Разработка устройства для адаптации угла наклона электрода при орбитальной сварке
|
Введение
1. Анализ состояния разработок устройств, для изменения угла наклона
электрода при орбитальной сварке 14
1.1 Необходимость автоматизации - роботизации при орбитальной
сварке трубопровода 14
1.2 Комплекс сил, действующих сварочную ванну 15
1.3 Необходимость изменения угла наклонна электрода при орбитальной
сварке 19
1.4 Существующие устройства 21
1.5 Заключение 22
2. Разработка требования к устройству 23
3. Функциональная схема устройства 26
3.1 Разработка функциональной схемы системы геометрической
адаптации угла наклонна 26
4. Разработка кинематической схемы устройства 28
5. Разработка принципиальной электрической схемы 31
5.1 Датчики головки и ванны 35
6. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 38
6.1 Организация и планирование работ 39
6.2 Определение трудоемкости выполнения работ 41
6.3 Расчет затрат 47
6.3.1 Расчет затрат на создание прототипа 47
6.3.2 Расчет затрат на электроэнергию 49
6.3.3 Расчет затрат на основную заработную плату 50
6.3.4 Расчет дополнительно заработной платы 52
6.3.5 Расчет отчислений во внебюджетные фонды 52
6.4 Оценка эффективности проекта 54
7. Социальная ответственность 58
7.1 Производственная безопасность 58
7.2 Экологическая безопасность 65
7.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 66
7.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности 68
Заключение 70
Список публикаций 71
Список используемых источников 72
1. Анализ состояния разработок устройств, для изменения угла наклона
электрода при орбитальной сварке 14
1.1 Необходимость автоматизации - роботизации при орбитальной
сварке трубопровода 14
1.2 Комплекс сил, действующих сварочную ванну 15
1.3 Необходимость изменения угла наклонна электрода при орбитальной
сварке 19
1.4 Существующие устройства 21
1.5 Заключение 22
2. Разработка требования к устройству 23
3. Функциональная схема устройства 26
3.1 Разработка функциональной схемы системы геометрической
адаптации угла наклонна 26
4. Разработка кинематической схемы устройства 28
5. Разработка принципиальной электрической схемы 31
5.1 Датчики головки и ванны 35
6. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 38
6.1 Организация и планирование работ 39
6.2 Определение трудоемкости выполнения работ 41
6.3 Расчет затрат 47
6.3.1 Расчет затрат на создание прототипа 47
6.3.2 Расчет затрат на электроэнергию 49
6.3.3 Расчет затрат на основную заработную плату 50
6.3.4 Расчет дополнительно заработной платы 52
6.3.5 Расчет отчислений во внебюджетные фонды 52
6.4 Оценка эффективности проекта 54
7. Социальная ответственность 58
7.1 Производственная безопасность 58
7.2 Экологическая безопасность 65
7.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 66
7.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности 68
Заключение 70
Список публикаций 71
Список используемых источников 72
В качестве основных задач по ускорению научно - технического прогресса и развитию науки рассматривается внедрение автоматизированных систем в различные сферы, в первую очередь в проектирование, управление оборудованием и технологическими процессами.
АКТУАЛЬНОСТЬ. В связи с высоким ростом строительства и ремонта трубопроводного транспорта, большая их протяженность требуют высокого темпа прокладки сооружений. Тем не менее, в настоящее время в России и за рубежом ресурсы повышения производительности процессов ручной дуговой сварки трубопроводов практически исчерпаны, и последующий этап развития будет опираться только на механизации и автоматизации орбитальной сварки неповоротных стыков трубопроводов. Существенной проблемой при этом является изменяющееся пространственное положение сварочной ванны.
Для дальнейшего повышения качества автоматической орбитальной сварки неповоротных стыков трубопроводов требуется разработать такой способ сварки, который обеспечил бы управляемый перенос электродного металла и хорошее формирование сварного шва в различных пространственных положениях. При этом желательно, чтобы в процессе сварке вылет электрода, скорость сварки и ток оставались неизменными, для того, чтобы сечение шва по длине оставалось неизменным, и тем самым исключить наложение корректирующих швов. Так же следует обращать внимание на использование недорогих сварочных материалов.
Применение устройства для изменения угла наклона электрода, решает такие технологические проблемы как управляемый перенос и направленный перенос электродного металла, возможность выполнять сварку во всех пространственных положениях, формирование сварочной ванны с высоким качеством, что экономически целесообразно.
Поэтому создание устройства для адаптации угла наклона электрода при орбитальной сварке является перспективным направлением.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА:
Предложена и конструктивно проработана система геометрической адаптации угла наклона при орбитальной сварке.
1. Установлено, что при орбитальной сварке в положении сварочной ванны в пределах от 0° до 90° нужно компенсировать тангенцальную составляющую результирующей силы. А при положении сварочной ванны в пределах от 90° до 180° нужно компенсировать в основном нормальную составляющую результирующей силы.
2. Установлено, что при определении действия результирующей силы на сварочную ванну необходимо учитывать угол фронта кристаллизации сварочной ванны, при этом зенит, т.е. горизонтальное положение сварочной ванны, будет находиться в районе 158° - 160°.
3. Установлено, что компенсировать силы необходимо изменением угла наклона сварочной головки и изменяя величину давления дуги.
АКТУАЛЬНОСТЬ. В связи с высоким ростом строительства и ремонта трубопроводного транспорта, большая их протяженность требуют высокого темпа прокладки сооружений. Тем не менее, в настоящее время в России и за рубежом ресурсы повышения производительности процессов ручной дуговой сварки трубопроводов практически исчерпаны, и последующий этап развития будет опираться только на механизации и автоматизации орбитальной сварки неповоротных стыков трубопроводов. Существенной проблемой при этом является изменяющееся пространственное положение сварочной ванны.
Для дальнейшего повышения качества автоматической орбитальной сварки неповоротных стыков трубопроводов требуется разработать такой способ сварки, который обеспечил бы управляемый перенос электродного металла и хорошее формирование сварного шва в различных пространственных положениях. При этом желательно, чтобы в процессе сварке вылет электрода, скорость сварки и ток оставались неизменными, для того, чтобы сечение шва по длине оставалось неизменным, и тем самым исключить наложение корректирующих швов. Так же следует обращать внимание на использование недорогих сварочных материалов.
Применение устройства для изменения угла наклона электрода, решает такие технологические проблемы как управляемый перенос и направленный перенос электродного металла, возможность выполнять сварку во всех пространственных положениях, формирование сварочной ванны с высоким качеством, что экономически целесообразно.
Поэтому создание устройства для адаптации угла наклона электрода при орбитальной сварке является перспективным направлением.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА:
Предложена и конструктивно проработана система геометрической адаптации угла наклона при орбитальной сварке.
1. Установлено, что при орбитальной сварке в положении сварочной ванны в пределах от 0° до 90° нужно компенсировать тангенцальную составляющую результирующей силы. А при положении сварочной ванны в пределах от 90° до 180° нужно компенсировать в основном нормальную составляющую результирующей силы.
2. Установлено, что при определении действия результирующей силы на сварочную ванну необходимо учитывать угол фронта кристаллизации сварочной ванны, при этом зенит, т.е. горизонтальное положение сварочной ванны, будет находиться в районе 158° - 160°.
3. Установлено, что компенсировать силы необходимо изменением угла наклона сварочной головки и изменяя величину давления дуги.
При орбитальной сварке пространственное положение сварочной ванны все время изменяется и изменяется соотношение сил действующих на ванну. В результате, результирующая отрывающая сила меняет направление и значение, вследствие этого происходит стекание ванны, особенно когда положение ванны вертикальное. Поэтому нужно регулировать угол наклона и давление дуги в процессе сварки, чтоб скомпенсировать результирующую отрывающую силу.
Необходима геометрическая адаптация угла наклона в функции пространственного положения с тем, чтобы направить давление дуги в противофазе отрывающей силы. Анализ современных устройств показал, что не одно устройство не имеет возможности изменять угол в процессе сварки. Поэтому разработать такую систему геометрической адаптации целесообразно.
В ходе выполнения работы был разработан макет установки для изменения угла наклона электрода при орбитальной сварке. Разработана функциональная схема, кинематическая схема, которая была сконструирована и в ходе экспериментальной проверки работала согласно требованию к разработке, принципиальная электрическая схема, которая так же прошла экспериментальную проверку и показала, что заложенный принцип управления угла наклона электрода соблюдается. При изменении угла наклона вылет не изменяется и скорость сварки постоянная, так как точка поворота находится в центре сварочной ванны.
Анализ интегральных показателей эффективности показал, что реализация разработанной технологии является более эффективным вариантом с позиции финансовой и ресурсной эффективности. Так же были рассмотрены вопросы социальной ответственности.
Список публикаций
Материалы из бакалаврской работы докладывались на конференциях.
Система технологической адаптации процесса сварки неповоротных стыков трубопроводов [Электронный ресурс] / А. А. Лисицын; И. П. Г аберлинг; науч. рук. А. Ф. Князьков // Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность : сборник трудов V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 25-29 мая 2015 г.в 2 т. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — Т. 2. — [С. 120-123].
Управление углом наклона сварочной головки при сварке неповоротных стыков трубопроводов [Электронный ресурс] / И. П. Габерлинг; А. А. Лисицын; науч. рук. А. Ф. Князьков // Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность : сборник трудов V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 25-29 мая 2015 г.в 2 т. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — Т. 2. — [С. 92-95]
Устройство для изменения угла наклона электрода при электродуговой сварке [Электронный ресурс] / И. П. Габерлинг; науч. рук. А. Ф. Князьков // Неразрушающий контроль: : электронное приборостроение, технологии, безопасность : сборник трудов VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 23-27 мая 2016 г.в 2 т. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ).
Необходима геометрическая адаптация угла наклона в функции пространственного положения с тем, чтобы направить давление дуги в противофазе отрывающей силы. Анализ современных устройств показал, что не одно устройство не имеет возможности изменять угол в процессе сварки. Поэтому разработать такую систему геометрической адаптации целесообразно.
В ходе выполнения работы был разработан макет установки для изменения угла наклона электрода при орбитальной сварке. Разработана функциональная схема, кинематическая схема, которая была сконструирована и в ходе экспериментальной проверки работала согласно требованию к разработке, принципиальная электрическая схема, которая так же прошла экспериментальную проверку и показала, что заложенный принцип управления угла наклона электрода соблюдается. При изменении угла наклона вылет не изменяется и скорость сварки постоянная, так как точка поворота находится в центре сварочной ванны.
Анализ интегральных показателей эффективности показал, что реализация разработанной технологии является более эффективным вариантом с позиции финансовой и ресурсной эффективности. Так же были рассмотрены вопросы социальной ответственности.
Список публикаций
Материалы из бакалаврской работы докладывались на конференциях.
Система технологической адаптации процесса сварки неповоротных стыков трубопроводов [Электронный ресурс] / А. А. Лисицын; И. П. Г аберлинг; науч. рук. А. Ф. Князьков // Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность : сборник трудов V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 25-29 мая 2015 г.в 2 т. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — Т. 2. — [С. 120-123].
Управление углом наклона сварочной головки при сварке неповоротных стыков трубопроводов [Электронный ресурс] / И. П. Габерлинг; А. А. Лисицын; науч. рук. А. Ф. Князьков // Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность : сборник трудов V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 25-29 мая 2015 г.в 2 т. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — Т. 2. — [С. 92-95]
Устройство для изменения угла наклона электрода при электродуговой сварке [Электронный ресурс] / И. П. Габерлинг; науч. рук. А. Ф. Князьков // Неразрушающий контроль: : электронное приборостроение, технологии, безопасность : сборник трудов VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 23-27 мая 2016 г.в 2 т. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ).