Совершенствование технологии ремонта вала вентилятора ВПЦ-6-45 в условиях УМСР ОАО «СМТ-41» г. Сморгонь с разработкой фрезерного приспособления

Дипломный проект

Расчетно – пояснительная записка на с., графическая часть на листах формата А1, таблиц , иллюстраций , приложения.

В проекте представлен анализ хозяйственной деятельности УМСР ОАО «СМТ-41», рассмотрены действующая технология ремонта вала вентилятора ВПЦ-6-45 и существующие технологии ремонта, по результатам которых разработана перспективная, ресурсосберегающая технология восстановления вала вентилятора ВПЦ-6-45 в условиях предприятия, обосновано технологическое оборудование и оснастка.
В конструкторской части проекта разработано фрезерное приспособление. Изложены устройство и работа приспособления, разработана конструкция, выполнены расчеты основных рабочих элементов.
В разделе по безопасности жизнедеятельности дана оценка состояния охраны труда и экологической обстановки на предприятии, рассмотрена оценка устойчивости потенциально опасных объектов.
Технико – экономические расчеты подтвердили целесообразность и обоснованность принятых в проекте решений.


СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ...
1 ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА...
1.1 Краткая характеристика УМСР ОАО «СМТ-41»..
1.2 Анализ конструкции, условий работы, дефектов и ремонтной технологичности вентилятора ВЦП-6-45...
1.3 Обзор существующих технологий устранения дефектов вала вентилятора...
2 ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ И ГОДОВОГО ОБЪЕМА РАБОТ ПО РЕМОНТУ ВЕНТИЛЯТОРОВ ВПЦ-6-45...
3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДЕФЕКТАЦИИ...
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВАЛА ВЕНТИЛЯТОРА ВПЦ-6-45
4.1 Обоснование способов устранения дефектов
4.2 Выбор схем базирования......
4.3 Технологический маршрут восстановления вала вентилятора...
4.4 Разработка технологических операций...
5. ПРОЕКТИРОВАЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ...
5.1. Режимы работы и основные фонды времени...
5.2. Расчет количества рабочих...
5.3 Расчет количества рабочих мест...
5.4 Технологическая планировка...
5.5 Расчет потребностей в энергоресурсах...
6 КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА......
6.1 Обоснование необходимости конструктивной разработки приспособления...
6.2 Техническая характеристика приспособления
6.3 Устройство приспособления
6.4 Работа приспособления для фрезерования шпоночных пазов
6.5. Расчет на прочность деталей механизма приспособления...
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ...
7.1 Анализ состояния охраны труда на УМСР ОАО «СМТ-41» Сморгонского района
7.2 Требования безопасности при выполнении разрабатываемого технологического процесса ремонта вала вентилятора..
7.3. Обеспечение безопасности и санитарно-гигиенических условий труда на слесарно-механическом участке ...
7.4 Оценка пожарной безопасности на УМСР ОАО «СМТ-41»...
7.5. Инженерно-экологическая безопасность УМСР ОАО «СМТ-41»..
8 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ...
8.1 Инвестиции
8.2 Расчет себестоимости восстановления вала...
8.2.1 Стоимость материалов...
8.2.2 Основная заработная плата производственных рабочих...
8.2.3 Дополнительная заработная плата производственных рабочих..
8.2.4 Отчисления на социальное страхование...
8.2.5 Единый платеж чрезвычайного налога и обязательных отчислений в государственный фонд содействия занятости ...
8.2.6 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования...
8.2.7 Цеховые (общепроизводственные) расходы...
8.3 Определение отпускных цен на восстановленные детали......
8.4 Оценка эффективности инвестиций...
8.5 Расчет критических объемов производства.....
8.6 Технико-экономические показатели проекта...
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...
ПРИЛОЖЕНИЯ



1.2 Анализ конструкции, условий работы, дефектов и ремонтной технологичности вентилятора ВЦП-6-45
Центробежными вентиляторами называют машины для перемещения чистых газов и смесей газов с мелкими твердыми материалами, имеющие степень повышения давления не более 1,15 при плотности потока 1,2 кг/w3. Характерным признаком центробежного вентилятора является повышение давления за счет работы центробежной силы газа, движущегося в рабочем колесе от центра к периферии.
При незначительном повышении давления газа изменением ого термодинамического состояния можно пренебрегать. Поэтому к центробежным вентиляторам применима теория машины для несжимаемой среды.
Центробежные вентиляторы широко распространены в промышленности и коммунальном хозяйстве для вентиляции зданий, отсасывания вредных веществ в технологических процессах.
В теплоэнергетических установках центробежные вентиляторы применяются для подачи воздуха в топочные камеры котлов, перемещения топливных смесей в системах пылепрнготовлення, отсасывания дымовых газов и транспортирования их в атмосферу.
Конструктивное устройство центробежного вентилятора простейшего типа показано на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Центробежный вентилятор

Рабочее колесо вентилятора состоит из литой ступицы 1, жестко сопряженной с основным диском 2. Рабочие лопатки 3 крепятся к основному диску 2 и переднему диску 4, обеспечивающему необходимую жесткость лопастной решетки 5; 6 — шкив привода вентилятора. Корпус 7 вентилятора крепится к литой или сварной станине 8, на которой располагаются под-шипники Я несущие вал вентилятора с посаженным на него рабочим колесом; 10 и 11 — фланцы крепления всасывающей и напорной труб.
Центробежные вентиляторы выпускаются заводами в определенных геометрических сериях. Каждая серия характеризуется постоянством отношений сходственных размеров; размеры отдельных машин и их рабочие параметры в серии различны.
Геометрическая форма дайной серии представляется аэродинамической схемой, где все размеры вентилятора даны, в процентах внешнего диаметра рабочего колеса (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Аэродинамическая схема вентилятора ВЦП-6-45

Обозначение центробежных вентиляторов в соответствии с ГОСТ включает букву Ц, указывающую на основной признак типа — центробежный, пятикратное значение коэффициента полного давления, округленное до целого числа, и быстроходность, тоже округленную до целого числа. Обозначение вентилятора включает и его номер, представляющий собой значение диаметра D2, выраженное в дециметрах.
В современном вентиляторостроении разработаны и строятся машины с профилированными лопастями и рациональной формой проточной полости, КПД которых достигает 90%.
Характерной конструктивной величиной центробежного вентилятора является отношение выходного и входного диаметров межлопастных каналов рабочего колеса D2/D1. В обычных конструкциях это отношение выбирается небольшим (1,2—1,45), радиальная длина лопасти составляет (0,084-0,16) D2.
Условия работы машины, подающей жидкость или газ в сеть трубопроводов, существенно зависят от свойств последней.

В зависимости от давления, создаваемого вентиляторами, их принято подразделять на три основные группы: низкого давления — до 0,981, среднего — свыше 0,981 до 2,943, высокого —свыше 2,943 до 11,772 кПа (по ГОСТ 5976-73).
Конструктивная форма и размеры вентилятора определяются его подачей, давлением и частотой вращения.
Формы конструкций рабочих колес вентиляторов даны на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 – Схемы конструкций рабочих колес вентилторов

Барабанная (а) и кольцевая (б) формы свойственны вентиляторам низкого давления с лопатками, загнутыми вперед; формы б, в и г характерны для вентиляторов низкого, среднего и высокого давлении с лопатками, загнутыми назад.
Наименьшей прочностью и жесткостью обладают колеса формы а. Ширина таких колес постоянна и составляет около 0,5D2-
Колеса кольцевой формы с шириной 0,35 мм более прочны и жестки и допускают скорость до 60 м/с.
Конический покрывающий диск (в и г) обусловливает большую жесткость колеса и допустимость высоких окружных скоростей до 80 м/с.
Форма г применяется для колес большой подачи и находит, в частности, применение для дутьевых вентиляторов и дымососов ТЭС.
Открытые однодисковые и бездисковые колеса (д и е) применяются в пылевых вентиляторах, служащих для подачи смесей газов с твердыми частицами, например в системах пылеприготовления ТЭС.
В вентиляторах применяются все три типа лопастей. В настоящее время существует тенденция применения главным образом лопаток, загнутых назад. Они обеспечивают по сравнению с лопатками, загнутыми вперед, более высокий КПД вентилятора, устойчивую работу его в широком диапазоне расходов и уменьшение шума.
Крепление лопастей постоянной толщины к дискам производится клепкой или сваркой. В первом случае возможны два варианта:
1) на торцах лопастей фрезеруются шипы, расклепываемые в отверстиях дисков;
2) лопатки получают отгибы, которыми и приклепываются к дискам.
Для придания объемным лопастям большей прочности и жесткости внутри профиля монтируют ребра из полосовой стали. Одна кромка их приваривается непрерывным швом к внутренней поверхности лопасти, а вторая — прерывистым швом через отверстия во второй половине листа, образующего лопасть.

Рисунок 1.4 -Конструктивные схемы вентиляторных установок:
1 — вентилятор; 2 — двигатель; 3 — подшипник; 4 — муфта; 5 — шкив
Торцовые поверхности вентиляторов являются своеобразными мембранами, колеблющимися под влиянием пульсаций давления в воздушном потоке в корпусе вентилятора Это вызывает интенсивный шум. Для уменьшения шума наружные поверхности корпусов крупных вентиляторов укрепляются приваркой уголков жесткости.
При компоновке вентилятора в системе воздухопроводов большое значение имеют направление вращения вала и расположение выходного отверстия вентилятора. Вентиляторы правого вращения имеют направление вращения по часовой стрелке при наблюдении со стороны всасывания, левого вращения — наоборот. Вентиляторы общепромышленного назначения изготовляют обоих направлений вращения с положениями корпуса.
Комбинация вентилятора с приводим осуществляется по схемам рис. 1.4.
В дымососах, подающих газ с содержанием мелких абразивных частиц золы и шлака, в мельничных вентиляторах, подающих, смесь воздуха с угольной пылью, происходит интенсивный износ внутренних' поверхностей корпуса н рабочего колеса. При этом вследствие несимметричности подвода рабочие колеса разбалансировываются и теряют прочность, межремонтные сроки сокращаются, экономичность работы установки падает.
Меры против абразивного износа предусматриваются я конструкции машины и ее компоновке с газоходами применением сменных защитных листов из твердого металла. Этими листами бронируются корпуса вентиляторов и газоходы в тех местах, где поток, меняя направление, дает выпадение абразивных частиц на поверхность.
Рациональная компоновка проточной полости машины и системы газоходов, уменьшающая выпадение уноса я угольной пыли на внутренниее поверхности, ограничивающие поток, существенно снижает взнос и увеличивает межремонтные периоды.
Износ дымососов и мельничных вентиляторов существенно зависит от частоты вращения. Для работы при заданных подаче и давлении желательно применение меньшей частоты вращения. При этом размеры машины будут увеличены. Работа трения абразивных частиц распределится на большую поверхность, износ будет менее интенсивен. При протекании запыленного газа через рабочее колесо поток изменяет направление от осевого к радиальному и твердые частицы под влиянием центробежных сил выпадают на втулку и основной диск, постепенно истирая их. При пересечении потоком вращающейся решетки лопастей происходит выпадение абразивных частиц в некоторых местах лопастей, приводящих их к разрушению.
Полное предотвращение износа деталей рабочего колеса невозможно. Уменьшение износа достигается наплавкой твердых металлов электрическим способом в тех местах, где в данной конструкции проявляется износ. Толщина слоя наплавки составляет от 2 до 4 мм. Срок службы рабочего колеса при наплавке увеличивается в 3—4 раза.
Наплавка твердыми сплавами широко применяется в эксплуатационной практике и экономически вполне оправдывается.
На рис 1.5 изображена конструкция вентилятора ВЦП-6-45.
Рабочее колесо 1 вентилятора с лопастями переменной ширины, по-саженное на консоль вала, располагается в сварном спиральном корпусе 2, крепящемся на фундаменте раздельно от электродвигателя 3 и блока подшипников 4. На входной воронке 5, обеспечивающей постепенное изменение скорости потока при подводе к рабочему колесу, крепится блок 6 осевого направляющего аппарата, регулирующего подачу.



Рисунок 1.5 -Конструктивная схема ВЦП-6-45

Основные дефекты.
Трещины заваривают электросваркой. Вмятины, если глубина их до 3 мм, выправляют ударом молотка по выпуклой стороне, а с противоположной стороны подкладывают подкладку. Поврежденные места окраски зачищают и подкрашивают в соответствии с техническими условиями на окраску. Пробоины устраняют при помощи электросварки. При необходимости применяют накладку из листового металла, которая больше пробоины на 5. . .10 мм.
Изношенную шпоночную канавку восстанавливают фрезерованием до ремонтного размера. Можно также заварить канавку, обточить наплавленный металл наравне с основным металлом и под углом 180° профрезеровать новую канавку номинального размера.
Незначительно поврежденную резьбу поправляют трехгранным напильником. При большом износе или повреждении резьбу обтачивают, наплавляют электросваркой, вновь обтачивают на токарном станке и нарезают резьбу номинального размера.
Основные дефекты вала : изгиб, износ шпоночной канавки и поверхности под подшипники, износ резьбы.
Изношенные шейки осталивают или наплавляют в среде углекислого газа. Ось устанавливают в трехкулачковый патрон токарного станка и центровочной зенковкой поправляют отверстия поочередно с обеих сторон. Шейки оси наплавляют в среде углекислого газа. Затем ось устанавливают в центрах станка и протачивают шейки отогнутыми резцами. Окончательно шейки обрабатывают на круглошлифовальном станке с охлаждением в содово-мыльной эмульсии.
Овальность и конусность шеек допускаются не более 0,03 мм. На поверхности шеек не допускаются риски и задиры после шлифовки.
Резьбу нарезают полной, и на каждом шаге допускается не более двух раковин диаметром до 1 мм и глубиной до 0,5 мм.
Прогиб оси допускается не более 0,5 мм. Увеличенный прогиб устраняют правкой.




1.3 Обзор существующих технологий устранения дефектов вала вентилятора

Вал вентилятора ВЦП-6-45 показан на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 –Вал вентилятора ВЦП-6-45

Для дефектов вала вентилятора, рассматриваемого в дипломном проекте, существуют различные способы ремонта. Рассмотрим наиболее распространенные из них:
Вибродуговая наплавка — разновидность дуговой наплавки металлическим электродом. Процесс наплавки осуществляется при вибрации электрода с подачей охлаждающей жидкости на наплавленную поверхность.
К наплавляемой поверхности детали, которая вращается в центрах токарного станка, роликами подающего механизма из кассеты через вибрирующий мундштук подается электродная проволока. Из-за колебаний мундштука, вызываемых эксцентриковым механизмом, проволока периодически прикасается к поверхности детали и расплавляется под действием импульсных электрических разрядов, поступающих от генератора. Под действием вибратора мундштук вместе с проволокой вибрирует с частотой 50Гц и амплитудой колебания до 4 мм (практически 1,8-3,2 мм.).
Вибрация электрода во время наплавки обеспечивает стабильность про-цесса за счет частых возбуждений дуговых разрядов и способствует подаче электродной проволоки небольшими порциями, что обеспечивает лучшее формирование наплавленных валиков.
Качество соединения наплавленного металла с основным зависит от не-скольких факторов. Основными из них являются полярность тока, шаг наплавки (подача суппорта станка на один оборот детали), угол подвода электрода к детали, качество очистки и подготовки поверхности, подлежащей наплавлению, толщина слоя наплавки и др.
Вибродуговая наплавка под слоем флюса имеет ряд преимуществ: дает возможность наплавлять металл только на изношенную часть, что уменьшает трудоемкость последующей механической обработки; получать наплавленный слой без пор и трещин; деформация детали минимальная и не превышает полей допусков посадочных мест; минимальная зона термического влияния.
Недостатком вибродуговой наплавки является уменьшение до 40 % сопротивления усталости наплавленных деталей. Этот показатель можно улучшить термообработкой.
Наплавка под слоем флюса. При такой наплавке в зону горения дуги подают сыпучий флюс, состоящий из отдельных мелких крупиц (зерен). Под воздействием высокой температуры часть флюса плавится, образуя вокруг дуги эластичную оболочку, которая надежно защищает распаленный металл от действия кислорода и азота. После того как дуга переместилась, жидкий металл твердеет вместе с флюсом, образуя на наплавленной поверхности ломкую шлаковую корку. Флюс, который не расплавился, может быть снова использован. Наплавку под слоем флюса применяют для восстановления многих деталей тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин.
Автоматическая наплавка эффективна в тех случаях, когда нужно напла-вить слой толщиной более 3мм. (например, при выполнении наплавки на деталях ходовой части тракторов и сельскохозяйственных машин - катках, цапфах, роликах, осях и т.д.), глубокое проплавление нежелательно, т.к. оно увеличивает деформацию детали.
При наплавке могут возникнуть следующие дефекты: неравномерность ширины и высоты наплавленного валика из-за износа мундштука или подающих роликов, чрезмерного вылета электрода; наплыв металла вследствие чрезмерной силы сварочного тока или недостаточного смещения электродов из зенита; поры в наплавленном металле из-за повышенной влажности флюса (его необходимо просушить в течение 1-1,5 ч при температуре 250-300°С); неустойчивая дуга как следствие ненадежного контакта.
Контактная приварка ленты и проволоки. Суть процесса восстановления контактной приваркой состоит в приваривании мощными импульсами тока к поверхности деталей стальной ленты, порошка или проволоки.
Для уменьшения нагрева детали и улучшения закалки привариваемого слоя в зону сварки подают охлаждающую жидкость. Способ восстановления деталей контактным электроимпульсным покрытием широко применяют для восстановления посадочных мест под подшипники в корпусных деталях и валах, а также резьбовых частей валов. При контактной сварке металл прогревается на малую глубину, что обеспечивает неизменность его химического состава и отпадает необходимость в применении флюсов и защитных газов.
Выбор материала ленты осуществляется в зависимости от потребной твёрдости восстановленной поверхности.
Наплавка в среде углекислого газа. Сварку и наплавку в среде защитных газов широко используют в ремонтном производстве. Однако высокая стоимость инертных газов ограничивается только сваркой
Наплавка в среде СО2 постепенно вытесняет вибродуговую наплавку и частично наплавку под слоем флюса. Этот процесс обладает производительностью на 25...30% выше, чем наплавка под слоем флюса, легко механизируется и автоматизируется. Отпадает необходимость удаления шлака. Уменьшение зоны термического влияния позволяет восстанавливать детали малого диаметра (практически начиная с 10мм.). Повышение скорости наплавки снижает потери металла на угар, разбрызгивание, уменьшает глубину проплавления и несколько улучшает прочностные свойства наплавленного металла,
Наплавкой восстанавливают детали из среднеуглеродистых сталей 25, 30, 40, 45, 45Х и др. При использовании сварочных проволок Св-08Г2 твердость металла НВ 220...250, а 1,6 Нп-З0ХГСА — НВ 250... 290. Чтобы получить более высокую твердость, необходимо провести цементацию, закалку ТВЧ или наплавку порошковыми проволоками. К недостаткам данного способа относят: довольно большие потери электродного материала (8...12%), снижение усталостной прочности восстанавливаемых деталей на 10...50%.[1,2,3,25]





4.3 Технологический маршрут восстановления вала вентилятора
Маршрут восстановления детали должен обеспечивать оптимальную последовательность операций, как с технологической точки зрения, так и с экономических позиций, то есть необходимо непосредственно на восстановление (в виде затрат на электроэнергию, пар, сжатый воздух, и т. д., заработной платы, компенсации неоправданного износа инструмента и оборудования), минимизировать потери времени, уменьшить материальные затраты. [1,2,9,10]
При разработке маршрута следует руководствоваться следующими правилами:
1) первыми выполняются операции по восстановлению или изготовлению технологических баз;
2) последовательность механообработки зависит от системы постановки размеров на чертеже. Прежде всего, обрабатывают поверхность, относительно которой на чертеже скоординированы другие поверхности детали;
3) сверление мелких отверстий чистовой обработки;
4) чистовую и черновую обработки со значительными припусками надо выделять в отдельные операции;
5) каждая последующая операция должна улучшать качество поверхности.
В соответствии с вышеизложенными требованиями принимаем следующий технологический маршрут:
Дефектовочная→ наплавочная (деф.1,23,6) → центровочная →
правка (деф.5) → токарная (деф.1,3,4,6) → фрезерная (деф.2) → накаточная (деф.1,2) → круглошлифовальная (деф.3,6) → контрольная (деф.1,2,3,4,5,6).

Построение маршрута не должно обеспечить изменения состояния детали, отвечающей требованиям чертежа.








6.1. Обоснование необходимости конструктивной разработки приспособления
Для нормальной работы вала вентилятора необходимо своевременно заменить изношенные и поврежденные элементы новыми или отремонтированными. Необходимо восстановить изношенные поверхности вала. Наплавить, точить, шлифовать, изношенные поверхности, фрезеровать шпоночные пазы и т. д. Фрезерование шпоночного паза является одной из операций ТП по восстановлению вала. Она достаточно трудоемка. Для облегчения выполнения этой операции разработано несколько приспособлений. В данном дипломном проекте рассмотрим приспособление для фрезерования шпоночных пазов. Приспособление запущено в производство но используется не в полной мере, так имеет ряд недостатков:
- несовершенство конструкции;
- маленькие габариты;
- для обслуживания стенда необходимо иметь, как минимум, двух рабочих.
Конструкторской разработкой донного дипломного проекта является усовершенствование приспособления для фрезеровения шпоночных валов и облегчения условий труда обслуживающего персонала.
Доработка приспособления осуществляется собственными силами предприятия производящего ремонт вала вентилятора.

6.2. Техническая характеристика приспособления
Габариты, мм 980×355×410
Рабочее давление, кг/см2 до 100
Гидроцилиндр, шт 1
Диаметр цилиндра, мм 90
Ход поршня, мм 80
Диаметр штока, мм 50
Максимальное расчетное усилие на штоке при ходе на выталкивание при давлении 100 кг/см2 и к.п.д. 0,9 4500

6.3. Устройство приспособления
Приспособление предназначено для выполнения фрезерной операции (фрезеровать паз) и состоит рисунок 6.1.

Рисунок 6.1 Приспособление для фрезерования шпоночных пазов промежуточного вала.
1 – винт; 2 – гайка; 3 – пята; 4 – стойка; 5 – призма; 6 – основание; 7 – гайка; 8 – винт; 9 – шток; 10 – гидроцилиндр; 11 – бобышка; 12 – штуцер; 13 – бобышка; 14 – вал.

6.4. Работа приспособления для фрезерования шпоночных пазов
Отвести стойку 4 в сторону. Положить вал на призмы. Поставить стойку в исходное положение. Зажать вал винтом 1. Включить гидроцилиндр 10. При включении гидроцилиндра начинает выходить шток, закрепленный на штоке клин давит на пружину, тем самым заставляя опускаться стойку. Опускаясь, стойка при помощи пяты зажимает вал в призмах до нужного нам усилия. Затем мы можем производить фрезерования шпоночного паза. Выполнив операцию, производим те же действия в обратном порядке.