Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. дипломные работы > машиностроение
Название:
Сбалансированные манипуляторы

Тип: Дипломные работы
Категория: Тех. дипломные работы
Подкатегория: машиностроение

Цена:
0 руб



Подробное описание:

РЕФЕРАТ

 

С. 145. Рис. 46. Табл. 13. Черт. 9.

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНВЕЙЕРА,ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ЗАГРУЗКИ – РАЗГРУЗКИ, РАСЧЕТ ГИДРОПРИВОДА ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРЕССА, ПРОЕКТИРОВАНИЕ СБАЛАНСИРОВАННОГО МАНИПУЛИТОРА, ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ, КИНЕМАТИЧЕСКИЙ, СИЛОВОЙ АНАЛИЗ, РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ, РАСЧЕТ ПРИВОДА, ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

 

Разработан монорельс с подвеской для перевозки изделий от склада до рабочих позиций.

Модернизировано рабочее место:

выбрано загрузочно-разгрузочное устройство;

          разработан манипулятор. Проведен структурный, геометрический, кинематический анализ механизма. Приведен силовой расчет манипулятора. Механизм уравновешен и рассчитана масса противовеса. Рассчитаны элементы конструкции. Выбрано захватное устройство, а также приведен его расчет. Выбрана электрическая система управления: электропривод, электродвигатель.

Спроектирован и рассчитан гидропривод пресса, разработана панель управления. Приведен силовой и кинематический  расчет гидропривода. Проведен динамический анализ.     

          Приведено технико-экономическое обоснование проекта о определением экономического эффекта от внедрения механизма. Решены вопросы техники безопасности, проектирования производственной среды, охраны труда, промышленной санитарии, пожарной безопасности.

 

Содержание

 

Техническое задание……………………………………………………………….
Введение…………………………………………………………………………….

1. Основные параметры заготовки…………………………………..…………….
1.1.Расчет клеевого соединения……………………………………..…………….
1.1.1.Выбор клея……………………………………………………………………

2. Модернизация рабочего места……………………………………………...…..
2.1. Основные предложения по решению вопроса автоматизации рабочего
места……….......................................................................................................
2.1.1. Монорельс с подвеской………………………………….…………………..
2.1.1.1. Выбор электротали………………………………………………………...
2.1.1.2. Выбор тележки……………..……………………………………………...
2.1.1.3. Выбор крюка и грузовой цепи…………………………………………….
2.1.1.4. Выбор монорельса…………………………………………………………
2.1.1.5. Выбор поворотного устройства…………………………………………..
2.2. Загрузочное - разгрузочное устройство……………………………………..
2.3. Разработка робота манипулятора…………………………………………….
2.3.1. Особенности конструкций робота манипулятора…………………………
2.3.2. Сравнение кинематических схем РМ………………………………………
2.3.3. Сравнение РМ по типу привода……………………………………………
2.4. Выбор манипулятора………………………………………………………….
2.4.1. Структурный анализ механизма……………………………………………
2.4.2. Геометрический анализ механизма………………………………………..
2.4.3. Кинематический анализ механизма………………………………………
2.4.4. Параметрический синтез механизма………………………………………
2.4.5. Уравновешивание…………………………………………………………
2.4.6. Силовой расчет механизма………………………………………………
2.4.6.1. Расчет сил тяжести и моментов инерции механизма…………………
2.4.6.2. Кинетостатический расчет………………………………………………
2.4.7. Расчет элементов конструкции……………………………………………
2.4.7.1. Выбор сечения звеньев механизма……………………………………
2.4.7.2. Расчет оси направляющих манипулятора………………………………
2.4.7.3. Расчет вала поворотной колоны…………………………………………
2.4.7.4. Расчет подшипников качения……………………………………………
2.4.8. Выбор привода…………………………………………………………….

 

 

 

2.4.9. Выбор захватного устройства……………………………………………..
2.4.9.1. Захватные устройства манипуляторов………………………………….
2.4.9.2. Расчет магнитного захвата………………………………………………
2.4.10. Устройства передвижения РБ…………………………………………..
2.4.11. Расчет длительности цикла изготовления детали………………………

3. Проектирование и расчет гидропривода……………………………………....
3.1. Требование для проектирования……………………………………………...
3.2 Силовой расчет привода……………………………………………………..
3.3. Кинематический расчет……………………………………………………….
3.4. Выбор оборудования………………………………………………………….
3.4.1.Выбор насоса……………………………………………………...
3.4.2. Выбор гидроцилиндра………………………………………………………
3.4.3. Выбор устройства для очистки масла…………………………………….
3.4.4. Выбор гидрораспределителей…………………………………………….
3.4.5. Выбор дроселя………………………………………………………………
3.4.6. Выбор обратного клапана…………………………………………………...
3.4.7. Выбор предохранительных клапанов………………………………………
3.4.8. Выбор аккумулятора………………………………………………………..
3.5. Динамический анализ…………………………………………………………

4. Нормализация факторов производственной среды при эксплуатации
подвесного конвейера и РТК………………………………………………..
4.1. Техника безопасности………………………………………………………
4.1.1. Общие требования………………………………………………………..
4.1.2. Требования к предохранительным, блокирующим и защитным
устройствам………………………………………………………………………
4.1.3. Требования к органам управления……………………………………….
4.1.4. Противопожарная безопасность…………………………………………
4.1.5. профилактика электротравматизма………………………………………
4.2. Производственная санитария………………………………………………
4.2.1. Воздух и микроклимат рабочей зоны……………………………………..
4.2.2. Расчет искусственного освещения………………………………………..
4.2.3. Шум на рабочем месте и методы борьбы с ним………………………….
4.2.4. Вибрация……………………………………………………………………
4.2.5. Неионизирующее излучение………………………………………………..
4.2.6. Ионизирующее излучение…………………………………………………..
4.3. Организационные мероприятия……………………………………………
4.3.1. Организация инструктажа рабочих………………………………………..

5. Экономическое обоснование проекта……………………………………….
5.1. Исходные данные…………………………………………………………...
5.2. Расчет технико-экономических показателей……………………………………………………………………….
5.2.1. Трудоемкость продукции……………………………………………………
5.2.2. Количество оборудования……………………………………………….
5.2.3. Количество основных рабочих………………………………………….
5.2.4. Производственные площади……………………………………………..
5.2.5. Энергоёмкость продукции……………………………………………….
5.3. Расчет различающихся элементов капитальных вложений……………..
5.3.1. Капиталовложения в оборудование…………………………………..
5.3.2. Капиталовложение в здание…………………………………………..
5.3.3. Капиталовложения в запасы материалов…………………………………….
5.3.4. Суммарные капиталовложения по вариантам……………………………..
5.4. Расчет цеховой себестоимости продукции………………………………….
5.4.1. Расчет затрат на материалы…………………………………………………
5.4.2. Расчет технологической себестоимости детали…………………………..
5.4.2.1. Заработная плата основных рабочих……………………………………..
5.4.2.2. Расчет затрат на эксплуатацию оборудования…………………………
5.4.2.3. Затраты на ремонт оборудования………………………………………..
5.4.2.4. Затраты на электроэнергию……………………………………………..
5.4.2.5. Расчет затрат на содержание помещений………………………………
5.4.2.6. Расчет прочих цеховых затрат………………………………………….

Заключение…………………………………………………………………………

Список литературы...…………………………………………………………….

Приложение 1…………………………………………………………………….

Введение


Автоматизация механообрабатывающего производства на основе использования про¬мышленных роботов носит название роботи¬зации. Основными этапами роботизации явля¬ются: выбор объекта роботизации (отдельных операций или технологического процесса в це¬лом); формирование системы задач и требова¬ний к проектированию РТК; внедрение и экс¬плуатация РТК.
Целесообраз¬ность роботизации определяется производ¬ственными и социальными требованиями. К производственным требованиям относят: повышение производительности оборудования (участка, цеха, производства); повышение каче¬ства обработанной детали и изделия; улучше¬ние организационно-экономических условий управления технологическими и производ¬ственными процессами; уменьшение трудоем¬кости, себестоимости изготовления деталей и изделия.
К социальным требованиям относят: высвобождение рабочих от утомительного, монотонного, тяжелого физического труда; ликвидацию вредных условий производства; высвобождение рабочих с вредных участков производства; уменьшение дефицита рабочей силы.
Роботизация удовлетворяет большинству перечисленных требований и имеет следующие достоинства по сравнению с обычными спосо¬бами автоматизации механообрабатывающего производства: способствует развитию унифи¬кации средств технологического оснащения и методов управления производственными си¬стемами; способствует более широкому при¬менению принципов типизации технологиче¬ских процессов и операций; обеспечивает большую гибкость производственных систем; снижает затраты на проектирование и изгото-вление оборудования для автоматизированных производств, так как в РТК можно применять универсальные промышленные роботы, серий¬но выпускаемые промышленностью. Помимо этого роботизация в ряде случаев является единственно доступной и бы¬стро осуществимой формой автоматизации процессов механической обработки деталей.
При определении целей роботизации сле¬дует учитывать, что роботизация должна удо¬влетворять производственным и социальным
требованиям к данному объекту в течение продолжительного времени (не менее 5 — 7 лет). Комплексный анализ выбранного объек¬та — важнейший этап роботизации, в процессе которого не только определяется возможность применения промышленного робота, но и обо¬сновываются требования по технологичности операций обработки и конструкции деталей. При комплексном анализе учитываются орга-низационные и технологические факторы. Ана¬лиз и выявление организационных факторов сводится к определению: типа производства (единичное, мелкосерийное, крупносерийное, массовое); возможности организации про¬изводства с использованием поточных форм работы, групповых методов обработки; числа партий обрабатываемых деталей для условий многономенклатурного производства; такта выпуска деталей; схем движения материалов, заготовок и т. д.; числа смен в день. Анализ организационных факторов позволяет укрупнено оценить возможность применения той или другой конструкции промышленного ро¬бота как по быстродействию, так и по легко¬сти переналадки его на изготовление другой детали.
К технологическим факторам, учитывае¬мым при создании РТК, относятся: выбор технологического оборудования, технологической оснастки (приспособлений, инструмента); определение структуры времени технологических операций и процессов, функ¬ций рабочих в обычном и роботизированном производствах. Выявляются следующие харак¬теристики заготовок: масса, вид заготовки, материал, точность заготовок, конфигурация, габаритные размеры; изменение массы заготовки от одной операции к другой. Эти данные позволяют оценить возможность применения той или иной модели робота по грузоподъемности, точности позиционирования, точности уста¬новки заготовок на станок, определить раз¬мерные параметры рабочей зоны, тип системы управления промышленным роботом. При этом разрабатывают требования к изменению конструкции детали, наиболее удовлетворяю-щие условиям подачи, накопления и вывода детали из РТК.
При анализе технологического оборудова¬ния и оснастки, намечаемых к использованию в РТК. Оценивают степень автоматизации, компоновочную структуру, габаритные раз¬меры, размеры рабочей зоны, условия подачи заготовок; выявляют перемещения заготов¬ки при ее установке и снятии с оборудования, схему базирования и точность установки заго¬товок. Этот анализ позволяет оценить слож¬ность сопряжения ПР с технологическим обо¬рудованием состав и число степеней подвиж¬ности ПР; способ установки на рабочем месте (напольное, подвесное или встроенное); сте¬пень адаптации промышленного робота, тип устройства управления промышленным робо¬том, разработать требования по модернизации технологического оборудования и оснастки, по условиям подачи, накопления и вывода дета¬лей и заготовок из РТК.
Анализ функций рабочих сводится к выя¬влению: специфических, ручных приемов при установке заготовок в приспособление; ручных операций по подготовке заготовок перед обра¬боткой; соста¬ва контрольных операций, включая ви¬зуальный контроль обработки. Эти факторы учитывают при определении характеристик ПР (состава степеней подвижности, степени адаптации), конструктивных особенностей ра¬бочих органов ПР (захватных устройств), а также необходимости введения в состав РТК автоматического оборудования для выполне¬ния контрольных операций, подготовительных и доделочных переходов обработки, подачи смазочно-охлаждающей жид¬кости и т. д. креплении за каждой единицей оборудования одной операции.

На этих линиях обеспечивается механизи¬рованное транспортирование предметов тру¬да; оборудование работает непрерывно в те¬чение двух смен; время пролеживания деталей между станками минимально.
Промышленные роботы с аналого-позиционными системами применяют:
1) в одно предметных непрерывно-поточных линиях с закреплением за каждой единицей оборудо¬вания одной операции (в этих случаях иногда используют также ПР с цикловыми система¬ми); обычно штучное время на операциях не равно и не кратно такту выпуска; работа ли¬нии обеспечивается с помощью заделов между станками; на линии применяют многостаноч¬ное обслуживание, на некоторые рабочие ме¬ста вводят операции контроля;
2) в много¬предметных непрерывно-поточных линиях со сменяемыми объектами производства; в этом случае за линией закреплена постоянная но¬менклатура деталей с одинаковой последова¬тельностью операций их обработки; за каждым рабочим местом закреплена опреде¬ленная операция; штучное время операции не кратно и не равно такту; на линии применяют многостаночное обслуживание.
Варианты структуры РТК разрабатывают на основе результатов комплексного анализа технологических операций и процессов, выбо¬ра моделей ПР и их функций. В общем случае ПР в составе РТК механической обработки выполняет следующие функции: загрузку, раз-грузку основного и вспомогательного обору¬дования; ориентацию заготовки в пространстве перед установкой в приспо¬собление, укладкой в приемное устройство и т. д.; транспортирование заготовки от стан¬ка к станку; управление рабочими циклами ос¬новного и вспомогательного оборудования. Операция установки заготовки включает в се¬бя захватывание ее из подающего или приемно-передающего устройства (магазина, на¬копителя и т. д.), ориентацию в простран¬стве, перемещение к станку и установ. Цикл начинает¬ся с опроса станка о готовности повторения цикла и получения обратной команды о готов¬ности приспособления станка, о нахождении рабочих органов станка в исходном положении. Кроме того, проводит¬ся опрос и поступает обратная команда о на¬личии заготовки в приемно-передающем устройстве. После установки заготовки на ста¬нок проводят опрос о наличии заготовки в приспособлении, затем дается команда на закрепление и проверяется правильность поло¬жения ее. Включают привод главного движе¬ния (обратная команда — станок включен). По¬сле окончания обработки и получения обрат¬ной команды об этом дается команда на освобождение заготовки в станке. ПР переносит заготовку к при¬емному устройству..
Разработка структуры РТК включает опре¬деление качественного и количественного со¬става основного и вспомогательного техноло-гического оборудования, закрепленного за каждым ПР, необходимого основного и вспо¬могательного технологического оборудования, проверку функциональных возможностей ПР при реализации алгоритма РТК, разработку недетализированной циклограммы и опреде¬ление такта РТК, определение производитель¬ности РТК и сопоставление ее с требуемой.
В общем случае в РТК входит следующее оборудование: основные и вспомогательные промышленные роботы, основное и вспомогательное (выполняющее транспортные функции, функции накопления и хранения заготовок) технологическое оборудование; специальное оборудование типа контрольно-измери¬тельных устройств, установок для размагничи-вания, клеймения и т. д.; системы автоматики РТК.
Надежность функционирования РТК оце¬нивают путем нахождения комплексного пока¬зателя надежности — коэффициента техниче¬ского использования РТК (Кт и), определяемо¬го с учетом собственных простоев входящего в состав РТК основного и вспомогательного оборудования. Для РТК механической обра¬ботки Кт и = 0,8-0,85. Экономическая эффек-тивность выбранных вариантов РТК оцени¬вается по инструкции (инструкция по оценке экономической эффек¬тивности создания и использования автоматических манипуляторов с программным управлением (про¬мышленных роботов). НПО ЭНИМС, М»: НИИмаш, 1983.). Обобщенная система задач и требований к проектированию РТК механической обра¬ботки включает:
- требования роботизации по изменению тех¬нологического процесса и организационной формы технологического процесса,
- по расчле¬нению или объединению переходов и опера¬ций,
- по изменению последовательности операций,
- вводу дополнительных операций и переходов, выполняемых в
автоматическом цикле, которые ранее выполнял рабочий
вручную,
- по изменению числа заготовок в партии запуска с целью
уменьшения потерь времени на переналадку оборудования;
- доработку основного технологического оборудования, технологической оснастки, вспомогательного оборудования, транспорт¬ных средств для обеспечения их взаимодей¬ствия с ПР в едином комплексе;
- требования технологического процесса к ПР, связанные с уточнением основных техни¬ческих характеристик ПР и доработкой его конструкции, конкретизацией функций ПР с выбором типа операционного устройства, с оснащением РТК элементами адаптации.
Компоновка и параметры рабочей зоны станков, конструкция приспособлений должны обеспечивать свободный доступ руки промыш-ленного робота для установки и снятия заго¬товки. Станки должны оснащаться вспомога¬тельными приспособлениями, компенсирую¬щими низкие технологические возможности существующих ПР: приспособлениями для предварительного базирования заготовки, для досылки заготовок до технологических баз приспособлений. Все перемещающиеся при ра¬боте узлы станков, связанные с функциониро-ванием ПР должны осна¬щаться датчиками, фиксирующими их конеч¬ное положение.
Технологическая оснастка должна обеспе¬чивать заданную точность установки загото¬вок, несмотря на то, что ПР подает заготовку в зону установки, ориентированную в не¬достаточной степени. В конструкции техноло¬гической оснастки предусматривают датчики, обеспечивающие закрепление заготовки толь¬ко после поступления команды о ее правиль¬ном расположении в приспособлении. При обработке несимметричных заготовок обору¬дование должно обеспечивать останов шпин¬деля в заданном положении.
При расстановке оборудования необходимо обеспечивать возможность подхо¬да рабочего к станку для наблюдения за рабо¬той и вмешательства в процесс загрузки или работы станка.
Совместная работа ПР и технологического оборудования должна быть обеспечена согла¬сованием работы системы программного управления ПР и электроавтоматики станка. К функции электроавтоматики станка по обес¬печению рабочего цикла должна добавиться функция осуществления диалога между ПР и станком. Реализация диалога должна осу¬ществляться посредством прямых и обратных команд (прямых — от ПР к станку на зажим и разжим заготовки, включение станка и т. д., обратных команд — от станка к ПР о выпол¬нении команд, полученных от ПР).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1. Основные параметры заготовки

а) максимальный вес – 3,5 кг.;
б) максимальные габариты: высота 15 мм., диаметр 220мм.
В последнее время в промышленности все шире внедряется прогрессивный метод склеивания накладок с колодкой с помощью термостойких клеев. Этот способ обеспечивает полное использование фрикционного материала и повышает износоустойчивость фрикционной пары.
Для получения большого тормозного момента в тормозах машин используют специальные фрикционные материалы с высокими значениями таких параметров, как коэффициент трения, теплостойкость, износостойкость. Лучшими свойствами обладает используемый в тормозах машин материал ЭМ-2- вальцованная лента 6КВ-10 толщиной 5-10 мм. Вальцованная лента имеет высокую износостойкость, стабильный коэффициент трения, мало изменяющийся при нагреве. Она хорошо работает в паре с чугуном или сталью, имеющими твердость поверхности трения не ниже HB 250: при более низкой твердости происходит повышенный износ фрикционного материала. Имея это в виду, тормозные колодки рекомендуется изготовлять из стали 35СГ или из сталей 65Г и 65ГЛ, прошедших термообработку (сорбитизацию или закалку ТВЧ на глубину 3-4 мм.) до твердости HB>350. Эта пара «металл – фрикционный материал», рекомендуется для всех деталей работающих на трение и при ударных нагрузках.
Процесс склеивания основывается на явлении адгезии – сцепления в результате физических и химических сил взаимодействия клея с различными материалами при определенных условиях.
При проектировании клеевого соединения необходимо определить величину и тип нагрузки на всю конструкцию и особенно на клеевое соединение.

 

 

 

Рис. 1.1. Нагружения клеевого соединения типа равномерный отрыв

 

 

 

Рис.1.2. Заготовка типа ”диск”

 


1.1. Расчет клеевого соединения

Оптимальный зазор между склеиваемыми поверхностями должны быть в пределах :
0,05 – 0,15 мм при склеивании металлов между собой.
Для расчета клеевого соединения воспользуемся приближенными формулами [5].
Действующие напряжения при сдвиге нахлесточного соединения:

Где F – сдвигающая сила; d – диаметр нахлестки.


В нахлесточных соединениях листов общего диаметра, толщиной h1 и h2 из материалов с модулем упругости Е1 и Е2 под действием растягивающей силы F удельные нагрузки в концевых сечениях (в Н/мм)

 

где

а – длина нахлестки, в нашем случае это d, равное (2,5÷5)s,
где s – толщина склеиваемых листов.
При динамических нагрузках прочность при сдвиге принимают равной 1/3 ее значения при статическом нагружении
h – толщина клеевой прослойки;
G – модуль сдвига клея.
Эпюра удельных нагрузок имеет обычную вогнутую форму с максимальными значениями по концам.
В реальных конструкциях наблюдается значительный разброс показателей прочности. Это следует учитывать при проектировании конструкций, вводя коэффициент запаса прочности, который назначают в результате экспериментальной отработки клеевого соединения. В зависимости от степени ответственности конструкции и условий ее работы выбирают значение коэффициента запаса прочности от 1,5 до 3.

 


1.1.1. Выбор клея
При выборе клея для конкретного назначения и конкретных условий эксплуатации клеевого изделия необходимо учитывать следующие факторы: природу склеиваемых материалов: условия эксплуатации; уровень требуемой прочности; особенности клееной конструкции: физико – механические и химические свойства клея: технологию склеивания.

 

 

 

Основные требования, предъявляемые к конструкционным клеям:

- клей должен быть нейтральным по отношению к склеиваемым материалам, т.е. не вызывать коррозии и не способствовать ее развитию;
- отверждение клея должно происходить без выделения летучих веществ;
- клей должен быть не хрупким, обладать стойкостью к различным агрессивным жидкостям;
- клей должен иметь хорошую жизнеспособность, хорошую зазорозаполняемость;
- клеевые соединения металлов должны обладать высокой прочностью, не зависящей от действия переменных температур и других факторов.
Одним из важнейших показателей конструкционных клеев является термостойкость. По этому признаку клеи можно разделить на группы: до 80ْ С,
До 150 ْС, до 200-300 С , до 700 С и выше.
По таб. 44. [5] находим специальный клей для приклеивания фрикционных накладок к колодке барабанного тормоза.

Это клей БФТ-52, феноло-формальдегидный модифицированный.

Физическое состояние – жидкий;
Срок хранения - 6 мес;
Режим отвержения - 20 С;
P – 1-1,5 МПа;
Время отверждения 20-30 мин;
Интервал рабочих температур -60 - + 250 С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


2. Модернизация рабочего места


Цель:
1. Механизировать операцию транспортировки заготовок со склада в рабочую зону пресса;
2. Установить механический манипулятор у рабочего стола пресса с целью, облегчить для рабочего загрузку заготовок;
3. Обеспечить подачу заготовок и отвод готовых изделий.

 

2.1. Основные предложения по решению вопроса автоматизации рабочего места

Существующая планировка и предполагаемые изменения

 

Рис.2.1. Планировка рабочего места


1- подвеска;
2- монорельс;
3-конвейер загрузочный;
4- манипулятор;
5- конвейер разгрузочный;
6- пульт управления манипулятором;
7- панель управления прессом;
8- пресс.


А. Монорельс с подвеской
Монорельс с подвеской обеспечивает транспортировку дисков фрикционных от выгрузки (со склада) к загрузочному устройству(ЗУ).
Габариты подвески: 270x800 мм.
Грузоподъемность подвески: 50 кг.


Б. Загрузочное устройство
Для бесперебойной подачи и точной фиксации заготовок на месте их съёма, а также для обеспечения достаточно длительной работы участка в автоматическом режиме без дополнительной подачи заготовок используется устройство подачи заготовок.


В. Разгрузочное устройство (см.п.2)


Г. Манипулятор для загрузки-разгрузки дисков фрикционных
Выбор манипулятора (М) определяем исходя из требуемых исходных данных:
- объект манипулирования (его форма, размеры и масса);
- показатели требуемой производительности (длительность выполняемых циклов, значения скоростей перемещений конечного звена и т.п.) ;
- условия эксплуатации (температура, влажность, давление, загрязненность пылью, требования к надежности работы М, требования к ремонту, наладке и регулировке М, указания квалификации обслуживающего персонала);
- ориентировочные технико-экономические показатели.

 

2.1.1. Монорельс с подвеской

Конвейер, транспортер — машина непрерывного действия для перемещения сыпучих, пусковых или штучных грузов. Основной классификационный признак конвейера — тип тягового и грузонесущего органов. Различают конвейеры с ленточным, цепным, канатным и другими тяговыми органами и конвейеры без тягового органа (винтовые, инерционные, виб¬рационные, роликовые). По типу грузонесущего органа конвейеры могут быть: ленточные, пластинчатые, скребковые, подвесные и т. д.
По принципу действия различают конвейеры, перемещающие груз на непре¬рывно движущейся сплошной ленте или настиле, в непрерывно движущихся ковшах, подвесках, платформах, тележках.
По назначению различают конвейеры стационарные и передвижные для насып¬ных, штучных грузов и для пассажиров, а по направлению перемещения грузов — с вертикально замкнутой, горизонтально замкнутой и пространственной трассами.
Конвейеры устанавливают и регулируют темп производства, обеспечивают его ритмичность, способствуют повышению производительности труда и увеличению выпуска продукции. Наряду с выполнением транспортно технологических функций конвейеры являются основными средствами комплексной механизации и автомати¬зации погрузочно-разгрузочных и складских операций.
На современных предприятиях конвейеры используют в качестве:
- высокопроизводительных транспортных машин, передающих грузы из одного пункта в другой на участках внутризаводского а, в ряде случаев, внешнего транс¬порта;
- транспортных агрегатов мощных перегрузочных устройств и погрузочно-разгрузочных машин; машин для перемещения грузов-изделий по технологическому процессу поточ¬ного производства от одного рабочего места к другому, от одной технологической операции к другой, устанавливая, организуя и регулируя темп производства и совмещая, в ряде случаев, функции накопителей (подвижных складов) и распреде¬лителей грузов-изделий по отдельным технологическим линиям;
- машин и передаточных устройств в технологических автоматических линиях изготовления и обработки деталей и узлов изделий.
Тесная связь транспортирующих машин с общим технологическим процессом производства обусловливает высокую ответственность их работы и назначения. Поэ¬тому конвейеры должны быть надежными (безотказными), прочными, удобными в экс¬плуатации и способными работать в автоматических режимах.
Это машины для бесперегрузочного транспорта грузов от начального до конечного пунктов по сложной пространственной трассе большой протяженности. Этому направлению подчинено создание многоприводных конвейе¬ров различных типов (подвесных, пластинчатых, скребковых, ленточных).
Рассматриваемый пресс разработан на ОАО «МЗ Арсенал». Его месторасположение далеко от склада, поэтому, разрабатывая роботизированный комплекс, необходимо проложить подвесной конвейер. В наших условиях это наиболее приемлемый способ.
Подвесным называют конвейер, у которого транспортируемые грузы находятся на подвесках и движутся вместе с ходовой частью по подвесному направляющему пути сложного замкнутого контура.
По профилю трассы подвесные конвейеры бывают одноплоскостные горизон¬тально замкнутые, контур трассы которых располагается в одной горизонтальной плоскости, и пространственные, имеющие повороты в горизонтальной и вертикаль¬ной плоскостях, располагаемых на разных уровнях в пространстве. Повороты в го¬ризонтальной плоскости осуществляются при помощи поворотных устройств, а в вер¬тикальной — при помощи поворотов подвесного пути.
Несмотря на обилие разновидностей подвесных конвейеров, все они имеют много общего в конструкциях отдельных элементов. Одинаковые конструкции (в пре¬делах одного и того же типоразмера) содержат тяговый элемент, привод, поворотные и натяжные устройства. Существенное отличие имеют ходовые пути, тележки и ряд специфических сборочных единиц и элементов.
В качестве тары для перевоза заготовок, рекомендуем воспользоваться стандартными см. рис. 2.3.[26].

Табл. 2.1. унифицированная тара для РТК

типоразмер Размер, мм

L B H

L1 B1 H1

Грузоподъемность, т Масса тары, кг
4НПД 642-0,25 600 400 200 555 355 155 0,25 24
4НПД 643,2-0,25 600 400 320 555 355 275 0,25 26
4ИПД 862-0,50 600 800 200 555 755 155 0.5 42
4НПД 863,2-0,50 600 800 320 555 755 275 0.5 48
4НПД 866-1.0 600 800 600 555 755 545 1.0 60

 

Рис. 2.3. Тара для перевозки заготовок

 

 

 

2.1.1.1. Выбор электротали

Для внутрицехового транспортирования грузов применяются компактные подъемные лебедки-тали, имеющие электрический привод. Электроталь подвешивается к неподвижным опорам с помощью болтов или крюков или к тележкам, перемещающимся по монорельсовому пути. Управление механизмом подъема электротали производят с пола с помощью двухкнопочного поста управления, подвешенного к тали.
Конструкцией каждой базовой модели во всех исполнениях предусмотрена широкая унификация узлов и деталей (тележек, редукторов, двигателей и аппаратуры управления), что значительно облегчает их серийное производство и эксплуатацию.
Конструкция тележек допускает прохождение талей по кривым с малым радиусом закруглений. Все электротали рассчитаны на средний режим работы (ПВ 25%) при 120 включениях в час и на кратковременную работу (от 1 часа) при ПВ 40%.
В соответствии с ГОСТом 25274-82 выбрана цепная электроталь грузоподъемностью 0,125 тонн, с высотой подъема 4 метра, скоростью подъема 0,063 м/с, скоростью передвижения 8 м/мин, наименьший радиус закругления пути 0,6 м.
Масса электротали - 25 кг.

 

 

Рис.2.4. Шарнирная двухкатковая тележка

По правилам Госгортехнадзора установлено, что все вновь изготовленные грузоподъемные машины, предназначенные для выполнения работ, требующих точности и осторожности при посадке грузов, должны иметь соответствующие малые скорости механизмов подъема и передвижения.


2.1.1.2. Выбор тележки

В данной работе в качестве механизма передвижения электротали выбрана приводная шарнирная двухкатковая тележка [1,с. 256]. Она имеет два редуктора, соединенные между собой приставкой. Приводные катки перемещаются по двутавровому пути и приводятся во вращение электродвигателем, укрепленным на крышке правого редуктора.
Для перемещения по двутавровому профилю с разной шириной полки редукторы тележки могут раздвигаться на необходимую ширину. Для передвижения по криволинейному пути в приставке имеется вкладыш с упорным шарикоподшипником, обеспечивающий возможность поворота тележки относительно вертикальной оси.
В качестве привода тележки используется электродвигатель MTKF 011-6 [24, т.1, с.242], с нормально замкнутым тормозом ТКТ-200 с максимальным тормозным моментом 160 Нм.

 

Рис.2.5. Схема включения двигателя

В качестве привода тормозного устройства используется короткоходовой электромагнит переменного тока типа МО.
Максимальное число включений в час-600.
Габаритные размеры и технические данные приведены в каталоге 10.02.02-77 "Тормозные электромагниты". Приблизительная масса тележки вместе с электродвигателем 60 килограмм.
На концы консольных участков балки ставятся конечные выключатели серии КВД-6М, обозначенные на схемах К2, КЗ.
Конечные выключатели Kl, K4, серии КВД-6М ставятся на крюковую подвеску электротали.

 

 

 





ПВ - пуск вперед (вверх);
ПН - пуск назад (вниз);
КС - кнопка стоп;
КВ - кнопка вперед(вверх);
КН - кнопка назад (вниз).

 


Рис.2.6. Схема переключателей

 

 

 


Рис.2.7. Циклограмма работы механизма


Время работы механизма складывается из времени подъема и опускания груза, и времени транспортирования. Время подъема, опускания груза 16 сек., время транспортирования 1200 сек. Общее время работы без учета действия обслуживающего персонала 1216 сек.

 


2.1.1.3. Выбор крюка и грузовой цепи

В соответствии с ГОСТом 6627-74 выбран крюк, наибольшей грузоподъемностью (для группы режима работы механизма подъема по ГОСТу 25835-83 5М-6М) 0,25 тонн.
Масса крюка - 0,2 кг.
В качестве грузовой цепи по ГОСТу 191-82 выбрана пластинчатая цепь с соединительным валиком на одном конце отрезка цепи с шагом цепи t=15 мм.
Проверим цепь на допускаемую нагрузку.

(1)

S мах=602 Н - максимальная рабочая нагрузка;
=5 - запас прочности;
S разр=5000 Н - разрушающая нагрузка цепи.

Подставляя данные значения в формулу (1), получим
3010 < 5000.
Следовательно, выбранная цепь выдержит рабочую нагрузку.
Масса одного метра цепи - 0,56 кг.

-коофициент запаса по выносливости цепи.


(2)

где
=2,5 - коофициент запаса прочности по усталости выбирается в зависимости от режима работы и производственных условий;
- коофициент долговечности, приводящий максимальное действующее напряжение к эквивалентному в соответствии с фактическим режимом действия напряжения по времени;
- коэффициент соотношения предела выносливости для симметричного цикла к временному сопротивлению при разрыве ; ;
- коэффициент концентрации напряжения, масштабного фактора и состояния поверхности, =2,0÷2,5;
r- коэффициент асимметрии цикла, характеризующий отношение максимального напряжений в наиболее напряженной детали цепи в периоде цикла (для подвесных конвейеров
r = 0,10÷0,25).
(3)

 



(4)

Где - срок службы цепи.

Конфигурация трассы считается простой, если общее количество поворотов в горизонтальной и вертикальной плоскостях не более 20. Участок, по которому проходит подвесной конвейер, соответствует этому требованию.
По ГОСТу 589-74 для среднего режима работа конвейера в простых условиях со скоростью цепи ≤ 0,15, допускаемые натяжение 10 кН.[26, с.314, табл.9.4.].
На горизонтальном прямолинейном участке пути на тележку действует нагрузка Рг (Н):

Рг = Gг + Gп + qц ∙ tк = g ∙ (mг + mn + mц ∙ tк), (5)

где Gг и Gп – сила тяжести, соответственно, груза и подвески, Н;
qц – линейная нагрузка от 1 м цепи, Н/м;
mц – масса 1 м цепи, кг; tк – шаг тележек, м;
mг и mn – массы груза и подвески, соответственно, кг;
g = 9,81 м/с^2.
Рг = 9,81∙ (100 + 130 + 0,56∙30) = 2421 Н.
На горизонтальном повороте пути возникает центростремительное ускорение, и на груз, перемещаемый на подвеске, действует центробежная сила, стремящаяся отклонить груз от центра поворота. Возникает момент, перераспределяющий нагрузки на катки тележки. Однако на скоростях до 0,5 м/с эти нагрузки небольшие и обычно не учитываются.
На вертикальном повороте (рис. 2.8.)[33] на каретку действует нормальная составляющая от сил тяжести груза, подвески и цепи и дополнительные нагрузки Ра или Рв от натяжения тяговой цепи, направленной по радиусу дуги перегиба. На дуге Lа с выпуклостью вверх Рв направлена вниз и складывается с ними:

где
Sa и Sв – соответственно натяжение цепи дуг La и Lв, Н;
Ra и Rв – радиусы изгиба цепи, м;
tк – шаг кареток, м;
kк= tк/R – коэффициент соотношения шага каретки и радиуса поворота. Выбираем Ра и Рв, равными 3 кН.

2.1.1.4. Выбор монорельса

Механизм передвижения электротали состоит из приводной тележки, к которой с помощью осей подвешивается электроталь. Тележка перемещается по двутавровому профилю - монорельсу. Балки пути подвешиваются к конструкциям здания или к отдельным поддерживающим стойкам. Неподвижные стыки выполняют сварными, болтовыми или комбинированными. Для крепления выбранных монорельс применяется крепление показанное на рис.2.11.
В соответствии с ГОСТом 19425-74 выбран двутавр с номером профиля 24М.
Для проверки монорельса на прогиб составим расчетную схему (рис.2.9.).

 

 

 

 

 

 


Рис.2.9. Расчетная схема

Исходя из того, что
(6)

где q-нагрузка на балку [кг/м],
1-длина балки, 1=4 м,
[ ] -допускаемый предел выносливости, [ ]=1600 Н/см 2,
Wx_x- момент сопротивления, Wx_x=387 см3,
допускаемая нагрузка


(7)


Подставив в формулу (3) известные значения параметров получим

Значит максимальная нагрузка на балку будет равна
(8)
где qo=38,3 кг/м - погонная масса двутавровой балки.
Тогда максимальная нагрузка на балку будет равна
q=303,7 кг/м.
Проверим консольный участок балки на прогиб. Расчетная схема представлена на рис.2.10.

 

 



Р

l


Р1

 

 

Рис.2.10. Расчетная схема

Прогиб консольной балки определяется по формуле

(9)

где Р - сила действующая на балку, Р=3000 Н,
1- длина консольного участка балки, 1=1,5 м,
Е = 2-106 Н/см^2,
J- момент инерции сечения, J=4640 см^4. Прогиб равен f=0,3 см.
Расчетный прогиб меньше допустимого прогиба, равного 0,6 см [5].

 

 

 

Рис.2.11. Крепление монорельса

 

 

 

 

2.2. Загрузочное - разгрузочное устройство

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.13. Пневматический полусамотечный лоток

 

При наличии у заготовки достаточно развитой опорной плоскости (особенно у плоских заготовок) для межоперационного перемещения их на автоматической линии часто применяются пневматические полусамотечные лотки (рис. 2.13.). По сравнению с механическими транспортными устройствами пневмолотки вследствие простоты конструкции более рентабельны как по первоначальным, так и по эксплуатационным затратам.
Пневмотранспортирование плоских деталей осуществляется при угле наклона плоскости скольжения лотка, меньшем угла трения, при этом используется воздушная подушка между плоскостью скольжения лотка и опорной плоскостью заготовки.
Пневматический лоток работает следующим образом. Сжатый воздух из цеховой пневмосети под давлением 392—588 кПа подается к пиевмолотку и через дроссельные краны 3 и 10 поступает в полость короба 3. Далее через отверстия 2 диа¬метром 1 мм в наклонном днище 4 лотка, воздух выходит в атмо¬сферу. Робот укладывает заготовку на днище 4, при этом между опорной плоскостью заготовки и плоскостью скольжения создается воздушная подушка, на которой заготовка перемещается между направляющими Дав конце движения она ориентируется на упоре 7 и для надежной фиксации на нем прижимается струями воздуха, вытекающими из сопел 5. Для разделения заготовок, дви¬жущихся одновременно, лоток снабжен устройством поштучного разделения 6, приводимым в действие рукой робота. В зависимо¬сти от габаритных размеров заготовок направляющие переста¬вляются по ширине. Днище лотка (плоскость скольжения) уста¬новлено на шаровые опоры и посредством винтов 11 закрепляется на стойках основания 8.
Предполагается, что конструкция пневмо-лотка большей частью будет собирается на месте. Для этого приведем описание швов сварных соединений, необходимых для сборки пневмо-лотка.

По ГОСТу 2.312-72 выбираем швы исполненные ручной дуговой сваркой ГОСТ 5264-80:

N1 – ┐ У2 / ;
N2 – ┐ T8 ;
N3 – ┐ H1 ;
N4 – ┐ У2 ;
N5 - ○ T6 / ;
N6 - ┐T3 / ω;
N7 - ○ H1;
N8 – T3 /,

где У2 означает угловое сварное соединение одностороннее,
Т8 – тавровое сварное соединение, двустороннее, с двумя симметричными скосами одной кромки,
Н1 – нахлесточное сварное соединение, односторонний, без скоса кромок,
Т6 – тавровое сварное соединение, одностороннее, со скосом одной кромки,
Т3 - тавровое сварное соединение, двустороннее, без скоса кромок;
Ni – номер шва;
Вспомогательные знаки для обозначения сварных швов:
┐ - шов выполнить при монтаже изделия, т.е.при установке его по монтажному чертежу на рабочем месте применения;
○ – шов по замкнутой линии.
/ - шов прерывистый или точечный с цепным расположением;
ω – наплывы и неровности шва обработать с плавным переходом к основному металлу.

 

2.3. Разработка робота-манипулятора

2.3.1. Особенности конструкций робота-манипулятора

Манипуляторы состоят из двух основных частей – исполнительного устройства и устройства управления. Под исполнительным устройством понимается устройство манипулятора, выполняющее все его двигательные функции. Составными частями исполнительного устройства являются рабочий орган, служащий для непосредственного выполнения технологических операций (захватное устройство, сборочный инструмент и т.п.), и привод. Устройство управления РМ – устройство для формирования и выдачи управляющих воздействий исполнительному устройству.
РМ подразделяются на виды в зависимости от типа привода, способа управления, особенности эксплуатации, варианта установки. По типу привода различаются РМ с пневмо-, гидро- и электроприводом, а также с комбинированным приводом, по способу управления РМ с ручным и дистанционным управлением. По особенностям эксплуатации РМ классифицируются на стационарные и подвижные. Предусматриваются следующие варианты установки РМ: подвесной, на опоре, встроенный в оборудование.
Скорость вертикального перемещения должна быть не более 0,63 м/с. Конструктивное решение исполнительного устройства и устройства управления во многом определяет функциональные возможности и технические характеристики РМ, удобства эксплуатации и надежности.
РМ управляются либо по средствам задающего устройства, формирующего сигнал управления исполнительным устройством, либо приложением вручную усилия к рабочему органу. По этому признаку разделяют РМ с астатическим и позиционным управлением.
При позиционном управлении манипулятор копирует движение рук оператора. Способ отличается простотой обучения оператора, высокой точностью позиционирования. Его основной недостаток – значительное усилие управления, обусловленное необходимостью оператору преодолевать силы трения в шарнирах, силы, вызванные разбалансировкой системы, и динамические нагрузки. При астатическом управлении заданные скорости перемещения рабочего органа пропорциональны перемещениям элементов задающего устройства, за счет чего нагрузка на оператора значительно снижается, но при этом ухудшается точность позиционирования. Управление направлением и скоростью перемещения груза у РМ с астатическим управлением чаще всего осуществляется с помощью рукояток, установленных рядом с рабочим органом.
Способ управления РМ во многом определяет такие характеристики системы оператор - загрузочное устройство, как точность позиционирования, производительность и грузоподъемность. Производительность системы оператор – РМ во многом зависит от характера выполняемой операции, но в любом случае она повышается при увеличении скорости перемещения рабочего органа, уменьшении времени разгона и позиционирования. При астатическом управлении в общем случае удается достичь больших значений скоростей и времени разгона, чем при позиционном. Однако время позиционирования у РМ с позиционным управлением обычно меньше. Так как при позиционном управлении оператор вынужден преодолевать динамические нагрузки при разгоне и торможении груза, то это, естественно, накладывает ограничения на грузоподъемность.


2.3.2. Сравнение кинематических схем РМ

Выбор кинематической схемы РМ во многом определяет технические характеристики и функциональные возможности РМ, а также формирует требования к устройству управления.
На колонне 1 установлена горизонтальная стрела 2, имеющая возможность вращения вокруг оси колонны 1 на 360о, по направляющим которой на роликовых опорах 3 перемещается каретка 4. На каретке 4 смонтирован пневмопривод 5, его усилие через механизм рейка-шестерня 6 передается на шкив 7 тросовой передачи 8, на выходе которого установлен рабочий орган 9.

2 3 4

 

 

 


5 6 7

8


1 9

 

 


Рис.2.14. Кинематическая схема

К достоинствам схемы можно отнести постоянство статических и динамических нагрузок в любой точке рабочей зоны, возможность перемещения груза по прямолинейным траекториям как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. К недостаткам относятся сложность обеспечения необходимой ориентации объекта манипулирования. Кроме того, так как горизонтальное перемещение осуществляется за счет поворота стрелы 2, имеющей значительный момент инерции, увеличивается время и ухудшается точность позиционирования. Так как момент инерции стрелы зависит от ее длины и массы, то ясно, что последний недостаток с увеличением рабочей зоны и грузоподъемности РМ усугубляется.
Добиться постоянства статических и динамических нагрузок на привод, а также обеспечить возможность перемещения груза по прямолинейным траекториям, как в горизонтальном, так и в вертикальных направлениях удается при использовании схемы, представленной на рис.2.15. У РМ, построенных по данной схеме горизонтальное перемещение осуществляется за счет совместного поворота стрел 2 и 3, вертикальное перемещение – за счет привода 4, усилие от которого передается на штангу 5, имеющую возможность вертикального перемещения в направляющих 6. На выходе установлен рабочий орган 7. Важно, что схема позволяет обеспечить постоянство ориентации объекта


3 4 5 6

 

2

 

 


1 7

 

 


Рис.2.15. Кинематическая схема

манипулирования. Основным недостатком является большое (более 2) отношение объема рабочего пространства к объекту рабочей зоны РМ.
В тех случаях, когда необходимо обеспечить постоянную ориентацию грузового блока в вертикальной плоскости, можно использовать механизм параллелограмма (рис.2.16.). Оголовок 2 может вращаться на 360о вокруг колонны 1.

 

 

 

 

 

5 6 7

4

3

2

1

 

Рис.2.16. Кинематическая схема

На оголовке РМ монтирован привод 3, усилие которого передается на стрелу 4, выполненную в виде параллелограмного механизма. Горизонтальное перемещение осуществляется за счет одновременного поворота оголовка 2 и горизонтальной стрелы 5. В необходимых случаях на выходе стрелы 5 может быть последовательно установлено нужное количество дополнительных стрел 7 имеющих вертикальную ось вращения. При использовании дополнительных стрел ориентирующие движения при позиционировании обеспечиваются без поворота оголовка 2, что позволяет повысить точность и уменьшить время позиционирования .и возможность обеспечить загрузку технологического оборудования сбоку.
Наибольшее распространение получили РМ, исполнительные устройства которых построены на основе механизма пантографа. Схема одного из механизмов пантографа, содержащего 4 соединенных шарнирно друг с другом рычага, приведена на рис.2.17. В механизме 4 рычаг АЕ параллелен ВР, а ОВ – ЕС.
Если соединить со стойкой один из рычагов шарниром, совпадающим с рабочей точкой, то при перемещении любой другой рабочей точки по какой-либо траектории третья опишет подобную траекторию с коэффициентом подобия, равным передаточному отношению механизма пантографа. Таким образом при неподвижной точке А, расположенной в вертикальном пазу П1 и соединенной с приводом 1, при перемещении точки В
механизма по горизонтальному пазу П2 точка С будет двигаться строго горизонтально, и, соответственно, при неподвижной точки В и перемещении точки А рабочий орган 5, расположенный в точке С, будет двигаться вертикально. Пазы П1 и П2, а также силовой привод 1 расположены на оголовке манипулятора 3, имеющего возможность поворота вокруг оси колонны 2. Следующая схема (рис.2.17.) отличается тем, что точка А расположена в горизонтальном пазу П2 и В – в вертикальном пазу П1. При этом

 


О Е
А


П1 В Р

П2

 

1 2 3 4
С
5

 

 

Рис. 2.17. Кинематическая схема


А


П2
В

П1

 


С

 


Рис. 2.18. Кинематическая схема
передаточное отношение пантографа, характеризующее отношение веса груза, находящегося в рабочем органе, к уравновешивающему его усилию привода, возрастает на единицу. К достоинству двух описанных выше кинематических схем можно отнести постоянство нагрузки на привод от веса объекта манипулирования, а также возможность перемещать груз строго горизонтально или вертикально. Недостатками являются конструктивная сложность (требование точного изготовления прямолинейных направляющих), а также увеличенная высота манипулятора и невозможность обеспечить постоянное ориентацию объекта манипулирования. Для преодоления последнего недостатка введем дополнительный параллелограмные механизмы 1 и 2 (рис.2.18), обеспечивающие постоянную ориентацию рабочего органа в вертикальной плоскости, но при этом, естественно, увеличиваются масса и момент инерции исполнительного устройства РМ.
В некоторых случаях в целях упрощения конструкции стремятся избегать применения прямолинейных направляющих, требующих точного изготовления. Их заменяют различного рода шарнирно-рычажными механизмами. Одна из таких схем приведена на рис.2.19. Точка А пантографа шарнирно закреплена на оси вращения оголовка 1, а точка В шарнирно установлена на ползуне 6 кулисного механизма 7. Горизонтально расположенная кулиса неподвижна, соединена со звеном 5 параллелограмного механизма 4. Звено 3 параллелограмного механизма шарнирно соединено с приводом 2. Использование параллелограмного механизма определяет непостоянство нагрузки на привод 2, свести к минимуму его влияния можно за счет рациональной компоновки РМ, при которой минимально изменяется угол отклонения продольной оси привода 2.

 

1


А

В 2

 


С

 

 

Рис.2.19. Кинематическая схема

 

 

А
2 3


В


7

4 5 6 С

1

 

 

 


Рис.2.20. Кинематическая схема


2.3.3. Сравнение РМ по типу привода

Конструктивное решение исполнительного привода РМ во многом определяет конструкцию самого манипулятора, его функциональные возможности, удобство эксплуатации и надежности.
При выборе типа привода РМ одним из основных показателей является стоимость. Поэтому параметру вне конкуренции находится пневматический привод. Цена пневматического РМ соответственно в 2-3 раза и 4-5 ниже электромеханических и гидравлических РМ. Важным достоинством пневмопривода является также пожаробезопасность, в то время как РМ с электроприводом во взрывоопасном исполнении повышает его стоимость еще в 2-3 раза. Манипуляторы с пневмоприводом обладают еще одним существенным преимуществом: линейный пневмодвигатель позволяет полностью устранить передаточный механизм и, следовательно, существенно уменьшить потери на трение, что определяет возможность создания систем управления, позволяющих управлять перемещением груза в вертикальной плоскости, перемещая груз руками, без воздействия на задающее устройство, т.е. реализовывать позиционный пит управления. В конструкциях электромеханических РМ вследствие больших потерь на трение удается снизить простыми способами усилие, необходимое для перемещения груза в вертикальном направлении. В подобных манипуляторах в непосредственной близости от подвешенного груза предусматривается рукоятка управления, с помощью которой осуществляется регулирование скорости вертикального перемещения. Ручное управление, воздействие оператора непосредственно на подвешенный груз, возможность плавного регулирования скорости движения позволяют быстро перемещать груз из позиции в близко расположенную точку рабочей зоны, точно останавливать его в заданной позиции, легко проводить по желаемой траектории, быстро и удобно вводить изделие в узкие, труднодоступные зоны оборудования, практически, исключая возможность соударения и поломки объекта манипулирования и оборудования. Сбалансированные манипуляторы, управляемые только рукояткой, в производственной практике не всегда можно использовать, так как они не позволяют, например, выполнять сборочные операции, особенно на линии движущегося конвейера. В этом плане можно говорить, что пневматические РМ более функциональны и имеют более широкую сферу применения, чем РМ с другими типами приводов.
При построении систем управления электроприводом РМ используются два способа фиксации рабочего органа в точках позиционирования. При первом, самом простом способе, для этой цели используется электромеханический тормоз. Однако исполнительное устройство манипулятора имеет высокую изгибную податливость и при различных возмущениях подвержено воздействию упругих колебаний. Поэтому работа манипулятора в момент срабатывания тормоза может сопровождаться колебаниями механической системы, так как добиться точного совпадения моментов срабатывания тормоза и включения-выключения двигателя достаточно трудно. Кроме того, при жесткой фиксации вала двигателя электропривод не оказывает демпфирующего воздействия на электромеханическую систему, и затухание колебаний происходит лишь за счет незначительных сил трения в механизме. Это приводит уменьшению производительности и ухудшает точность позиционирования РМ.
Отмеченных выше недостатков лишены приводы манипуляторы, положение рабочих органов которых в точках позиционирования обеспечиваются уравновешиванием статического момента нагрузки моментом, развиваемым двигателем. Однако техническая реализация такой системы усложняется необходимостью построения качественно более точной системы регулирования, инвариантной к изменению нагрузки и другим возмущениям; кроме того, появляются трудности, связанные с необходимостью обеспечения теплового режима. Все это приводит к резкому усложнению системы управления и, соответственно, повышению его цены, снижению надежности, усложнению обслуживания и ремонта.
При выборе типа привода РМ необходимо также учитывать такие показатели, как надежность, ремонтопригодность и простота обслуживания, безопасность и степень влияния аварийных ситуаций.
Наибольшей надежностью обладают РМ с пневмоприводом. Так как пневматические системы управления состоят из малого числа надежных стандартных пневматических элементов, то ремонт и обслуживание РМ производится специалистами средней квалификации, в то время как обслуживание РМ с электро- и гидроприводом производят специалисты высокой квалификации.
В нашем роботизированном комплексе не нужны большие вертикальные перемещения груза, что делает ненужным для нас преимущества пневмоприводов в этом вопросе, во всем остальном гидро- и пневмоприводы, уступают электроприводу.
Электроприводы исполнительных механизмов ПР должны обеспечивать:
1) высокое быстродействие, определяемое наибольшими значениями ускорения при пуске;
2) большую перегрузочную способность по току (или по моменту) в переходных режимах работы;
3) высокие энергетические показатели, характеризуемые большой удельной мощность, т.е. отношение мощности привода к массе двигателя;
4) широким диапазоном регулирования скорости.
Этим требованиям в наибольшей степени отвечают современные электроприводы постоянного тока с малоинерционными двигателями и высокомоментными двигателями с возбуждением от постоянных магнитов. Регулирование в приводе осуществляется при помощи аналогового сигнала напряжения, изменяющегося в диапазоне ± 10 В, или импульсных сигналов, формируемых устройствами программного управления.

 


2.4. Выбор манипулятора

Грузоподъемность выбираем по типоразмерному ряду промышленных роботов. Она должна превышать массу объекта манипулирования не менее чем на 10 %.
Число степеней подвижности η в большей мере определяется назначением ПР, содержанием манипуляционных действий, размерами рабочей зоны и выбранной структурно-кинематической схемой:

Где - число независимых степеней подвижности конструкции, необходимое для реализации соответственно ориентирующих, транспортирующих и координатных перемещений.
Выбирая кинематическую схему необходимо учитывать следующие требования, предъявляемые к механизмам какого типа.
При перемещении груза вручную в горизонтальной плоскости исполнительное устройство манипулятора должно обеспечить движение по траектории, которая с достаточной степенью точности лежит в этой плоскости. В противном случае появляется составляющая сила от груза, которую приходится преодолевать оператору при перемещении груза вручную.
Схема рычажного передаточного механизма, обеспечивающего прямолинейное горизонтальное перемещение груза, должна быть такой, чтобы она позволяла уравновесить рычажный механизм средствами во избежание самопроизвольного движения грузового блока, как с грузом, так и без него. Кроме того, выбранная схема должна позволить создать такой рычажный механизм, в котором были бы обеспечены минимальные потери трения при движении по горизонтальной прямой в случае перемещения груза вручную.


При вертикальном перемещении груза для удобства работы оператора желательно, чтобы траектория движения груза мало отличалась от вертикальной прямой. При этом условии упрощаются установка и снятие объектов с вертикальным расположением оси.
При вертикальном перемещении груза вручную кинематическая схема рычажного механизма должна обеспечить постоянную нагрузку от полезного груза либо на механизм уравновешивания, либо на привод вертикального перемещения независимо от положения груза в пределах зоны обслуживания манипулятора. В противном случае требуются частые регулировки, что существенно затрудняет работу оператора. При вертикальном перемещении груза вручную важным является также обеспечить минимальные потери трения в рычажном механизме.
В современных манипуляторах применяются различные кинематические схемы, полностью или частично удовлетворяющие изложенным требованиям. Наиболее полно указанным требованиям отвечают рычажные механизмы, содержащие пантограф, который мы выбираем для дальнейшего проектирования.
Проанализировав различные типы приводов сбалансированных манипуляторов, выбираем электрический. Электропривод выбирают исходя из следующих факторов: требуемых динамических свойств при пуске, торможении и изменении нагрузки; диапазона регулирования скорости; вида требуемой механической характеристики режима работы во времени и требуемой точности поддержания заданного режима; частоты включений приводного механизма.

 


2.4.1. Структурный анализ механизма

Исследование механизма начинается с его структурного анализа. Структурный анализ заключается в разбиении механизма на структурные группы, которое описываются независимыми системами соответствующих уравнений, что существенно облегчает кинематическое и силовое исследование механизма.
Определим степень подвижности кинематической схемы манипулятора, которая представлена на рис.1 по формуле

, (10)

где N=6 - число подвижных звеньев, Р=8 - число кинематических пар, R=8 - общее число подвижностей кинематических пар. Следовательно, число степеней подвижности механизма W=8-3(8-6)=2. Звенья 1 и 6 являются входными, q1, q6 – обобщенные координаты.

 

 

 

1 А С 2 D

4
q1
В 5 Е

q6
6

3

 


F

Рис. 2.21. Кинематическая схема манипулятора

Структуру механизма можно описать с помощью графа – схематического рисунка, элементами которого являются вершины и ребра. В графе звенья соответствуют вершинам, а кинематические пары – ребрам. Номер звена совпадает с номером вершины. Число ребер, соединяющих смежные вершины, равно подвижности кинематической пары.
Механизм манипулятора можно описать с помощью графа представленного на рис.2.22. Структурные группы выделены пунктирными линиями, согласно [15].
Структуру механизма можно также представить в виде структурной схемы, в которой каждая простая структурная группа образует вершину схемы, а ребра соответствуют соединениям группы. В вершинах схемы указывается количество звеньев в группе и число ее степеней подвижности. Стрелки на схеме указывают порядок присоединения групп [15].
В нашем случае такая структурная схема будет выглядеть так, как показано на рис.2.23. То есть наш механизм состоит из двух однозвенных одноподвижных групп и двух двухзвенных групп Асура.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.22. Граф механизма

 

 

 

 

 

 

Рис.2.23. Структурная схема манипулятора


2.4.2. Геометрический анализ механизма

Целью геометрического анализа является определение законов изменения переменных параметров кинематической схемы. Нас будет интересовать линейные и угловые координаты, определяющие положение звеньев относительно стойки в зависимости от обобщенных координат q1 и q6 . Это потребуется для определения рабочей зоны манипулятора и его максимальных габаритов.
Проведем геометрический анализ манипулятора. В каждой структурной группе выделим входные и выходные координаты. Входными координатами являются обобщенные координаты qs механизма, попавшие в данную группу, и координаты, определяющие положение кинематических пар предыдущих групп, к которым присоединяется рассматриваемая группа. Выходные координаты группы – координаты, определяющие положение кинематических пар, к которым присоединяются последующие группы, а также выходные координаты механизма. Структурная схема, приведенная на рис.2.24. иллюстрирует входные и выходные координаты каждой структурной группы.

 


X01,Y01 XA,YA

q1 XD,YD XF,YF
X01,Y01 XB,YB

q6
XB,YB

 

Рис.2.24. Структурная схема манипулятора


Для составления групповых уравнений преобразуем граф, представленный на рис.2.22. Путем размыкания некоторых кинематических пар приведем структурные группы к открытым кинематическим цепям типа “дерево” (рис.2.25.).

 

 


III стр. гр. IV стр. гр.

 


I стр. гр. II стр. гр.

 


Рис.2.25. Открытая структурная схема механизма

При решении задачи геометрического анализа будем пользоваться методом замкнутого векторного контура. Замкнутые контуры для структурных групп исследуемого механизма представлены на рис.2.26.

 

 

 

Y
D 3=4
AD
C 4-2
A AC DE
2 OD

q1 ОА СВ ОЕ E
4
B 5=2 BE
O q6 X
EF
OF

F

Рис.2.26. Замкнутый векторный контур

Групповые уравнения для каждой структурной группы будут выглядеть следующим образом:

I структурная группа ; (11)

II структурная группа ; (12)


III структурная группа ОА + AC = ОВ + CB ;

; (13)

решим данную систему уравнений, так как в дальнейшем при составлении групповых уравнений мы будем оперировать углами 2 и 4, поскольку 5=2, а 3=4.

; (14)

; (15)

,

Где

,

,

следовательно

,

.


В данной системе sin42 имеет две пары корней, что соответствует двум различным сборкам механизма. В нашем случае угол 42 находится в I и II четвертях, следовательно, sin420.

Поскольку 4 = 42 + 2 имеем следующую систему уравнений

;

.

Данную систему уравнений будем решать по правилу Крамера:
Введем обозначения:

;
;
;
;
;
.
Определитель системы равен ,

,

,

следовательно

,

,

.

 


Таким образом, решение системы (13) имеет вид:

; ;

; ;

Определим координаты точки D – точки присоединения IV структурной группы:
ОD = OA + AD ;

; (16)

IV структурная группа OB + BE = OE ;

; (17)

Поскольку звенья 2,5 и 4,5 попарно параллельны, то угол 4=3, а 2=5. Определим координаты точки F – точки крепления схвата манипулятора:


OF= OB + BE + EF ;

; (18)


2.4.3. Кинематический анализ механизма


Задачей кинематического анализа является определение скоростей и ускорений звеньев и точек механизма. Исследуя кинематику нашего механизма, введем некоторые ограничения. Поскольку перемещение шестого звена (рис.2.21.) происходит при воздействии оператора при отключенной пневматической системе управления первым звеном, будем пренебрегать скоростью и ускорением этого звена.
Произведем расчет аналогов скоростей шарнирных точек и аналогов угловых скоростей звеньев механизма:

 

I структурная группа
; (19)
II структурная группа

; (20)

III структурная группа
; (21)


Данную систему уравнений будем решать методом Крамера:
Введем обозначения:

 

;
;
;
;
;
.

Определитель системы равен ,

,
,

Следовательно

,

,
.


Решение системы имеет вид:

; ;

Определим аналоги скоростей точки D:

; (22)

IV структурная группа

; (23)
Определим аналоги скоростей точки F:


; (24)


Произведем расчет аналогов ускорений шарнирных точек и аналогов угловых ускорений звеньев механизма:

I структурная группа
; (25)

II структурная группа

; (26)

III структурная группа

;(27)

Данную систему уравнений будем решать методом Крамера:
Введем обозначения:

; ;
;
;
;
.

Определитель системы равен ,

,
,

 


Следовательно

,

,

,

Решение системы имеет вид:

; ;

Определим аналоги ускорений точки D:

; (28)

 

VI структурная группа:


; (29)

Определим аналоги ускорений точки F:


(30)

 

 


2.4.4. Параметрический синтез механизма

Задачей параметрического синтеза является подбор длин звеньев кинематической схемы механизма, чтобы обеспечить три условия:
попасть в рабочую зону, местоположение которой относительно стойки задано техническим заданием;
обеспечить нахождения точек А,В,С (см. рис.2.21) на одной прямой, поскольку данное условие обладает важным свойством. Если соединить со стойкой один из рычагов шарниром, совпадающим с рабочей точкой, то при перемещении любой другой рабочей точки по какой-либо траектории третья опишет подобную траекторию с коэффициентом подобия, равным передаточному отношению механизма пантографа;
обеспечить наименьшие габариты манипулятора в соответствии с техническим заданием.

Зададимся следующими длинами звеньев манипулятора:

1 вариант: AD = 1400 мм, ВС = 300 мм, ВЕ = 1120 мм, DF = 1500 мм при
q6 min = 240 мм, q6 max = 365 мм, q1 min = 50 мм, q1 max = 300 мм;

2 вариант: AD = 1400 мм, ВС = 250 мм, ВЕ = 1050 мм, DF = 2000 мм при
q6 min = 300 мм, q6 max = 450 мм, q1 min = -80 мм, q1 max = 250 мм;

3 вариант: AD = 1500 мм, ВС = 400 мм, ВЕ = 1200 мм, DF = 2000 мм при
q6 min = 240 мм, q6 max = 360 мм, q1 min = 100 мм, q1 max = 350 мм

Произведем расчет рабочей зоны манипулятора, пользуясь уравнениями, которые были выведены при геометрическом анализе механизма. При заданных длинах звеньев контур рабочей зоны описывает точка F, координаты которой будут следующими:

YF (q6=q6 min, q1=var),
YF (q6=q6 max, q1=var),
XF (q1=q1 min, q6=var),
XF (q1=q1 max, q6=var).

Для трех вариантов выбранных нами длин звеньев построим функцию положения, представленную на рис.2.27. (ряд 1 -1 вариант, ряд 2 - 2 вариант, ряд 3 – 3 вариант). Т.е. зависимость аналога ускорения точки F ( ) от изменения обобщенной координаты q1 при фиксированной обобщенной координате q6.
Проанализировав полученные результаты выбираем второй вариант заданных длин звеньев, так как он наиболее полно отвечает выше представленным условиям.

 

 

 


Рис.2.27. График зависимости аналога ускорения от обобщенной координаты q1.

 

2.4.5. Уравновешивание

Механизмы уравновешивания используют для компенсации влияния статических моментов от масс звеньев манипулятора и снижения требуемой мощности двигателей. Эти механизмы применяют в тех конструкциях ПР, где двигатели расположены непосредственно на подвижных звеньях. В качестве механизма уравновешивания применяют пружинные уравновешиватели, противовесы, гидравлические и пневматические цилиндры.
Задачу уравновешивания механизма будем решать с помощью установки противовеса. Местом установки противовеса будем считать точку К (рис.2.28.), находящуюся на продолжении звена AD.

D
S2 1
С
А

К S3 3 Е
5 S5 S4
В

4


F

Рис.2.28. Схема уравновешивания механизма


Для расчета массы противовеса определим суммарный центр масс механизма по формуле


, (31)


где М - суммарная масса механизма, yS - суммарная координата центров масс, mi – масса i-го звена, ySi – координата i-го звена, mпр – масса противовеса, yк – координата точки присоединения противовеса.
Зададимся массами звеньев по формуле


, (32)


где ql = 20 кг/м – погонная масса, li – длина i-го звена.


,


,


,


,


Далее проведем геометрический и кинематический анализ для определения координат, аналогов скоростей и аналогов ускорений точек центров масс звеньев механизма S2, S3, S4, S5, а также кочки К – места установки противовеса (конструктивно зададимся АК=250 мм).
Построим векторные контуры (рис. 2.29.) для определения геометрических параметров центров масс звеньев.

 

 


Y
D

S2
C
A AC
2
K OS2 S3 BE E
OK OA OS3 BS3 S5 OS4
OS5 S4

O OB 4 X

F

Рис. 2.29. Расчетная схема для определения геометрических параметров центров масс звеньев


Координаты:
(•) K: OK = OA + AK

; (33)

; (34)

(•) S2: OS2 = OA + AS2

; (35)

(•) S3: OS3 = OB + BS3

; (36)

 

(•) S4: OS2 = OB + BE + ES4

; (37)

; (38)

(•) S5: OS5 = OB + BS5

. (39)


Аналоги скоростей:

(•) K:
; (40)

(•) S2:
; (41)

(•) S3:
; (42)

(•) S4:
; (43)


(•) S5:
; (44)


Аналоги ускорений:

(•) K:
; (45)

(•) S2:
; (46)

(•) S3:
; (47)

(•)S4:
;(48)

(•) S5:
; (49)


Расчет массы противовеса будем вести с учетом следующих допущений: 1) расчет производится без учета сил трения в кинематических парах;
2) отключен силовой привод;
3) обобщенная координата q6 = const.
Результаты расчета представим в виде графиков (см. Приложение 1), где представлена зависимость суммарной координаты центров масс механизма yS от обобщенной координаты q1, при массе противовеса равной 80 кг, 100 кг, 150 кг.
Проанализировав результаты расчета массы противовеса можно прийти к следующему выводу. Если использовать противовес массой равной 150 кг, как видно из графика (рис.2.П1.), стрела манипулятора в свободном состоянии

будет стремиться занять положение соответствующее q1 = -80 мм (т.е. крайнее верхнее положение). Если использовать противовес массой 80 кг (рис.3. П1), то стрела, находясь в свободном положении, стремится занять положение соответствующее q1 = 250 мм (т.е. крайнее нижнее положение).
Наиболее предпочтительней масса противовеса равная 100 кг, поскольку в этом случае (рис.1. П1) стрела в свободном состоянии стремится занять промежуточное положение (q1 = 200 мм), что обуславливает удобство в работе, а также транспортировке манипулятора в его мобильном исполнении.

 

2.4.6. Силовой расчет механизма

Силовой расчет механизма производится после разработки его конструкции, когда определены уже конструктивные особенности звеньев и кинематических пар, известны размеры звеньев и материал, из которого изготовлены детали, что позволяет рассчитать их массы и моменты инерции.
При силовом расчете считается заданным движение механизма; обычно первоначально предполагается, что это – программное движение, необходимое для выполнения рабочего процесса.
При силовом расчете механизма считаются известными все активные силы, действующие на звенья механизма, кроме обобщенных движущих сил. К данным активным силам относятся:
а) рабочие нагрузки, т. е. силы, действующие на рабочие органы машины при выполнении рабочего процесса;
б) силы тяжести звеньев. Эти силы являются постоянными, но точки их приложения, а, следовательно, и моменты сил тяжести относительно некоторых центров приведения, изменяются в процессе движения.
Целью силового расчета является определение обобщенных движущих сил и реакций во всех кинематических парах. Обобщенные движущие силы – это силы, которые необходимо приложить к входным звеньям механизма для того, чтобы получить заданное движение при выполнении рабочего процесса. Определив движущие силы, можно выбрать двигатели, приводящие в движение машину.

 

 

 

 

 

 

 

 


2.4.6.1. Расчет сил тяжести и моментов инерции механизма
На рис.2.30. представлены силы тяжести звеньев, силы инерции, моменты от сил инерции, которые приложены к механизму, а также место приложения рабочей нагрузки.

 

 

Ф2y Е2
S2 D
С
А Ф2x M2(Ф)
К Ф3y G2
М3(Ф) S3 Ф5y Е5 Е Ф4y
Gпр G1 Ф3x S5
G3 Ф5x S4 Ф4x
Е3 В
М5(Ф) G5 G4 E4


M4(Ф) F

P


Рис.2.30. Схема мест положения сил тяжести, сил инерции, моментов от сил инерции и рабочей нагрузки


Рабочая нагрузка Р = 35 Н.
Определим силы тяжести каждого звена по формуле

, (50)

где g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения.

300 Н,

,

,

,

,

,


Определим моменты инерции звеньев по формуле

, (51)

,
,
,
,

Определим силы инерции точек центров масс каждого звена по формулам

, (52)

где , , (53)

где - обобщенная скорость;
, - аналоги ускорений точек центров масс.

Обобщенная скорость определяется по формуле

, (54)

где [yF] = 0,63 м/с – допустимая скорость вертикального перемещения манипулятора [5];
- аналог скорости перемещения точки F (см. рис.2.27.).

.

 

Определим моменты от сил инерции по формуле

, (55)


где Еi – угловое ускорение, рассчитываемое по формуле

, (56)
где - аналог углового ускорения.


2.4.6.2. Кинетостатический расчет

Для определения реакций в кинематических парах произведем Кинетостатический расчет. Расчет проводится отдельно по структурным группам начиная с наиболее удаленной от входа. Расчетная схема представлена на рис.2.31.

R24y

D R24x


Ф5y E Ф4y

R05y S5 M5(Ф) Ф4x
Ф5x S4
B G5
R05x G4 М4(Ф)


F

Р

 

Рис.2.31. Расчетная схема

 


Составим уравнения равновесия:

; ;

; ;

;
;

;
.

Для решения данных уравнений приведем их к системе следующего вида:


. (57)


Систему (57) решим по правилу Крамера:

 

det = ;

det R24x = ;


det R24y =

det R05x = ;

det R05y = ;


; ; ; ;


Результаты кинетостатического расчета кинематической пары представим в виде графиков, где расчет реакции R24x представлен на рис.1., R24y – рис.2., R05x – рис.3., R05y – рис.4., Приложения 2. Определение реакций ведется при изменении обобщенной координате q1 на всем диапазоне и при трех фиксированных значениях обобщенной координаты q6, где значение q6 равное 300 мм (ряд1) – крайнее левое положение манипулятора в рабочем состоянии (подвешен груз в точке F), q6 равное 375мм (ряд2) – среднее положение, q6 равное 450 мм (ряд3) – крайнее правое.

По модулю максимальное значение реакции R24x max = 3719 Н
при q1 = -80 мм, q6 = 450 мм.
По модулю максимальное значение реакции R24y max = 2091 Н
при q1 = 140 мм, q6 = 300 мм.

Определим реакцию, действующую в шарнире D по формуле

, (58)

 


.

По модулю максимальное значение реакции R05x max = 3719 Н
при q1 = -80 мм, q6 = 450 мм.
По модулю максимальное значение реакции R05y max = 3442 Н
при q1 = -80 мм, q6 = 450 мм.

Определим реакцию, действующую на ползун B по формуле

, (59)

.

Рассмотрим следующую структурную группу, расчетная схема которой представлена на рис.2.32.


R42x

Ф2y R42y
S2 M2(Ф)
Ф2x
R12y C G2

A Ф3y
K R12x M2(Ф) Ф3x
S2
Gпр G3 R03y

R50x R03x
R50y

 

Рис. 2.32. Расчетная схема

 

 


Определимся с известными реакциями в точках D и B:
R42x = - R24x, R42y = - R24y, R50x = - R05x, R50y = - R05y.


Составим уравнения равновесия:

; ;

; ;

;
;

;

Для решения данных уравнений приведем их к системе следующего вида:

. (60)

Решение системы (60) проводится аналогично решению системы (57).

Результаты кинетостатического расчета кинематической пары представим в виде графиков, где расчет реакции R12x представлен на рис.5, R12y – рис.6, R03x – рис.7, R03y – рис.8, Приложения 2.

По модулю максимальное значение реакции R12x max = 472 Н
при q1 = -80 мм, q6 = 450 мм.
По модулю максимальное значение реакции R12y max = 6839 Н
при q1 = 140 мм, q6 = 300 мм.

Определим реакцию, действующую на шарнир А по формуле

, (61)

.
По модулю максимальное значение реакции R03x max = 471 Н
при q1 = -80 мм, q6 = 450 мм.
По модулю максимальное значение реакции R12y max = 7437 Н
при q1 = 140 мм, q6 = 300 мм.

Определим реакцию, действующую на ползун В по формуле

, (62)

.

 

 

Рассмотрим ползун, расчетная схема которого представлена на рис.2.33.

 


А

R21x R01x

G1
Q1
R21y


Рис.2.33. Расчетная схема


Определимся с известными реакциями в точке А:
R21x = - R12x, R21y = - R12y.

Составим уравнения равновесия:

; ;
; .

Результаты кинетостатического расчета ползуна представим в виде графиков, где расчет реакции R01x представлен на рис.9, а расчет обобщенной движущей силы Q1 на рис.10., Приложения 2.

По модулю максимальное значение реакции R01x max = 472 Н
при q1 = -80 мм, q6 = 450 мм.
По модулю максимальное значение обобщенной движущей силы Q1 max=7139Н
при q1 = 140 мм, q6 = 300 мм.

 



2.4.7. Расчет элементов конструкции


2.4.7.1. Выбор сечения звеньев механизма
Рассмотрим звено DF механизма, как балку в поперечном сечении представляющую собой полый четырехугольник (рис.2.34.).

 


b1

 

 

a a1

 


b

 


Рис.2.34. Поперечное сечение звена механизма

 

 


Из конструкционных соображений зададимся следующими размерами сечения:
а = 80 мм,
b = 40 мм,
а1 = 71 мм,
b1 = 31 мм.


Произведем расчет балки на растяжение и изгиб.
Расчет на растяжение:
Расчетная схема представлена на рис.2.35.
D

 

E

 

F

P

Рис.2.35. Расчетная схема

Определим напряжение растяжения звена по формуле

, (63)

где Р = 250 кгс – рабочая нагрузка,
S – площадь сечения балки,
[Р] = 700 кгс/см3 – допускаемое напряжение при растяжении [2].



Расчет на изгиб:
Расчетная схема представлена на рис.2.36.

 

 

 

D


E


EF
F

Р
Рис.2.36. Расчетная схема


Определим напряжение при изгибе по формуле


, (64)


где Mx max – наибольший изгибающий момент,
Wx – момент сопротивления,
[из] = 850 кгс/см3 – допускаемое напряжение при изгибе [2].

Наибольший изгибающий момент рассчитывается по формуле


, (65)


где max = 450 – максимальный угол наклона звена DF,

 

Момент сопротивления определяется по формуле [1]

 

 

, (66)

.

.


Выбранное нами поперечное сечение звена удовлетворяет условиям растяжения и изгиба.

 

2.4.7.2. Расчет оси направляющих манипулятора
Данный расчет проводится с целью проверить прочность оси направляющих. Рассмотрим ось ползуна В, расчетная схема которого представлена на рис.2.37.

 

RA R R RВ

А В

z

a b a

 


Mx


Рис.2.37. Расчетная схема


На расчетной схеме а = 4,5 см, b = 7 см, R = 500 кгс.

 


Составим уравнения моментов относительно точек А и В

; ;

; ;

;

.

Найдем максимальный изгибающий момент по формуле

, (67)

где 0  z  а – текущий параметр. Момент будет максимальный при z = a,

следовательно
.

В поперечном сечении ось представляет собой круг. Момент сопротивления рассчитывается по формуле [5]

, (68)

из конструктивных соображений примем диаметр оси равный 2,5 см, следовательно

.

По формуле (65) определим напряжение при изгибе. Допускаемое напряжение при изгибе [из] = 2500 кгс/см3 для стали 40Х


.

Данная ось удовлетворяет проверке на прочность.

 

2.4.7.3. Расчет вала поворотной колонны
Данный расчет проводится с целью проверить прочность вала. Расчетная схема представлена на рис. 2.38.


RA M
А В

RB

l a


Рис.2.38. Расчетная схема


На расчетной схеме l = 30 см,
a = 40 см,
M = 21000 кгссм2.


Составим уравнения моментов относительно точки В

; ;

;

.
Найдем максимальный изгибающий момент по формуле [5]
, (69)

В поперечном сечении ось представляет собой круг. Момент сопротивления рассчитывается по формуле (68)

.

По формуле (64) определим напряжение при изгибе. Допускаемое напряжение при изгибе [из] = 2500 кгс/см3 для стали 40Х

.

Данный вал удовлетворяет проверке на прочность.

 

2.4.7.4. Расчет подшипников качения
При работе манипулятора частота вращения не превышает 1 об/мин, следовательно, выбор подшипников производится по статической грузоподъемности.
Проверим радиальный подшипник самого нагруженного шарнира манипулятора в точке В.
Статическая грузоподъемность шариковых радиальных подшипников рассчитывается по формуле

, (70)

где
f0 = 1,25 – коэффициент, зависящий от геометрии деталей радиального подшипника, точности изготовления и материала;
Z = 9 – число тел качения в одном ряду;
i = 1 – число рядов тел качения;
D = 52 мм – номинальный наружный диаметр;
 = 00 – номинальный угол контакта, равный углу между линией действия результирующей нагрузки на тело качения и плоскостью, перпендикулярной оси подшипника.

.

Эквивалентная статическая нагрузка рассчитывается по формуле

, (71)

где Fr = 500 кгс – радиальная нагрузка.
Номинальная долговечность подшипника определяется по формуле

, (72)

где р = 3 – степенной показатель.

 

.

Долговечность подшипника находится по формуле

, (73)

где fn = 1,494 – коэффициент частоты вращения (при n = 110 об/мин).

.

Проверим самый нагруженный радиальный подшипник поворотной колонны.
Статическая грузоподъемность шариковых радиальных подшипников рассчитывается по формуле (70),
где f0 = 1,25;
Z = 10; i = 1;
D = 100 мм;
 = 250.
.

Эквивалентная статическая нагрузка рассчитывается по формуле

, (74)

где Fr = 525 кгс;
Fа = 700 кгс – осевая нагрузка;
X0 = 0,6 – коэффициент радиальной нагрузки;
Y0 = 0,5 – коэффициент осевой нагрузки.

,

Номинальная долговечность подшипника определяется по формуле (72)

.

Долговечность подшипника находится по формуле (73)

.

Проверим упорный подшипник поворотной колонны манипулятора по статической грузоподъемности.
Статическая грузоподъемность шариковых упорных подшипников рассчитывается по формуле

, (75)

где Z = 16 ;
DТ = 12,7 мм - диаметр тела качения;
 = 250.

.

Эквивалентная статическая нагрузка рассчитывается по формуле

, (76)
где Fr = 525 кгс;
Fa = 700 кгс;.

,

Номинальная долговечность подшипника определяется по формуле (72)

.

Долговечность подшипника находится по формуле (73)

.

 

 

 

 

2.4.8. Выбор привода


Приводы манипуляторов содержат силовые двигатели, передаточные механизмы к исполнительным звеньям, усилительно-преобразовательные устройства, воспринимающие сигналы системы управления и датчиков внешней и внутренней информации с целью формирования управляющих воздействий. Тип привода выбирают в зависимости от количества энергии, необходимой для осуществления требуемых перемещений; требований, предъявляемых к способу управления и регулирования; требований технологического процесса, в котором участвует ПР, и условий эксплуатации: пожаро- и взрывобезопасность, защищенность и невосприимчивость к отдельным видам помех, быстродействие, высокая грузонесущая способность и т. п. Компоновочная схема приводов также может оказать влияние на их выбор: расположение силовых двигателей в едином моторном блоке (характерно для электропривода); расположение двигателей на исполнительных звеньях (возможно для привода любого типа в зависимости от требуемых энергетических характеристик); с комбинированным расположением двигателей.
Электропривод выбирают, исходя их следующих факторов: требуемых динамических свойств при пуске, торможении и изменении нагрузки; диапазона регулирования скорости; вида требуемой механической характеристики режима работы во времени и требуемой точности поддержания заданного режима; частоты включений приводного механизма.
Для выбора двигателя постоянного тока необходимы следующие исходные данные:
- угол поворота оси механизма, соответствующий максимальному перемещению исполнительного органа; = 350º;
и - длительность работы и паузы (с);
= - время цикла работы; = 12 с;
- момент инерции исполнительного механизма, ; = 6,91;
- статический момент от нагрузки на выходном валу, Нм; = 22,5;
Расчет выполняют, исходя из минимального значения требующегося момента двигателя.
Диаграмма изменения скорости характеризуется величиной : при =0 диаграмма имеет треугольный вид, при ≠ 0 трапециидальный.
Коэффициент, характеризующий параметры исполнительного механизма и режим работы [25],

; (77)

;

По параметрам табл. 4 [28 с. 381] строят кривые и находят коэффициенты, характеризующие оптимальный режим:

μ = 7,78 = 0,34;
при =0:
= 0,12; = 8,34;
при ≠ 0:
= 0,11; = 7,26;

На основании полученных данных определим скорость (рад/с) установившегося движения входной оси механизма:

; (78)

;

Эквивалентная мощность (Вт) механизма


(79)

Выбираем электропривод ЭТ6И. Это тиристорно-регулируемый или следящерегулируемый с двумя шестифазными преобразователями, с двухконтурным подчиненным регулированием.

Технические характеристики электропривода:

Мощность, кВт 0,75…5,5
Диапазон регулирования 10000
Наибольшая частота вращения 1000
Длительный момент электродвигателя , Нм 7,5…53
Перегрузочная способность по моменту 8…10
Номинальный ток , А 20
Наибольшее ускорение, 7500
Полоса пропускания, Гц 40
Тип двигателя ПБВ
Масса без двигателя, кг до 50

 

Табл.2.2Технические характеристики электродвигателя постоянного тока ПБВ

параметр Типоразмер
ПБВ-100М ПБВ-100L ПБВ-112L ПБВ-112М ПБВ-132М ПБВ-132L

Номинальная мощность, кВТ 0,75 1,1 1,5 2,2 4,0 5,5
Номинальный момент, Нм 7,35 9,8 14,7 19,6 38,2 52,9
Номинальный ток, А 17,1 7,1 24,5 24,5 54,7 60,7
Номинальное напряжение, В 60 60 80 110 85 110
Электромагнитная постоянная времени, мс 3,28 3,63 3,90 4,04 5,19 6,58
Электромеханическая постоянная времени, мс 25 18,9 10,6 18,0 26,3 28,9
Момент инерции,
1,33 2,45 4,08 6,91 18,44 29,40
Ускорение,
7500 6000 4900 4250 2900 2500
Масса, кг 37 45 46 64 80 110
КПД, % 72,9 74,6 76,4 82,2 86,0 32,4
Номинальная частота вращения – 1000 ;
максимальная частота вращения – 2600 .
По расчетному значению мощности подбирают двигатель с паспортными данными (кВт); .
Выбранный электродвигатель ПБВ-112М.


2.4.9. Выбор захватного устройства

2.4.9.1. Захватные устройства манипуляторов
Захватное устройство предназначено для того, чтобы взять объект, удерживать его в процессе манипулирова¬ния и отпустить по окончании этого процесса. Существуют следующие основные типы захватных устройств: механические устройства-схваты, пневматические и электромагнитные. Кроме того, в связи с большим разнообразием объектов манипулирования разработано большое количество различных комбинаций этих типов захватных устройств и множество специальных захватных устройств, основан¬ных на различных оригинальных принципах действия (например, клейкие захватные устройства, накалывающие, использующие аэро¬динамическую подъемную силу и т. п.).
По своему принципу действия захватные устройства, устанавливаемые на грузовом блоке манипулятора, могут быть разделены на схватывающие, поддерживающие, удерживающие. Нам по типу заготовки лучше всего применить удерживающие ЗУ. Удерживающие ЗУ обеспечивают силовое воздействие на объект благодаря использованию различных физических эффектов. Наиболее распространены вакуумные и магнитные . Сравнительные характеристики электромагнитных и вакуумных ЗУ приведены в таб. 2.3.


Таб. 2.3. Сравнительные характеристики электромагнитных и вакуумных ЗУ

Электромагнитные ЗУ Вакуумные ЗУ
Пригодны только для намагничивающихся материалов Пригодны только для плоских и ровных поверхностей для всех материалов
Возможна большая сила притяжения на единицу поверхности Обеспечивают ограниченную силу притяжения для данной площади
Высокая точность базирования благодаря жесткости сердечника Пониженная точность базирования из-за эластичности присосок
Сопутствует остаточный магнетизм, вызывающий опасность загрязнения и повреждения поверхностей детали и захватного устройства Необходимо отсутствие частиц между присосками и поверхностью детали
Быстрота захватывания детали Требуется некоторое время для создания необходимого вакуума
Простота конструкции: катушки и сердечники могут быть легко изготовлены потребителем Конструкция более сложная: необходима герметичность соединений, требуются присоски и трубопроводы
Катушки нагреваются, но конструкция долговечна Срок службы конструкции ограничен

Электромагнитные ЗУ часто комплектуют из небольших электромагнитов, устанавливаемых на общей раме. Такие устройства обычно применяют для переноса фасонных, круглых, ребристых и решетчатых поверхностей.

 


2.4.9.2. Расчет магнитного захвата
Рассмотрим схему выбранного магнитного захватного устройства, представленного на рис.10.1.
Захватное, быстросменное устройство предназначено для мелких деталей плоской формы. Диск 1 с помощью фланца 2 устанавливается на хвостике 3 кисти руки и крепится с помощью байонетного замка и планки 4. К диску 1 винтами прикреплен корпус 5 с магнитной плитой 6. Управление угловым перемещением магнита, размещенным в корпусе 5, производится гидроцилиндрами 7 с зубчато-реечной передачей (на рис. 10.1. не показано). Масло к гидроцилиндрам подаётся через штуцеры 8 и 9, которые закреплены на кронштейне 10 устройства 11 гидравлической разводки манипулятора.

 

 

Рис.10.1. Схема магнитного схвата

 

 

По ориентировочной оценке в нашей стране разработаны десятки тысяч различных ЭМ. Как правило, разработка их проводится в индивидуальном порядке для конкретной аппаратуры, и производство их носит единичный или мелкосерийный характер.
В нашем случае, что бы не усложнять конструкцию, можно выбрать стандартный электромагнит с втяжным якорем.
Гарантированное и достаточное усилие, удерживающее поднимаемый груз рассчитывается по формуле

, (10.1)

где Q = 35 Н – вес поднимаемого груза; f = 0,1 – коэффициент трения между магнитом и грузом; k = 1,5 – коэффициент запаса.

.

 

2.4.10. Устройства передвижения РБ
Устройства передвижения роботов относят к их исполни¬тельным устройствам. В роботах, на сегодня применяют практически все известные на транспорте и в других областях техники способы передвижения. Кроме того, предметом самой робототехники яв¬ляются шагающие (стопоходящие) транспортные средства, которые образуют ее отдельный раздел.
В соответствии с назначением робота и с общей классификацией транспортных средств по областям применения устройства передвижения роботов делятся на наземные, подземные, плавающие, подводные, воздушные, космические.
Наземные устройства передвижения состоят из ходовой части и ее приводов. По принципу действия ходовой части эти устройства классифицируют на колесные, гусеничные, на электромагнитной
подвеске, на воздушной подушке, шагающие, ползающие и т. д.
Мы предлагаем сделать наш робот на колесном ходу. Трасса его задается расположенной на полу светоотражающей или магнитной лентой [30, с. 45].

 

2.4.11. Расчет длительности цикла изготовления детали
Задачу расчета оптимальной последовательности действий, выполняемых в процессе обслуживания оборудования, принято называть задачей упорядочения.
Наиболее развитая разновидность задачи – метод сетевого планирования. Сущность его состоит в следующем. Необходимо выполнить определенное количество операций, часть которых может реализоваться только последовательно, а часть параллельно. Известно время выполнения каждой работы. Задача состоит в отыскании времени выполнения всех операций, для чего предварительно

определяется «критический путь», то есть такая последовательность операций, которая лимитирует общее время операций [33].
Для системы, в которой ро¬бот обслуживает станок, питатель и накопи¬тель, циклограмма, приведена на рис. 2.39.


(80)
где — длительность цикла изготовления детали;
— машинное время обработки детали; =20 мин;
tpaз—время разгрузки; 3 с.
tзar — время загрузки; 3 с.
tтp — время транспор¬тировки. 8,3 с.
По формуле (80) рассчитываем машинное время и длительность цикла:

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 2.39. Циклограмма работы ПР

- загрузка - разгрузка -------- транспортировка

 

 

 

Режим работы зависит от степени загруженности робота, коэффициента его использования и частоты включений механизмов. Степень загруженности определяется коэффициентом относительной загрузки


(81)


Где и Р – соответственно среднее значение нагрузки и грузоподъемность робота.

 


Коэффициент использования

(82)
Где - время работы робота за год;
- расчетный фонд времени использования робота за год.
Частота включений отражает среднее число переходов в цикле, связанных с включением приводов или изменением режима их работы за одну минуту. В соответствии с рекомендациями [14.табл.3] в зависимости от значений указанных коэффициентов для ПР устанавливается соответствующий режим работы, который в дальнейших расчетах учитывается коэффициентом нагрузки , равный 1,3

Выбираем =0,3;
= 50-100 мин‾1

Режим работы тяжелый.

 

 

 

 

 


Табл. 2.4. Циклограмма работы РТК для склеивания деталей одной плиты пресса

№ Элемент цикла Такт цикла
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
1 Выдвижение руки
2 Опускание
3 Зажим
4 Подъём
5 Отвод руки назад
6 Поворот в поз. II
7 Выдвижение руки
8 Опускание
9 Разжим
10 Подъем
11 Отвод руки назад
12 Рабочий ход пресса
13 Поворот в поз. I
14 Контроль ползуна пресса
15 Контроль съема детали
16 Команда загрузочному устройству


Тц = 12 с

 

 


Примечания: 1) в исходном положении ПР:
Рука в поз. I отведены назад;
Рука поднята в верхнее положение;

2) - рука промышленного робота;
3) - опрос и контроль оборудования.

Характеристика движения механизмов РТК
1. перемещение каретки в зоне обслуживания пресса……3000 мм (5,5 с)
2. ход руки вверх / вниз ……………………………............1000 мм (60 с)
3. ротация схвата…………………………………………….180 º (1,8 с)
4. поворот……………………………………………………350 º (2 с)
5. горизонтальный ход руки………………………………..500 мм (60 с)
6. скорость линейная………………………………………..0,8 м/с
7. скорость угловая………………………………………….180 град/с
8. погрешность позиционирования………………………...± 1 мм
9. полное время смены заготовки ………………………… с
10. время смены заготовки, не перекрываемое технологическим циклом обработки детали……………………………………………….. с.

Техническая характеристика РТК
1. производительность, штук / час…………………………2,96
2. габаритные размеры заготовок, мм……………………...220
3. толщина заготовок, мм…………………………………...15
4. наибольшее количество заготовок в загрузочном
устройстве, штук……………………………………………..10
5. максимальная грузоподъёмность устройства, кг………..120
6. масса клееной заготовки, кг………………………………3,5
7. тип системы программного управления роботом ………цикловой
8 габаритные размеры РТК L x b , мм………………………3300 х 5900
9. потребляемая мощность РТК с тремя прессами, кВт, не более.. 8,6


Рассчитав манипулятор, мы можем выбрать наиболее подходящий вариант из альбома схем и чертежей промышленных роботов и манипуляторов [25]. Наиболее удовлетворяющий нашим условиям робот
РПМ – 25.


3. Проектирование и расчет гидропривода

3.1. Требования для проектирования

Проектируемая система гидропривода состоит из трех гидроцилиндров и гидравлической системы управления. Проектируемая система, для обеспечения нормального функционирования, должна удовлетворять следующим условиям:
Обеспечивать работу гидроцилиндров в соответствии с циклограммой работы, приведенной на рис 2.1;
Настройки системы управления должны обеспечивать заданную скорость перемещения подвижных узлов.

 

 

Циклограмма работы ГЦ


Рис 3.1. Циклограммы перемещений рабочих узлов

 

 

ИП – исходное положение;
РП – рабочая подача;
СВ – выстой;
РВ – реверс;
ОХ – обратный ход;
С – стоп.
а) скорость перемещения штока ГЦ: VГЦ = 30…120 мм/мин;
б) перемещение поршня : S = 0,620 м;
в) скорость холостого хода: VХХ = 4,5 м/мин.
г) нагрузка: R = 160000 Н.
Основой разработки гидравлической схемы является задаваемая циклограмма перемещений рабочего органа станка. Проанализировав заданную циклограмму, можно сделать вывод, что для обеспечения “выстоя” или остановки рабочего органа в промежуточном положении хода, а также реверса, необходимо применить трехпозиционный распределитель. Для осуществления двух видов движения, рабочего и холостого, необходимо при помощи распределителя разбить поток на два потока: один поток для рабочего хода, где нужно установить регулятор расхода и другой поток для холостого хода. Разработка гидравлической схемы, реализующей работу гидравлического привода по заданной циклограмме, представлена на рисунке: рис.3.2.
Полную схему см. плакат.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.2. Гидравлическая схема

 

 

Описание работы гидросистемы

Составим таблицу, в которой кратко изложено положение распределителей во время работы гидросистемы. Знак “ 1” означает, что через обратный клапан, дроссель, трубопровод течет жидкость, а для распределителей “1”, соответствует положению, соответствующей рассматриваемой скорости.


Табл. 3.1. Положения распределителей, поясняющих работу гидросхемы

Скорости грс 1
а 0 в грс 2
а в
вперед 0 0 1 1 0
назад 1 0 0 1 0
Выстой под давлением 0 1 0 0 1


Скорость вперед V1 обеспечивается в положении «в» распределителя грс1 и в положении «а» грс2.
Скорость назад V2. Распределитель грс1 в положении «а», грс2 в «в». Когда датчики фиксируют наличие масла под давлением в магистрали “т” проходящее через кп3, то грс1 замыкается , положение «0», грс2 принимает положение «в», это положение распределителей носит название выстой под давлением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3.2. Силовой расчет привода

Расчет производится на основе статического равновесия силового исполнительного органа, то есть гидроцилиндра для поступательного движения. Рассмотрим пример исполнительного органа для поступательного движения (рис.2.1).

 

Рис.3.3. Расчетная схема гидропривода поступательного движения.
Рабочая жидкость (расход Q, давление р) подаётся в левую полость цилиндра 1, что вызывает перемещение поршня 2 с рабочим органом 4 со скоростью V, преодолевая нагрузку G.
Условие статического равновесия системы:

pF - pПР F’ = R + RП + RШ + RН + G ,

где
р – давление в рабочей полости цилиндра;
рПР – давление в сливной полости цилиндра;
F и F’ – эффективные площади двух сторон поршня;
RП – сила трения поршня;
RШ – сила трения штока;
RН – сила трения в направляющих;
G- полезная нагрузка (чистое сопротивление).

RРАСЧ = (1,25…1,50) R,

Примем для заданной системы

RРАСЧ = 1,3 R (3.1)

RРАСЧ = 1,3 • 160000 = 208000 Н,

тогда уравнение равновесия имеет вид:

pF = RРАСЧ.

При этом противодавление рПР учитывается позже при расчете потерь в гидросистеме.
Находим параметры цилиндра

F = Rрасч / p. (3.2)

Давлением р задаются из опытных данных эксплуатации гидравлических приводов. Так примем р=3,5 МПа и тогда из уравнения определим площадь цилиндра F, а затем и диаметр поршня.

F = 208000 / 20


F = 10,4•10 –3 м2;

 

 


(3.3)


В зависимости от рассчитанного диаметра поршня D и требуемой по заданию длины хода L=620мм выбираем по ОСТ2 гидроцилиндр Г21-1-73 – 125*100*630
125 - диаметр поршня (мм),
100 - диаметр штока (мм),
630 - длина рабочего хода (мм).

 

3.3. Кинематический расчет

Этот расчет заключается в определении расходов, необходимых для обеспечения заданных рабочих и холостых ходов рабочих органов и последующим выборе стандартных насосных станций с одним или несколькими насосами.
Расходы определяются следующим образом:

 


где: - максимальная и минимальная скорости перемещения рабочего органа равные соответственно 2,4 м/мин и 2,88 м/мин;
- потребные для максимальной и минимальной скоростей расходы жидкости;


(3.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4. Выбор оборудования

3.4.1. Выбор насоса
Зная расход и рабочее давление, выберем насос для данной схемы (на схеме - Н).
Максимальный расход составляет: =100 л/мин,
Рабочее давление = 16МПа.
Выбираем насос Г13-35М.
Условный проход: D = 20 мм.
Номинальное давление на выходе = 16 МПа.
Номинальный расход: Q = 100 л/мин.
КПД полный: 0.88
Эффективная мощность: 29 кВт.

3.4.2. Выбор гидроцилиндра
Для реализации нашей циклограммы по рабочему давлению и требуемому диаметру поршня подбираем гидроцилиндр с односторонним штоком Г21-1-73-125*50*630 по ОСТ2.
Номинальное давление на выходе: P = 10 МПа.
Максимальная скорость: V = 0,5 м/с.
Температура масла t = 10-70 ºС.
Ход поршня S = 630 м.
Г21 – 1 73 состоят из следующих основных деталей: гильзы 6, крышек 1 и 9, поршня 4, штока 10, разрезной гайки 2, тормозных втулок 3 и 5, фланцев 7, полуколец 8, втулки 11, передней опоры 12, крышки 14, дросселей 15, обратных клапанов 16 и винтов 17.Уплотнение поршня по диаметру D обеспечивается с помощью чугунных поршневых колец, а уплотнение по диаметру d – с помощью шевронных уплотнений 13, натяг которых регулируется путем изменения толщины пакета прокладок между крышками 14 и 9. Для выпуска воздуха в в крышках 1 и 9 предусмотренны отверстия, заглушаемые пробками. В исполнениях с торможением втулки 3 и 5 в конце хода входят в соответствующие расточки крышек 1 и 9, после чего слив масла из рабочей полости возможен лишь через дроссель 15, регулирующий эффективность торможения. После реверса движения масло в рабочую полость поступает через клапан 16.

3.4.3. Выбор устройства для очистки масла (на схеме Ф)
При соблюдении необходимых требований к чистоте гидросистемы можно повысить надежность гидроприводов в несколько раз. Выбираем фильтр напорный с индикатором загрязнения 1ФГМ32 40-25М(К).
Условный проход: D = 20 мм.
Номинальное давление на выходе: = 32 МПа.
Номинальный расход: Q = 40 л/мин.
Тонкость фильтрации: 25 мкм.
Класс точности: 12.


3.4.4. Выбор гидрораспределителей ГРС1, ГРС2
Выберем два трехпозиционных распределителя.
Под рассматриваемую схему подходит гидрораспределитель:
Р20 Л44Г.
Условный проход: D = 20 мм.
Рабочее давление = 16МПа.
Наибольший расход: Q = 100 л/мин.
Масса: m = 20 кг.
Шифр обозначений:
Р – гидрораспределитель;
20 – диаметр условного прохода;
Л – электромагнитное управление;
44 – исполнение по гидросхеме в соответствии с табл. 4.7.[27, с. 89];
Г – тип электромагнита переменного тока маслонаполненный (герметичный).

3.4.5. Выбор дросселя Д1
Выберем дроссель стыкового присоединения:
ПГ77-14ТУ27-20-2205-78.
Установочный размер: = 20 мм.
Максимальное рабочее давление: Рмах = 20 МПа.
Номинальный расход: Q = 80 л/мин.
Диапазон настройки: ∆р = 0,2 МПа.

3.4.6. Выбор обратного клапана
Обратные клапаны предназначены для пропускания потока рабочей жидкости в одном направлении и запирании в обратном направлении. Зная установочный диаметр и максимальный расход, выбираем обратный клапан ПГ51-24.
Установочный размер: = 20 мм.
Номинальное давление на выходе: P = 10 МПа.
Номинальный расход: Qном = 40 л/ мин.
Диапазон настройки: ∆р = 0,3 МПа.
Масса: 7,5 кг.

3.4.7. Выбор предохранительных клапанов КП – 1, КП – 2,
КП – 3
Предохранительные клапаны должны поддерживать постоянным установленное давление в возможно более широком диапазоне изменения расходов масла, проходящих через клапан. Они предохраняют гидросистему от перегрузок давления.
КП – 1: П Д Г 54 – 3.4.2 – 1 – гидроклапан предохранительный стыкового присоединения (на схеме КП);
КП – 2: П Д Г 54 – 3.4.2 – 2;
КП – 3: П Д Г 54 – 3.4. – 2.

Шифр обозначений:
П – стыковое присоединение;
Д – давление 20 МПа;
Г 54 – 3 – обозначение по классификатору станкостроения, гидроклапан давления;
4 – исполнение по условному проходу, 20 мм;
2 – исполнение по давлению: 2- до 20МПа, цифра отсутствует – до 10 МПа;
Последняя цифра – категория размещения по табл. 5.2. [27, с. 123].
Установочный размер: = 20 мм.
Расход рабочей жидкости: Q = 123 л/ мин.
Диапазон настройки: ∆р = 1..20 МПа.
Масса: 5 кг.

3.4.8. Выбор аккумулятора
Аккумулятор предназначен для накопления энергии давления в гидравлических системах и выдачи ее при увеличении расхода рабочей жидкости (на схеме АК).
Выбираем аккумулятор АРХ – 2,5/320 (вместимостью 2,5 ) с поршневым разделителем.
Технические условия: ТУ2 – 052 – 1410 – 79.
Номинальное давление Рном = 32 МПа.
Установочный размер: = 20 мм.
Габарит (диаметр х длина): 155 х 410 мм.
Масса: 28 кг.
Рабочая жидкость – минеральные масла вязкостью 20…5000 сСТ при температуре 0º…60 ºС.

 

 

3.5. Динамический анализ. Определение времени срабатывания привода

В этой главе определим время срабатывания спроектированного гидропривода на прямом и обратном ходах.

3.1. Определение времени срабатывания ГЦ1 на обратном ходе

При включении распределителей в положение для начала движения поршня гидроцилиндра происходит разгон поршня с некоторым непостоянным ускорением до скорости установившегося движения. Таким образом, поршень гидроцилиндра движется неравномерно. Для определения времени перемещения поршня на величину заданного хода запишем дифференциальное уравнение движения поршня на обратном ходе:

(3.7)

, примем b = 0,02 м.

где - масса поршня;
- скорость поршня;
- давление в штоковой полости цилиндра;
- эффективная площадь поршня в штоковой полости цилиндра;
- давление в поршневой полости цилиндра;
- эффективная площадь поршня;
- суммарная осевая нагрузка на шток поршня и силы трения поршня и штока (в соответствии с расчетной схемой рис.3.2.).
В уравнении (3.7) неизвестными величинами являются давления и , которые определим из уравнений Бернулли, составленных для сечений О-О, 1-1 и а-а, 2-2 (см. рис.3.7). При составлении этих уравнения пренебрегаем величиной высотного напора.
Уравнение для сечений О-О, 1-1 (напорная ветвь):

(3.8)

Уравнение для сечений а-а, 2-2 (сливная ветвь):

(3.9)

где - давление в сечении О-О;
- удельный вес жидкости ;
- ускорение свободного падения ;
- коэффициент потерь на трение в i-ом участке трубопровода;
- длина i-ого участка трубопровода;
- диаметр i-ого участка трубопровода;
- скорость течения жидкости в i-ом участке трубопровода;
- максимальный ход поршня;
ξ1 = ξ2 = ξ3 = 0,7 – коэффициент сопротивления гидрораспределителей;
ξ4 = ξ5 = 0,8 – коэффициент обратных клапанов;
- величина смещения поршня.

Пользуясь условием неразрывности потока, выразим скорости течения жидкости в трубопроводе через скорость поршня:

(3.10)

При чем для ,

для .


Введем коэффициенты:

(3.11) (3.12)

С учетом коэффициентов (3.11) уравнение (3.8) примет вид:

(3.13)

С учетом коэффициентов (3.12) уравнение (3.9) примет вид:

(3.14)

Подставим величины и , выраженные из уравнений (3.13) и (3.14) в уравнение (3.7), одновременно раскрыв нагрузку с помощью уравнений (3.15) и (3.16)


(3.15)

и


(3.16)


получим:

(3.17)


Где

 


(3.18)

В режиме установившегося движения, когда

и ,

уравнение (3.18) примет вид:

 

 


Откуда легко можно найти давление в сечении О-О, .
Из уравнения установившегося движения (3.17) выразим величину А и подставим в уравнение (3.15), получим:


(3.19)

 

 

 


Разрешим уравнение


(3.20)


(3.20) относительно и проинтегрируем, получим:


(3.21)

где .

Выразим из уравнения (3.21) величину , получим:


(3.22)


Где .
По уравнению (3.22) построим график изменения скорости поршня во времени на рис.3.4.


Рис.3.4 Изменение скорости поршня ГЦ1 во времени при обратном ходе

Из графика (рис.3.4.) видно, что поршень достигает скорости установившегося движения через 25 с после начала движения.
Но нам интересно знать, через какое время после начала движения поршень пройдет расстояние равное величине хода, чтобы программным образом задать останов. Для этого запишем уравнение величины смещения поршня:

(3.23)

Проинтегрируем уравнение (3.23), получим:

(3.24)

По уравнению (3.24) построим график перемещения поршня во времени (рис.3.5), из которого видно, что поршень сместится на величину максимального хода h = 0.605м., через 10с. после начала движения.

 

Рис.3.5. График смещения поршня ГЦ1 на обратном ходе во времени.

 

Определим число Рейнольдса (для максимальной скорости):

(3.25)

 

(3.26)


Коэффициенты трения трубопроводов: λ1 = λ2 = λ3 = λ4 = λ5 = 75 / Re.
Удельный вес масла γ = 8633 Н/м3

 

5. Технико-экономическое обоснование применения роботизированного комплекса

Применение промышленных роботов спо¬собствует решению трех важных проблем: улучшению условий труда работающих, повышению производи¬тельности труда и сокращению потребностей в рабочей силе. Благодаря возможности бы-
строй переналадки использование ПР делает экономически целесообразным автоматизацию в условиях частой смены объектов производ¬ства и при замене ручного низкоквалифициро¬ванного труда.
При оценке эффективности ПР необходимо учитывать, что он не всегда способен по¬лностью заменить рабочего, обслуживающего технологическое оборудование, а может лишь освободить его от монотонного физического труда, изменить характер и содержание труда, приближая его к труду наладчика.
Основными источниками экономической эффективности ПР и РТК являются: повыше¬ние производительности оборудования или по¬вышение производительности труда в резуль¬тате замены ручного труда при загрузке (разгрузке) деталей, оснастки, транспортиро¬вании деталей и выполнении основных техно¬логических операций; повышение ритмичности производства; повы¬шение коэффициента сменности оборудования без увеличения численности рабочих; сниже¬ние процента брака; повышение стабильности качества; уменьшение размеров оборотных средств в незавершенном производстве; уменьшение времени на установку и снятие де¬тали; увеличение норм обслуживания станков одним рабочим.
Применение ПР, кроме того, позволяет ре¬шить ряд социальных
задач: изменить характер труда и создать новые условия труда рабочего в промышлен¬ности, сократить травматизм и профессио¬нальные заболевания, текучесть кадров; облег¬чить общую демографическую проблему не¬хватки рабочей силы в народном хозяйстве.
Эффективность применения ПР и РТК рассчитывают по инструкции ЭНИМСа1 (Инструкция по оценке экономической эффективности создания и использования автоматических манипуляторов).
Экономический эффект от внедрения таких комплексов может быть получен вследствие значительного сокращения путей транспорти¬рования; постоянной информации о состоянии производства и работе промежуточного скла¬да; уменьшения простоев оборудования с по¬мощью организационного обеспечения заго¬товками, деталями, инструментом, приспосо¬блениями и измерительными средствами; со¬кращения количества инструментов на рабо¬чих местах; уменьшения длительности про¬изводственного цикла.

 

 

 


5.1 Исходные данные


Таблица 5.1
№ п/п Наименование параметра Обозначение Базовый вариант Разработанный вариант
1 Балансовая стоимость оборудо-вания, руб Ко 60000 75000
2 Норма штучно-калькуляционного времени, час t
0,029 0,02
3 Коэффициент выполнения нормы времени Кв 1 1
4 Высота потолка в цехе, м h 6 6
5 Средняя стоим. одного кв.м здания, руб Цзд 150 150
6 Стоимость технол. оснастки, руб Косн. 3000 3000
7 Кол-во комплектов оснастки, шт Посн. 1 1
8 Часовая тарифная ставка рабо-чего, руб/(челчас) Сзчс. 12 12
9 Коэффициент приработка рабо-чего А 1,4 1,4
10 Площадь, занимаемая станком, м2 Sо 0,48 0,32
11 Коэффициент доп.зарплаты Кдз. 1,2 1,2
12 Коэффициент учета отчислений в фонд соц. Страхования Кс. 0,8 0,8
13 Коэффициент учета численности бригады В 1 1
14 Норма годовых аммортизацион-ных отчислений, % в год Qр. 4 4
15 Группа ремонтной сложности технической части оборудования Rм. 3 3
16 Длительность межремонтного цикла, год Трц. 6 6
17 Коэффициент влияния различных факторов на ремонтный цикл Вд. 0,9 0,9
18 Коэффициент учета затрат на ремонт энергетической части оборудования Кэд. 1,3 1,3
19 Стоимость электроэнергии, руб/кВтчас Цэ. 1,4 1,4
20 Средние затраты на все виды планово-предупредительного ремонта на единицу ремонтной сложности, рубцикл/ед.рем.слож Wa. 1000 1000
21 Сумма мощности электрических установок, кВт Nст. 8 4,5
22 Коэффициент учета использо-вания электроустановок:
по времени
по мощности

Квр
Кп.

0,5
0,6

0,5
0,6
23 Средний КПД электроустановок
0,9 0,9
24 Коэффициент учета потерь мощности в сетях завода Кwd. 1,05 1,05
25 Среднегодовые расходы содер-жания помещений, руб/год*кв.м Сск. 500 500
26 Действительный фонд времени работы оборудования, час/год Fд. 4000 4000
27 Коэффициент загрузки оборудо-вания Мо 0,95 0,97
28 Коэффициент учета доп.площади Кfd 1,5 1,5


5.2. Расчет технико-экономических показателей

5.2.1. Трудоемкость продукции

(чел*час/год)

где К - число операций К=1;
t - норма штучно - калькуляционного времени на выполнение i -ой операции, мин./кг.;
Qг.з. - годовое количество продукции ,
Qгз = 19000 кг./год;
Kв - коэффициент выполнения норм времени операцию, Kв=1;
В - коэффициент, учитывающий бригадную работу, В=1.
Тр1=0,029*1105920/1*1=32071,4 (чел*час/год)
Тр2=0,02*1105920/1*1=24430,4 (чел*час/год)
Снижение трудоемкости детали:
ТР = Тр1 - Тр2 =32071,4 - 24430,4 =7641 ( чел. час )/год

 

 

 

5.2.2. Количество оборудования

ед.

где Tг.раб - годовой объем работ при выполнении операции изготовления продукции, (маш.-ч)/год.
Fд- действительный годовой фонд времени работы единицы оборудования, час / год; Fд, = 4000 час/год;
К0- коэффициент загрузки оборудования, К0 = 0.8
Годовой объем работ при выполнении операции вычисляется по формуле:

, маш.-ч./год

-где Кв= 1;
Mo- коэффициент занятости технологического оборудования
выполнения операции.
Коэффициент М01 характеризует отношение расчетного количества оборудования к принятому.
Тг.раб.1= 3500 маш.-ч./год;
Тг.раб.2=3400 маш.-ч/год.
Количество оборудования

Таблица 5.2

Базовый вариант Разработанный вариант
Производство Ор1/Опр1 Мо1 Производство Оп2/Опр2 Мо2
0,98/1 0,98 0,96/1 0,96
Опр.- принятое количество станков.

 

5.2.3. Количество основных рабочих

/ Fэ.ф. , чел.

где z- количество типоразмеров , z=l;
Fэ.ф. - эффективный фонд времени работы одного рабочего за год, Fэ.ф. = 1920 час

 

 

Количество основных рабочих приведено в табл. 5.3.

Таблица 4.3.
Базовый вариант
Разработанный вариант

Производство
Ро1 Производство
Ро2
12
3

5.2.4. Производственные площади

 

где Sj - производственная площадь, занимаемая единицей оборудования, м ; Кfd - коэффициент, учитывающий дополнительную площадь, приходящуюся на оборудование.
Oj - принятое количество оборудования на i -ой операции, ед.

Результаты расчёта сведены в табл.5.4.

Таблица 5.4.
Базовый вариант Разработанный вариант
Производство So Kfd Производство So Kfd
0,72 1,5 0,48 1,5


5.2.5. Энергоемкость продукции


, кВт*час/год

где Ny —суммарная мощность электродвигателя оборудования кВт;
Kвpi - коэффициент загрузки по времени двигателей, Kвpi = 0.5;
К - коэффициент загрузки по мощности двигателей оборудования, занятого при выполнении i - ой операции, К = 0.6 ;
Код - коэффициент одновременности работы двигателей оборудования, занятого при выполнении i - ой операции, Koд= 1;
Kw - коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в сети,Kw=1,05;
ti -норма времени на выполнение i-ой операции, мин.;
- средний коэффициент полезного действия электродвигателей оборудования, =0,9;
Квi =1.
Результаты расчёта энергоёмкости продукции сведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5.

Базовый вариант
Разработанный вариант

Производство
Э1 Производство Э2
23562,3 15236,5

 

 

 

 

5.3. Расчёт различающихся элементов капитальных вложений

Кпр=Ко+ Кзд+Км, руб.

где К0 - капиталовложения в единицу технологического оборудования, занятого на i –ой операции, руб. (балансовая стоимость); Кзд - капиталовложения в здания, руб.;
Км - капиталовложения в запасы материалов, руб.


5.3.1. Капиталовложения в оборудование
Рассчитаем капиталовложения в оборудование по формуле:
, руб.

где Коmi- капиталовложения в единицу оборудования, занятого на i-ой операции, руб.(балансовая стоимость);
Оi- принятое количество оборудования на i-ой операции, ед.;
Моi- коэффициент занятости технологического оборудования при выполнении i-ой операции;
Капиталовложения в оборудование
Таблица 5.6
Базовый вариант Разработанный вариант
Производство Ко1 Производство Ко2
155000 107000

 

 

 

 

Разработанный вариант сокращает капитальные вложения по сравнению с базовым.

 


5.3.2. Капиталовложение в здание

, руб

где h -высота помещения цеха, в котором выполняется операция, h =4м;
Soi-площадь, потребная для выполнения отдельной операции, м ;
Ms=Moi-коэффициент занятости технологического оборудования i-ой операции;
Цзд- стоимость м производственного здания, Цзд=150 руб.

Капиталовложения в здание

Таблица 5.7.
Базовый вариант Разработанный вариант
Производство
Кзд1 Производство
Кзд2
353 230

 

 

 

5.3.3. Капиталовложения в запасы материалов

, руб

где w- число материалов, необходимых для производства продукции;
Мз.с.- среднее количество материалов, находящееся в запасе, т.;
Цм.с.- оптовая цена материалов с- го вида, руб./т;
Кт.з.с.- коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы.

, т.

где Gc- расход материала с-го вида, кг/год;
Dт.з.с.- норма текущего запаса с-го вида, дни; Dт.з.с.м.=5дней, Dт.з.с.в.=5дней Dз.с.с.- норма страховочного запаса материла с-го вида, дни; Dз.с.с.м.=20 дней, Dз.с.с.в.=5 дней.
, кг/год

где z- число типоразмеров продукции;
g - расход материалов с-го вида на единицу продукции, кг;
Qг.з.- годовое количество единиц продукции запускаемого в производство;
Для базового и разработанного вариантов:
g =0.7кг, g =0.3 кг,
Цм.с.1=65 руб/кг, Цм.с.2=5 руб/кг,
Кт.з.с.=1,1,
G1=0,7*1105920=774144кг/год, G2=0,3*1105920=331776 кг/год,
Мз.1=774144*(5+25)/360=64512 кг, Мз.2=331776*(5+5)/360=9216 кг,
Км1=64512*65*1,1=343114,2 руб, Км2=2970*1*1,1=10137 руб,
Км=Км1+Км2=401235,2+3268=404503,2 руб.

5.3.4. Суммарные капиталовложения по вариантам

Кпр=Ко+Кзд.+Км, руб
Для базового варианта:
Кпр1=155000+353+404503,2=559856руб.;
Для разработанного варианта:
Кпр2=107000+230+404503,2=511733руб..
Кпр=559856-511733=481232 руб.
Разработанный вариант требует меньших капитальных затрат.

5.4. Расчет цеховой себестоимости продукции

Таким элементом, различающимся по вариантам, является цеховая себестоимость продукции.
Сц= См+Ст, руб./кг
где См- затраты на материалы, руб.;
Ст- технологическая себестоимость продукции, руб.

5.4.1. Расчет затрат на материалы

, руб./кг.

где w- число видов материалов, применяемых при изготовлении продукции, w=1;
g - норма расхода материала с-го вида, руб./кг;
Цм.с.- оптовая цена материал с-го вида, руб./кг;
Кт.з.с.- коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы, Кт.з.с.=1,1.
Для базового и разработанного вариантов:
g =0,7кг; =0,3 кг;
Цм.с.1=65 руб/кг; Цм.с.2=5 руб./кг;
См1,2=0,7*65*1,1+0,3*5*1,1=51,7 руб./кг.

5.4.2. Расчет технологической себестоимости детали
Технологическая себестоимость производства продукции определяется таким образом:
Ст=Сз+Со+Ск+Спр ,руб./кг

где Сз- заработная плата основных рабочих, приходящихся на кг;
Со- затраты на эксплуатацию оборудования на кг;
Ск- затраты на использование производственного здания;
Спр- прочие цеховые расходы.

5.4.2.1. Заработная плата основных рабочих

Сз=Сз.ч.с.*А*Кд*Кс*t*В, руб./кг

где Сз.ч.с.- средняя часовая заработная плата основных рабочих по тарифу; Сз.ч.с.=35 руб./час
А- коэффициент, учитывающий приработок рабочих, А=1,6;
Кд- коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату, Кд=1,41;
t- норма времени на выполнениеоперации.
Сз=35*1,6*1,41*0,01*1= 0,42 руб./кг

5.4.2.2. Расчет затрат на эксплуатацию оборудования

Со=Са+Ср+Сэ, руб./кг

где Са- затраты на амортизацию оборудования, приходящеюся на один кг, руб./кг; Ср- затраты на ремонт оборудования, руб./кг;
Сэ- затраты на электроэнергию, руб./кг.

Затраты на амортизацию оборудования:

, руб./кг

где а- норма амортизационных отчислений на замену оборудования в год, %;
Qг.з.- годовое количество продукции запускаемое в производство, Qг.з.=1105920 кг;
Кот- капиталовложения в единицу технологического оборудования, руб;
О- расчетное количество оборудования, ед.;
Мо- коэффициент занятости технологического оборудования.
Са1=0,00012 руб./кг;
Са2=0,00085 руб./кг.

5.4.2.3. Затраты на ремонт оборудования

, руб./кг

где Wм, Wэ- затраты на все виды планово-предупредительного ремонта за ремонтный цикл, приходящейся на единицу ремонтной сложности механической и энергетической части данного оборудования, Wм=500 руб., Wэ=130 руб.
Rм, Rэ- группа ремонтной сложности механической и энергетической части оборудования соответственно;
Тр.ц.- длительность ремонтного цикла основной части оборудования , Тр.ц.=5 лет; - коэффициенты, учитывающие влияние на длительность ремонтного цикла соответственно обрабатываемого материала, типа производства, значения основного параметра и массы полуавтомата, .

Ср= ( )=0,0023 руб./кг.


5.4.2.4. Затраты на электроэнергию

, руб./кг

где Э- годовой расход электроэнергии, ;
Цэ- стоимость 1 кВт/час, Цэ=0,60 руб./кВт час;
Qг.з.- годовое количество продукции, запускаемое в производство, Qг.з.=1105920 кг;
Сэ1=27127,6*0,6/1105920=0,056 руб./кг;
Сэ2=13563,8*0,6/1105920=0,031 руб./кг.

Результат расчетов суммарных затрат на эксплуатацию оборудования:
Со1=0,058 руб./кг;
Со2=0,034 руб./кг.

5.4.2.5. Расчет затрат на содержание помещений

, руб./кг

где So- площадь потребная для выполнения операции, м /опер.;
Ms=Mo- коэффициент занятости технологического оборудования;
Qг.з.- годовое количество продукции, Qг.з.=1105920 кг;
Скг- годовые расходы на содержание помещения, приходящийся на 1 м площади цеха, Скг=1000(руб./год)/м ;

Ск1= =0,003 руб./кг;
Ск2= =0,0024 руб./кг.


5.4.2.6. Расчет прочих цеховых затрат

Спр=(Сз.ч.с.*В*t+Со)*Кпр.ц.,руб./кг

где Сз.ч.с.- средняя часовая заработная плата основных рабочих по тарифу, Сз.ч.с.=30 руб.;
В- коэффициент, учитывающий бригадную работу , В=1;
t- норма времени на выполнение операции, мин;
Со- суммарные затраты на эксплуатацию оборудования, руб./кг;
Кпр.ц.- коэффициент, учитывающий прочие цеховые расходы пропорционально сумме затрат на заработную плату и расходам на эксплуатацию, Кпр.ц.=2;

Спр1=(30*1*0,01+0,058)*2=0,72 руб./кг;
Спр2=(30*1*0,01+0,024)*2=0,65 руб./кг.

Расчет цеховой себестоимости кг продукции

Сц=Сз+Со+Ск+Спр+См, руб./кг

где Сз- заработная плата основных рабочих, руб./кг;
Со- затраты на эксплуатацию оборудования, руб./кг;
Ск- затраты на содержание помещения, руб./кг;
Спр- прочие цеховые расходы, руб./кг;
См- затраты на материал, руб./кг;
Для базового варианта:
Сц1=0,43+0,058+0,003+0,72+51,7=52,96 руб./кг.
Для разработанного варианта:
Сц2=0,43+0,034+0,0024+0,65+51,7=52,82 руб./кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сводная таблица технико-экономических показателей
Таблица 5.8
№ Наименование показателей Единицы измерения Базовый вариант Разработанный вариант
1 Годовой выпуск продукции кг 1105920 1105920
2 Трудоемкость
32071,4 24430,4
3 Потребность в оборудовании Ед. 1 1
4 Расчетное количество рабочих на смену Чел. 12 3
5 Капитальные вложения
в технол. оборудование
в здание цеха
в запасы материалов
Руб.
155000
353
774144
107000
230
331776
6 Цеховая себестоимость детали:
Затраты на эксплуатацию оборудования
Затраты на содержание помещения
Прочие цеховые затраты

 

 

Руб.
52,96


0,058

0,003

0,72
52,82


0,034

0,0024

0,65
7 Приведенные затраты Млнруб/год 58 53
8 Годовой эффект Млнруб/год 5

 

 

 

 


Список литературы


1.Александров М. П. Подъемно-транспортные машины М.:
Вые. шк., 1985.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. Т.1. М.:
Машиностроение, 1982.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. Т.2. М.:
Машиностроение, 1982.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. Т.3. М.:
Машиностроение, 1982.

5.Беляев Н. М. Сопротивление материалов. Главная редакция
физико-математической литературы. М.: Издательство
"Наука", 1976.

6. Белянин П.Н. Сбалансированные манипуляторы. М.: Машиностроение,
1988.

7. Белянин П.Н., Шифрин Я.Ю. Проектирование промышленных роботов.
М.: Машиностроение, 1989.

8. Буньков А.М., Селивановская С.Б. Промышленные роботы, манипуляторы,
автооператоры и элементы роботизированных систем. Новосибирск:
ГПНБС Академии наук СССР, 1977.

9. Герц Е.В. Справочное пособие.Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975.

10. Гриневич Г.П. Труды ГСКБ по автопогрузчикам. Львов: МАП СССР, 1975.

11. Гурьев В.П. Гидравлические объемные передачи. М.: Машиностроение, 1964.

12.Дьячков В.К.Подвесные конвейеры. М.: Машиностроение, 1976.

13.Дуболазов В.А. Дипломное проектирование. Методические указания.
Издательство СПбГПУ, 2005.

14. Иоффе Ф.С. Современные конструкции манипуляторов для механизации
погрузочно-разгрузочных работ. М.: НИИинформтяжмаш, 1978.

15. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы. М: Машиностроение, 1983.

16. Коловский М.З. Теория машин и механизмов. Структура и кинематика
механизмов. СПб.: СПбГТУ, 1993.

17. Коловский М.З. Теория машин и механизмов. Силовой анализ. СПб.:
СПбГТУ, 1994.

18. Кудрявцев А.И. Элементы и устройства пневмоавтоматики. Отраслевой
каталог. М.: ВНИИТЭМР, 1990.

19. Макаров Ю.Н., Ашейчик А.А. и др. Детали машин. Справочные
материалы по проектированию. СПб.: СПбГТУ, 1995.

20. Мишкинд С.И., Вечтомова Д.Г., Щетинин С.Ф. Манипуляторы с ручным
управлением и автоматической балансировкой груза для машиностроения.
М.: НИИМАШ, 1981.

21. Накано Э. Введение в робототехнику М.: Мир, 1988.

22. Орлов П.И. Основы конструирования. Т.1. М.: Машиностроение, 1977.

23. Орлов П.И. Основы конструирования. Т.2. М.: Машиностроение, 1977.

24. Пересадько Ю.В., Прокопенко В.А. Проектирование гидропривода цикловой автоматики. Методическое пособие. СПб.: СПбГПУ, 1999.

25. Соломенцев Ю.М. Промышленные роботы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. М.: машиностроение, 1987.

26. Соломенцев Ю.М. Роботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. М.: машиностроение, 1987.

27. Свещников В.К. Станочные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1988.

28. Челпанов И.Б., Колпашников С.Н. Схваты промышленных роботов. Л.:
Машиностроение, 1989.

29. Чернавский С.А., Боков К.Н, Чернин И.М. и др. Курсовое проектирование
деталей машин. М.: Машиностроение, 1988.

30. Юревич Е.И. Основы робототехники. М.: Машиностроение, 1985.


31.Справочник по кранам/Под общ. ред. М. М. Гохберга. Т.1. Л.:
Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988.

32.Справочник по кранам/Под общ. ред. М. М. Гохберга. Т.2. Л.:
Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988.

33.Справочник по конвейерам /Под общ. ред. Ю.А. Пертена.:
Издательство "Машиностроение", 1984.

34. Краткий справочник паяльщика / Под ред. И.Е. Петрунина. Издательство
"Машиностроение", 1991.

35. Справочник промышленные роботы/ Ю.Г. Козырев Издательство
"Машиностроение", 1988.




Комментарий:

Дипломная работа - отлично!


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы