Расчет привода штанговой насосной установки
 Скачать 1.73 Mb.
|
|
6.1. Масштаб закона движения Вычерчивается в масштабе график: S=S( ). В зависимости от формата выбираем линейный масштаб перемещения S (мм/мм). Тогда высота графика h будет: ] [мм S h S ] [ 126 5 , 0 63 мм h Масштабы по оси абсцисс угловой масштаб L 2 рад/мм., 0174 , 0 360 14 , 3 2 рад/мм.. При заданной частоте вращения кулачка n об/мин масштаб времени: nL t 60 с/мм, 45 где L – длина графика S - (принимается в зависимости от формата чертежа). 0333 , 0 180 10 60 t с/мм. . 6.2. Масштабы графиков первой производной Принимая полюсное расстояние H, методом графического дифференцирования (метод касательных или метод хорд) строятся графики первой производной d dS S или d d - аналоги скоростей. Масштабы графиков: 1 H S d dS S мм мм , 735 , 0 40 0174 , 0 5 , 0 S мм мм Масштабы линейной скорости этих графиков определяется из выражения: 1 H t S V мм с м или мм с мм , 375 , 0 40 0333 , 0 5 , 0 V мм с см Из графиков с учетом масштаба 𝑉 𝐸 = 1,989 м/с, что примерно равно скорости точки Е рассчитанной методом планов. 46 6.3. Масштабы графиков второй производной 1. Для определения линейного или углового ускорения строим график: а=а(t), для чего следует продифференцировать график V=V(t). Масштабы этих графиков будут: 2 t V a H μ μ μ мм с см a 2 281 , 0 40 0333 , 0 375 , 0 Здесь 2 H - полюсное расстояние при вторичном дифференцировании, принятое 20 H 2 .Масштабы аналогов ускорений: H μ μ μ μ S d S d S 2 2 мм мм 2. Выбрав положение центра вращения кулачка (в области возможных его положений) и, соединив его с концами отрезков на графиках, определяются углы передачи движения, i и строится график ) ( Из графиков с учетом масштаба 𝑎 Е = 55,3 м/с 2 , что примерно равно ускорению точки Е рассчитанной методом планов. 47 7. Энергокинематический расчет привода 7.1. Определение КПД привода станка-качалки КПД привода определяется как произведение КПД отдельных передач. 2 1 общ , где: η 1 - КПД ременной передачи; η 2 - КПД зубчатой передачи. Для расчета данного механизма принимаем ременную и зубчатую передачи. Плавность работы обеспеченна ременной передачи даже при отсутствии равномерной нагрузки на рабочем органе. При расчете привода станка-качалки принимается ременная передача клиноременного типа. Компактностью и большим передаточным отношением отличается зубчатая передача. При расчете привода станка-качалки зубчатая передача - цилиндрическая закрытого типа. Значения КПД принимаем равным 0,96. [12] 9216 , 0 96 , 0 96 , 0 общ Развиваемый момент на выходном звене привода найдем по формуле: 1 общ N M , где: N – заданная мощность; ω 1 – угловая скорость кривошипа, η общ – КПД привода. 15 , 8 13 , 1 9216 , 0 10 M кНм. 7.2. Определение мощности электродвигателя. Подбор электродвигателя Необходимая мощность двигателя для привода станка-качалки с учетом КПД определится: общ N N 48 7 , 21 9216 , 0 20 N кВт Из условия что мощность электродвигателя не меньше мощности на кривошипе подбираем модель электродвигателя. Ближайшее большее значение мощности имеют двигатели серии АОП2 следующих типоразмеров: 71-4 (n=1450об/мин), 72-6 (n=970об/мин). Выбираем электродвигатель с большим числом оборотов – электродвигатель серии АОП2 типоразмера 71-4 7.3. Определение передаточных чисел привода станка-качалки Определим общее передаточное число привода станка-качалки: ; n n U дв общ Так как число оборотов на выходном валу привода должно соответствовать числу оборотов входного вала станков качалки - 10 об/мин, то требуемое передаточное отношение привода определится из соотношения: ; 145 10 1450 n n U дв Разобьем общее передаточное число по ступеням привода: ; рем общ зуб U U U В частности, для первой ступени привода (ременной передачи), исходя из рекомендаций ( 4 2 рем U ), передаточное число принимаем 3 рем U 48 3 145 рем общ зуб U U U Для зубчатой передачи рекомендованные передаточные числа принимаем в диапазоне 7 3 зуб U . Так передаточное число выходного вала привода вала вых U 49 составляет 10 об/мин, то требуемое передаточное отношение зубчатой передачи найдем по соотношению: Разобьем зуб U по ступеням. ; 48 .вал вых зуб n U ; 8 , 4 10 48 48 вал вых зуб n U Полученное значение лежит в необходимом диапазоне передаточных чисел зубчатой передачи. Таким образом, для привода станка-качалки получили одноступенчатую зубчатую передачу. Если при расчете >7, то следует принимать большее число ступеней. Составляем кинематическую схему привода рисунок 9. Рис.9 Схема привода станка-качалки. 1 – «М» (мотор) – электродвигатель; 2 – клиноременная передача (первая ступень привода); 3 – зубчатая передача (одноступенчатый косозубый редуктор); 4- исполнительный механизм (станок- качалка). зуб U Станок- качалка I II M × × 1 2 3 4 50 Определим частоту вращения валов привода. Для выходного вала ременной передачи: Число оборотов выходного вала ременной передачи равно числу оборотов входного вала зубчатой передачи. Число оборотов выходного вала редуктора (зубчатой передачи) равно числу оборотов входного вала станка-качалки (кривошипа). 7.4. Определение мощностей по валам привода Мощность ведущего вала ременной передачи равна мощности электродвигателя 10 дв рем вход N N кВт. Мощность на выходном валу ременной передачи: рем дв рем вых N N 6 , 9 96 , 0 10 рем вых N кВт. Мощность входного вала зубчатой передачи равна мощности выходного вала ременной передачи 6 , 9 зуб вход рем вых N N кВт. Мощность на выходном валу зубчатой передачи: зуб рем вых зуб вых N N 216 , 9 96 , 0 6 , 9 зуб вых N кВт. 7.5. Определение моментов по валам привода Моменты на валах определим из соотношения: N M ; рем дв вых рем U n n 483 3 1450 вых рем n 51 Для входного вала ременной передачи (первого вала привода): с рад Вт N M дв дв рем вход / , где ω дв – угловая скорость вала двигателя. 30 дв дв n 7 , 150 30 1440 14 , 3 дв рад/с 4 , 66 / 7 , 150 10000 с рад Вт M рем вход Нм. Момент на выходном валу ременной передачи: 30 рем вых рем вых n 24 , 50 30 480 14 , 3 рем вых рад/с 191 24 , 50 9600 рем вых M Нм. Момент на входном валу зубчатой передачи равен моменту на выходном валу ременной передачи 191 зуб вход рем вых M M Нм. Момент на выходном валу зубчатой передачи: зуб вых зуб вых зуб вых N M рем ых в рем вых рем вых N M 52 30 зуб вых зуб вых n 046 , 1 30 10 14 , 3 зуб вых рад/с 8810 046 , 1 9216 зуб вых M Нм. Исходя из полученного крутящего момента на выходном валу редуктора и сравнив его с паспортными данными можно сделать вывод что привод УШСН подобран верно. Также данный привод экономически целесообразен. 53 8. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение. 8.1. SWOT-анализ Первый этап заключается в описании сильных и слабых сторон проекта, в выявлении возможностей и угроз для реализации проекта, которые проявились или могут появиться в его внешней среде. Результаты первого этапа SWOT-анализа представлены в табличной форме (табл. 1). Таблица 1 Матрица SWOT Сильные стороны научно- исследовательского проекта: С1. Подбор оптимального режима работы станка до его монтажа С2. Использование программного комплекса Компас 3D; С3. Определение прочности отдельных деталей до их производства; С4. Квалифицированный персонал. Слабые стороны научно- исследовательского проекта: Сл1. Использование некоторых упрощений (например, материал штанги принимается условно); Сл2. Отсутствие возможности проверки прочностных расчетов на лабораторных стендах; Сл3. Возможные ошибки в расчетной части программного комплекса Компас 3D . Возможности: В1. Сотрудничество с предприятием- изготовителем приводов УШСН; В2. Появление дополнительного спроса на исследование в связи с расширением объемов производства потребителей; Угрозы: У1. Отсутствие спроса на данные исследования в связи с возможностью 54 проведения подобных расчетов потребителем самостоятельно; У2. Развитие принципиально новых технологий. После того как сформулированы четыре области SWOT переходим к реализации второго этапа. Второй этап состоит в выявлении соответствия сильных и слабых сторон научно-исследовательского проекта внешним условиям окружающей среды. Это соответствие или несоответствие должны помочь выявить степень необходимости проведения стратегических изменений. Интерактивная матрица проекта представлена в табл. 2, табл. 3, табл. 4, табл. 5. Таблица 2 Интерактивная матрица возможностей и сильных сторон проекта Возможности проекта С1 С2 С3 С4 В1 + - + - В2 - - 0 + При анализе данной интерактивной таблицы можно выделить следующие сильно коррелирующие возможности и сильные стороны проекта: В1С1С3, В2С4. Таблица 3 Интерактивная матрица возможностей и слабых сторон проекта Возможности проекта Сл1 Сл2 Сл3 В1 - 0 - В2 - - - При анализе данной интерактивной таблицы можно выделить то что слабых сторон данный проект не имеет. Таблица 4 Интерактивная матрица угроз и сильных сторон проекта 55 Угрозы проекта С1 С2 С3 С4 У1 - - - - У2 0 0 - + При анализе данной интерактивной таблицы можно выделить следующие сильно коррелирующие угрозы и сильные стороны проекта: У2С4. Таблица 5 Интерактивная матрица угроз и слабых сторон проекта Угрозы проекта Сл1 Сл2 Сл3 У1 + + + У2 + 0 - При анализе данной интерактивной таблицы можно выделить следующие сильно коррелирующие угрозы и сильные стороны проекта: У1Сл1Сл2Сл3, У2Сл1. В рамках третьего этапа составляем итоговую матрицу SWOT-анализа (табл. 6). Таблица 6 SWOT-анализ Сильные стороны научно- исследовательского проекта: С1. Подбор оптимального режима работы станка до его монтажа С2. Использование программного комплекса Компас 3D; С3. Определение прочности отдельных деталей до их производства; С4. Квалифицированный персонал. Слабые стороны научно- исследовательского проекта: Сл1. Использование некоторых упрощений (например, материал штанги принимается условно); Сл2. Отсутствие возможности проверки прочностных расчетов на лабораторных стендах; Сл3. Возможные ошибки в расчетной части программного комплекса Компас 3D . Возможности: В1. Сотрудничество с предприятием- изготовителем приводов УШСН; В2. Появление Результаты анализа интерактивной матрицы проекта полей «Сильные стороны и возможности»: В1С1С3 – возможность заимствования паспортных Результаты анализа интерактивной матрицы проекта полей «Слабые стороны и возможности»: 56 дополнительного спроса на исследование в связи с расширением объемов производства потребителей; данных у завода- изготовителя для проведения расчетов; В2С4 – большое количество квалифицированного персонала, которые могут провести данные расчеты, покрывает спрос на исследование; Угрозы: У1. Отсутствие спроса на данные исследования в связи с возможностью проведения подобных расчетов потребителем самостоятельно; У2. Развитие принципиально новых технологий; Результаты анализа интерактивной матрицы проекта полей «Сильные стороны и угрозы»: У2С5 – возможно развитие конкурентных разработок, если при их создании участвует квалифицированный персонал; Результаты анализа интерактивной матрицы проекта полей «Слабые стороны и угрозы»: У1Сл1Сл2Сл3 – возможно отсутствие спроса на данное исследование вследствие: применения некоторых упрощений при моделировании, учета только одного вида нагрузки, наличия некоторых погрешностей при отсутствии возможности проверки результатов; У2Сл1 – возможно развитие конкурентных исследований вследствие осуществления более точных расчетов при минимальных упрощениях в проекте; 57 8.2. Планирование научно-исследовательских работ Структура работ в рамках научного исследования Планирование комплекса предполагаемых работ осуществляется в следующем порядке: определение структуры работ в рамках научного исследования; определение участников каждой работы; установление продолжительности работ; построение графика проведения научных исследований. По каждому виду запланированных работ устанавливается соответствующая должность исполнителей. В данном разделе составим перечень этапов и работ в рамках проведения научного исследования, проведем распределение исполнителей по видам работ. Порядок составления этапов и работ, распределение исполнителей по данным видам работ приведен в табл. 7. Таблица 7 – Перечень этапов, работ и распределение исполнителей. Основные этапы № раб Содержание работ Должность исполнителя Разработка технического задания 1 Составление и утверждение технического задания Руководитель Выбор направления исследований 2 Выбор направления исследований Руководитель 3 Подбор и изучение литературы по теме Дипломник 4 Календарное планирование работ по теме Руководитель, дипломник Теоретические исследования (выбор станка, определение оптимального режима работы, кинематический анализ) 5 Поиск необходимых параметров для построения модели и проведения расчетов Дипломник 6 Проведение расчётов Дипломник 58 Обобщение и оценка результатов 7 Оценка результатов исследования Руководитель, дипломник Оформления отчета по исследовательской работе 8 Составление пояснительной записки Руководитель, дипломник Определение трудоемкости выполнения работ Трудовые затраты в большинстве случаях образуют основную часть стоимости разработки, поэтому важным моментом является определение трудоемкости работ каждого из участников научного исследования. Трудоемкость выполнения научного исследования оценивается экспертным путем в человеко-днях и носит вероятностный характер, т.к. зависит от множества трудно учитываемых факторов. Для определения ожидаемого (среднего) значения трудоемкости 𝑡 ож𝑖 используется следующая формула: 𝑡 ож𝑖 = 3𝑡 𝑚𝑖𝑛𝑖 +2𝑡 𝑚𝑎𝑥𝑖 5 , где 𝑡 ож𝑖 – ожидаемая трудоемкость выполнения i-ой работы чел.-дн.; 𝑡 𝑚𝑖𝑛𝑖 – минимально возможная трудоемкость выполнения заданной i-ой работы (оптимистическая оценка: в предположении наиболее благоприятного стечения обстоятельств), чел.-дн.; 𝑡 𝑚𝑎𝑥𝑖 – максимально возможная трудоемкость выполнения заданной i-ой работы (пессимистическая оценка: в предположении наиболее неблагоприятного стечения обстоятельств), чел.-дн. Исходя из ожидаемой трудоемкости работ, определяется продолжительность каждой работы в рабочих днях 𝑇 𝑝 , учитывающая параллельность выполнения работ несколькими исполнителями. Такое вычисление необходимо для обоснованного расчета заработной платы, так как удельный вес зарплаты в общей сметной стоимости научных исследований составляет около 65 %. |