Автоматизация подачи колес в оперативный склад

Автоматизация подачи колес в оперативный склад

Федеральное Агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Иркутский Государственный Университет путей сообщения»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Автоматизация подачи колес в оперативный склад»

Выполнил:

Мусина О.В.

Иркутск

Содержание

Введение

1. Цель автоматизации

2. Структурная схема

3. Назначение технологической установки

4. Принцип действия технологической установки

5. Расчет параметров технологического процесса

6. Определение параметров цикла установки

6.1 Подбор конвейерной ленты

6.2 Подбор роликоопор

6.3 Расчет основного и вспомогательного времени

7. Алгоритм работы установки

7.1 Составление алгоритма работы

7.2 Технические требования к системе автоматизации

8. Схема автоматизации на PLC

9. Выбор приводов. Силовой расчет гидроцилиндров

10. Выбор датчиков

Список литературы

Введение

Современный опыт развития мирового сообщества доказывает, что демократическое, социально ориентированное, экономически развитое государство должно заботиться об улучшении условий и охране труда, научной организации, о сокращении, а в дальнейшем и полном вытеснении тяжелого физического труда на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов во всех отраслях народного хозяйства.

Под механизацией технологического процесса понимают применение энергии неживой природы в технологическом процессе или его составных частях, полностью управляемых людьми, осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения объема выпуска и качества продукции.

Под автоматизацией технологических процессов понимают применение энергии неживой природы в технологическом процессе или его составных частях для их выполнения и управления ими без непосредственного участия людей, осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения объема выпуска и качества продукции.

Целесообразность перехода от механизированного производства к автоматизированному определяется тремя принципами:

·     достижение конечного результата - автоматизированное оборудование должно иметь большую производительность, чем механизированное;

·        комплексность - автоматизация производства должна охватывать все производственные структуры, связанные с выпуском продукции;

·        экономическая необходимость - автоматизация допускается там, где она экономически оправдана.

Многие виды ручного труда, которые тяжело, не интересно, а порой и опасно выполнять человеку, все еще остаются неавтоматизированными. Это в частности относится к операциям по подъему и транспортированию различных грузов в промышленности. В полной мере это относится и к транспортным отраслям народного хозяйства. Увеличение грузопотока, сокращение времени простоя транспортных средств под погрузкой и разгрузкой, обработка, складирование и хранение грузов, да и само производство подвижного состава невозможны без применения новых универсальных автоматизированных технических средств.

Потребность разработки и внедрения средств автоматизации в вагоностроении и вагонном хозяйстве обусловлена ростом объемов вагоностроительного и вагоноремонтного производств (под влияние увеличения численности подвижного состава, изменения его структуры, увеличения доли специализированных и специальных вагонов, повышения их конструкционной сложности), сравнительно низким уровнем механизации и автоматизации производства и социальными факторами.

Актуальнейшей остается проблема комплексной механизации и автоматизации подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ.

1. Цель автоматизации

Основная цель автоматизации - устранить тяжелый физический, малопроизводительный труд.

Главная задача производства заключается в выпуске продукции, удовлетворяющей потребностям экономики, обладающей высоким качеством при минимальных затратах на её производство, материальных, финансовых, трудовых и энергетических ресурсов.

Для решения этой задачи необходимо добиваться резкого уменьшения тяжёлого физического, монотонного и малоквалифицированного труда, широко внедрять передовую технологию, автоматизацию и механизацию. Следует повышать технический уровень и совершенствовать организацию производства, обеспечивая тем самым его всестороннюю интенсификацию, рост производительности труда и увеличение прибыли.

Современное производство предполагает автоматизацию технологических процессов на базе применения информационных технологий, систем машин, автоматических манипуляторов с программным управлением, автоматизированных и роботизированных комплексов и линий, гибких производственных систем, охватывающих основное, вспомогательное и обслуживающее производства.

Кроме внедрения новой техники, конструктивное совершенствование неавтоматизированного оборудования происходит путем увеличения мощности и быстроходности приводов, повышения геометрической точности и жесткости их узлов и применения в конструкциях современных материалов, позволяющих улучшить его прочностные и трибологические свойства. Внедрение систем автоматических машин снимает ограничение в реализации технологических операций и процессов без непосредственного участия человека.

При автоматизации объектов вагоноремонтного производства чаще всего автоматизируют операции очистки, обмывки, сварки, наплавки, механической обработки, транспортировки, окраски и др. При анализе таких операций необходимо учитывать наличие вредностей и опасностей, требующих исключения человека при их выполнении.

Технические вопросы автоматизации заключаются в разработке требований на автоматизацию объекта и технических решений, обеспечивающих требуемую производительность машины, точность, качество, надежность, организации изготовления и приобретения средств автоматизации, их монтажа и проведения пусконаладочных работ.

Экономические задачи автоматизации связаны с проведением комплексного технико-экономического анализа совокупности производственных процессов и оценкой технического уровня производства.

2. Структурная схема

Структурная схема автоматической машины показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема автомата:

ЗУ - загрузочное устройство;

ТМ - технологическая машина;

РУ - разгрузочное устройство;

КУУ - контрольно-управляющее устройство.

Загрузочный механизм включает накопитель, питатель и отсекатель. Питатель подает детали по одной из накопителя в рабочую зону технологической машины, которая выполняет заданную технологическую операцию (транспортировку). Отсекатель отделяет одну деталь от остального потока. Накопители чаще всего бывают в виде магазинов (вертикального, горизонтального или наклонного вида), где детали хранятся в строго ориентированном положении в один ряд.

На месте технологической машины в схеме на рисунке 1 в данном курсовом проекте находится ленточный конвейер.

Разгрузочное устройство состоит из механизма, удаляющего деталь из рабочей зоны технологической машины и накопителя готовой продукции.

Система управления обеспечивает взаимодействие этих устройств и их работу в строгой последовательности с целью выполнения заданного технологического процесса в установленное время.

Все перечисленные устройства, входящие в функциональные блоки машины, содержат типовые звенья (машины-двигатели, машины-орудия, передаточные механизмы и механизмы управления. Все механизмы автоматической машины для реализации ее рабочего цикла совершают рабочие и холостые ходы.

Используя структурную схему автоматической машины, построим ее принципиальную конструктивную схему, заменяя функциональные блоки конкретным механизмом, учитывающим характер выполняемых действий и тип заданного привода. Принципиальная конструктивная схема рассматриваемой установки приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 Кинематическая схема конвейера подачи колес в оперативный склад:

а) 1 - подъемная площадка; 2 - гидроцилиндр; 3 - лента транспортера; 4 - колесо;

б), в) - вариант исполнения подающей подъемной площадки;

г) - подающая подъемная площадка в сборе в опущенном положении,

д), е) - вариант исполнения принимающей площадки;

ж), з) - принимающая площадка в сборе в момент касания колеса прижимных роликов в поднятом положении (ж) и в момент расхождения роликов на величину диаметра принимаемого колеса по горизонтали в опущенном положении (з).

3. Назначение технологической установки

Технологическая установка выполняет функцию перемещения изделия (колеса) в пространстве и включает в себя следующие транспортные устройства: ленточный конвейер с полусамотечным способом транспортирования и прерывистым режимом работы, две подъемных площадки с гидроприводом, одна из которых подает колесо на ленточный конвейер, а другая принимает доставленное конвейером колесо и подает его на следующую позицию.

Ленточные конвейеры применяются для транспортирования штучных, кусковых и сыпучих грузов.

По профилю трассы ленточные конвейеры разделяются на горизонтальные, наклонные и комбинированные.

Все конструктивные элементы конвейера монтируются на опорной металлоконструкции (раме), закрепленной на фундаменте или несущих частях здания. Металлоконструкции конвейеров выполняются сварными из стандартных прокатных профилей: уголков, швеллеров и т.д.

Подъемные устройства предназначены для подъема грузов на небольшую (порядка 1 м) высоту. Управление приводом таких устройств как правило сводится к пуску, остановке и реверсированию. Скорость перемещения при этом не регулируется и в установившемся режиме остается постоянной. Контроль за перемещениями и их ограничение обеспечиваются специальными датчиками, роль которых, как правило выполняют путевые выключатели.

4. Принцип действия технологической установки

Колесо поступает с предыдущей позиции (из вертикального накопителя магазинного вида) на подъемную площадку (рис. 2, б), где фиксируется с одной стороны опускающейся люлькой (рис. 2, в), исключающей перемещение колеса в плоскости параллельной опущенной подъемной площадке до её подъема и исключающей падение колеса с площадки, а с другой стороны двумя роликами, которые становятся опорой для колеса при подъеме площадки.

После этого включается гидропривод площадки, и она начинает поворачиваться вокруг оси ее закрепления. Площадка поворачивается (рабочий ход) до тех пор, пока её наклон не будет достаточен для скатывания колеса по роликам под действием собственного веса на транспортерную ленту. Конечное положение поднятой площадки определятся полным выходом штока гидроцилиндра, следовательно, оно фиксированное.

Колесо движется вместе с лентой под действием собственного веса (благодаря наклону основания, на котором закреплены ролики конвейера), перекатываясь по роликам, а подающая площадка продолжает оставаться в поднятом состоянии.

Доехав до конца конвейера, колесо перекатывается на горизонтальные ролики поднятой принимающей площадки (рис. 2, д) с расчетной скоростью v, изменяющейся в небольших пределах в зависимости от массы конкретного колеса, и стопорится вертикальными (при поднятой площадке) роликами, которые в свою очередь передают энергию удара на боковые пружины, сжимая их (рис. 2, е). Так как ускорение колеса, съезжающего с конвейера на принимающую площадку не превышает ускорения свободного падения g, пружины не сжимаются на величину, достаточную для высвобождения колеса.

После этого включается гидропривод принимающей площадки, и она начинает поворачиваться (рабочий ход) вокруг оси закрепления, до тех пор, пока не займет вертикального положения (которое фиксируется, когда шток полностью уходит в цилиндр). В это же время начинает возрастать нагрузка от колеса на пружины, и они, сжимаясь, разводят прижимные ролики в стороны. Таким образом, свободный проход для колеса начинает увеличиваться, и оно начинает съезжать по опорным роликам и по прижимным роликам. Когда площадка займет вертикальное положение, весь вес колеса перераспределится на прижимные ролики, которые, под действием этой силы, сжав пружины, раздвинутся на величину диаметра колеса, обеспечив ему свободное перемещение вниз. Благодаря тому, что прижимные ролики перемещаются по направляющим, имеющим наклон друг к другу, равный 90є, и симметричным относительно вертикальной оси, колесо любого диаметра (в пределах допуска) устанавливается на одинаковом уровне понизу (рис. 2, з), что исключает падение колес меньшего диаметра и возникновение вследствие этого дефектов поверхности катания.

После того, как колесо полностью переместится с принимающей площадки на следующую позицию (в накопитель на складе), включается её гидропривод, и она поднимается в исходное положение (холостой ход). В это же время начинает опускаться подающая площадка (холостой ход). После того как обе площадки придут в исходное положение, цикл повторяется.

5. Расчет параметров технологического процесса

Исходные данные: n_B = 9600 шт. - количество четырехосных вагонов в год; 2600, n_K = 76800 шт. - количество колес в год. 20800 шт.

Принимаем работу установки в одну 12-тичасовую смену, рабочее время t_РАБ = 11 часов.

Определим максимально допустимое время цикла Тц одного колеса при 11-тичасовом рабочем времени по формуле:

, (5.1)

Определим количество колес, проходящих через установку в сутки (ритмичность):

, (5.2)

Пересчитаем максимально допустимое время цикла колеса по формуле:

, (5.3)

Максимально допустимое время работы установки с одним колесом (такт) примем равным 30% от общего времени цикла колеса:

, (5.4)

0.3*702 сек.=211 сек.

6. Определение параметров цикла установки

.1 Определение параметров конвейерной ленты

Примем конечную скорость ленты с колесом равной V_K = 0,2…1 м/с.

Ширину ленты примем из стандартного ряда по ГОСТ 22644-77 В = 1000 мм.

Обозначение выбранной резинотканевой конвейерной ленты общего назначения:

ЛЕНТА 2 - 1000 - 3 - БКНЛ - 65 - 3 - 1 - Б - ГОСТ 20-76,

где 2 - тип ленты;

- ширина ленты, мм;

- число прокладок;

БКНЛ-65 - наименование ткани;

- толщина обкладки, мм;

- толщина нерабочей обкладки, мм;

Б - класс прочности обкладочной резины.

Минимальная прочность прокладки Кр = 55 Н/мм.

Максимальная нагрузка на ленту от колеса:

 (6.1)

Прочность ленты обеспечена.

Определим массу одного погонного метра ленты по формуле:

, (6.2)

где В = 1 м - ширина ленты;

д₁ = 3 мм - толщина обкладки рабочей поверхности;

д₂ = 1 мм - толщина обкладки нерабочей поверхности;

i = 3 - число тканевых прокладок;

д_ПР = 1,15 мм - толщина одной тканевой прокладки.

.2 Определение основных параметров роликоопор

Для транспортировки штучных грузов выбираем опоры типа «П», состоящие из одного ролика с выносными подшипниками на полуосях (тип II).

При ширине ленты В = 1000 мм и прямой роликоопоре рекомендуется [3] принимать: ролик диаметром d_P = 133 мм, массой m_P = 21,5 кг.

Обозначение выбранной роликоопоры:

РОЛИКООПОРА П100 - 133 ГОСТ 22645-77,

где П - тип роликоопоры;

- ширина ленты, см;

- диаметр ролика, мм.

Расстояние между роликоопорами для грузов массой свыше 20 кг принимается:

,

где b - максимальный размер груза по ходу ленты (в данном случае диаметр колеса).

Примем

Примем длину конвейера по гипотенузе L = 10 м.

Число роликоопор в конвейере соответственно равно z = 26.

Примем угол наклона конвейера равным в = 6є и проверим, будет ли при этом создаваться сила тяги достаточная для преодоления сопротивления и движения колеса с лентой под действием только их веса.

Сопротивление движению ленты с колесом [3] складывается из сопротивлений холостой, рабочей ветвей и сопротивления при огибании крайнего верхнего ролика.

, (6.3)

Сила тяги (если она создается) равна:

, (6.4)

, (6.6)

где q = 402/L кг/м - погонная масса груза;

q_Р = 26∙m_P/L - погонная масса вращающихся частей роликоопор;

w' = 0,035 - коэффициент сопротивления движению ленты по

роликоопорам в неотапливаемом помещении с повышенной влажностью или на открытом воздухе при наличии большого количества абразивной пыли.

Сила тяги равна:  

Определим ускорение, с которым движется лента с колесом:

, (6.7)

Начальную скорость колеса на конвейере примем равной нулю, тогда:

, (6.8)

Решив систему, найдем максимальную конечную скорость колеса и время его движения по конвейеру:

При пересчете по формулам (6.3-6.8) для колеса предельно малой допустимой массы:

Таким образом, максимальное время спуска колеса по конвейеру не превышает 31 сек.

Расчетное время спуска колеса по конвейеру примем как среднее между минимальным (при колесе большего диаметра) и максимальным (при колесе меньшего диаметра).

Учитывая проведенные выше расчеты и принятую конструктивную схему, разобьем предварительно время такта на периоды для выполнения конкретных технологических операций.

Рисунок 3 Временная диаграмма работы технологической установки.

) Погрузка колеса на подающую площадку - 2 сек;

) Срабатывание датчика наличия колеса на подающей площадке и включение ее гидропривода - 1 сек;

) Подъем подающей площадки до тех пор, пока колесо не съедет с датчика наличия на этой площадке - 7 сек;

) Отключение датчика наличия колеса на принимающей площадке и остановка гидропривода - 1 сек;

) Съезжание колеса по роликам подающей площадки на ленту транспортера - 1 сек;

) Работа транспортера - 27 сек;

) Съезжание колеса с транспортера на ролики принимающей площадки - 1 сек;

) Срабатывание датчика наличия колеса на принимающей площадке и включение ее гидропривода - 1 сек;

) Опускание принимающей площадки до тех пор, пока она не займет вертикальное положение - 5 сек;

) Срабатывание датчика нахождения принимающей площадки в вертикальном положении - 1 сек;

) Выгрузка колеса с принимающей площадки на приемный механизм следующей позиции - 3 сек;

) Отключение датчика наличия колеса на принимающей площадке - 1 сек;

) Подъем принимающей площадки и одновременно опускание подающей площадки - 5 сек.

) Срабатывание датчика вертикального положения подающей площадки - 1 сек.

7. Алгоритм работы установки

7.1 Составление алгоритма работы

Управление механизмами подъема сводится к реализации следующих задач: пуск, остановка, изменение направления. Для контроля за процессом схема оснащена датчиками. За всем контролем и управлением следит контроллер (CPU). Пуск устройства выполняется с оперативной панели.

) Подход колеса с предыдущей позиции к подающей платформе;

)