Реконструкция производственной базы ОАО «Яманчуринская сельхозхимия» с модернизацией стенда для испытаний шин (дипломный проект)

В рамках дипломного проекта выполнена тема «Реконструкция производственной базы ОАО «Яманчуринская сельхозхимия». Согласно заданию дипломный проект содержит шесть разделов. В аналитическом разделе проекта приводится анализ технической эксплуатации автомобилей и производственной деятельности предприятия. В эксплуатационной части приводятся расчеты по программам ТО и ремонта, объема технических воздействий, расчеты численности ремонтного персонала, определение площадей участков и зон, подбора технологического оборудования и оснастки, обоснования выбора планировки производственного корпуса и производственного участка.
В конструкторском разделе разработано устройство для замены масла в ДВС, предназначенное для повышения производительности технического обслуживания подвижного состава предприятия с расчетами элементов конструкции.
В разделе «Безопасность жизнедеятельности» производится анализ травматизма на предприятии, а также разрабатываются меры и средства по защите окружающей среды и безопасности труда.
В технологическом разделе проекта производится описание процесса испытания автомобильных шин на разрабатываемом стенде, а также составляется технологическая карта на испытание автомобильной шины с применением разрабатываемой в предыдущем разделе установки.
В экономическом разделе рассчитываются экономическая выгода от совершенствования технической эксплуатации, а также экономические показатели конструкции.
Расчетно-пояснительная записка содержит 91 стр.; 24 табл.;
Список использованной литературы содержит 25 наименований.
Чертежно-графическая часть – 10 листов формата А1.





ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 9
1. Анализ состояния использования, то и ремонта автомобилей 11
1.1. Краткая история развития предприятия 11
1.2. Краткие сведения о предприятии 13
1.3. Анализ хозяйственной деятельности предприятия 15
1.3 Анализ грузооборота хозяйства. 18
1.4 Состояние ремонтной базы предприятия 22
Выводы по разделу 23
2. Технологический расчет предприятия. 26
2.2.1. Расчет периодичности технических обслуживаний. 29
2.2.2. Расчет количества технических обслуживаний 
2.2.3. Расчет коэффициентов технической готовности, выпуска, нерабочих дней автомобилей 
2.2.4. Расчет количества технических воздействий за год. 33
2.2.5. Расчет количества технических воздействий за сутки. 33
2.2.6. Расчет годового объема работ ЕО, ТО, ТР и диагностики. 34
2.3. Распределение объема ТО и ТР и самообслуживания по производственным зонам и участкам 36
2.4. Расчет численности ремонтно-обслуживающего персонала. 38
2.5. Режим работы зон ТО и ТР 38
2.5.1. Расчет количества постов ТО-1. 39
2.5.2. Расчет количества постов ТО-2 40
2.5.3. Расчет количества постов диагностирования. 
2.6.Выбор технологического оборудования и расчет площадей участков 42
2.7. Расчет площадей производственных зон и отделений 42
2.8. Расчет хранимых запасов 44
Выводы по разделу 46
3. Конструкторская часть 47
3.1 Состояние вопроса 47
3.2. Обзор существующих устройств для испытаний шин автомобилей 48
3.2.1. Стенд ОПШ-30 48
3.3 Описание проектируемой конструкции 51
3.4 Расчет конструкции 54
4. Технология проведения испытаний шин 60
4.1 Температура и интервал между испытаниями шины 
4.2. Корректировка внутреннего давления в шине 
4.3. Испытания низкоскоростной шины в зависимости от времени и расстояния 60
4.4. Испытания высокоскоростной шины 63
4.5 Испытания автомобильных шин при переменных скоростях 64
5. Безопасность жизнедеятельности и экологическая часть 71
5.1 Вопросы безопасности жизнедеятельности 71
5.1.1 Состояние охраны труда на предприятии 72
5.1.2. Организационно-технические мероприятия по обеспечению безопасности жизнедеятельности 72
5.2. Требования безопасности, предъявляемые к проектируемому устройству 73
5.2.1. Общие требования безопасности 73
5.2.2. Требования безопасности перед началом работы 74
5.2.3. Требования безопасности во время работы 
5.2.5. Требования безопасности по окончании работы 
5.3 Расчет воздухообмена 76
5.4 Расчет искусственного освещения 77
5.5. Расчет молниезащиты 79
6. Технико-экономические показатели 81
6.1. Технико-экономические показатели реконструкции производственно-технической базы 81
6.2. Технико-экономические показатели конструкторской части 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88
Литература 89






3. Конструкторская часть
3.1 Состояние вопроса

Производители шин используют испытательные стенды для проверки различных параметров шин, таких как сопротивление ударам, эрозионная прочность при контакте с дорогой, на скорости, под нагрузкой и деформация при заносах.
Такие испытательные стенды могут быть стационарными или мобильными.
Однако такие испытательные стенды не позволяют воспроизводить все условия эксплуатации шин, установленных на ноге шасси грузовой машины.
В настоящее время производители таких шин испытывают их в пределах возможностей имеющихся у них испытательных стендов и предоставляют данные произведенных замеров конструкторам. Эти данные можно уточнять, чтобы привести их к значениям, близким к реальным условиям. Так, можно осуществлять первые измерения на известной шине, а затем заменить эту шину другую, предназначенную для испытаний. На этой тестируемой шине можно осуществлять вторые измерения, стараясь воспроизвести первые. Сравнение между этими измерениями позволяет лучше понять поведение тестируемой шины. Вместе с тем представляется сложным воспроизвести условия испытания, близкие к реальным. Кроме того, измерения невозможно производить для каждой шины в отдельности из-за габаритов и условий применения датчиков. Поэтому такие измерения всего лишь отражают среднее значение характеристик таких шин.
Для тестирования в реальных условиях эксплуатации шин конструкторы прибегают также к технологии экстраполяции. Из соображений безопасности они могут завышать измеренные данные. Такие измеренные данные используют также для построения модели поведения автомобиля в целом. Обобщение такого рода еще больше снижает репрезентативность осуществленных таким образом экстраполяций.
В связи с этим объектом настоящего изобретения является мобильный испытательный стенд для испытаний шин, например шин грузовых автомобилей, и способ применения этого стенда, позволяющие устранить эти недостатки.

3.2. Обзор существующих устройств для испытаний шин автомобилей
3.2.1. Стенд ОПШ-30

Для определения радиальной жесткости обычно используют пресс, имеющий механизм нагружения и систему отсчета деформаций. В шинной промышленности для этой цели применяют стенд ОПШ-30, предназначенный для испытаний металлических образцов на разрыв. Стенд ОПШ-30 (рис. 3.1) имеет неподвижную траверсу 3, на которой установлен гидроцилиндр 4.

Рисунок 3.1 – Стенд ОПШ-30: 1 – тяга, 2 – крюк, 3 – траверса,
4 – гидроцилиндр, 5 – плунжер, 6 – траверса, 7 – прибор,
8 – перо, 9 – барабан, 10 – насос, 11 – шина, 12 – тяга,
13 – стол.
Его плунжер 5 через подвижную траверсу 6 и тяги 12 перемещает стол 13, воздействующий на шину 11, которая подвешена с помощью тяг 1 к траверсе 3. На этой траверсе укреплен крюк 2 подъемной тали для установки колеса. Давление в гидроцилиндре создается насосом 10 и измеряется силоизмерительным прибором 7, показания которого пропорциональны действующей нагрузке. На стенде кроме характеристик радиальной жесткости определяют площади отпечатков и статические радиусы шин, а также прочность каркаса методом продавливания шины наконечником соответствующей формы с последующим подсчетом работы, затраченной на разрушение, которая характеризует прочность каркаса.

3.2.2. Установка для определения тангенциальной жесткости шин.

Тангенциальную, или окружную, жесткость шины определяют на установках, принципиальная схема одной из которых дана на рис. 2.

Рисунок 3.2 - Установка для определения тангенциальной жесткости шин: 1 – штанга, 2 – груз, 3 – винт, 4 – опора, 5 – рессора,
6 – колесо, 7 – плита, 8 – стойка, 9 – груз, 10 – балка,
11 – вал, 12 – храповик, 13 – сектор.

По верхней штанге 1 установки перемещается груз 2. Это позволяет регулировать вертикальное усилие, прикладываемое к испытуемому колесу 6, путем изменения момента груза 2 относительно опоры 8. Карданный вал 11 соединяет колесо с храповым устройством 12, собачка 14 которого через сектор 13 и трос связана с винтом. По осевому перемещению винта 16 с учетом передаточного отношения определяют угол закручивания, а по динамометру 15 усилие, которое создается на колесе. Отношение этого усилия к углу поворота колеса - тангенциальная, или окружная, жесткость шины.

3.2.3. Установка для определения боковой жесткости шин.

Боковую жесткость шины определяют на установках, схема одной из которых изображена на рис. 3.3.

Рисунок 3.3 - Установка для определения боковой жесткости шин:
1 – станина, 2 – ось, 3 – труба, 4 рама, 5 – груз , 6 – колесо,
7 – самописец, 8 – шарнир, 9 - противовес, 10 - трос,
11 – груз.

Испытуемое колесо 6 жестко связано с трубой 3, свободно посаженной на оси, вследствие чего труба может перемещаться вдоль оси и вращаться вокруг нее. Через подшипники труба связана с рамой 4, на которую воздействуют груз 5, прижимая шину к основанию. Груз 11 через блок и трос 10 создает боковое усилие на колесе. Ось 2 жестко связана со станиной 1, последняя может качаться на шарнире 8, что необходимо для первоначального вывешивания колеса, которое осуществляется с помощью противовеса 9. Боковая деформация шины фиксируется самопишущим устройством 7. По величине отношения боковой силы к боковой деформации шины определяют ее боковую жесткость.
Для определения угловой жесткости шины опирают шину на поворотный диск, взаимодействующий с основанием через шарики. По отношению момента, поворачивающего диск, к углу его поворота подсчитывают угловую жесткость в месте контакта шины с основанием.

3.3 Описание проектируемой конструкции

Для оценки упругих и демпфирующих свойств шин в лабораторных условиях был разработан и изготовлен шинный стенд (рис. 3.4), отличительной особенностью которого является возможность проведения оценки упругих и демпфирующих свойств при сложном нагружении. Учитывая сложность создания универсального оборудования подобного назначения, связанную с воспроизведением в одной конструкции сильно отличающихся нагрузочных и колебательных параметров, отвечающих условиям работы колес и шин на автомобилях разных типов с помощью разрабатываемого стенда, предусматривались исследования и испытания колес только легковых автомобилей и грузовиков малого класса. При этом предполагалась возможность в эксперименте с колесами легковых автомобилей получить более наглядные, чем с колесами грузовых автомобилей, результаты, как следствие большей нормальной и тангенциальной эластичности шин легковых автомобилей. В назначение шинного стенда включается: обеспечение одновременного нагружения нормальной силой как соответствующей нормальной нагрузке, так и крутящего момента, эквивалентного автомобилям различных моделей; испытание шин в режиме свободных колебаний на не вращающемся колесе с целью оценки экспериментальных кривых затухающих колебаний с использованием уточненной методики обработки опытных осциллограмм, а также испытания в режиме статического ступенчатого нагружения колеса нормальной силой с целью оценки экспериментальных характеристик жесткости.

Рисунок 3.4 – Схема проектируемого устройства: 1 – рама; 2 – подъемник;
3 – винт; 4 – опорные площадки; 5 – динамометр; 6 –платформа; 7 – устройство блокировки; 8 – тензодатчик; 9 –шина; 10 – ось.
Одновременно дополнительное оборудование экспериментального стенда предназначается для непрерывных в эксперименте наблюдений и записи переменных параметров динамических процессов колебаний и статической нагрузки испытываемого колеса.
Шинный стенд состоит из рамы нагружения выполненной в виде прямоугольника изготовленного из швеллера 14П. К раме нагружения крепится испытуемое колесо. Рама закреплена на двух подъемниках, в которых по вертикальным направляющим перемещаются опорные лапы с горизонтальными площадками. Каждая площадка перемещается
при помощи силовой пары винт – гайка при вращении головки винта за рукоятку. На одной из горизонтальных площадок устанавливаются шариковые двухрядные подшипники, служащие опорами оси колебания при динамическом испытании шины. С помощью оси вращения подшипников и вспомогательной оси на подъемнике крепится рама нагружения, к которой при помощи специально изготовленной оси со ступицей и тензодатчиками крепится испытуемое колесо. На одном конце рамы на грузовую площадку устанавливаются грузовые пластины (для динамических испытаний).
На плите под испытуемой шиной для измерения вертикальной нагрузки на шину устанавливается динамометрическая платформа с образцовым динамометром сжатия. Согласно схеме, вес рамы и смонтированным колесом (при статических испытаниях) полностью воспринимается опорными площадками подъемников, а вертикальная нагрузка на шину создается только перемещением опорных лап подъемников вместе с рамой и колесом.
Оценка упругих свойств шин проводится в статическом режиме при ступенчатом нагружении вертикальной нагрузкой при помощи силовой пары винт – гайка, измеряется ее величина образцовым динамометром сжатия. Варьируемым параметром является внутреннее давление воздуха в шине.
Для каждого фиксированного значения вертикальной нагрузки штангенрейсмусом измеряется величина вертикальной деформации шины. По достижении максимальной величины вертикального нагружения проводится разгружение в обратной последовательности с обязательной регистрацией деформации шины.
Для обеспечения сложного нагружения и оценки упругих свойств шины при таком нагружении шина предварительно нагружается вертикальной нагрузкой. После этого шина закручивается крутящим моментом. При таком режиме экспериментальных исследований вертикальная нагрузка фиксируется тензодатчиком, установленным на оси колеса, и регистрируется самопишущим прибором.
3.4 Расчет конструкции

Расчет сварочного шва вал-втулка ГОСТ 5264-80-Н1. Материал деталей – сталь 20пс, сварка ручная электродом Э42, соединение Т-образное, шов тавровый.


Рисунок 3.5 – Расположение сварного шва

Допускаемое усилие для соединения:
F=0,7[τср]•k•l, Н
где [τср] – допускаемое напряжение для сварного шва на срез, МПа; k – катет шва, мм, k = 3 мм.; l – периметр соединения, мм, l = 84,8 мм.
[τср] = 0,6[σp], МПа
где [σp] – допускаемое напряжение на растяжение для материала соединяемых деталей, МПа.
[σp] = σт/S, МПа
где σт – предел текучести материала при растяжении, МПа, σт = 370 МПа;
S – запас прочности для металлических конструкций, S = 1,4...1,6
[σp] = 370/105=246,7 МПа
[τср] = 0,6•246,7 = 148 МПа
F = 0,7•148•3•84,8 = 26355,84 Н
Так как в сварочном шве вал-втулка усилие намного меньше F, то сварочный шов от растягивающих усилий не разрушится.
Расчет сварочного шва корпус – подставка ГОСТ 5264-80-Т9. Материал деталей – сталь 45, сварка ручная электродом Э-42, соединение тавровое с угловыми швами без разделки кромок.
При установке конструкции на стенд и креплении, на конструкцию прикладывается усилие, равное 125 Н, действующее на плече 84 мм от тавровых сварочных соединений подставок с корпусом.
M = F•h, Н•мм (3.1)
где h – плечо силы, мм, h = 84 мм
М = 125•84 = 10500 Н•мм
При нагружении изгибающим моментом, прочность соединения определяем по формуле:
(3.2)
где l – периметр шва, мм, l = 108,5 мм; К – катет шва, мм, К = 3 мм;

[τср] = 148 МПа
Сварочный шов при данном изгибающем моменте удовлетворяет условию прочности.

Расчет вала на прочность в опасных сечениях.
Коэффициент запаса прочности S вала в опасном сечении: лыска под опорную площадку.
(3.3)
[S] = 2,5
где Sσ – коэффициент запаса по нормальным напряжениям; Sτ – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.
(3.4)
где σ-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба, для углеродистых сталей σ-1 = 0,43 σв; σв = 780 МПа – предел прочности; Кσ – эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений, Кσ = 1,81; εσ – масштабный фактор для нормальных напряжений, εσ = 0,92, в таблице 8.8 [1]; β – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности, β = 0,95; σv – амплитуда цикла нормальных напряжений, МПа; ψσ – поправочный коэффициент, ψσ = 0,2; σm – среднее напряжение цикла нормальных напряжений, так как осевая нагрузка на вал отсутствует, то σm = 0;
σ-1 = 0,43•780 = 335,4 МПа.


Рисунок 3.6 – Расчетные сечения вала

, МПа (3.5)
где М – наибольший изгибающий момент в сечении. М = 30 Н•м; Wнетто – момент сопротивления сечения, мм3;
(3.6)
где d – диаметр сечения вала, мм; a – диаметр отверстия, мм;



(3.7)
где τ-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле кручения, МПа; τ-1 = 0,58 σ-1 = 0,58•335,4 = 194,53 МПа; Кτ – эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений, Кτ = 1,75; ετ – масштабный фактор для нормальных напряжений, ετ = 0,83; τv – амплитуда цикла нормальных напряжений при кручении, МПа; ψτ – поправочный коэффициент, ψτ = 0,1;
τм – среднее напряжение цикла нормальных напряжений при кручении.
τv = τм = 0,5τmax = 0,5М/WКнетто, МПа;
где WКнетто – момент сопротивления кручению, мм3;
; (3.8)
τv = τм =0,5•30/1099 = 0,01 МПа;
Подставляя значения в формулу (3.7), находим:

По формуле (3.2) находим:

Так как коэффициент запаса в опасном сечении, в месте лыски намного больше допустимого, то вал условию прочности гарантированно удовлетворяет.
Коэффициент запаса прочности вала на участке с резьбой:
Кσ = 1,79;
εσ = 0,98;
(3.9)
где t1 – глубина паза на валу, мм, t1 = 3,5 мм; b – ширина шпоночного паза, мм, b = 6 мм.

σv = 30/323,12 = 0,09 МПа;
Подставляя соответствующие значения в формулу (3.4), находим:

(3.10)

τv = τм = 0,5•30/596,8 = 0,03 МПа.
Подставляя значения в формулу (3.7), находим:

По формуле (3.3) находим:

Так как полученное значение коэффициента запаса в опасном сечении, в месте резьбы намного больше допустимого, то вал условию прочности удовлетворяет.



4. Технология проведения испытаний шин
4.1 Температура и интервал между испытаниями шины

Время между прижатиями шины к испытательному барабану должно быть выбрано таким образом, чтобы температура газа, содержащегося в шине, или температура каркаса в самой горячей точке шины перед прижатием в 90 % циклов составляла 41 °C. В остальных 10 % циклов температура газа в шине или каркаса перед прижатием должна быть не менее 27 °C.
Допускается качение шины по испытательному барабану для получения минимальной начальной температуры в шине.

4.2. Корректировка внутреннего давления в шине

При проведении испытания для учета влияния кривизны испытательного барабана внутреннее давление в шине корректируют в соответствии с одной из следующих рекомендаций:
a) при обжатии шины на барабан номинальной нагрузкой подбирают внутреннее давление, обеспечивающее прогиб шины, соответствующий ее прогибу при нахождении на плоской поверхности с номинальным давлением под действием номинальной нагрузки;
b) корректируют внутреннее давление, используя коэффициент пересчета, определенный по рисунку 4.1 или 4.2.

4.3. Испытания низкоскоростной шины в зависимости от времени и расстояния

Шину испытывают на стенде, имеющем кинетическую энергию Еk, Дж, при окружной скорости испытательного барабана 102 км/ч, которую рассчитывают по формуле
Ek = 485Lr,      (4.1)
где Lr - номинальная нагрузка на шину, кгс.

Рисунок 4.1 - График пересчета внутреннего давления в шине
с учетом кривизны барабана (в миллиметрах)

Рисунок 4.2 - График пересчета внутреннего давления в шине
с учетом кривизны барабана (в дюймах).

Во всех циклах испытания шина должна прижиматься к барабану с номинальной нагрузкой.
Шина должна выдерживать 200 циклов прижатий к испытательному барабану. Общее количество циклов стендовых испытаний делят на две равные части, имеющие следующие диапазоны скоростей:
a) в первой серии из 100 циклов шина должна поглотить за каждый цикл 56 % расчетной кинетической энергии Еk. Для обеспечения этого условия шина должна нагружаться (прижиматься к барабану) при скорости 74 км/ч и разгружаться (отжиматься) при нулевой скорости.
Скорость во время прижатия при необходимости следует снижать;
b) во второй серии циклов шина должна поглотить 44 % расчетной кинетической энергии Ek. Для обеспечения этого условия шина должна нагружаться (прижиматься к барабану) при скорости 102 км/ч и разгружаться (отжиматься) при скорости 74 км/ч.
При необходимости повышают скорость разгрузки.
Если для получения расчетной кинетической энергии нельзя подобрать точное количество дисков барабана для получения рассчитанного значения кинетической энергии, берут большее количество дисков и подбирают скорость стендового испытания, обеспечивающую поглощение шиной расчетной кинетической энергии для каждой серии испытаний. Если в результате этого скорость прижатия станет меньше 60 км/ч, проводят следующие вычисления:
- скорость прижатия определяют прибавлением 28 % расчетной величины кинетической энергии испытания к Ek барабана при скорости 103 км/ч;
- скорость отжатия определяют вычитанием 28 % расчетной величины кинетической энергии испытания из Ek барабана при скорости 103 км/ч.