 5.23 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 15 Гц

За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:

при P = 500 Н v =0.89 м

при P = 17000 Н v =0.85 м

при P = 28400 Н v =0.79 м

Различие переходных характеристик для трех значений масс перемещаемого груза незначительные, ими можем пренебречь. Поэтому при проектировании системы управления рассматриваем только вариант при наибольшей загрузке транспортера.

5.5 Структурный синтез системы управления приводом перемещения

Создание системы автоматического позиционирования позволяют снизить требования уровня профессионализма, увеличить время межремонтных периодов и повысить производительность установки.

Проведенные исследования ОУ показывают, что необходимы дополнительные меры для снижения влияния люфта и компенсации статической ошибки системы положения.

5.5.1 Структурный синтез системы и настройка регуляторов

в настоящее время в электроприводе при создании системы автоматического управления используется структурное построение в виде многоконтурной системы с одной измеряемой координатой.

Объектом управления W_оу (p) является существующая система управления, включающая в себя контур скорости. ОУ можно описать апериодическим звеном с постоянной времени Т=0.5 с (Рисунок 5.24)

 (5.10)

Синтез регуляторов осуществляется методом последовательной коррекции (начиная с внутреннего контура и заканчивая внешним) одной из наибольшей постоянной времени.

Практически при выборе передаточной функции регулятора контура стремятся обеспечить за счет действия регулятора компенсацию наиболее существенных инерционностей объекта, входящих в данных контур, и тем самым улучшить быстродействие системы;

Коэффициент передачи пропорционально дифференциального регулятора в первом контуре положения выбираем исходя из условия отсутствия колебательности выходной координаты около установившегося значения.

 (5.11)

Подадим скачкообразный воздействие на вход первого контура R1. Затем экспериментально по графику переходного процесса определим коэффициенты в полученном контуре одновременно добиваясь наилучших показателей качества системы.

Во втором контуре положения необходимо скомпенсировать затяжной характер переходного процесса путем компенсации большой постоянной времени первого замкнутого контура положения. В данном контуре положения применяем пропорциональный регулятор.

 (5.12)

Рисунок 5.25 - Структурная схема синтезированной системы

Рисунок 5.26 - Вычислительная модель синтезированной системы

Рисунок 5.27 - График изменения скорости телеги v (t)

Рисунок 5.28 - График изменения перемещения х (t)

Полученные переходные процессы перемещения телеги (рисунок 5.28) и ее скорости (рисунок 5.27) показывают, что система точно отрабатывает задающий сигнал при отсутствии перерегулирования без скоростной и статической ошибки.

 

.5.2 Синтез оптимальной траектории движения

Позиционные режимы с прямоугольными временными диаграммами ускорений обеспечивают наибольшее быстродействие, но не оптимальны по электропотреблению. Они являются возбудителями полигармонических колебаний механизмов и источниками дополнительных погрешностей движения исполнительных органов. В связи с этим используют алгоритмы формирования треугольных и трапецеидальных диаграмм ускорений при отработке заданных перемещений.

С целью снижения нагрузок на привод и конструкцию крана необходимо создать оптимальные траектории движения крана с учетом наложенных ограничений на ускорение и рывок.

При необходимости обеспечения высокой точности позиционирования формируется оптимальный график движения рабочего органа. Такой типовой график состоит из трех участков - разгона, движения с установившейся скоростью и торможения (рисунок 5.29).

Известные величины ускорения и рывка позволяют построить оптимальный график скорости, который достичь оптимального характера ускорения при одновременном снижении нагрузки на механику.

График скорости состоит из участков:

- t_{1 -} величина рывка поддерживается постоянной;₁ - t₂ - поддерживается постоянной величина ускорения;₂ - t_{3 -} величина рывка поддерживается постоянной;₃ - t₄ - скорость остается постоянной;₄ - t₅ - величина рывка поддерживается постоянной;₅ - t_{6 -} поддерживается постоянной величина ускорения;₆ - t₇ - величина рывка поддерживается постоянной.

Часто возникают случаи, когда расстояние между двумя рабочими точками мало и рабочий орган манипулятора не успевает набрать максимально возможную скорость. При этом траектория движения состоит только из двух участков - разгона и торможения

Рис. 5.29 - Формирование оптимальных траекторий

5.6 Алгоритм работы привода подачи закалочных тележек

Рабочий цикл транспортера состоит из двух основных операции:

составление поезда из закалочных тележек и последующая его загрузка в автоклав;

разгрузка автоклава и телег после окончания процесса автоклавирования.

При разработки и составление алгоритма управления транспортером учитывалось такое обстоятельство, что при выполнение технологического цикла транспортер знает места основных положений (их 6). Поэтому при составление данного алгоритма на контроллере необходимо заложить данную функцию программно.

Алгоритм работы системы при отработке операции "Составление поезда" (рисунок 5. и 5.).

Технологический цикл работы начинается с включения питания (блок 2). Затем проверятся условие установки и загруженности массивами закалочной телеги (ЗТ). После этого происходит выключение тормоза, подается напряжение на двигатель. При достижении толкающей телеги (ТТ) позиции 5 (блок 5) происходит автоматическое зацепление крюка толкающей телеги с держателем закалочной телеги. Двигатель включается в режиме вращения назад и транспортер перетаскивает в телеги до позиции 4 (блок 8). Затем происходит проверка условия установки и загрузки ЗТ 2 и алгоритм повторятся снова. До тех пор пока не составиться поезд. После этого происходит процесс выдержки массивов вне автоклава. Производиться проверка завершения процесса выдержки (блок 31). И при прохождении проверки того, что автоклав открыт двигатель включается на вращение вперед и происходит перекат поезда из закалочных телег в автоклав (блок 33). Ввиду того что ТТ не может затолкнуть весь поезд полностью, в связи с тем что мы не можем установить ведомую звездочку цепного транспортера в автоклав. При нахождении ТТ в позиции 6 (блок 34) происходит включение расцепителя 1 (блок 36). и ТТ отделяется от основного поезда. Автоклавным краном устанавливается специальная заталкивающая телега (ЗТТ) (блок 41). После выполнения данного условия двигатель транспортера включается вперед и дотаскивает поезд из ЗТ в автоклав. При достижении позиции 6 ТТ двигатель останавливается и включается движение назад (блок 45). Включается расцепитель 2 (блок 46) и происходит автоматическое расцепление ТТ с ЗТТ. Затем ЗТТ убирается с пути автоклавным краном. Обесточиваются цепи питания двигателя и расцепителея. Технологическая операция "Составление поезда" завершена.

Алгоритм работы системы при отработке операции "Разгрузка поезда" (рисунок 5. и 5.).

Технологический цикл работы начинается с включения питания (блок 2). Затем проверятся условие установки закалочной телеги (блок 5) она необходима для выемки из автоклава первой телеги. Затем ее убирают автоклавным краном. После подтверждения этого условия (блок 17) Двигатель включается для перемещения вперед и при достижении позиции 6 происходит автоматическая сцепка зацеп ТТ и держателя ЗТ. Происходит остановка двигателя (блок 20) и включается движение двигателя назад. И при достижении позиции 5 происходит включение сначала расцепителя 1 и затем расцепителя 2. Конструктивно расцепитель 2 находиться несколько дальше от оси симметрии установочного места под автоклавным краном. Это сделано для того чтобы сначала ЗТ расцепилась с поездом. А потом уже с ТТ. После этого ЗТ убирается с пути автоклавным краном. И таким образом операция повторяется до полной разгрузке ЗТ в поезде. Останавливается двигатель, выключаются расцепители. Технологическая операция "Разгрузка поезда" завершена.

Рисунок 5.24 - Алгоритм технологической операции "Составление поезда" часть 1

Рисунок 5.24 - Алгоритм технологической операции "Составление поезда" часть 2

Рисунок 5.24 - Алгоритм технологической операции "Разгрузка поезда" часть 1

Рисунок 5.24 - Алгоритм технологической операции "Разгрузка поезда" часть 2

5.7 Вариант технической реализации САУ (на основе ПЛК Siemens S-200)

Электропривод с программным управлением обеспечивает движение исполнительного органа рабочей машины по определенной, наперед заданной программе.

Программные контроллеры позволяют реализовать как простые схемы с цикловым движением электроприводов, так и сложные системы комплексной автоматизации промышленного оборудования.

Автоматизация работы по перемещению грузов с помощью транспортных машин позволяет повысить производительность транспортных работ. Но наряду с этим необходимо учитывать необходимость требований безопасности и человеческий фактор при работе с механизмом.

5.7.1 Алгоритм функционирования

При составлении технологических программ запись алгоритмов функционирования в виде оперативных схем является наиболее наглядной и удобной. При этом арифметические операторы изображаются прямоугольниками внутри, которых записывается непосредственная команда, реализованная оператором, а управление от данного оператора к последующему указывается направлением стрелки. Логические операторы изображаются ромбами внутри, которых словесно указывается выполнение требуемого условия (да или нет). При этом соответственно и передача управления от данного логического оператора изображается двумя стрелками (единица - да, ноль - нет).

Включением автоматического выключателя на распределительном щите подается оперативное напряжение (24 В) на микроконтроллер и силовые преобразователи.

Происходит опрос конечных выключателей двери кабины управления и силовых шкафов, температуры двигателя и силовых преобразователей. После, включением силового контактора подается напряжение (380 В) на приводы перемещения.

По известной текущей и введенной позиции определяется направление движения и формируется оптимальные кривые разгона и торможения. После достижения заданной позиции накладывается тормоз механизма передвижения.

Во время перемещения телеги контролируются сигналы с датчиков температуры приводов перемещения.

Также ограничивается движение телеги по краям участка автоклавирования стоят концевые выключатели, которые предотвращают аварийные ситуации.

5.7.2 Выбор микроконтроллера

Для решения задач автоматизации портального робот выбираем микроконтроллер серии SIMATIC S7-200 [19] предназначенный для решения задач управления и регулирования небольших систем автоматизации. Этот контроллер позволяет создавать как автономные системы управления, так и системы управления, работающие в общей информационной сети. За счет высокой гибкости конфигураций контроллер SIMATIC S7-200 применяется для решения как простейших задач автоматизации, для решения которых в прошлом использовались простые реле и контакторы, до задач комплексной автоматизации.

В качестве центрального процессора используем модуль CPU 224, предназначенный для построения компактных систем автоматического управления высокой производительности. Модуль оснащен 14 встроенными дискретными входами и 10 дискретными выходами. Позволяет производить подключение до 7 модулей расширения ввода-вывода.

Технические данные

Объем встроенной памяти программ 12288 байт

Объем встроенной памяти данных 8192 байт

Опциональный картридж памяти 256 Кбайт

Сохранение данных в памяти при перебоях электропитания 70 часов

Программное обеспечение STEP 7 Micro/WIN

Языки программирования LAD, FBD, STL

Набор команд основной

Логические операции, адресация результата, сохранение, счет, загрука. Передача, сравнение, сдвиг, вращение, вызов подпрограмм с передачей параметров.

Набор команд расширенный

Инструкции управления ШИМ и ЧИМ, инструкции переходов, циклов, преобразования типов данных. Арифметические инструкции сложения, вычитания, умножения, деления, извлечения квадратного корня (целочисленная математика и математика с плавающей запятой).

Время выполнения логической инструкции 0.22 мкс

Максимальное количество модулей расширения 7

Количество встроенных входов/выходов: 10/14

Монтаж на 35 мм профильную шину DIN или на плоскую поверхность с креплением винтами

Для увеличения количества входов и выходов, обслуживаемых одним центральным процессором., необходим модули ввода-вывода дискретных сигналов. Для этой цели используем: модуль ввода-вывода дискретных сигналов EM 223.

Модули ввода дискретных сигналов выполняют преобразование входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. Модули вывода дискретных сигналов - преобразование внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы.

Подключение к соседним модулям производится с помощью плоского кабеля, который вмонтирован в каждый модуль. Внешние цепи подключаются через съемные терминальные блоки, оснащенные контактами под винт. Терминальные блоки закрыты защитными изолирующими крышками. Применение съемных терминальных блоков позволяет производить замену модулей без демонтажа их внешних цепей. На лицевой панели модулей расположены светодиоды индикации состояний внешних цепей.

Количество входов 8

Гальваническое разделение внешних и внутренних цепей оптоэлектронное

Входное напряжение/ ток:

номинальное значение 24 В / 4 мА

высокого уровня, не менее 15 В / 2.5 мА

низкого уровня, не более 5 В / 1 мА

Количество выходов 8

Выходной ток

одного выхода, длительный, не более 2А

одного выхода, импульсный, не более 5А течение 4с

одной группы, суммарный, не более 8А

Габариты 71.2 Ч 80 Ч 62 мм

Масса 0.3 кг

Для решения задачи позиционирования выбираем специализированный модуль EM 253. Модуль имеет необходимый интерфейс для подключения инкрементального датчика положения и два аналоговых выхода для управления силовыми преобразователями. Это специальный функциональный модуль, используемых для управления скоростью вращения и положением серводвигателей. Он обменивается данными с S7-200 через шину расширения ввода/вывода и появляется в конфигурации входов/выходов как интеллектуальный модуль с восемью цифровыми выходами. На основе информации, хранящейся в памяти S7-200, модуль позиционирования генерирует выходной сигнал, необходимые для управления движением.253 характеризуется следующими показателями:

12 светодиодов индикации состояний модуля.

импульсных выхода для управления позиционированием.

дискретных входов.

аналоговых выхода.

Модуль устанавливается на стандартную 35 мм профильную рейку DIN и подключается к соседнему модулю с помощью гибкого кабеля. Питание подключается к модулю через терминалы с винтовыми зажимами. Параметры настройки сохраняются в памяти центрального процессора.

Интерфейс 5В датчиков позиционирования или датчиков позиционирования с интерфейсом RS422.

Позиционирование с использованием абсолютных или относительных координат.

Ручное управление операциями позиционирования.

До 25 профилей позиционирования с использованием до 4 скоростей перемещения.

Компенсация люфта при изменениях направления движения.

Выбор режима работы с установкой до 4 контрольных точек.

Ток, потребляемый от внутренней шины контроллера 190 мА

Габариты 71.2 Ч 80 Ч 62 мм

Масса 190 г

Для обеспечения человеко-машинного интерфейса выбираем панель оператора Simatic OP 73. Данное устройство позволяет управлять установкой подачи тележек вручную.

Подключение к контроллеру через шину PROFIBUS.

Харктеристики:

Прочный пластиковый корпус

" графический LCD дисплей

Мембранная клавиатура, устойчивая к воздействию агрессивных сред

Датчик положения осуществляет преобразование кругового либо линейного перемещения исполнительного органа в эквивалентный цифровой код, поступающий в управляющую часть. Тип датчика выбирают исходя из оценки достижимой погрешности позиционирования, импульсных датчиков, с помощью которых можно получить очень высокую точность позиционирования.

Инкрементальный датчики SINUMERIK (Siemens) подают на оборот определенное количество электрических импульсов, являющихся мерой пройденного пути или угла.

Инкрементальные датчики работают по принципу оптоэлектронной развертки делительных дисков в проходящем свете. Источником света является световой диод (LED). Возникающая при вращении вала датчика модуляция светотени регистрируется фотоэлементами. Посредством правильного расположения штрихового образца на соединенном с валом делительном диске и зафиксированной диафрагмы фотоэлементы посылают два смещенных по отношению друг к другу на 90° путевых сигнала А и В, а также нулевой сигнал R. Электроника датчика усиливает эти сигналы и преобразует их в различные выходные уровни.

В качестве выходного уровня имеются:422 дифференциальные сигналы (TTL);

аналоговые сигналы sin/cos с уровнем 1 Vpp;

У датчиков RS 422 (TTL) благодаря обработке фронта дискретность разрешения может быть увеличена в четыре раза.

Для получения еще более высокого разрешения у датчиков с синусообразными сигналами они интерполируются в вышестоящей СЧПУ. Датчики с интерфейсом HTL (High Voltage Transistor Logic) хорошо подходят для использования с модулями счетчиков.

Рабочее напряжение на датчике или 10 В.30 В

Частота развертки (макс.) 300 кГц

Потребляемая мощность без нагрузки (макс.) 150 мА

Длина кабеля до следящей электроники 100 м

Разрешение, макс.4096

6. Надёжность

6.1 Мероприятия по повышению надежности

К технологическим методам повышения долговечности деталей машин относятся мероприятия по улучшению свойств материалов при формообразовании, применение термической и химико-термической обработки.

Качество детали, от которого зависит ее долговечность, начинает формироваться еще на стадии получения заготовки и продолжает изменяться при дальнейшем изготовлении. Долговечность деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, имеющих их концентраторы напряжений, значительно повышается в результате поверхностного наклепа. Например, при обработке дробью рессор транспортных машин, полуосей автомобилей, зубчатых колес и других деталей, срок их службы увеличивается в 2,5 раза; при обкатке роликами усталостная прочность коленчатых валов из высокопрочных чугунов повышается до 200%, а предел выносливости зубчатых колес тепловозов - на 50%; при чеканке галтелей достигается равнопрочность участков ступенчатых валов, в результате чего их долговечность повышается в 1,5 раза. Повышение предела выносливости деталей с концентратором напряжений, а также повышение износостойкости достигается в процессе гидроструйного наклепывания. Механические свойства всего объема металла повышаются при упрочнении взрывом.

6.2 Предложения по технической диагностике механического оборудования

Некоторые модели изменения уровня надежности основаны на описании процесса доработок посредством учета статистических данных. В таком описании лишь косвенно учитывают факторы, с помощью которых осуществляют улучшение параметров. Даже наилучшая аппроксимация кривых роста надежности описывает явление в среднем и не позволяет дать конкретные рекомендации в каждом отдельном случае. Поэтому необходимо разработать такую модель роста надежности, которая бы позволяла активно вмешиваться в процесс доработок. Только при таком подходе теория построения модели роста надежности станет действующим инструментом не только для описания процесса доработок, но и его непосредственного улучшения.

Математическая модель роста надежности с учетом управляющих воздействий основывается на следующих допущениях и предпосылках:

.        Испытания нового изделия проводят комплексно с учетом различных режимов испытаний (нагрузок, температур, вибраций и т.д.);

2.      В случае появления отказа и установления его причины проводят доработку;

.        Доработка изделия носит комплексный характер, т.е. дорабатывают не только отказавший элемент, но и другие элементы, непосредственно связанные между собой функциональной зависимостью при выполнении изделием поставленной задачи; можно проводить доработку и одного элемента одновременно по нескольким выходным параметрам.

6.3 Определение вероятности безотказной работы САУ цепного транспортера

При расчете надежности системы управления необходимо определить вероятность безотказной работы.

Расчет надежности выполняется в соответствии с требованием ГОСТ 20237-81 и сводится к расчету вероятности безотказной работы изделия и времени наработки на отказ.

Расчет обычно производится при следующих допущениях:

.        Отказы элементов являются событиями случайными и независимыми;

2.      Вероятность безотказной работы элементов изменяется от времени по экспоненциальному закону, то есть интенсивность отказов не зависит от времени;

.        Учет влияний условий работы производится приближенно;

.        Параметрические отказы отдельно не учитываются.

Величины интенсивности отказов компонента:

Асинхронного двигателя, l₁=4,2×10^-5 1/ч

Преобразователя частоты, l₂=5×10^-51/ч

Промышленного контроллера, l₃=10^-61/ч

Усилитель, l₄=25×10^-51/ч

Датчик ОС, l₅=0,2×10^-51/ч

Найдем интенсивность отказов системы в целом при лабораторных условиях работы по формуле (6.1):

l=l₁+l₂+l₃+l₄+l₅ (6.1)

l=4,2×10^-5+5×10^-5+10×10^-5+0,2×10^-5+25×10^-5=44,4×10^{-5 (}1/ч)

Учет влияний условий эксплуатации изделия в ориентировочных расчетах производится с помощью поправочного коэффициента К_l. Найдем данный коэффициент по формуле (6.2):

 (6.2)

где:

К_э=6, эксплуатационный коэффициент для пересчета интенсивностей отказа групп или типов от режимов испытаний к условиям эксплуатации;

К_н=1, коэффициент электрической нагрузки;

К_у=1, Коэффициент расчета надежности, связанный с постоянным усовершенствованием технологии.

Величина интенсивности отказов системы в целом:

 (6.3)

 (1/ч)

Определим вероятность безотказной работы системы для промежутка времени от 0 до 3000 часов. Для этого найдем значение вероятностей (6.4) и построим график P (t).

 (6.4)

Рисунок 6.1 - График зависимости P (t)

Определим время наработки на отказ по формуле (6.5):

 (6.5)

 ч

7. Экономический расчет

7.1 Общие сведения

Важнейшим фактором изготовления продукции является производительность труда - полезный результат трудовых затрат, эффективность труда. Повышение производительности труда - главный резерв удешевления продукции, уменьшение затрат на её производство. Методы повышения производительности труда на предприятии и на рабочих местах многообразны. Основной резерв роста производительности труда - снижение трудоёмкости единицы продукции, лучшее использование рабочего времени, увеличение доли основных производственных рабочих, проведение механизации ручных операций на всех участках производства, внедрение автоматизации.

Основной задачей технического нормирования на предприятии является установление и определение затрат времени (нормы времени) для выполнения определенного объёма работ.

Норма времени является мерой производительности труда. С уменьшением затрат времени на выполнение определенной работы производительность труда повышается. Нормой времени называется время, установленное для производства единицы продукции или выполнения производственной операции (в часах или минутах). Нормой выработки N является количество деталей (или операций), которое должен изготовить рабочий за смену или за час работы (за единицу времени). Чем больше норма выработки, тем меньше норма времени, и наоборот. Товарная продукция предприятия - вся изготовленная и реализуемая продукция. К валовой продукции относится весь объем работ, выполненный на предприятии для обеспечения выпуска товарной продукции (включая заделы изделий). Выполнение производственной программы предприятия характеризуется товарным и валовым выпуском, выполнением номенклатуры изделий, снижением себестоимости продукции, внедрением новой техники, качеством продукции и т.д. Данные о выпуске валовой и товарной продукции имеются в отчете предприятия. Сравнение фактически достигнутых результатов работы с плановыми показателями дают показатели выполнения или невыполнения плана. Качество продукции является наряду с объёмом важнейшим показателем производственной программы. Значение качества продукции часто равносильно увеличению её выпуска без дополнительных затрат сырья, материалов, энергии, труда и т.д. Улучшение качества продукции в основном достигается путем совершенствования конструкции изделий и зависит от технического уровня производства. Себестоимость продукции - это выраженная в деньгах сумма всех расходов предприятия на производство и реализацию продукции. Себестоимость продукции является основным качественным показателем работы каждого предприятия. Для снижения себестоимости и повышения рентабельности производства необходимо осуществление режима экономии, повышение производительности труда, снижение материальных затрат, сокращение затрат на обслуживание производства и управление, ликвидация непроизводственных расходов. Тяжелым бременем на себестоимость продукции ложится брак.

7.2 Расчет капитальных вложений по базовому проекту

Объем капитальных вложений рассчитывается по формуле:

К₁ = К_ОБ + К_М (руб) (7.1)

где

К_ОБ - капитальные вложения на оборудование, определяется по формуле:

К_ОБ = Ц_ОБ ∙ К_ВО ∙ С_ПР (руб) (7.2)

где Ц_ОБ - цена оборудования в год приобретения, 12360 руб;

К_ВО - коэффициент пересчета цен на дату проекта, 60,2:

С_ПР - принятое число комплексов, 1;

К_ОБ = Ц_ОБ ∙ К_ВО ∙ С_ПР = 12360 ∙60,2 ∙ 1 = 744072 (руб)

где К_М - капитальные вложения на монтаж и установку оборудования,

К_М = Ц_ОБ ∙ (а - 1) ∙ К_ВО ∙ С_ПР, (руб) (7.3)

где

а - коэффициент учитывающий затраты на доставку и монтаж оборудования а = 1,1

К_М = 744072 ∙ (1,1 - 1) ∙ 60,2 ∙1 = 74407,2 (руб)

К₁ = 744072 + 74407,2= 818479,2 (руб)

Расчет издержек производства по базовому варианту:

И_П-ВА = И_З + И_Р + И_Э (7.4)

где Из - годовая зарплата рабочих по обслуживанию установки, руб;

И_З =З_СМ ∙ 12 ∙ Р (7.5)

где З_СМ - среднемесячная зарплата рабочих, 17000 руб;

Р - общее число рабочих на установке, 3 чел.

И_З = 17000 ∙ 12 ∙ 3 = 612000 (руб)

И_Р - годовые затраты на ремонт основных фондов, руб;

И_Р = К_ОБ/100 ∙ 20%= 744072/100 ∙ 20% = 148814,4 (руб)

И_Э - затраты на электроэнергию комплекса, руб.

И_Э = Т_Э ∙ W_ГР (руб) (7.6)

где Т_Э - тариф за 1 кВт ч.2,32 руб._ГР - годовой расход электроэнергии, кВт

_ГР = Р_А ∙ Ф_Е ∙ К_В ∙ К_М (кВт∙ч) (7.7)

где Р_А - активная мощность 27 кВт

Ф_Е - действительный фонд времени работы установки 3650 ч.

К_М - коэффициент загрузки по времени 0,725

К_В - коэффициент загрузки по мощность 0,9

_ГР = 27 ∙ 3650 ∙ 0,725 ∙ 0,9 = 64303,9 (кВт∙ч)

И_Э =2,32 ∙ 64303,9 = 149185 (руб)

И_П-ВА =612000 + 148814,4 + 149185= 909999,4 (руб)

Амортизационные отчисления:

А_А = Р ∙ К_ОБ (руб) (7.8)

где Р = 0,053

А_А =0,053 ∙ 744072 = 39435,8 (руб)

Найдем приведенные общие эксплуатационные затраты

 (7.9)

где П_С - годовая производительность, 46080 м³

Удельные капитальные вложения определяем по формуле

 (7.10)

7.3 Расчет капитальных вложений по проектному варианту

Объем капитальных вложений рассчитывается по формуле:

К₂ = К_ОБ + К_М +К_ПО (руб) (7.11)

где

К_ОБ - капитальные вложения на оборудование, определяется по формуле:

К_ОБ = Ц_ОБ ∙ С_ПР (руб) (7.12)

где Ц_ОБ - цена оборудования в год приобретения, 1836500 руб;

С_ПР - принятое число комплектов, 1;

К_ОБ = 1836500∙1= 1836500 (руб)

где К_М - капитальные вложения на монтаж и установку оборудования,

К_М = Ц_ОБ ∙ (а - 1) ∙ К_ВО ∙ С_ПР (руб) (7.13)

где а - коэффициент учитывающий затраты на доставку и монтаж оборудования а = 1,1

К_М = 1836500 ∙ (1,1 - 1) ∙ 1 = 183650 (руб)

К_ПО = З_ПР ∙ n ∙ (1 + K_ОСС) (руб) (7.14)

где З_ПР - заработная плата монтажников и наладчиков, 15000 руб

К_ПО = 15000 ∙ 1 ∙ (1 + 0,26) = 18900 (руб)

К₂ = 1836500 + 183650 + 18900 = 2039050 (руб)

Расчет издержек производства по базовому варианту:

И_П-ВА = И_З + И_Р + И_Э (руб) (7.15)

где И_З - годовая зарплата рабочих по обслуживанию установки, руб;

И_З =З_СМ ∙ 12 ∙ Р (руб) (7.16)

где З_СМ - среднемесячная зарплата рабочих, 15000 руб;

Р - общее число рабочих на установке, 1 чел.

И_З = 15000 ∙ 12 ∙ 1 = 180000 (руб)

И_Р - годовые затраты на ремонт основных фондов, руб;

И_Р = К_ОБ /100 ∙ 20%= 1836500/100∙ 20% = 367300 (руб)

И_Э - затраты на электроэнергию комплекса, руб.

И_Э = Т_Э ∙ W_ГР (руб) (7.17)

где Т_Э - тариф за 1 кВт ч.2,32 руб.

_ГР - годовой расход электроэнергии, кВт

_ГР = Р_А ∙ Ф_Е ∙ К_В ∙ К_М (кВт∙ч) (7.18)

где

Р_А - активная мощность 45 кВт

Ф_Е - действительный фонд времени работы механизма 2350 ч.

К_М - коэффициент загрузки по времени 0,725

К_В - коэффициент загрузки по мощность 0,7

_ГР = 45 ∙ 2350 ∙ 0,725 ∙ 0,7 = 53668 (кВт∙ч)

И_Э = 2,32 ∙ 53668 = 124510 (руб)

И_П-ВА = 180000 + 367300 + 124510=671810 (руб)

Амортизационные отчисления:

А_А = Р ∙ К_ОБ (руб) (7.19)

где Р = 0,053

А_А =0,053 ∙ 1836500 = 97334,5 (руб)

Найдем приведенные общие эксплуатационные затраты

 (7.20)

где П_С - годовая производительность, 55600 м³

Удельные капитальные вложения определяем по формуле

 (7.21)

7.4 Расчет экономической эффективности проекта

Для установления эффективности проектируемого процесса производства сравниваем рассчитанные выше показатели:

Величина издержек производства проекта и базового варианта определяется по формуле:

 (7.22)

Годовой экономический эффект от реализации проекта в производство определяется по разности приведенных затрат:

 (7.23)

Срок окупаемости проекта:

Т_ОК = (К₁ - К₂) / Э_Г = (818479 - 2039050) /354450 = 3,44 (года) (7.24)

В структуре экономической части дипломного проекта были определены затраты на внедрение мероприятия, установлены регламенты его обслуживания и ремонта. Текущие затраты будут представлять собой сумму годовых амортизационных отчислений затрат на ремонт и техническое обслуживание, затрат по заработной плате персонала и расходы на электроэнергию.

Таким образом, базовый и альтернативный варианты устанавливаемого оборудования при одинаковой производительности имеют технико-экономические показатели, приведенные в таблице 7.1

Таблица 7.1 - Технико-экономические показатели базового и проектного варианта

Наименование показателей	Ед. изм	По базовому варианту	По проекту	Разность
Объем капитальных вложений	руб.	818479	2039050
Затраты энергоресурсов	кВт∙ч	64303,9	53668	- 10635
Амортизационные отчисления на оборудование	руб.	148814,4	367300	- 218485
Приведенные общие эксплуатационные затраты	руб/м3	20,6	13,8	- 6,8
Годовой экономический эффект	руб.		413493,5	+354450
Срок окупаемости	лет.		3,44

В стоимостной форме показатели эффективности инвестиционных вложений могут отражать как общую (абсолютную), так и сравнительную (относительную) экономическую эффективность затрат. Если для расчета сравнительной экономической эффективности достаточно учесть только изменяющиеся по вариантам части затрат и результата, то при определении общей экономической эффективности учитываются полностью все затраты и в полном объеме результат, обуславливаемый этими затратами.

8. Безопасность труда

8.1 Общие положения техники безопасности

В основе организации труда любого предприятия предусматривается охрана здоровья трудящихся. Вся производственная деятельность предприятия находится под постоянном контролем представителей органов предприятия, государственного надзора, которые следят за выполнением обязательных постановлений, правил и инструкций по охране труда и технике безопасности. Этот контроль осуществляют отдел техники безопасности предприятия, государственный инспектор, инспектор пожарной охраны и общественные инспектора по охране труда заводских и цеховых комитетов.

Каждое предприятие имеет свои характерные особенности производства, с учетом которых рабочим устанавливаются соответствующий режим работы и правила внутреннего распорядка.

Администрация предприятия обязана всех вновь поступающих на предприятие рабочих проинструктировать по технике безопасности. Инструктаж по технике безопасности бывает двух видов: вводный, осуществляемый работниками отдела техники безопасности предприятия; и производственный, проводимый на рабочим месте мастером или руководителем работы в течение нескольких смен работы.

Без прохождения инструктажа рабочий не допускается к работе в заготовительном цехе или в отделении заготовительного цеха. Во время инструктажа на рабочем месте рабочему должны быть объяснены: устройство оборудования, правила пуска и остановки его, назначение предохранительных устройств и правила их применения. Кроме того, рабочему должны быть разъяснены правила безопасной работы и правила применения защитных средств и спецодежды.

Каждый рабочий должен строго выполнять правила и инструкции по технике безопасности и всячески способствовать улучшению охраны труда на предприятии. Высокопроизводительной и качественной работа может быть в том случае, если она полностью безопасна.

Для предупреждения несчастных случаев проводятся следующие мероприятия по технике безопасности: инструктаж рабочего; подготовка рабочего места и надлежащее его содержание; периодическая проверка состояния противопожарного оборудования, ограждений, исправности электрического оборудования, заземления пилы; проверка знания инструкции по технике безопасности.

8.2 Обеспечение нормативных требований к санитарно-гигиеническим условиям труда

Основной задачей производственной санитарии и гигиены труда является нормализация условий труда и факторов трудового процесса путем устранения или снижения до допустимых нормативов действующих на работающего человека вредных производственных факторов. Поэтому основными этапами деятельности по нормализации условий труда будут являться:

идентификация вредных факторов;

их оценка путем сопоставления с нормативами при осуществлении контроля;

разработка мер коллективной и индивидуальной защиты работающих;

классификационная оценка рабочих мест при их аттестации.

8.2.1 Метеорологические условия

Метеорологические условия определяются следующими факторами:

·        температура воздуха (t,˚C)

·        относительная влажность (%)

·        скорость движения воздуха (V, м/с)

Кроме этих параметров, являющихся основным, на метеорологические условия в цехе также влияет атмосферное давление (Р).

Человек находится в постоянном тепловом взаимодействии с окружающей средой. Для того, чтобы физиологические процессы в его организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна отводиться в окружающую среду.

Соответствие между количеством теплоты и охлаждающей способности среды характеризуют ее как комфортную. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его температурных ощущений - холода или перегрева.

На рабочем месте оператора участка автоклавирования ячеистого бетона оптимальная температура воздуха должна составлять:

·        для холодного периода года +16 +18 С

·        для теплого периода года +20 +23 С

В холодный период года температура поддерживается с помощью водяного отопления.

Влажность воздуха оказывает большое влияние на терморегуляцию организма. Повышенная влажность >85% затрудняет терморегуляцию организма из-за снижения испарения пота, а слишком низкая влажность <20% вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей. Оптимальные величины относительной влажности составляют 40-60%.

Движение воздуха влияет на тепловое самочувствие человека. В жарком климате движение воздуха способствует увеличение теплоотдачи человека и способствует улучшению его самочувствия, но оказывает неблагоприятное воздействие при низких температурах воздуха в холодное время года.

Минимальная скорость движения воздуха, ощущаемая человеком превышает 0,2-0,5 м/с, а летом 0,2-1 м/с.

8.2.2 Освещение

Под производственным освещением понимают систему устройств и мер, обеспечивающую благоприятную работу зрения человека и исключающую вредное и опасное влияние на него в процессе труда. Чтобы оператор мог выполнять зрительную работу, необходимы определенные характеристики света и зрения человека. Рациональное освещение можно обеспечить применением совмещенного освещения: естественного (бокового) и искусственного (комбинированного). Для общего освещения используют газоразрядные лампы низкого давления, а именно, люминисцентные типа ЛЦД. Для местного освещения пульта управления, а именно в кабине оператора автоклавного участка применяют лампы накаливания или люминисцентные мощностью на 18-25Вт. При пользовании источниками искусственного освещения, чтобы исключить слепящее действие света, которое способствует быстрому утомлению глаз, необходимо применять светильники (например, "Глубокоизлучатель"). Избегая контрастных и резких раздражительных тонов, необходимо правильно подобрать окраску стен помещения. Освещение рабочего места - важный фактор создания нормальных условий труда. Хорошее освещение оказывает положительное психологическое воздействие на рабочего, способствует повышению производительности труда.

В кабине оператора участка автоклавирования используется искусственное освещение, освещенность которого составляет 300 лк. На крыше цеха установлены световые фонари, поэтому на участке автоклавирования используется совмещенное освещение. В светлое время суток доля искусственного света значительно меньше.

Естественное освещение какой-либо точки в помещении характеризуется коэффициентом естественной освещенности. Наименьшая расчетная освещенность при естественной освещенности определяется при наружной освещенности 5000 Лк. Для искусственного освещения применяют люминесцентные лампы с высокой световой отдачей и продолжительным сроком службы. Лампы должны быть размещены параллельно светопроемам и равномерно по потолку.

Освещенность: комбинированная 1000 Лк, общее 300 Лк для люминесцентных ламп. Общая освещенность на расстоянии от 0,8 м. от пола 200 Лк для вспомогательных помещений.

Искусственное освещение может быть двух видов: рабочее и аварийное.

Аварийное освещение подразделяется на освещение для продолжения работы и освещение для эвакуации людей.

Наименьшая освещенность при аварийном режиме должна составлять 5% освещенности, нормируемой для рабочего освещения, но не менее 2 Лк внутри зданий и не менее 1 Лк на площадках предприятий.

8.2.3 Вентиляция

Вредные вещества, находящиеся в производственных помещениях в воздухе через дыхательные пути, пищевой тракт могут попасть в организм человека и при определенных условиях вызвать острые хронические отравления (заболевания).

При помощи вентиляции в помещениях создаются нормальные санитарно-гигиенические условия воздушной среды. Воздухообмен в помещениях осуществляется приточно-вытяжной вентиляцией.

Вентиляция может быть общеобменная, когда смесь воздуха с выделяющимися вредностями доводится до допустимых пределов по всему объему помещения, или местной, когда вредности удаляются от мест их выделения через специальные укрытия (местные отсосы).

На участке автоклавирования ячеистого бетона используется общеобменная вентиляция, которая обеспечивает качество воздушной смеси соответствующее нормативам.

Вентиляция должна обеспечивать в помещении метеорологические условия в полном соответствии с требованиями санитарных норм (сн 245-71) и ГОСТ 12.1.005 - 76.

8.3 Безопасная эксплуатация оборудования на участке автоклавирования

8.3.1 Безопасность при разгрузочно-погрузочных работах на автоклавном кране

Повышенная опасность эксплуатации грузоподъемных машин обусловлена следующими факторами:

возможность случайного наезда крана или перемещающегося на нем груза на объекты оборудования или людей;

случайным падением перемещаемого объекта при неправильной его зацепке;

травмированием обслуживающего персонала движущимися частями механизма при неограждении;

поражение электрическим током вследствие повреждения изоляции электрооборудования крана.

Для обеспечения безопасной работы грузоподъемных машин служат предохранительные приспособления и устройства.

Для автоклавного крана - это:

ограничители подъема, ограничители хода моста по подкатным путям, которые оборудованы конечными выключателями, разрывающими цепь питания электродвигателя в конце пути;

тормоза у механизма грузоподъемной лебедки у тележки и моста, обеспечивающего точную установку перемещаемого груза;

звуковой сигнал для предупреждения людей о движении крана;

блокировки, отключающие электрооборудование при внезапном отключении электроэнергии, что обеспечивает невозможность самозапуска двигателя при подаче напряжения вновь;

блокировочные контакты люка кабины крановщика для автоматического снятия напряжения с электрооборудования при входе или выходе через люк из кабины на мост крана.

8.3.2 Безопасность при проведении загрузочно-разгрузочных работ цепным транспортером

Общие требования безопасности.

. На оператора участка автоклавирования могут воздействовать опасные и вредные производственные факторы (подвижные части привода перемещения, повышенное значение напряжения в электрической цепи, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).

. Оператор участка автоклавирования извещает своего непосредственного руководителя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, произошедшем на производстве, об ухудшении состояния своего здоровья, в том числе о проявлении признаков острого заболевания.

. Оператор участка автоклавирования должен:

оставлять верхнюю одежду, обувь, головной убор, личные вещи в

гардеробной;

не принимать пищу на рабочем месте.

Требования безопасности перед началом работы.

. Застегнуть одетую форменную одежду на все пуговицы (завязать завязки), не допуская свисающих концов одежды, убрать волосы под головной убор.

Не закалывать форменную одежду булавками, иголками, не держать в карманах острые и бьющиеся предметы.

. Проверить:

достаточность освещения рабочей зоны;

исправность устройств связи;

наличие ключей "стоп" и исправность аварийных выключателей.

. Обо всех обнаруженных неисправностях устройства и других неполадках сообщить своему непосредственному руководителю и приступить к работе только после их устранения.

Требования безопасности во время работы.

. Выполнять только ту работу, по которой прошел обучение, инструктаж по охране труда и к которой допущен лицом, ответственным за безопасное выполнение работ.

. Не поручать свою работу необученным и посторонним лицам.

. Следить за состоянием применяемого оборудования и чистотой рабочего места.

. Во время работы не допускается:

отлучаться с рабочего места без замены другим работником;

отвлекаться и прекращать наблюдение за работой оборудования, вести посторонние разговоры по переговорному устройству;

пытаться устранять неполадки на работающем механизме;

Требования безопасности в аварийной ситуации.

. Остановить механизм в случае:

появление постороннего стука, шума, скрежета, не свойственных нормальной работе устройства;

падения людей, попадания фаланг пальцев в движущиеся части механизма;

попадания одежды, обуви, посторонних предметов в элементы механизма;

случайного пуска механизма в обратном направлении;

излома отдельных наружных частей механизма и других ситуаций, угрожающих безопасности людей.

. О каждом случае остановки механизма работник обязан сообщить дежурному механику.

. Пострадавшему при травмировании, отравлении и внезапном заболевании должна быть оказана первая (доврачебная) помощь и, при необходимости, организована его доставка в учреждение здравоохранения.

8.3.2 Знаки безопасности

Осторожно! Электрическое напряжение (рисунок 6.1). Постоянный знак.

Укрепляется на опорах воздушных линий, корпусах электрооборудования и электроаппаратуры, на дверях электропомещений, камер выключателей трансформаторов, на сетчатых и сплошных ограждениях токоведущих частей, расположенных в производственных помещениях, на электротехнических панелях, дверцах сплошных щитков и ящиков, на шкафах с электрооборудованием различных машин и станков.

Стой напряжение (рисунок 8.2). Переносной плакат. Вывешивается в закрытых и открытых распределительных устройствах напряжением свыше 1000 Вольт, на сетчатых или сплошных ограждениях камер, соседних с местом работ и противолежащих ему, на временных ограждениях, на переносных щитах и у оголенных участков кабеля.

Не включать работают люди (рисунок 8.3). Переносной плакат. Вывешивается на ключах управления, а также рукоятках или штурвалах приводов выключателей и разъединителей, при ошибочном включении которых могут попасть под напряжение работающие люди.

Не включать работа на линии (рисунок 8.4). Переносной плакат. Вывешивается на ключах управления, а также рукоятках или штурвалах приводов линейных выключателей и разъединителей, при ошибочном включении которых может быть подано напряжение на воздушную или кабельную линии, на которой работают люди.

Заземлено (рисунок 8.5). Переносной плакат. Вывешивается на ключах управления, а также рукоятках или штурвалах разъединителей, отделителей и выключателей нагрузки, при ошибочном включении которых может быть подано напряжение на заземленный участок электроустановки.

 

.3 Электробезопастность

Основные меры, обеспечивающие электробезопасность при прикосновении к конструктивным частям электрооборудования - это контроль сопротивления изоляции.

Защитное заземление - намеренное соединение нетоковедущих частей, которые могут оказаться под током, с заземляющим устройством.

Электротравмы составляют около 1% от общего числа травм на производстве и 20…30% от числа смертельных несчастных случаев. При этом большинство (до 80%) смертельных несчастных случаев происходит на электроустановках напряжением до 1000 В. Предупреждение электротравм, является важной задачей охраны труда, которая на производстве реализуется в виде системы организационных и технических мероприятий, обеспечивающих защиту людей от поражения электрическим током. Для предотвращения возможности поражения электрическим током все металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением, вследствие повреждения изоляции, должны быть надежно заземлены.

Защита электродвигателей и питающего его кабеля от тока короткого замыкания и перегрузок должна осуществляться автоматическими выключателями, установленными на станции управления.

Тип, кинематическое исполнение и степень защиты электрооборудования должны соответствовать номинальному напряжению, характеру его работы и условиям окружающей среды.

Вся аппаратура открытого исполнения (рубильники, предохранители и т.д.) должна быть установлена в закрывающихся на замок металлических конструкциях или иметь предупреждающие надписи и знаки.

9. Охрана окружающей среды

9.1 Охрана среды на ОАО "Коттедж"

Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200 - 03 "Санитарно - защитные зоны и санитарная квалификация предприятий, сооружений и иных объектов" предприятия, их отдельные здания и сооружения с технологическими процессами, являющиеся источниками выделения в атмосферный воздух вредных и неприятно пахнущих веществ, отделяют от жилой застройки санитарно - защитной зоной.

В соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и объектов завод "Коттедж" относится к 3-му классу предприятий, санитарно защитная зона не менее 300 м.

Санитарно - защитная зона для предприятий и объектов может быть увеличена при необходимости и надлежащем обосновании не более чем в три раза в зависимости от следующих причин:

а) превышения допустимых уровней воздействия по любому фактору за пределами требуемой санитарно - защитной зоны по материалам лабораторного контроля при невозможности снижения уровня загрязняемости техническими средствами;

б) наличие новых, недостаточно изученных, не имеющих аналогов в стране и за рубежом технологий.

Санитарно - защитная зона или какая - либо её часть не может рассматриваться как резервная территория предприятия и использоваться для расширения промышленной площадки. Эффективность санитарно - защитной зоны усиливается озеленением их территории древесно-кустарниковой и травянистой растительностью, снижающей концентрацию промышленной пыли и газов.

Санитарно - защитная зона для предприятия 3-го класса должна быть озеленена не менее 50%. Территория санитарно - защитной зоны должна быть благоустроена и озеленена по проекту благоустройств, разрабатываемому одновременно с проектом строительства или реконструкции предприятия.

При проектировании благоустройства санитарно - защитных зон необходимо сохранять существующие зелёные насаждения. Со стороны жилой территории надлежит предусматривать полосу древесно-кустарниковых насаждений шириной не менее 50 м, а при ширине санитарно - защитных зон до 100 м - 20 м.

В санитарно - защитной зоне допускается размещать:

) предприятия, их отдельные здания и сооружения с производствами меньшего класса вредности, чем производство, для которого установлена санитарно - защитная зона при условии аналогичного характера вредности;

) пожарное депо, баки, прачечные, гаражи, склады (кроме общественного и специализированных продовольственных), здания управлений, конструкторских бюро, магазины, поликлиники, обслуживающие данное и прилегающее предприятия;

) стоянки для общественного и личного транспорта, линии электропередач, нефтепроводы и газопроводы, насосные станции, подземные резервуары;

) сельхозугодия для выращивания технических культур, не неиспользуемых для производства продуктов питания.

На территории санитарно - защитных зон не допускается размещать предприятия, производственные здания и другие сооружения в тех случаях, если это может привести к увеличению концентраций вредностей в зоне жилой застройки выше допустимых и если производственные вредности, выделяемые одним предприятием, оказывают вредное воздействие на здоровье трудящихся или портят материалы, оборудование и готовую продукцию другого предприятия.

Завод ОАО "Коттедж" является довольно запыленным предприятием, поэтому предусмотрено применение пылеочистных сооружений (таких как циклоны). Выделение пыли в циклон происходит под действием центробежных сил, возникающих в результате вращения газового потока в корпусе аппарата. Конструктивно циклон состоит из: цилиндрической части 3 с крышкой и тангенцеальным патрубком для ввода запыленного воздуха 1; конической части 4 с патрубком для отвода пыли; центральной трубки с патрубком 2 для отвода очищенного газа; пылесборника 5 [12].

Рисунок 9.1 - Схема работы циклона

Запыленный воздух поступает в циклон по тангенциально расположенному патрубку 1 со скоростью 14-25 м/с, в результате чего он приобретает вращательное движение. Совершив 2-3 оборота в кольцевом зазоре между цилиндрической частью 3 и выхлопной трубой 2, газ винотообразно опускается вниз, причем в конической части аппарата 4, вследствие уменьшения диаметра, скорость вращения потока увеличивается. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона, благодаря чему основная масса пылевых частиц сосредотачивается в потоке газа, движущегося в непосредственной близости от стенок аппарата.

В цилиндрической части циклона 3 статическое давление, как и в каждом искривленном течении, сильно падает в направлении от периферии к центру. В основном потоке направление во внутреннюю сторону сжимающее усилия приходят в равновесное состояние с центробежными силами. Однако у конической стенки 4 и у его крышки начинает уже сказываться перепад давления, сжимающее поток усилие становится значительно больше центробежной силы, и поток в виде сильного вторичного вихря направляется внутрь, захватывая с собой много частиц пыли. Этот вихрь движется по спирали вниз, отбрасывая ранее увлеченные частицы обратно к стенке. Вторичный поток, искривленный вдоль конической стенки, захватывает отброшенную к стенке пыль и направляет её вниз к бункеру 5. без этого потока отдельные частицы, находящиеся у стенки, не смогли бы попасть вниз, поскольку направленная вверх составляющая центробежной силы больше силы тяжести.

Таким образом, в циклоне протекают сложные, аэродинамические процессы, от совершенства которых зависит эффективность работы этих аппаратов. В циклоне ЦН - 15 эффективность газоочистки составляет до 85 %, что в условиях данного производства соответствует санитарно - нормативным показателям.

Заключение

1. В работе проанализирована динамика известной, используемой на промышленном предприятии системы управления электромеханическим приводом перемещения портального робота грузоподъемностью 21т. Показано, что возникающие в системе динамические удары в приводном механизме и перерегулирование в процессе позиционирования не отвечают техническим требованиям технологического участка автоклавирования ячеистого бетона.

. Сформулирована задача автоматизации привода перемещения портального робота путем модернизации системы управления роботом. Для решения этой задачи в дипломной работе исследуется портальный робот как объект управления, выполняется структурный синтез системы, разрабатываются вычислительные модели объекта и системы в целом, выполняются вычислительные эксперименты по исследованию объектов и параметрической оптимизации регуляторов системы, производится технико-экономическое обоснования предлагаемого варианта автоматизации робота.

. На основании известных допущений разработана математическая модель механической системы перемещения робота как объекта управления. Входным воздействием принято напряжение якоря Uя, подаваемое на обмотку якоря, выходная координата линейное перемещение моста крана Х. Расчетная схема представляют собой двухмассовую модель с упругой связью, параметры объекта меняются в функции массы перемещаемых изделий.

. Разработана структура объекта и создана в программной средеего нелинейная вычислительная модель. Выполнен структурный синтез системы управления, обосновано построение системы по принципу с одной измеряемой координатой - положения Х.

. Выпоенные вычислительные эксперименты позволили найти оптимальные настройки регуляторов системы, а именно первого пропорционального регулятора R1, второго пропорционально дифференциального регулятора R2 и третьего интегрального регулятора R3. В разработанной системе исключаются динамические удары в кинематической цепи и обеспечивается одностороннее позиционирование толкающей телеги.

. На основании выполненных исследований разработан вариант технической реализация системы на базе программируемого контроллера Simatic.

. Ожидаемый годовой экономический эффект составляет 39020 руб.

Список используемых источников

1. Казак С.А. "Курсовое проектирование грузоподъёмных машин". - М.: "Высшая школа", 1989г.

. Подъемно-транспортные машины атлас конструкций

. Волков Д.П. Строительные машины: учебник, издание 2-е, перераб. и доп. - М.: Издательство Ассоциация строительных ВУЗов, 2002, 376 с., илл.

. Богданов В.С., Ильин А.С. "Дипломное и курсовое проектирование механического оборудования и технологических процессов предприятий строительных материалов, изделий и конструкций". - М.: "Издательство Ассоциации строительных вузов", 2006. - 784 с

. Галицков С.Я., Галицков К.С., Масляницин А.П. "Динамика асинхронного двигателя". - Самара: Учебное пособие, 2002.

. Каталог продукции SEW-eurodrive. Мотор редукторы.6/2006

. Основы проектирования машин Шелофаст В. В - М.: "Издательство АПМ", 2004. - 467 с

. Курсовое проектирование деталей машин Шейнблит А. Е - М.: "Высшая школа", 1991. - 431 с

. Кривицкий М.Я. "Ячеистые бетоны", М.: Стройиздат, 1972г. - 132стр.

. Силаенков Е.С. "Долговечность изделий из ячеистых бетонов", М.: Стройиздат, 1986г. - 142 с.

. Жарнаков Н.И., Мясников В.Н., Козюк М.Ф., Опрышко В.С., Грачев В.С., "Каталог сборных ячеистобетонных изделий для строительства жилых и промышленных зданий и объектов соцкультбыта", ОАО "Коттедж", 36 стр.

. Юшин В.В., Лапин В.Л., Попов В.М. "Техника и технология защиты воздушной среды", М.: Высшая школа, 2005г. - 389 с.

. Справочник конструктора-машиностроителя. Анурьев В. И.1том

. Головнин Г. Я "Динамика канатов и цепей" М., Металлургиздат, 1962

. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю., Яшков В.А. "Электроснабжение промышленных предприятий и установок" Москва, Высшая школа 2001 г.

. SIMATIC Комплексная автоматизация производства. Каталог ST - 70.. 2007г.

. Шеховцов В.П. Электрическое и электромеханическое оборудование. М.: ФОРУМ, 2004. - 407 с.