Проектирование сборочно-сварочных приспособлений

Проектирование сборочно-сварочных приспособлений

Проектирование роликового стенда

Задание на курсовой проект

По курсу: Проектирование сварочных приспособлений

Тема проекта: Проектирование роликового стенда

Исходные данные: диаметр изделия D=1000мм, толщина=3мм, вес G=200кг, длина l=5000мм.

Введение

Для решения данной проектной задачи наиболее целесообразно использование следующих приспособлений: вращателя с горизонтальной осью вращения или роликового стенда. Предпочтительнее использование последнего приспособления, т.к. роликовые стенды имеют более простую конструкцию, достаточно большой диапазон диаметров собираемых и свариваемых изделий.

Роликовые стенды предназначены для вращения цилиндрических, а также конических и сферических изделий с маршевой скоростью с целью их установки в удобное положение для сборки и сварки продольных швов, а также со сварочной скоростью при различных видах сварки кольцевых швов.

Стенды различают по их компоновке и конструкции основных узлов -холостых и приводных роликоопор и секций. В секцию входят две роликоопоры, расположенные по обе стороны от продольной оси стенда, смонтированные на одной раме. Компоновка стендов зависит от массы, размеров и формы вращаемых изделий.

1. Описание конструкции

Для сварки данного цилиндрического изделия по кольцевым швам проектируем роликовый стенд, имеющий два ряда роликов: один ведущий, а другой холостой. Ведущие ролики насажены на общий приводной вал и снабжены резиновыми грузошинами для увеличения силы сцепления с вращаемым изделием. Используем роликоопоры со встроенным червячным редуктором и валом, имеющим хвостовики для соединения с главным валом и соседними роликами. Применяем перекидные холостые роликоопоры, позволяющие быстро менять расстояние между рядами роликов, т.е. путем перекидки роликов перестраивать стенд на другой диапазон диаметров свариваемых изделий.

Сборка кольцевых стыков корпуса

Перед сборкой кольцевого стыка необходимо подготовить имеющиеся приспособления для сборки и закрепления деталей в процессе прихватки ручной электродуговой сваркой. Приспособления для сборки (стяжки, калибровочные кольца, пауки) должны быть указаны в технологическом процессе на изделие.

В процессе сборки кольцевого стыка корпуса применяются роликоопоры или стенды для сборки кольцевых стыков обечаек, различной грузоподъемности в зависимости от габаритов и массы изделия, пневматические или гидравлические скобы.

При установке деталей на сборочный роликовый стенд необходимо соблюдать следующие требования:

края обечайки должны выходить за роликоопоры не менее, чем на 100мм; - не допускается устанавливать на роликоопоры обечайки, у которых отношение диаметра к длине более двух, а межцентровое расстояние между опорными роликами не менее диаметра корпуса;

следить, чтобы центр тяжести изделия не располагался вне роликового стенда;

соблюдать требования к грузоподъемности роликов;

следить, чтобы корпус не приобретал прогиб в результате отсутствия поддерживающего ролика.

При установке корпуса детали на планшайбу манипулятора необходимо соблюдать следующие требования:

осуществлять выбор манипулятора в зависимости от массы изделия, а также центра масс, который зависит от длины корпуса и его конфигурации.

при установке корпуса на планшайбу руководствоваться диаграммой нагрузки поворотного стола.

при отсутствии диаграммы нагрузки непосредственно на манипуляторе она должна указываться в паспорте или технических условиях на манипулятор.

в случае превышения допустимой нагрузки на манипулятор, во избежание его опрокидывания или опускания поворотного стола, необходимо использовать опорные ролики соответствующей грузоподъемности.

для крупногабаритных изделий, во избежание проворачивания изделия в зажимных кулачках, а также компенсации неточностей размеров диаметров и толщин необходимо использовать поводковый механизм.

Смещение кромок в кольцевых швах металлических сосудов, а также биметаллических со стороны коррозионного слоя не должно превышать величин, казанных.

Перед прихваткой необходимо проверить правильность установленного зазора между кромками, смещение кромок и плавность перехода при разной толщине свариваемых листов в соответствии с требованиями чертежа.

Смещения кромок необходимо исправить при помощи струбцины или других вспомогательных приспособлений. Длина прихватки должна составлять 2-3 S но не более 100 мм, а расстояние между ними 10-40 S, но не более 500мм, где S - толщина стенки корпуса.

В случае если собранные на прихватках детали подлежат транспортировке до сварки, их количество, расположение и размеры должны быть рассчитаны на транспортировочные нагрузки, в том числе от собственного веса.

При выполнении сборки должны быть соблюдены следующие требования: - прихватки должны выполняться теми же сварочными материалами, которые применяются для сварки данной стали;

при сборке под автоматическую сварку прихватки рекомендуется выполнять со стороны, противоположной первому проходу, если по условиям сборки прихватки

необходимо производить со стороны наложения первого слоя, то сварку необходимо производить с расчетом переплавления прихваток или предварительного их удаления;

не допускается наличие на прихватках: трещин, пор, подрезов, наплывов. Дефектные прихватки должны удаляться.

перед сваркой прихватки и кромки свариваемых деталей должны быть тщательно зачищены от брызг, шлака и загрязнений;

непосредственно перед сваркой кромки должны быть обезжирены ацетоном или другим растворителем;

время между зачисткой свариваемых поверхностей и сваркой не должно быть более 24ч.

Согласно руководящих документов и стандартов на изготовление сосудов под давлением до начала производства должна быть проведена аттестация технологии сварки. Основными стандартами, в которых приведены требования к аттестации технологии сварки корпусов сосудов под давлением являются:

) НПАОП 0.00 -1.07 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением».

) ДСТУ ISO 15614-1:2004 «Требования и квалификация процедур сварки металлических материалов - Испытания сварочной процедуры».

) ASME секция IX «Стандарт по аттестации технологии сварки и пайки, сварщиков, пайщиков и операторов сварки».

) ГОСТ Р 52630-2006 - "СОСУДЫ И АППАРАТЫ СТАЛЬНЫЕ СВАРНЫЕ. Общие технические условия".

) ПБ 03-576-03 «Правила устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением».

) ПНАЭ Г-7-010-89 «Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля»; Перед началом сварки корпусов сосудов давления, контрольные сварные соединения должны быть сварены и испытаны в соответствии с документом указанном выше.

Подготовка изделия к сварке.

Порядок сборки конструкций должен производиться в соответствии с технологическим процессом, разработанном на основании рабочих чертежей и технических условий на изделие. Сборку корпусов аппаратов надлежит производить только после приемки качества поверхности и формы подготавливаемых кромок в соответствии с требованиями чертежа и настоящей инструкции.

Закрепление деталей при сборке конструкций производится при помощи специальных приспособлений (струбцин, калибровочных колец, прижимов, гребенок и т.д.) указанных в технологическом процессе на сборку и сварку изделия. При сборке прихватки деталей необходимо выполнять электродами той же марки, которая применяется при сварке данного соединения и имеющие тот же тип, что и сварочная проволока для сварки автоматом.

Прихватки перед сваркой должны быть тщательно очищены от шлака. На пересечении швов прихватки не допускаются.

Прихватки, имеющие дефекты (трещины, шлаковые включения) перед сваркой должны быть удалены. Удаление прихваток производиться механическим способом. При сборке под автоматическую сварку прихватки рекомендуется располагать со стороны, противоположной первому проходу, если по условиям сборки прихватки необходимо ставить со стороны наложения первого слоя, то сварку необходимо производить с расчетом прихваток. При автоматической сварке продольных стыков корпусов и обечаек обязательно следует применять технологические пластины для вывода на них начального и конечного участков шва длинной 40 - 50 мм.

В процессе транспортировки, хранения и сборки деталей, сборочных единиц должно быть исключено попадание влаги, масла и других загрязнений в зазоры соединений и на прилегающие поверхности в местах сварки.

Кромки свариваемых деталей и околошовная зона перед сваркой должны быть зачищены до металлического блеска на ширину не менее 20 - 30 мм.

Величина зазора, притупления и угол разделки под сварку принимается в соответствии с требованиями чертежа или технологических инструкций на сварку (WPS).

При сборке и сварке деталей с целью снижения прилипания брызг к основному металлу, околошовную зона основного металла рекомендуется покрыть защитным покрытием (каолин или специальной пастой).

При автоматической и электрошлаковой сварке на околошовную зону не следует наносить защитное покрытие.

Шероховатость поверхности кромок под сварку должна быть не выше Rz 80. Правильность сборки перед сваркой должна быть проверена БТК в соответствии с требованиями чертежей, ОСТ 26-291 и других нормативных документов на изготовление указанных в чертежах.

Предварительный подогрев перед сваркой следует применять при сварке углеродистых и низколегированных и высокохромистых сталях в зависимости от марки свариваемой стали и ее толщины.

Эквивалент углерода по содержанию легирующих элементов:

Сэкв = С + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15;

Эквивалент углерода с учетом толщины S:

Сэ = Сэкв(1 + 0,005S);

Расчетная температура подогрева:

Т = 350

Технологические указания по сварке.

Перед началом сварки необходимо убедиться в том, что требования стандартов к аттестации технологии сварки соблюдены, и результаты испытания сварных образцов являются удовлетворительными.

Убедиться в том, что сварщики и операторы сварки имеют допуск к выполнению данной технологии сварки. Подтверждением является протоколы сварщика о прохождении испытаний на допуск к сварке конкретных изделий.

Порядок допуска и требования к аттестации сварщиков и операторов сварки приведены в "Правила аттестации сварщиков"

Способы сварки, сварочные материалы, а также конструктивные элементы подготовки кромок и размеры швов в зависимости от толщины, длинны и диаметра корпусов показаны здесь.

Выбор способа сварки и материалов

При изготовлении аппаратов и сосудов, предназначенных для работы при отрицательных температурах до минус 70°С и ниже следует применять РД 26-8-87 и ОСТ 26-01-151.

Сварку конструкций разрешается проводить при температуре окружающего воздуха не ниже 0°С

При температуре ниже минус 0°С до -20°С сварка выполняется с предварительным подогревом до 100 - 250 °С, в зависимости от содержания углерода, марки стали и ее толщины.

сварку следует производить только после проверки качества сборки;

при выполнении сварки необходимо выполнить требования.

а) произвести подварку корня шва на режимах.

б) при сварке сталей необходимо соблюсти требования по предварительному подогреву. После сварки необходимо вырезать корневую часть шва до здорового металла шлифмашинкой;

при выполнении двухсторонней сварки необходимо подготовить и установить флюсовую подушку;

установить сварочный аппарат изнутри и выполнить сварку корпуса.

При выполнении первого слоя сварочная дуга должна быть смещена от вертикальной оси изделия на величину L= 100 - 150 мм;

установить режимы сварки в зависимости от толщины и материала детали;

при выполнении сварки высоколегированных сталей с требованиями к МКК, последний шов выполняется со стороны воздействия агрессивной среды;

при многослойной сварке не допускается совмещение кратеров в одном сечении;

наложение каждого последующего слоя производить после тщательной зачистки предыдущего слоя от шлака, брызг и окалины, при помощи железных щеток и зубила;

сварка осуществляется с обязательной раскладкой валиков и перекрыванием на 1/3 их ширины;

в случае обрыва дуги перед возобновлением сварки кратер шва и прилегающий к нему участок на расстоянии 10-15 мм должны быть очищены от шлака. При этом зажигание дуги произвести на расстоянии 10 - 15 мм от кратера; - при получении прожогов вытекающий металл следует удалить механическим способом.

Во время сварки следить:

за разматыванием кассеты с проволокой и не допускать ее запутывания;

при вытекании шлака небольшими порциями подсыпать флюс;

корректировать (при необходимости) положение сварочной проволоки так, чтобы она находилась на продольной оси поперечного сечения шва и не замыкала на кромки свариваемых заготовок.

наблюдать за состоянием токоподводящих контактов, своевременно очищать мундштуки от нагара, и в случае необходимости заменить их новыми; - следить за правильностью работы роликоопор или манипулятора;

запрещается во время вращения манипулятора с изделием становится на изделие для контроля процесса сварки или обивки шлака, для это необходимо применять специальные леса или площадки обслуживания.

После окончания сварки металл шва и прилегающая к нему зона должны быть очищены от шлака и брызг. После остывания шва, производится внешний осмотр и измерения по ГОСТ 3242.

При обнаружении дефектов, таких как подрезы, наплывы и шлаковые включения необходимо исправить дефект, зачистив пневмошлифмашинкой зону дефекта или подварив подрез ручной электродуговой сваркой электродами для сварки данной марки стали, при подварке сталей учесть требования по предварительному подогреву или РП согласно требований КД.

После зачистки шва произвести клеймление сварного соединения сварщиками. Проводится ультразвуковой контроль. При выявлении дефектов необходимо выполнить их исправление и произвести повторный контроль.

После термообработки деталь подлежит повторному ультразвуковому контролю.

2. Расчет роликового стенда

Исходные данные: диаметр изделия D=1000мм, толщина=3мм, вес G=200кг, длина l=5000мм. На рисунке 1 представлена расчетная схема типового роликового стенда с одним рядом приводных роликоопор.

Рисунок 1- Расчетная схема роликового стенда

Принимаем центральный угол

Возможный дисбаланс

.1 Окружные усилия на роликах

Необходимое окружное усилие Т1 на приводных роликоопорах находим по формуле [2]:

 (2.1)

где -центральный угол, Е - эксцентриситет, выраженный в долях радиуса барабана (дисбаланс).

 (2.2)

где - диаметр роликоопоры;

- диаметр оси роликоопоры в подшипниках;

f- коэффициент трения в подшипниках(для подшипников качения при конических роликоподшипниках f=0,02).

-коэффициент трения качения (для стальных роликов =0,06÷0,08 см, для обрезиненных =0,25÷0,35см)

Выбираем типовую приводную роликоопору по ГОСТ 21327-75, установленную на роликовом стенде Т-30, со следующими данными =41см, =7см, показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Роликоопора по ГОСТ 21327-75

Необходимое окружное усилие Т2 на приводных роликоопорах находим по формуле [2]:

 (2.3)

.2 Опорные реакции на роликоопорах при вращении их под нагрузкой

Опорные реакции приводных роликоопор определяются по формуле [2]:

 (2.4)

кгс

Опорные реакции холостых роликоопор определяются по формуле [2]:

 (2.5)

кгс

2.3 Расчетная нагрузка роликов, их осей и валов

Зная величину окружных и радиальных усилий, действующих на ведущие роликоопоры, определяем расчетную нагрузку роликов, их осей и валов по формуле [2]:

, (2.6)

где Р1-нагрузка на одну ведущую роликоопору;

ip-число роликоопор в одном ряду, конструктивно принимаем 4; кр- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки на роликоопорах ( для обрезиненных роликов ip =2 кр =1; при ip≥3 кр =1,2÷1,3).

Зная величину окружных и радиальных усилий, действующих на холостые роликоопоры, определяем расчетную нагрузку роликов, их осей и валов по формуле [2]:

, (2.7)

кгс

По таблице 14 [2 стр.209] принимаем типовые роликоопоры с номинальной нагрузкой на опору 0,5тс.

Приводная - РП-0.5

Перекидная холостая - РХП-0.5

2.4 Расчет вала приводной роликоопоры

Наибольшее окружное усилие на червячном колесе определяется по формуле [2]:

, (2.8)

где Dч - диаметр начальной окружности червячного колеса.

кгс

Расчетная схема показана на рисунке 3.

Реакция опоры А:

кгс

Реакция опоры В:

кгс

Изгибающие моменты на участках будут равны:

кгс*см

кгс*см

кгс*см

кгс*см

Наибольший изгибающий момент действует в сечении III

Крутящий момент Мкр на валу рассчитывается по формуле [2]:

 (2.9)

где dв- диаметр вала в подшипниках, для данных роликоопор dв =7см

кгс*см

Эквивалентный, расчетный момент на валу рассчитывается по формуле [2]:

 (2.10)

Расчетный диаметр вала рассчитывается по формуле [2]:

 (2.11)

см

Для валов из стали 35 допускаемое напряжение изгиба =500÷600кгс/см2

Размеры приводной роликоопоры:

l=400mm; l1=80mm; l2=175mm; l3=145mm; h1=17,5mm; h2=110mm.

Рисунок 3 - Расчетная схема

Необходимая минимальная мощность на приводном валу роликоопор, кВт, определяется по формуле [2]:

где - частота вращения вала при маршевой скорости, об/мин.

В данном случае

Необходимая мощность приводного электродвигателя

,

где - общий КПД приводного механизма

Проверка запаса сцепления приводных роликов с изделием:

где Т1 и Q1 определялись выше; - коэффициент сцепления роликов с изделием, для стальных роликов можно принимать =0,15, для обрезиненных =0,3÷0,4.

В данном случае запас сцепления соблюден и возможность пробуксовки маловероятна.

Заключение

роликовый стенд сварка

В данном курсовом проекте был спроектирован роликовый стенд для сварки цилиндрического изделия по кольцевым швам (диаметр изделия D=1000мм, толщина=3мм, вес G=200кг, длина l=5000мм).

Роликовый стенд имеет два ряда роликов: ведущие и холостые. Для увеличения силы сцепления, с вращаемым изделием, ведущие ролики снабжены резиновыми грузошинами.

При установке детали на резиновый стенд были соблюдены требования: к грузоподъёмности роликов, отсутствие прогиба корпуса изделия.

В данном проекте для сварки цилиндрического изделия были рассчитаны окружные усилия на ролики, опорные реакции приводных и холостых роликоопор, при вращении их под нагрузкой. Также рассчитали нагрузку на сами ролики, их оси и валы.

С учётом всех нагрузок был выбран электродвигатель необходимой мощности для вращения вала.

Список использованных источников

1. Гитлевич А.Д., Этингоф Л.А. Механизация и автоматизация сварочного производства. 2-е изд., перераб. - М.: «Машиностроение», 1979. - 280 с., ил.

. Севбо П.И., Конструирование и расчет механического сварочного оборудования. - Киев: Наукова думка, 1978. - 240с.

3. Рыморов Е.В. конструирование и расчет сварочных приспособлений: Учебное пособие. - Брянск, изд. БИТМа, 1987. - 88 с.

4. Евстифеев Г.А, Веретенников И.С. средства механизации сварочного производства. Конструирование и расчет. М., «Машиностроение», 1977. 96с. с ил.