Помощь студентам в учебе
Исследование ресурса дисковых ножей с наплавляемой режущей кромкой
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ состояния вопроса 8
1.1 Область применения дисковых ножей 8
1.1.1 Результаты патентных исследований применения дисковых ножей 9
1.1.2 Использование дисковых ножей на производстве 14
1.2 Результаты изучения литературно-патентного обзора в области определения ресурса режущих
инструментов. 16
1.2.1 Типы и виды изнашивания при эксплуатации дисковых ножей 16
1.2.2 Элементарные виды разрушения поверхностей трения 19
1.2.3 Анализ результатов патентного поиска в области ресурсных испытаний 22
1.3 Анализ способов индукционной наплавки 27
1.3.1 Литературный обзор способов индукционной наплавки 27
1.3.2 Изучение патентного поиска в области индукционной наплавки 33
1.3.3 Производственный опыт индукционной наплавки на режущий инструмент 39
1.4 Цели и задачи работы 40
2 Технологическая часть 41
2.1 Разработка технологии индукционной наплавки дисковых ножей для бестраншейного ремонта трубопроводов 41
2.2 Расчет предлагаемой технологии 51
2.2.1 Основные технические характеристики установки для индукционной наплавки 51
2.2.2 Определение глубины проникновения тока индуктора в материал дискового ножа 52
2.2.3 Расчет отталкивающих сил, действующих на нож, в переменном магнитном поле 53
2.2.4 Определение минимальной продолжительности процесса индукционной наплавки 53
2.2.5 Расчет времени наплавки всей режущей кромки ножа 54
2.2.6 Определение массы наплавляемой шихты 54
3 Конструкторская часть 56
3.1 Стенд для экспериментального исследования ресурса дисковых ножей с наплавляемой режущей кромкой
рабочих механизмов для бестраншейного ремонта трубопроводов 56
3.1.1 Общие положения и технические требования к стенду 56
3.1.2 Описание устройства стенда для ресурсных испытаний дисковых ножей рабочих механизмов 56
3.1.3 Описание принципа действия стенда для ресурсных испытаний дисковых ножей 58
3.2 Расчет стенда для ресурсных испытаний дисковых ножей 59
3.2.1 Подбор электродвигателя 59
3.2.1.1 Определение сопротивления вращению 59
3.2.1.2 Расчет момента, необходимого на преодоление силы трения 60
3.2.1.3 Определение мощности привода 60
3.2.1.4 Расчет мощности электродвигателя при использовании червячного редуктора 60
3.2.2 Определение максимального крутящего момента болта, крепящего модель старого трубопровода 61
3.2.3 Расчет резьбового соединения, крепящего модель старого трубопровода в держателе, на срез витков
резьбы 61
3.2.6 Расчет опорного вала дискового ножа на срез 64
3.2.7 Расчет опорного вала дискового ножа на изгиб 65
3.2.8. Подбор диаметра болтов для фиксирующей рамы стенда 66
3.2.9 Выбор марки стали болтов для рамы 67
3.2.10 Расчет болтового соединения рамы, работающего на срез 68
4 Научно-исследовательская часть 71
4.1.1 Задачи эксперимента и его методического обеспечения 71
4.1.2 Выбор целевой функции и факторов эксперимента 71
4.1.3 Определение значения варьирования факторами эксперимента 72
4.1.4 Выбор стенда и моделей экспериментального исследования 72
4.1.5 Последовательность проведения экспериментов 73
4.1.6. Методика определения износа, относительного затупления, наработки и ресурса дискового ножа ... 77
4.1.7. Порядок определения числа опытов 79
4.2 Результаты экспериментального исследования ресурса ножей 81
5. Экономический расчет 83
5.1 Затраты на изготовление заготовок дисковых ножей из стали 45 84
5.2 Затраты на резку 85
5.3 Расчет затрат на токарно-фрезерные работы 87
5.4 Затраты на изготовление графитовой формы для наплавки 88
5.5 Затраты на индукционную наплавку 88
5.6 Затраты на шлифование и заточку ножей 89
5.7 Расчет затрат на обкатку наплавленных ножей на ресурсном стенде 89
5.8 Сравнительный анализ затрат для экспериментального производства ножей 89
5.9 Расчет себестоимости промышленного производства дисковых ножей 90
6. Безопасность и экологичность проекта 94
6.1 Общая характеристика проектируемого участка 94
6.2 Объемно-планировочные решения проектируемого участка 95
6.3 Производственная санитария 95
6.3.1 Определение параметров микроклимата 95
6.3.2 Освещение 98
6.3.3 Хозяйственно - питьевое водоснабжение 100
6.2.4 Производственный шум 101
6.4 Анализ и устранение потенциальных опасностей и вредностей технологического процесса 103
6.4.1 Опасность поражения электрическим током 103
6.4.2 Опасность травмирования движущимися частями и опасность термического ожога 105
6.5 Анализ и мероприятия по предотвращению чрезвычайных ситуаций. 106
6.5.1 Предупреждение аварий технологического оборудования 106
6.5.2 Обеспечение пожарной безопасности. 106
6.5.3 Безопасность по окончанию проведения работ 107
6.6 Экологичность проекта 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 111
1 Анализ состояния вопроса 8
1.1 Область применения дисковых ножей 8
1.1.1 Результаты патентных исследований применения дисковых ножей 9
1.1.2 Использование дисковых ножей на производстве 14
1.2 Результаты изучения литературно-патентного обзора в области определения ресурса режущих
инструментов. 16
1.2.1 Типы и виды изнашивания при эксплуатации дисковых ножей 16
1.2.2 Элементарные виды разрушения поверхностей трения 19
1.2.3 Анализ результатов патентного поиска в области ресурсных испытаний 22
1.3 Анализ способов индукционной наплавки 27
1.3.1 Литературный обзор способов индукционной наплавки 27
1.3.2 Изучение патентного поиска в области индукционной наплавки 33
1.3.3 Производственный опыт индукционной наплавки на режущий инструмент 39
1.4 Цели и задачи работы 40
2 Технологическая часть 41
2.1 Разработка технологии индукционной наплавки дисковых ножей для бестраншейного ремонта трубопроводов 41
2.2 Расчет предлагаемой технологии 51
2.2.1 Основные технические характеристики установки для индукционной наплавки 51
2.2.2 Определение глубины проникновения тока индуктора в материал дискового ножа 52
2.2.3 Расчет отталкивающих сил, действующих на нож, в переменном магнитном поле 53
2.2.4 Определение минимальной продолжительности процесса индукционной наплавки 53
2.2.5 Расчет времени наплавки всей режущей кромки ножа 54
2.2.6 Определение массы наплавляемой шихты 54
3 Конструкторская часть 56
3.1 Стенд для экспериментального исследования ресурса дисковых ножей с наплавляемой режущей кромкой
рабочих механизмов для бестраншейного ремонта трубопроводов 56
3.1.1 Общие положения и технические требования к стенду 56
3.1.2 Описание устройства стенда для ресурсных испытаний дисковых ножей рабочих механизмов 56
3.1.3 Описание принципа действия стенда для ресурсных испытаний дисковых ножей 58
3.2 Расчет стенда для ресурсных испытаний дисковых ножей 59
3.2.1 Подбор электродвигателя 59
3.2.1.1 Определение сопротивления вращению 59
3.2.1.2 Расчет момента, необходимого на преодоление силы трения 60
3.2.1.3 Определение мощности привода 60
3.2.1.4 Расчет мощности электродвигателя при использовании червячного редуктора 60
3.2.2 Определение максимального крутящего момента болта, крепящего модель старого трубопровода 61
3.2.3 Расчет резьбового соединения, крепящего модель старого трубопровода в держателе, на срез витков
резьбы 61
3.2.6 Расчет опорного вала дискового ножа на срез 64
3.2.7 Расчет опорного вала дискового ножа на изгиб 65
3.2.8. Подбор диаметра болтов для фиксирующей рамы стенда 66
3.2.9 Выбор марки стали болтов для рамы 67
3.2.10 Расчет болтового соединения рамы, работающего на срез 68
4 Научно-исследовательская часть 71
4.1.1 Задачи эксперимента и его методического обеспечения 71
4.1.2 Выбор целевой функции и факторов эксперимента 71
4.1.3 Определение значения варьирования факторами эксперимента 72
4.1.4 Выбор стенда и моделей экспериментального исследования 72
4.1.5 Последовательность проведения экспериментов 73
4.1.6. Методика определения износа, относительного затупления, наработки и ресурса дискового ножа ... 77
4.1.7. Порядок определения числа опытов 79
4.2 Результаты экспериментального исследования ресурса ножей 81
5. Экономический расчет 83
5.1 Затраты на изготовление заготовок дисковых ножей из стали 45 84
5.2 Затраты на резку 85
5.3 Расчет затрат на токарно-фрезерные работы 87
5.4 Затраты на изготовление графитовой формы для наплавки 88
5.5 Затраты на индукционную наплавку 88
5.6 Затраты на шлифование и заточку ножей 89
5.7 Расчет затрат на обкатку наплавленных ножей на ресурсном стенде 89
5.8 Сравнительный анализ затрат для экспериментального производства ножей 89
5.9 Расчет себестоимости промышленного производства дисковых ножей 90
6. Безопасность и экологичность проекта 94
6.1 Общая характеристика проектируемого участка 94
6.2 Объемно-планировочные решения проектируемого участка 95
6.3 Производственная санитария 95
6.3.1 Определение параметров микроклимата 95
6.3.2 Освещение 98
6.3.3 Хозяйственно - питьевое водоснабжение 100
6.2.4 Производственный шум 101
6.4 Анализ и устранение потенциальных опасностей и вредностей технологического процесса 103
6.4.1 Опасность поражения электрическим током 103
6.4.2 Опасность травмирования движущимися частями и опасность термического ожога 105
6.5 Анализ и мероприятия по предотвращению чрезвычайных ситуаций. 106
6.5.1 Предупреждение аварий технологического оборудования 106
6.5.2 Обеспечение пожарной безопасности. 106
6.5.3 Безопасность по окончанию проведения работ 107
6.6 Экологичность проекта 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 111
В настоящее время дисковые ножи находят широкое применение в промышленности. Ножи используются в производстве: гофрокартона, бумаги, пленки, гипсокартона, пластмасс, стекла, пищевом производстве, резинотехнических изделий, металлообработке. Так же дисковые ножи нашли свое применение в бестраншейном ремонте трубопроводов способом разрушения старой трубы, ее расширения и одновременного протаскивания новой большего диаметра.
При изучении данного способа было выявлено, что одной из самых изнашиваемых деталей используемого оборудования является дисковый нож рабочих механизмов, т.к. он работает в условиях ударных нагрузок и высокого износа. В процессе резания старой трубы нож может попадать на стыки, сварные швы, камни и другие твердые включения, находящиеся в грунте, что влечет за собой поверхностное разрушение материала его режущей кромки. Исправление такой ситуации приводит к остановкам процесса бестраншейного ремонта трубопроводов, снижению производительности комплекса его оборудования и повышению стоимости работ. С целью недопущения этого следует знать величину критического затупления ножа и периодичность его заточки или замены. Для устранения указанных недостатков дисковые ножи для БРТ должны обладать повышенной твердостью и износостойкостью.
Одним из основных методов нанесения покрытия на поверхность детали является индукционная наплавка. Сущность индукционной наплавки заключается в том, что наплавляемую деталь помещают в электромагнитное поле индуктора, который питается переменным током высокой частоты (ТВЧ). В массе металла детали или компактной присадки индуктируется вторичные переменные токи той же частоты, распределяющиеся в поверхностном слое металла и нагревающие этот слой. Чем выше частота тока, тем тоньше нагреваемый слой металла [1].
В связи с выше перечисленным, тема, посвященная исследованию ресурса дисковых ножей с наплавляемой режущей кромкой, является актуальной.
При изучении данного способа было выявлено, что одной из самых изнашиваемых деталей используемого оборудования является дисковый нож рабочих механизмов, т.к. он работает в условиях ударных нагрузок и высокого износа. В процессе резания старой трубы нож может попадать на стыки, сварные швы, камни и другие твердые включения, находящиеся в грунте, что влечет за собой поверхностное разрушение материала его режущей кромки. Исправление такой ситуации приводит к остановкам процесса бестраншейного ремонта трубопроводов, снижению производительности комплекса его оборудования и повышению стоимости работ. С целью недопущения этого следует знать величину критического затупления ножа и периодичность его заточки или замены. Для устранения указанных недостатков дисковые ножи для БРТ должны обладать повышенной твердостью и износостойкостью.
Одним из основных методов нанесения покрытия на поверхность детали является индукционная наплавка. Сущность индукционной наплавки заключается в том, что наплавляемую деталь помещают в электромагнитное поле индуктора, который питается переменным током высокой частоты (ТВЧ). В массе металла детали или компактной присадки индуктируется вторичные переменные токи той же частоты, распределяющиеся в поверхностном слое металла и нагревающие этот слой. Чем выше частота тока, тем тоньше нагреваемый слой металла [1].
В связи с выше перечисленным, тема, посвященная исследованию ресурса дисковых ножей с наплавляемой режущей кромкой, является актуальной.
В процессе выполнения магистерской диссертации были получены следующие результаты:
1. Проведен литературно-патентный обзор и изучен производственный опыт в области применения дисковых ножей, ресурсных испытаний режущего инструмента и индукционной наплавки;
2. Предложена технология нанесения износостойкого материала - сормайт №1 способом индукционной наплавки на режущую кромку дискового ножа из стали 45 для его работы в условиях интенсивного абразивного изнашивания, а также рассчитаны основные параметры этой технологии;
3. Разработан стенд для ресурсных испытаний дисковых ножей рабочих механизмов для бестраншейного ремонта трубопроводов, позволяющий определить износ и ресурс ножей в условиях приближенных к реальным, а также выполнены кинематические и прочностные расчеты предлагаемого стенда и его фиксирующей рамы;
4. Дисковые ножи, изготовленные по предлагаемой технологии, обладают, по сравнению с базовыми ножами, увеличенной в 1,2-1,7 раза износостойкостью и в 1,33 раза ресурсом;
5. Рассчитан экономический эффект от внедрения результатов магистерской диссертации, который составил 804552 рубля;
6. Проведены расчеты по безопасности и экологичности работы.
1. Проведен литературно-патентный обзор и изучен производственный опыт в области применения дисковых ножей, ресурсных испытаний режущего инструмента и индукционной наплавки;
2. Предложена технология нанесения износостойкого материала - сормайт №1 способом индукционной наплавки на режущую кромку дискового ножа из стали 45 для его работы в условиях интенсивного абразивного изнашивания, а также рассчитаны основные параметры этой технологии;
3. Разработан стенд для ресурсных испытаний дисковых ножей рабочих механизмов для бестраншейного ремонта трубопроводов, позволяющий определить износ и ресурс ножей в условиях приближенных к реальным, а также выполнены кинематические и прочностные расчеты предлагаемого стенда и его фиксирующей рамы;
4. Дисковые ножи, изготовленные по предлагаемой технологии, обладают, по сравнению с базовыми ножами, увеличенной в 1,2-1,7 раза износостойкостью и в 1,33 раза ресурсом;
5. Рассчитан экономический эффект от внедрения результатов магистерской диссертации, который составил 804552 рубля;
6. Проведены расчеты по безопасности и экологичности работы.
Подобные работы
- Повышение ресурса ножей с наплавляемой режущей кромкой для бестраншейного ремонта трубопроводов
Бакалаврская работа, технология машиностроения. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2016