Курсовая работа: Автоматизация транспортировки осей колесных пар автооператором портального типа

Для варианта №2: ;

Для варианта №3:;

3.4 Методы оценки экономической эффективности вариантов автоматизации

Экономическая эффективность машин складывается из энергетического, трудового, структурного и технологического эффектов (полезных результатов).

Энергетический эффект определяется сокращением расхода топлива или энергии, увеличением надежности работы энергетического оборудования, повышением КПД силовых установок.

Трудовой эффект связан с сокращением прямых затрат живого труда обслуживающего персонала на управление технологическими процессами.

Структурный эффект обусловлен сокращением регулирующих и запасных емкостей, уменьшением служебных и инженерных коммуникаций, снижением металлоемкости и стоимости оборудования, увеличением съема продукции с единицы площади производственных зданий, повышением концентрации построек на территории.

Технологический эффект обусловлен в основном увеличением производства продукции за счет автоматизации технологических процессов, сокращения трудовых затрат и повышения качества продукции.

При сравнении нескольких вариантов автоматических машин определяют сравнительную экономическую эффективность.

Эффективность – это отношение величины экономического или эксплуатационного эффекта к величине затрат, обусловивших получение этого эффекта.

В качестве критериев сравнительной экономической эффективности средств автоматизации применяют:

  расчетный коэффициент эффективности капитальных вложений:

,                                                                                       (3.8)

где Т – срок окупаемости капитальных вложений;

С1 и С2 – себестоимость продукции до и после осуществления капитальных вложений;

К1 и К2 – капитальные вложения до и после внедрения автоматической машины;

Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (Ен=0.15).

Для варианта №3:

.

  максимально допустимую стоимость автоматического оборудования:

,                                                                           (3.9)

Для варианта №1:

;

Для варианта №2:

;

Для варианта №1:

.

Индекс конкурентоспособности:

,(3.10)

где производительность новой и базовой машины, шт./ч;

годовой доход от применения новой и базовой машины, руб.

.

Величину дохода приближенно можно определить по формуле:

,(3.11)

где уровень рентабельности (0,08…0,15).

Для варианта №1:

.

.

Для варианта №2:

.

.

Для варианта №3:

.

.

Себестоимость выпуска годового объема продукции  можно приближенно определять по формуле:

,(3.12)

где расходы на материалы на единицу продукции, руб./шт.;

годовой объем выпуска продукции;

потребное число машин;

номинальный годовой фонд времени работы машины, ч:

 мощность электрооборудования машины, кВт;

численность персонала, управляющего машиной;

площадь, занимаемая машиной;

стоимость машины, руб.

Для варианта №1:

Для варианта №2:

Для варианта №3:

Затраты на материалы при выполнении операций, намеченных к автоматизации можно определить приближенно по соотношениям, приведенным в таблице 3.4.

Таблица 3.4. Затраты на материалы

Вывод: исходя из приведенных таблиц: по мощности, цене, производительности, времени и т.д. вариант №3 является самым оптимальным., поэтому для дальнейших расчетов я буду использовать оптимальный вариант.

4. Расчет геометрических характеристик несущих элементов машины

При работе машины для обмывки осей для ее передачи используются рельсовый путь.

Определим реакции, которые возникают в местах установки подшипников RA и RF:

Н. (4.1)

Н. (4.2)

;(4.3)

;

.

Проверка выполняется, значит реакции определены верно.

5. Выбор (обоснование) принципа, САУ и средств управления

5.1 Функциональная блок-схема САУ

Под системой автоматического управления (САУ) понимают совокупность связанных друг с другом объекта управления (ОУ) и управляющего устройства (УУ), действующих как одно целое без непосредственного участия человека и обуславливающих ее функционирование.

Под функционированием системы понимают последовательную смену состояний системы во времени с целью восполнения ее назначения.

Объекты управления – это технологические машины, транспортные средства, цеха, производственные участки, депо, заводы и энергетические системы, осуществляющие определенный технологический процесс.

Действительные процессы, протекающие в системах, отличаются от заданных, поэтому в большинстве систем алгоритм управления не соответствует алгоритму функционирования.

Алгоритм управления показывает как должно изменяться управление, чтобы обеспечить заданный алгоритм функционирования. Алгоритмы функционирования в автоматических системах реализуются с помощью управляющих устройств.

Автоматическим управляющим устройством называют устройство, целенаправленно воздействующее на управляемый объект в соответствии с алгоритмом управления. В основе построения САУ лежат общие принципы управления, определяющие характер изменения управляющего воздействия на объект в зависимости от задания и фактического состояния системы.

В данном курсовом проекте описываем разомкнутую САУ, функциональная блок-схема которой представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1 – Функциональная блок-схема разомкнутой САУ

В приведенной блок-схеме разомкнутой САУ применены следующие обозначения:

ЗАФ – задатчик алгоритма функционирования;

x(t) – входной сигнал;

УУ – управляющее устройство;

u(t) – управляющая воздействия;

ИУ – исполнительное устройство;

ОУ – объект управления;

y(t) – управляемая величина или выходной сигнал.

В качестве объекта управления выступают оси, которые посредством наклонного рельсового пути, подаются на обмывку под силовую моечную головку.

Исполнительным устройством являются силовая моющая головка, которая обмывает детали.

Управляющим устройством является пневмопривод с гидроцилиндром двустороннего действия и распределителем с электромагнитным управлением и пружинным возвратом.

Задатчиком алгоритма функционирования являются конечные выключатели.

5.2 Алгоритм управления машиной

Алгоритмом управления называется совокупность предписаний, определяющая характер воздействий на управляющий орган с целью выполнения заданного алгоритма функционирования.

Алгоритм управления составляется в соответствии с последовательностью действий машины и заданной системой автоматического управления.

Таблица 5.1. Базовый алгоритм управления машиной

6. Разработка системы автоматизации

6.1 Разработка принципиальной схемы САУ

При разработке систем автоматизации несложных объектов составляют принципиальные и монтажные электрические схемы. Принципиальная схема определяет полный состав элементов автоматики, связь между ними и дает детальное представление о принципе работы объекта автоматизации.

6.2 Расчет надежности схем

Надежность электрических схем систем автоматического управления определяют такими показателями безотказности, как вероятность безотказной работы в течение заданного отрезка времени; интенсивность отказов; средняя наработка до первого отказа.

Элементы схем считаются невосстанавливаемыми, а сама схема – восстанавливаемой. Также полагают, интенсивность отказов постоянной. Для таких допущений вероятность безотказной работы любого элемента автоматики определяют в соответствии с показательным законом:

.(6.1)

Поскольку, исходя из методов построения схем, в электрических цепях элементы соединены последовательно (основное соединение), то вероятность безотказной работы любой цепи схемы можно определить:

.(6.2)

где вероятность безотказной работы го элемента электрической схемы;

общее количество элементов в цепи.

В любой схеме системы автоматического управления каждая последующая цепь зависима от предыдущей. Поэтому принимают, что цепи в электрических схемах соединены последовательно. Тогда вероятность безотказной работы всей схемы системы управления определяют:

.(6.3)

Расчет надежности электрических схем САУ осуществляют укрупненным и уточненным методами. При укрупненном расчете вероятность безотказной работы принимается для всего электрического аппарата и полагается, что все они соединены последовательно. Расчет надежности укрупненным методом осуществляется в форме таблицы 6.1. Применительно к базовой электрической схеме (см. рис. 6.1) результаты расчета надежности укрупненным методом приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1. Результаты расчета надежности

. (6.4)

6.3 Выбор аппаратов управления

В качестве основных аппаратов управления применяют контакторы, магнитные пускатели, реле времени, командоаппараты, реостаты, тахогенераторы и другие устройства.

Контактор представляет собой электромагнитный аппарат с дистанционным управлением, предназначенный для частых коммутаций силовых цепей.

Реле представляют собой слаботочные аппараты, предназначенные для использования в схемах САУ, а также коммутации электрических цепей. Отличительной особенностью реле является скачкообразное изменение его состояния при достижении входным воздействием на него определенного уровня. По своему исполнению реле делятся на электромагнитные (контактные), полупроводниковые (бесконтактные) и герметичные.

Электромагнитные реле по принципу своего действия не отличаются от контактора и работают следующим образом. При подаче входного электрического сигнала на катушку, когда ток (напряжение) в цепи катушки превысит некоторое значение, называемое током (напряжением) срабатывания реле, создаваемая им электромагнитная сила станет больше противодействующей силы возвратной пружины, якорь реле притянется к сердечнику и траверса, поднявшись, обеспечит замыкание и (или) размыкание контактов.

Промежуточные электромагнитные реле применяются в основном для коммутации электрических цепей и размножения контактов других электрических аппаратов (контакторов, магнитных пускателей, электромагнитов).

Таблица 6.2. Техническая характеристика электромагнитного реле

Магнитный пускатель. Представляет собой специализированный аппарат, предназначенный главным образом для пуска, остановки и реверса электрических двигателей. Кроме управления магнитные пускатели обеспечивают с помощью тепловых реле защиту двигателей от токовых перегрузок. Магнитные пускатели различаются по назначению (нереверсивные и реверсивные), наличию или отсутствию тепловых реле и кнопок управления, степени защиты от воздействия окружающей среды, уровням коммутируемых токов, рабочему напряжению главной цепи.

Таблица 6.3. Технические характеристики магнитного пускателя

Командоаппараты конструктивно представляют собой многосекционные кулачковые аппараты для разно- и одновременной коммутации нескольких цепей.

Таблица 6.4. Техническая характеристика командоаппарата

6.4 Описание автоматизированного процесса

При нажатии на кнопку Sп осуществляется пуск САУ. Контакт 1К1 обеспечивает самопитание промежуточного реле К1. Контакт 2К1 включает в работу все цепи управления. Если тумблер S включен, то питание поступает на двигатель командоаппарата МКЭП. Вал командоаппарата начинает вращаться и последовательно замыкать и размыкать свои контакты 2КЭП – 8КЭП.

Автоматически замыкается контакт 2КЭП. Срабатывает электромагнит YA1. Жидкость поступает в гидроцилиндр. Этот гидроцилиндр перемещает площадку питателя-отсекателя, тем самым подавая ролики в магазин, расположенный на ленточном конвейере. Контакт 2КЭП размыкается, при этом отключается электромагнит YA1. Площадка перемещается в исходное положение, и на нее скатываются ролики, расположенные в накопителе.

При замыкании контакта 3КЭП срабатывает магнитный пускатель КМ1, включая электродвигатель М1. Происходит перемещение ленточного конвейера и магазин с роликами в зону обмывки.

При замыкании контакта 4КЭП срабатывает магнитный пускатель КМ1 электродвигателя М1. В конце перемещения ленточного конвейера контакты конечного выключателя SQ1 в цепи КМ 1 размыкаются. Выключается двигатель М1, одновременно контакт 4КЭП размыкается. Магазин с роликами находится в зоне обмывки.

Двери моечной машины опускаются при замыкании контакта 5КЭП, срабатывает магнитный пускатель КМ2 электродвигателя М3 опускания дверей. В конце перемещения дверей контакты конечного выключателя SQ2 в цепи КМ2 размыкаются. Выключается двигатель М3, одновременно контакт 5КЭП размыкается.

Начинается процесс обмывки после замыкания контакта 6КЭП. Срабатывает магнитный пускатель КМ3, включая электродвигатель насоса М2. После окончания обмывки контакт 6КЭП размыкается и электродвигатель М2 отключается.

Двери моечной машины поднимаются при замыкании контакта 7КЭП, срабатывает магнитный КМ4 электродвигателя М3 подъема дверей. В конце перемещения дверей контакты конечного выключателя SQ3 в цепи КМ4 размыкаются. Двигатель М3 отключается, и одновременно контакт 7КЭП размыкается.

Автоматически замыкается контакт 8КЭП. Срабатывает магнитный пускатель КМ1, включая электродвигатель М1. Происходит перемещение ленточного конвейера и магазина с роликами из зоны обмывки.

При замыкании контакта 4КЭП срабатывает магнитный пускатель КМ1 электродвигателя М1. В конце перемещения ленточного конвейера контакты конечного выключателя SQ4 в цепи КМ 1 размыкаются. Выключается двигатель М1, одновременно контакт 4КЭП размыкается. Магазин с роликами ожидает дальнейшей транспортировки.

Вал командоаппарата сделал оборот. Вновь замыкается автоматически контакт 2КЭП и процесс повторяется.

Заключение

электропривод управление машина звено

В ходе данной курсовой работы были решены задачи по автоматизации обмывки колёсных пар. Для этого проводился анализ данной операции, разработка вариантов механизмов машин. Далее на основе расчетов параметров выбранных механизмов, уровня автоматизации (Kма=72%), средней звенности механизмов (Z=4.5) был выбран наиболее лучший вариант конструктивной схемы машины с применением гидропрвода, после чего был представлен его расчет. Последующие расчеты показали, что цикловая производительность выбранной машины равна 17 шт./час, а фактическая – 16 шт./час. Также был представлен расчет экономической эффективности. Затем был проведен расчет геометрических характеристик несущих элементов машины – расчет нагружения рельсов, расчет рельсов на прочность по результатам, которых сделали вывод: прочность рельсов обеспечена. Одним из наиболее важных этапов был выбор принципа САУ и средств управления: была выбрана централизованная система автоматического управления. Заключительным пунктом данной курсовой работы стало описание автоматизированного процесса на основе разработанной схемы САУ.

Список используемой литературы

1.  Асинхронные двигатели серии 4А [Текст]: справочник / А.Э. Кравчик [и др.]. – М.: Энергоиздат, 1982. – 504 с.

2.  Болотин, М.М. Автоматизация производственных процессов при изготовлении и ремонте вагонов [Текст]: учебник для вузов ж.-д. транспорта / М.М. Болотин, Л.Л. Осиновский. – М.: Транспорт, 1989

3.  Болотин М.М., Новиков В.Е. Системы автоматизации и производства и ремонта вагонов: Учебник для вузов ж. – д. транспорта 2-е издание, переработан и дополнен – М.: Маршрут, 2004. – 310 с.

4.  Муха, Т.И. Приводы машин [Текст]: справочник / Т.И. Муха, Б.В. Януш, А.П. Цупиков; под ред. В.В. Длоугого. – Л.: Машиностроение, 1975. – 344 с.

5.  Технология производства и ремонта вагонов [Текст]: учебник для вузов ж.-д. транспорта / К.В. Мотовилов, В.С. Лукашик, В.Ф. Криворудченко, А.А. Петров; под ред. К.В. Мотовилова. – М.: Маршрут, 2003. – 382 с.

6.  Системы автоматического производства и ремонта вагонов: учеб.-метод. пособие по выполнению курсовой работы для студентов 4 курса очной и 5 курса заочной форм обучения специальности 190302.65 «Вагоны» / Т.В. Иванова, Е.А. Рожкова. – Чита: ЗабИЖТ, 2010. – 68 с.

7.  Технология производства и ремонта вагонов [Текст]: учебник для вузов ж.-д. транспорта / К.В. Мотовилов, В.С. Лукашук, В.Ф. Криворудченко, А.А. Петров; под ред. К.В. Мотовилова. – М.: Маршрут, 2003. – 382 с.