Проектировочный расчет привода

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

С РАЗВИТОЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ ЧАСТЬЮ

Содержание ВКР и состав пояснительной записки

Выпускная квалификационная работа бакалавра по направлению подготовки 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» должна соответствовать видам и задачам его профессиональной деятельности. Выбирая проектно-конструкторское направление своей будущей деятельности, выпускник при выполнении ВКР должен продемонстрировать освоение следующих процедур:

– сбор и анализ исходных информационных данных для проектирования технологических процессов изготовления машиностроительной продукции, средств технологического оснащения, автоматизации и управления;

– участие в формулировании целей проекта (программы), задач при заданных критериях, целевых функциях, ограничениях, построение структуры их взаимосвязей, определение приоритетов решения задач с учетом нравственных аспектов деятельности;

– участие в разработке обобщенных вариантов решения проблем, связанных с машиностроительными производствами, выбор на основе анализа вариантов оптимального, прогнозирование последствий решения;

– участие в разработке проектов изделий машиностроения с учетом механических, технологических, конструкторских, эксплуатационных, эстетических, экономических и управленческих параметров;

– участие в разработке средств технологического оснащения машиностроительных производств;

– участие в разработке проектов модернизации действующих машиностроительных производств, создании новых;

– использование современных информационных технологий при проектировании машиностроительных изделий, производств;

– выбор средств автоматизации технологических процессов и машиностроительных производств;

– разработка (на основе действующих стандартов) технической документации (в электронном виде) для регламентного эксплуатационного обслуживания средств и систем машиностроительных производств;

– участие в разработке документации в области машиностроительных производств, оформление законченных проектно-конструкторских работ;

– участие в мероприятиях по контролю разрабатываемых проектов и технической документации, действующим стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам;

– участие в проведении технико-экономического обоснования проектных расчетов.

Тематика и содержание ВКР с развитой конструкторской частью должны соответствовать уровню компетенций ООП, освоенных выпускником. Название работы должно отражать характер выбранного инженерного или научного направления и его практическую ориентацию. Темой выпускной квалификационной работы бакалавра должно быть подробное изучение поставленной проблемы, связанной с:

анализом или разработкой изделий или систем – технологических машин, электромеханических или мехатронных устройств, электронных или оптико-электронных систем, программных комплексов, систем измерения, автоматизации и управления, информационных систем и т. д.;

построением или анализом возможностей технологий – технологических процессов обработки, сборки, утилизации изделий, процессов получения, обработки и представления информации, процессов управления технологическим оборудованием, процессов автоматизированного проектирования определенного типа изделий, технологий программирования некоторого класса задач и т. д.;

анализам методов математического моделирования производственных, технологических или информационных процессов или систем, изучением определенного класса моделей, способов построения моделей и проверки их адекватности.

Поскольку ВКР бакалавра носит квалификационный и, одновременно, аттестационный характер, темы работ должны:

отвечать требованиям актуальности;

обеспечивать самостоятельность выполнения работы;

предусматривать необходимость критической проработки достаточно большого объема технической литературы;

предоставлять кандидатам в бакалавры возможность и обеспечивать обязательность использования при подготовке работы знаний, приобретенных при изучении фундаментальных дисциплин;

обеспечивать возможность анализа технико-экономической или научной значимости проделанной работы.

ВКР с развитой конструкторской частью состоит из пояснительной записки и графической части. Объем пояснительной записки – 50-60 страниц машинописного текста, набранного через 1,5 интервала 12 шрифтом. Работа должна содержать титульный лист, задание, аннотацию, введение с указанием актуальности темы, целей и задач, характеристикой основных источников и научной литературы, определением методик и материала, использованных в ВКР; основную часть (которая может члениться на параграфы и главы), заключение, содержащее выводы и определяющее дальнейшие перспективы работы, список использованной литературы, приложения. Графическая часть состоит из чертежей или других иллюстративных материалов и выполняется на листах стандартных форматов (обычно, не менее пяти листов формата А1). Оформление ВКР должно соответствовать требованиям, устанавливаемым ГОСТ.

Титульный лист и задание рекомендуемого образца должны быть полностью оформлены и подписаны соискателем, руководителем работы и заведующим выпускающей кафедрой. Название темы работы на титульном листе и на листе задания должно совпадать с названием темы, утвержденной приказом ректора высшего учебного заведения.

Аннотация к работе должна кратко и полно отражать содержание выполненной разработки, заключение и выводы по работе.

Введение должно содержать краткую характеристику выбранной для исследования темы, обоснование актуальности темы, ее научной и практической значимости.

Обзор должен показать эрудицию соискателя в выбранном направлении деятельности и содержать сравнительное описание существующих объектов, подлежащих исследованию (конструкций, пакетов прикладных программ, технических средств, методов расчета, методологий и т.д.) с выявлением их основных сравнительных характеристик и параметров.

Основная часть работы.

ВКР с развитой конструкторской частью должна свидетельствовать об уровне профессиональных компетенций автора. Соискатель должен показать теоретические знания и практические навыки по созданию нового технологического оборудования, умение использовать математический аппарат, необходимый для работы в соответствии с выбранным проектно-конструкторским направлением своей деятельности, свободное владение методами информационных технологий и средствами информатики. Как правило, выполняются проектировочный расчет приводов оборудования, прочностной, кинематический и динамический расчеты механической системы. При необходимости, в основную часть включается раздел по проектированию технологического процесса изготовления детали, входящей в состав проектируемого оборудования, или изготавливаемой на создаваемом оборудовании.

Заключение должно состоять из нескольких пунктов, в которых приводятся выводы по работе, к которым пришел соискатель. За обоснованность выводов несет ответственность только сам автор - соискатель академической степени бакалавра.

Библиография включает в себя только те наименования, на которые имеются ссылки в работе, причем в той последовательности, в которой они появляются в работе. Выходные данные использованных источников должны приводиться в стандартной форме.

Приложения включают в себя: графические материалы (например, чертежи, схемы), технологический процесс изготовления детали (не обязателен), сложные алгоритмы, программы, результаты вычислений, таблицы данных.

Графическая часть обычно включает в себя чертеж общего вида разрабатываемого технологического оборудования, сборочные чертежи приводов, структурные, кинематические, гидравлические или электрические схемы, алгоритмы работы управляющих программ, рабочий чертеж одной или нескольких основных деталей привода и выполняется с обязательным использованием CAD – систем (AutoCAD, Inventor, SolidWorks, CreoParametric, Компас и т. п.).

Иллюстрации к работе (за исключением помещаемых непосредственно в тексте работы) служат подспорьем для доклада соискателя при защите квалификационной работы на заседании государственной аттестационной комиссии (ГАК).

Проектировочный расчет привода

При выполнении ВКР, связанной с анализом или разработкой изделий или систем, основная часть обычно состоит из проектировочного расчета приводов. При необходимости выполняется проектный расчет силовой передачи, несущей механической системы, направляющих и расчет кинематической погрешности привода. Параллельно разрабатывается информационная часть, где необходимо выбрать соответствующие датчики положения, скорости, давления усилия и т. п. Для управления технологическим оборудованием выбирается промышленный компьютер и необходимый интерфейс.

4.2.1. Режим работы тех­нологического оборудования

Если предполагается использовать программно-управляемый объемный привод (гидравлический, пневматический, комбинированный), то расчет начинается с уточнения режима работы тех­нологического оборудования. Под рабочим режимом понимается последовательность определенных периодов работы оборудования, из которых складывается полный замкнутый технологический цикл. Рабочий режим характеризуется циклограммами работы (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Циклограмма работы привода

Участок T₁ соответствует подготовительному времени и включает времяt₁ срабатывания элементов системы управления и управляющих гидроаппаратов, время t₂ распространения управляющих сигналов и время t₃ набо­ра давления в гидросистеме до начала страгивания выходного звена привода, т. е.:

T₁ = t₁ + t₂ + t₃.

За времяT₂ происходит перемещение выходного звена в соответствии с заданным законом движения. ВремяT₃ определяется временем технологической паузы. За времяT₂' происходит обратный ход выходного звена, а за заключительное времяT₁' возврат всех управляющих аппаратов в исходное по­ложение.

Обычно в практических расчетах временем срабатывания эле­ментов системы управления пренебрегают и учитывают только вре­мяt₁ на включение и переключение насосов, золотников, распре­делителей, клапанов и т.п., указываемое в их технических ха­рактеристиках. Быстрота передачи импульсов давления t₂ опреде­ляется скоростью распространения упругих возмущений в гидро­системе, связана с длиной гидролиний и возможностью возникно­вения гидравлических ударов. Времяt₃ набора давления опреде­ляется временем повышения давления до величины, необходимой для преодоления действующих сил, а также временем, необходимым для сжатия рабочего объема жидкости. При этом учитывают дополнительные потери потока рабочей жидкости на утечки Q_ут и на заполнение дополнительных объемов V_доп, вводимых при включении гидросистемы. При наличии только гидравлических уст­ройств в системе времяt₃ определяется из выражения

4.1

гдеDV_сж — изменение объема жидкости, вызванного повышением давления до величины рабочего давления; Q_н — номинальный расход рабочей жидкости.

После страгиваниявремя T₂ перемещения определяется с учетом ускорений выходного звена, гидравлического сопротивле­ния гидросистемы и величины утечек:

4.2

гдеV_гд — объем жидкости, который необходимо подать для полу­чения требуемого движения.

Таким образом времяT₁ и T₂ составляют времяT_ср срабаты­вания привода (в одном направлении), т. е.T_ср = T₁ + T₂.

ВремяT₃ выстоя определяется технологическим назначением проектируемого оборудования. ВремяT₂' и T₁'рассчитываются ана­логично времени T₂ и T₁.

Время T_ц технологического цикла (рис. 4.2)

Рис. 4.2. Циклограммы типовых движений:

а — прямой ход, обрат­ный ход, останов;

б — прямой ход, выстой, обрат­ный ход, останов;

в — быстрый подвод, рабочий ход, обратный ход, останов;

г — периодическое возвратно-поступательное движение

Кроме циклограмм при работе привода необходимо также учи­тывать силовой режим работы оборудования. Если проектируется привод, обеспечивающий только перемещение выходного звена (например, обеспечение движений переноса в манипуляторах), то на выходное звено действуют только силы инерции перемещаемых масс и силы тяжести при вертикальном расположении привода. Ес­ли же при перемещении выходного звена выполняется технологи­ческая операция, то необходимо знать закон изменения силы во времени или от положения выходного звена в рабочем пространс­тве.

Фрагменты гидравлических принципиальных схем, обеспечивающие отработку циклограмм типовых движений, изображены на рис. 4.3 — 4.5.

Рис. 4.3. Гидравлическая схема, обеспечивающая прямой ход,

обрат­ный ход, останов выходного звена привода

Рис. 4.4. Гидравлическая схема, обеспечивающая быстрый подвод,

рабочий ход, обратный ход, останов

Рис. 4.5. Гидравлическая схема, обеспечивающая периодическое

возвратно-поступательное движение

Схема, изображенная на рис. 4.3. работает следующим образом. Для управления перемещением выходного звена (штока) гидроцилиндра ГЦ использован двухпозиционный четырехлинейный распределитель ГР с гидравлическим управлением. При включении распределителя ГРВ жидкость под давлением поступает через обратный клапан ОК1 под левый торец золотника распределителя ГР, при этом полость под правым торцом золотника через дроссель ДР2 соединена со сливной манистралью. Происходит безударное перемещение золотника и переключение распределителя. Жидкость под давлением поступает в поршневую камеру цилиндра ГР, штоковая камера соединяется со сливной магистралью и шток перемещается по схеме вправо до тех пор, пока кулачек на штоке не переместит толкатель путевого гидрораспределителя ПГР, который переключается и соединяет полость под правым торцом золотника распределителя ГР с линией давления, в это время полость под левым торцом золотника через дроссель ДЗ1 соединена со сливом. Распределитель переключается, штоковая камера цилиндра ГР соединяется с линией давления, поршневая камера соединяется с линией слива и шток цилиндра перемещается в исходное положение. Цикл отработан.

В схеме на рис. 4.4 для организации рабочего хода выходного звена установлен регулятор потока РП, а распределитель ГР выполнен с электромагнитным управление. Для обеспечения включения обратного хода штока установлен датчик (конечный выключатель) ВК.

В схеме на рис. 4.5 для включения привода использован трехпозиционный распределитель ГРВ с механическим управлением.