Программа повышения квалификации конструкторов нестандартного оборудования

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Ижевский государственный технический университет

Программа повышения квалификации

конструкторов нестандартного оборудования

Ижевск 2009

Составитель: к. т.н., доцент кафедры «Управление качеством»,

Протокол от 30. марта 2009 г. № 7

Заведующий кафедрой

к. т. н., профессор

2009 г.

Содержание

Введение………………………………………………………..…4

1 Общие вопросы проектирования……………………………...5

1.1 Основные критерии работоспособности деталей нестандартного оборудования……………………………….....5

1.2 Материалы в машиностроении……………………………....…5

1.3 Выбор допускаемых напряжений…………………………..…..5

1.4 Построение расчетных схем для различных случаев нагружения……………………………………………………....5

1.5 Валы, расчет, оптимальные конструкции…………………..….6

1.6 Зубчатые передачи и их расчет………………………………....6

1.7 Червячные передачи и их расчет…………………………….....6

1.8 Выбор муфт и их проверка на прочность и жесткость………..7

1.9 Выбор и проектирование направляющих и

подшипниковых опор качения и скольжения…………………7

1.10 Разработка корпусов и рам………………………………….....7

2 Привод нестандартного оборудования…………………….…..8

2.1 Кинематические и силовые характеристики приводов для нестандартного оборудования………………………………….8

2.2 Электромеханический привод…………………………………..8

2.3 Пневматический привод………………………………………....8

2.4 Гидравлический привод………………………………………….8

2.5 Комбинированный привод…………………………………….....9

3 Системы управления НО…………………………………….…..9

3.1 Общие принципы построения систем управления………….….9

3.2 Современная элементная база систем управления НО…….…..9

3.3 Совместимость систем управления НО с действующими…....10

3.4 Особенности создания блочных систем управления……….....10

3.5 Экономические критерии выбора систем управления………..10

4 Специализация НО……………………………………………...11

4.1 НО для машиностроительного производства………………….11

4.2 Металлургическое НО…………………………………………..11

4.3 НО для кузнечно-штамповочного производства………………12

4.4 НО для торговых предприятий………………………………....12

4.5 НО для иных сфер деятельности…………………………...…..12

Заключение……………………………………………………..…..14

Введение

Потребности промышленности и других отраслей в нестандартном оборудовании (НО) возникают всякий раз, когда серийное оборудование не может быть вписано в заданное производственное пространство или не соответствует по своим характеристикам предъявляемым требованиям. Кроме того, регулярно проводимая модернизация машин и оборудования требует нестандартных решений.

Таким образом, к нестандартному оборудованию можно отнести различные грузоподъемные машины, транспортирующие и передаточные механизмы, грузозахватные и фиксирующие устройства, приспособленные под определенный вид продукции, различное испытательное оборудование, металлургическое, кузнечно-штамповочное, литейное оборудование, системы вентиляции и отопления и т. п.

При создании всех названных машин необходимо хорошо знать вопросы проектирования деталей машин, грузоподъемных, тепловых и других машин. Знание их основ проектирования, подкрепленное навыками автоматизированного проектирования, дадут возможность создавать нестандартное оборудование на высоком техническом уровне в короткие сроки при минимальных затратах.

1 Общие вопросы проектирования

1.1 Основные критерии работоспособности деталей НО

Рассматриваются критерии работоспособности деталей НО в различных условиях эксплуатации НО: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость и вибропрочность. Предлагаются современные методы увеличения ресурса НО.

1.2 Материалы в машиностроении

Предлагается для специалистов современное состояние вопросов материаловедения и новые перспективные материалы для различных отраслей производства. Даются качественные характеристики новых материалов и при необходимости обновляется существующая база знаний об известных материалах.

1.3 Выбор допускаемых напряжений

При расчете деталей НО необходимо учитывать конкретные условия его работы и факторы риска, связанные с его эксплуатацией. Здесь возникают две проблемы. Одна – сделать НО дешевле. И вторая – чтобы НО было надежным и безопасным. Поэтому к выбору допускаемых напряжений при расчете деталей НО должно быть уделено особое внимание. Необходимо четко представлять разработчику (конструктору) условия работы НО и те последствия, которые могут возникнуть в случае его отказа.

Предлагается современная трактовка выбора запасов прочности для различных материалов, используемых в конструкции НО.

1.4 Построение расчетных схем для различных случаев нагружения

Принципиально все расчетные схемы деталей НО могут быть сведены к типовым видам нагружения: смятие, сжатие, растяжение, срез, кручение, изгиб и их сочетаниям. От правильного представления о работе деталей НО зависит их прогнозируемая работоспособность и долговечность.

Предлагаются для рассмотрения различные случаи эксплуатации деталей НО и правила составления расчетных схем. Навыки, приобретенные при анализе различных условий эксплуатации НО, позволят обучающимся применять его на практике.

1.5 Валы, расчет, оптимальные конструкции

Валы являются одними из основных деталей НО. От их прочности и надежности зависит и работоспособность НО. Существующие представления о конструировании валов базируются на простых истинах: не должно быть проблем с расходом материала и затрат на обработку.

Современное состояние проектирования валов базируется на обеспечении их долговечности при минимальных затратах на изготовление. Предлагаются современные методы проектирования валов и сопряженных с ними узлов.

1.6 Зубчатые передачи и их расчет

В передаточных механизмах используются зубчатые передачи в различных разновидностях. Расчет зубчатых передач в механизмах производится в соответствии с ГОСТ «Расчет на прочность эвольвентных зубчатых передач».

Обучающимся предлагается наработанный опыт расчета зубчатых передач для различных условий эксплуатации НО.

1.7 Червячные передачи и их расчет

Червячные передачи используются в механизмах НО с небольшой мощностью. Это различные установочные положения НО, плавное перемещение различных элементов НО и др.

Предлагаются методы расчета червячных передач, которые обеспечивают заданный срок роботы НО.

1.8 Выбор муфт и их проверка на прочность и жесткость.

Соединительные муфты для валов НО составляют отдельный класс механизмов. От правильности их выбора, расчета во многом зависит и долговечность обслуживаемых ими механизмов.

Разнообразие муфт очень большое, поэтому предлагается их анализ и выбор муфт, исходя из минимальной стоимости и максимальной надежности при условии их прочности и надежности.

1.9 Выбор и проектирование направляющих и подшипниковых опор качения и скольжения

Направляющие и опоры различных элементов НО являются одними из их основных деталей. От их качества во многом зависит и работоспособность НО. Рассматриваются различные варианты направляющих для НО, обеспечивающие их максимальную надежность и долговечность.

Для опор качения и скольжения валов НО и направляющих предлагаются современные методы их выбора и расчета, перспективные материалы для их изготовления.

1.10 Разработка корпусов и рам.

Корпуса и рамы НО являются их основой. От правильности их конструирования во многом зависит жесткость и работоспособность НО.

При разработке корпусов и рам используются пространственные конструкции, обеспечивающие взаимодействие элементов НО. Поэтому к ним предъявляются особые условия по обеспечению прочности и жесткости. Предлагаются оптимальные конструкции корпусов и рам, ориентированные на минимальный расход материалов и снижение трудоемкости при их изготовлении.

2 Привод НО

2.1 Кинематические и силовые характеристики приводов для НО

Рассматриваются кинематические и силовые характеристики НО и методы их расчета. Предлагаются варианты для выбора привода для НО.

2.2 Электрический привод

Даются характеристики электродвигателей переменного и постоянного тока. Предлагаются оптимальные варианты и состав электропривода для конкретного НО.

2.3 Пневматический привод

Пневмопривод, как правило, используется для обеспечения возвратно-поступательного перемещения отдельных органов НО в виде пневмоцилиндров. Это используется для приводов различных станочных приспособлений. Эффективность пневмоприводов может быть обеспечена при наличии цеховой пневмосети, а также для обеспечения безопасности при использовании НО во взрывоопасных средах.

2.4 Гидравлический привод

Гидропривод целесообразен в случае использования его преимуществ: малогабаритность, минимальная инерционность. Как правило, гидропривод используется в НО, постоянно находящемся в производственном процессе, т. к. постоянное поддержание требуемого давления в гидросистеме, за исключением аккумуляторов, требует большой затраты энергии.

Предлагается анализ различных техпроцессов и варианты их оптимизации, с использованием гидропривода.

2.5 Комбинированный привод

На основе анализа вышеназванных приводов в отдельных случаях целесообразно использование отдельных комбинаций приводов. Наиболее целесообразно сочетание электро – и гидропривода, так как при этом значительно расширяются возможности приводов при минимальных затратах.

Предлагаются различные комбинации приводов для конкретных видов НО.

3 Системы управления НО

3.1 Общие принципы построения систем управления

В основе систем управления лежит функциональное назначение НО и возможность решать разнообразные задачи для которых, собственно, и создается НО. Они связаны с особенностями технологии производства, возможностями их автоматизации и дистанционного управления при минимальных экономических затратах.

Системы управления НО должны быть построены на современной элементной базе и совместимы с системами управления действующего оборудования. Как правило, системы управления восполняются в блочном виде, обеспечивающем одновременное выполнение всего комплекса функциональных задач НО. Такой подход дает возможность снизить объем первоначальных капиталовложений на НО и последующее его обслуживание.

3.2 Современная элементная база систем управления НО

Современная элементная база систем управления НО строится на достижениях отечественного и зарубежного приборостроения. Выбор элементной базы зависит от предрасположенности конструктора к тем или иным разработкам и степени их освоения и практики применения. Поэтому, наряду с современными элементами автоматики рассматриваются и элементы, хорошо зарекомендовавшие себя на практике. Предлагаются различные варианты их использования.

3.3 Совместимость систем управления НО с действующими

Важное место в деле эффективного использования НО занимает совместимость его систем управления с системами управления действующего оборудования, связанного с ним функционально. От этого во многом зависят эффективность работы НО и затраты на его обслуживание. При значительных различиях систем управления возникают многочисленные вопросы подготовки обслуживающего персонала, увеличиваются затраты при эксплуатации НО. Предлагаются различные варианты адаптации систем управления НО к действующему оборудованию, на основе современных мехатронных систем.

3.4 Особенности создания блочных систем управления

В целях снижения затрат при создании НО следует ориентироваться на современные системы управления, которые обеспечивают функционирование исполнительных механизмов НО, контролируют их положение и регистрируют сопутствующую информацию. Для этого целесообразно ориентироваться на блочное исполнение систем управления НО, которое решает указанные задачи при минимальных затратах.

Анализируются и предлагаются различные варианты выбора систем управления для НО в зависимости от выполняемых функциональных задач.

3.5 Экономические критерии выбора систем управления

Одним из критериев выбора систем управления НО является, по мнению специалистов, доступность элементной базы, ее надежность и ремонтопригодность при оптимальной стоимости. Поэтому на ранней стадии создания НО следует на основе анализа работы аналогичного оборудования выбрать наиболее перспективные конструкции систем управления.

Предлагаются различные аспекты анализа систем управления НО и выбор оптимальных систем в зависимости от поставленных задач и экономических ограничений.

4 Специализация НО

Конструктивные особенности НО определяются различными факторами: функциональное назначение НО, его специализация по видам производств, климатические и иные особенности его эксплуатации.

4.1 НО для машиностроительных производств

НО для машиностроительных производств привязывается к технологическим процессам и оборудованию по изготовлению машиностроительной продукции. Как правило, оно специализируется в зависимости от функционального назначения и массовости выпуска продукции. Предлагаются различные варианты выбора НО применительно к производству заказчика.

При специализации производственных участков на выпуск однотипной продукции: валов, зубчатых колес, корпусных деталей и т. д. – рекомендуется использовать станки – автоматы, станки с ЧПУ, гибкие переналаживаемые линии. Окончательный выбор НО определяется перспективностью развития данного направления и объемами выпуска продукции. Большое внимание НО уделяется в инструментальном и складском хозяйстве.

4.2 Металлургическое НО

В металлургических производствах НО используется при завалке шихты, рафинировании, отборе и анализе проб, подготовке литейных форм, заливке металла и т. д. Основой создания НО для металлургии является обеспечение вопросов безопасности жизнедеятельности и защиты окружающей среды, снижение трудоемкости технологических операций и повышение качества продукции. Их решение опирается на существующий передовой отечественный и зарубежный опыт.

Предлагаются и анализируются различные варианты НО по функциональному назначению: центробежно-литейные машины, подъемно-транспортное оборудование, вентиляционно-очистные установки и т. д.

4.3 НО для кузнечно-штамповочного производства

В кузнечно-штамповочном производстве широко используется нестандартная технологическая оснастка и подъемно-транспортные машины. Их работа осуществляется в условиях высоких температур, вибрации и значительных динамических нагрузок. В ИжГТУ накоплен богатый опыт исследования и проектирования ковочных и штамповочных манипуляторов.

Для обучающихся предлагается освоить вопросы исследования НО, работающих в аналогичных условиях, и методы их расчета и проектирования.

4.4 НО для торговых предприятий

В торговых предприятиях в функции НО входят различные аспекты деятельности, связанные с хранением товара, его транспортировкой. Это различные витрины, стеллажи, транспортные тележки, краны-штабелеры для складов с поадресной выдачей товара, системы обогрева и вентиляции, и другое НО.

Рассматриваются вопросы выбора материалов и различных механизмов для торгового НО.

4.5 НО для иных сфер деятельности

Различные сферы производственной деятельности определяют и специфику разработки и проектирования НО, отвечающего заданным условиям его работы при максимально возможной надежности и минимальных затратах. Например, для производства строительных материалов НО создают исходя из особенностей технологии производства отдельных их видов: керамических изделий, изделий из древесины, бетона, полимерных материалов.

Особую роль в обеспечении работоспособности НО играют его испытания при изготовлении периодические испытания, проводимые в процессе эксплуатации НО. Предлагаются варианты НО для различных производств, испытательные стенды открытого и замкнутого типа, вибростенды, а также методики проведения испытаний НО.

Заключение

Объем и специфика повышения квалификации конструкторов НО определяется заказчиком. По желанию заказчика отдельные разделы программы подготовки могут быть расширены и углублены.

В процессе обучения проводятся консультации по конкретным видам НО для предприятий-заказчиков с привлечением узких специалистов. Программа предусматривает объем обучения по каждому пункту в пределах 5…6 часов с учетом практических занятий. Общий объем программы повышения квалификации конструкторов нестандартного оборудования составляет 125 часов.