K005284 Дипломная работа Разработка роликового стенда сборки нефтегазохимической аппаратуры с подвижными опорами

РЕФЕРАТ

Дипломный проект, 110 л., 17 рис., 11 табл., 18 источников, 1 прил.

Разработка роликового стенда сборки нефтегазохимической аппаратуры с подвижными опорами.

Объектом исследования является роликовый стенд для сборки нефтегазохимической аппаратуры с подвижными опорами.

В процессе исследования были рассмотрен технологический процесс производства нефтегазохимической аппаратуры, выполнен анализ существующего уровня автоматизации методов контроля над технологическим процессом.

Цель проекта – увеличение производительности при проведении сборочно-сварочных операций нефтегазохимической аппаратуры, за счет разработки роликового стенда сборки нефтегазохимической аппаратуры с увеличенным числом степеней свободы.

В результате исследования на основе анализа методов принципов работы на сборочных стендах, было принято повысить производительность стенда за счет разработки секций роликовых опор, позволяющих более точно позиционировать изделие для уменьшения отклонений.

Технико-экономические показатели свидетельствуют о целесообразности разработки нового роликового стенда для сборки нефтегазохимической аппаратуры с подвижными опорами, подтвержденной результатами расчетных показателей надежности и экономической эффективности.

Внедрение разработанных роликовых опор отсутствует.

Эффективность проекта основывается на увеличении количества степеней свободы стенда и на снижении энерго- и трудозатрат.

ВВЕДЕНИЕ

В связи с возрастающими потребностями в обновлении и пополнении парка резервуаров и аппаратов, растёт потребность в увеличении точности изготовления и росте производительности заводов-изготовителей резервуаров и аппаратов, при сохранении или уменьшении себестоимости продукции.

При сборке нефтегазохимического оборудования и его арматуры необходимо совершать такие технологические операции как: сборку и сварку продольных и кольцевых швов, вырезку отверстий в корпусах, установку и приварку штуцеров, пристыковку и приварку фланцев теплообменных аппаратов, ультразвуковой и рентгеновский контроль сварных швов, установку внутренних устройств аппаратов, пристыковку и приварку днищ,  дробеметную и дробеструйную очистку аппаратов, их окраску и многие другие операции. Для упрощения и ускорения выполнения данных технологических операций в тяжелом машиностроении в настоящие время применяют специальные сборочные стенды. В частности в последнее время большон распространение, при сборке нефтегазохимического оборудования и его арматуры, в тяжелом машиностроении получили роликовые стенды для выполнения сборочно-сварочных операций.

Одним из основных конструктивных элементов роликовых стендов для сборки металлоконструкций, цилиндрической или конической формы,  являются роликовые опоры. Роликовые стенды и опоры в основном используются при проведении сборочно-сварочных операций при производстве обечаек и корпусов нефтегазохимических аппаратов.Также возможно использование роликовых стендов при проведении других технологических операций, при производстве нефтегазохимического оборудования.

При изготовлении конструктивных элементов нефтегазохимического оборудования нужно совершенствовать технологические операции и процессы. Пути совершенствования производства аппаратов должны быть направлены на:

- реализацию применения механизированных процессов сварки;

- повышение точности позициирования конструктивных элементов сварных аппаратов;

- уменьшение трудоемкости проводимых технологических операций;

- повышение безопасности проводимых работ.

Для разрешения вышеуказанных проблем предлагается использовать роликовые опоры с увеличенным числом степеней свободы.

Отличительной особенностью этой технологии является то, что предложен принципиально новый подход к увеличению производительности технологических операций при изготовлении сварных аппаратов. Благодаря увеличению числа степеней свободы непосредственно подвижных роликовых опор, достигается снижение трудоемкости и повышение производительности большинства технологических операций. В частности за счет предложенного метода можно добиться увеличение точности пизициирования конструктивных элементов изделия.  

 Данная технология дает возможность во время проведения сборочно-сварочных операций выбирать наиболее оптимальное положение обрабатываемого изделия или заготовки, а также уменьшить, временя соответствующего технологического процесса, повысить безопасность проводимых сборочно-сварочных работ, уменьшить количество различной грузоподъемной и грузотранспортной техники, а также увеличить область применения механизированных методов проведения сборочных операций.

1 Литературный обзор

Современное машиностроение производит широкий список наименований различной продукции, в том числе и  нефтегазохимическую оборудование и арматуру для него. Для производства аппаратов для нефтехимической отрасли тяжелое машиностроение оснащено сложным и разнообразным оборудованием.

Исходя из технологической потребности или необходимости в производственной схеме предприятия-изготовителя нефтегазохимического оборудования, или производственного цеха применяют различное оборудование. Такое как: стенды для сборки металлоконструкций, конвейеры, автоматическое или полуавтоматическое сварочное оборудование, оборудование для газопламенной резки и многое другое.

Базовым оборудованием при изготовлении нефтегазохимических аппаратов являются стенды для сборки металлоконструкций или конвейеры (в зависимости от специфики предприятия, объема производимой продукции, серийности производства). Наибольшее распространение, ввиду мелкосерийного и единичного масштаба производства, получили сборочные стенды. Они позволяют значительно снизить трудоемкость производства оборудования для нефтехимической промышленности, а также увеличить производительность. Среди стендов наиболее распространенными являются стенды луанирования и роликовые стенды.

Основное назначение роликовых стендов проведение сборочно-сварочных операций при производстве изделий, имеющих цилиндрическую или коническую форму корпуса. Также их часто используют при проведении и других технологических операциях при производстве нефтегазохимических аппаратов. Использование роликового стенда при проведении этих операций позволяет значительно снизить трудоемкость, повысить производительность. Что в конечном итоге положительно сказывается на объеме производимой продукции. Также роликовые стенды, возможно использовать для производства аппаратов, которые имеют различные диаметры. Что дает возможность значительно увеличить ассортимент выпускаемой продукции.

Стендом для сборки металлоконструкций называют стенд, предназначенный для размещения или закрепления изделий, деталей и сборочных единиц при проведении сборочно-сварочных операций, а также придания им наиболее удобного положения при выполнении прочих технологических операций и процессов, по производству готовых нефтегазохимических аппаратов.

Основной функцией роликового стенда для сборки нефтегазохимической арматуры является размещение и придание вращения цилиндрическим и коническим изделиям во время выполнения сборочно-сварочных операций.

Второстепенной функцией является придание наиболее удобного положения изделию при выполнении технологических операций по очистки корпусов изделий, вырезке отверстий и проведении  дефектоскопии сварных швов и поверхности изделия.

Большинство аппаратов применяемых в нефтехимической промышленности имеют цилиндрическую форму, поэтому при их изготовлении наиболее эффективным будет использование роликового стенда для сборки металлоконструкций с подвижными роликовыми опорами. Использование этого вида стендов дает возможность значительно облегчить работу с обечайками, трубами и многими другими изделиями, цилиндрической формы, которые необходимо вращать во время проведения технологических операций. Также использование роликового стенда дает возможность установить изделие в нужное положение без использования грузоподъемного оборудования. А при наличии у стенда подвижных опор, его можно будет использовать для транспортировки изделия или заготовки по производственному помещению.

При использовании роликовых стендов для сборки металлоконструкций с подвижными опорами можно сократить до минимума время на проведение большого числа технологических операций.

Ввиду уменьшения числа технологических операций, при сборке нефтегазохимического оборудования, которые требуют использование грузоподъемного и грузотранспортного оборудования, при эксплуатации роликового стенда для сборки металлоконструкций с подвижными опорами, повышается безопасность проводимых в производственном помещении работ.

1.1 Конструкция роликового стенда для сборки металлоконструкций

Конструкция роликового стенда представляет собой сложную механическую систему, состоящею из большого количества деталей и механизмов. Основными конструктивными элементами роликового стенда для сборки металлоконструкций являются: двигатель, редуктор, вал, приводная роликовая опора, холостая роликовая опора, рама или направляющие рельсы, электромагнит. При этом конструкция должна быть устойчива при высоких нагрузках, ввиду этого к качеству элементов роликового стенда применяют повышенные требования, с целью исключения всевозможных инцидентов и аварий, которые вызваны низкими прочностными характеристиками стенда.  

Конструкция роликовых стендов зависит от типа изделий, которые на них изготавливаются, но все они состоят из выше описанных конструктивных элементов. Рассмотрим конструкцию данного оборудования

Электродвигатель используется для создания крутящего момента. На роликовых стендах для сборки металлоконструкций используют асинхронные электродвигатели. Этот вид двигателей позволяет плавно изменять скорость вращения изделия. В зависимости от массы изделия на сборочные стенды устанавливают двигатели с различной мощностью. Расположение двигателя зависит от принципа работы стенда и его габаритных размеров. В тех случаях когда двигатель обеспечивает крутящий момент для нескольких секций роликовых опор, его располагают рядом со стендом. Когда же двигатель предназначен для передачи крутящего момента только одной секции его целесообразно располагать не посредственно на роликовой секции, исключением является, когда это невозможно иза его габаритных размеров.    

Вал используют для передачи крутящего момента от электродвигателя к редуктору. В некоторых вариациях конструкции роликовых стендов могут использоваться такие средства передачи крутящего момента как зубчатое колесо, ремень, цепь, электрические устройства. В случаях когда крутящий момент на все секции роликовых опор, передается от одного двигателя, используют еще один дополнительный вал, с целью передачи крутящего момента каждой секции.

Редуктор предназначен для уменьшения скорости вращения, которая передается приводным роликовым  опорам и увеличения передаваемого крутящего момента. Наиболее часто в редукторах, используемых на роликовых стендах для сборки металлоконструкций, используют зубчатые и червячные передачи. Но встречаются редукторы, использующие:, фрикционные, гидравлические, винтовые, цепные, ременные, электрические; однако такие варианты исполнения редукторов для сборочных стендов встречаются крайне редко.

 Электродвигатель, вал и редуктор представляют собой основу кинематической системы привода роликового стенда для сборки металлоконструкций. Они обеспечивают необходимые скорости вращения и крутящие моменты.

Роликовые опоры являются основным конструктивным элементом роликового стенда для сборки металлоконструкций. Они служат для непосредственной передачи скорости вращения к изделию. Стоит отметить что роликовые опоры воспринимают основные нагрузки во время работы роликового стенда.

В зависимости от исполнения стенда для установки роликовых опор используют стационарную раму или раму с направляющими рельсами. Рама используется для установки и крепления роликовых опор, также она служит для стационарного крепления опор. Направляющие рельсы используют для установки и крепления рамы с роликовыми опорами, и в отличии от стационарной рамы они дают возможность перемещать опоры вместе с установленным на них изделием, что дает возможность уменьшить время на транспортировку изделия в другой цех, а также  уменьшить использование транспортного оборудования.

Электромагнит помогает значительно упростить установку изделия на роликовый стенд для сборки металлоконструкций, а также в некоторых случаях используется для регулирования мощности двигателя. Наличие на сборочном стенде этого конструктивного элемента не является обязательной. Обычно он установлен на стендах, предназначенных для сборки изделий, которые ввиду их конструкции или габаритных размеров, очень сложны для их быстрой установки в наиболее удобное положение для выполнения необходимых технологических операций.    

1.2Кинематическая схема роликового стенда

Кинематическая схема роликового стенда показывает последовательность передачи движения от электродвигателя через передаточный механизм к роликовому стенду.

Не смотря на то, что роликовые стенды для сборки металлоконструкций имеют очень вариантов исполнения, кинематическая схема выглядит для всех одинаково, за небольшими исключениями. Все роликовые стенды имеют общие элементы такие как: двигатель, редуктор, муфты, быстроходный вал, вал шестерня и другие. Подбор этих элементов должен  происходить с учетом нагрузок, которым они подвергаются.

Редуктор служит для изменения скорости вращения и крутящего момента, который передает ему двигатель электродвигателя, а также их передачу к исполнительному механизму – приводному валуроликового стенда для сборки металлоконструкций. Проследим передачу момента. От электродвигателя посредством муфты крутящий момент передается на быстроходный вал, установленный в корпусе на подшипниках. Быстроходный вал имеет зубчатый венец (шестерня), которая зацепляется с зубчатым колесом, установленным посредством шпоночного соединения с промежуточным валом, установленным также на подшипниках качения. На промежуточном валу имеется также зубчатый венец (промежуточный вал может быть выполнен в виде вал-шестерни), который зацепляется с зубчатым колесом, установленным посредством шпоночного соединения на тихоходном валу, который также установлен в корпусе редуктора на подшипниках качения. Выходной конец тихоходного вала посредством шпоночного соединения и муфты соединен с приводным валом барабанароликового стенда для сборки.

1.3 Роликовые опоры

Роликовые опоры это основной (базовый) элемент роликового стенда для сборки металлоконструкций. Назначение опор сводится к передаче вращательного движения непосредственно обрабатываемому изделию, за счет сил трения.

Перед началом выполнения технологических операций по сборке, сварке, обработке и контроле качества сварных соединений, изделие располагают на  роликовых опорах.

При автоматической сварке они обеспечивают равномерное движение, которое равняется скорости сварных работ.

При разметке, сварки, резки, пристыковки и приварке штуцеров, дробеструйной и дробеметной очистки и контроле качества сварных соединений с их помощью обеспечивают наиболее удобное положение изделия, тем самым значительно уменьшая использование грузоподъемного оборудования.

1.3.1 Стационарная роликовая опора

Стационарная роликовая опора имеет неподвижную ось ролика. При использовании этого типа опор, установленных на не раздвижных секциях, существует большое ограничение по диаметрам изделий, которые будут обрабатываться. При использовании этого типа на раздвижных секциях при работе с изделиями разных диаметров, придется регулировать расстояние между опорами только за счет использования рамы, что значительно повышает трудозатраты.  

1.3.2 Перекидная роликовая опора

В перекидных роликовых опорах применяют шарнир, который служит для поворота обоймы с роликом в различные положения. Данный тип опор можно использовать при работе с изделиями, имеющими разные диаметры в сечении. Но стоит отметить, что при установке на раздвижные рамы позволяет существенно увеличить интервал диаметров обрабатываемых изделий.

Одним из наиболее распространенных вариантов исполнения перекидных опор является переустанавливающаяся опора, которая имеет несколько фиксированных положений. Что позволяет осуществить настройку фиксированных положений под определенные диаметры изделий. Данный вариант исполнения перекидных роликовых опор является наиболее удобным при работе с различными изделиями, которые имеют небольшой диапазон диаметров сечения, а также сокращает время  на смену положения опор.  

1.3.3 Балансирная роликовая опора

В конструкции балансирных роликовых опор применяются сдвоенные ролики. При данной конструкции роликовых опор изделия самостоятельно устанавливаются в рабочие положение, в зависимости от диаметра изделия. Также как и выше пересиленные типы роликовых опор, они устанавливаются как на подвижные, так и на стационарные рамы.

Эта конструкция значительно упрощает операции связанные с установкой изделия на стенд, за счет уменьшения точности проведения грузоподъемных операций. Также этот тип опор позволяет добиться большей точности центрирования изделий.

1.4 Поверхность роликов

Передача крутящего момента от роликов к изделию происходит  за счет сил трения, ввиду этого для улучшения сцепления ролика с обрабатываемым изделием контактную поверхность ролика покрывают резиной или каучуком.

При повышенных нагрузках на поверхность ролика, которая значительно превышает допустимую нагрузку на резину или каучук, применяют комбинированные ролики, где участки покрытые резиной или каучуком чередуются с участками открытого металла. При этом необходимо, чтобы радиус участка покрытого резиной или каучуком превышал радиус металлического участка на величину немного меньшею, чем величина деформации резины или каучука. Так как при работе стенда резина или каучук будет сжиматься до уровня металлических участков, и избыточная нагрузка будет восприниматься металлом.

При работе с большими нагрузками применяют сблокированные (удлиненные) или сдвоенные ролики. В случаях, когда это невозможно или не решает проблему повышенных нагрузок, допускается использование полностью металлических роликов. Стоит отметить, что при полностью металлической поверхности роликов изделие может проскальзывать во время вращения, а это значительно снижает точность проведения сборочно-сварочных операций. Что в свою очередь может приводит к значительному снижению качества сварных соединений и уменьшению прочности изделия. Поэтому все изделия, которые изготавливаются на стендах с полностью металлическими роликами, подвергают 100% контролю сварных швов, вне зависимости от того подведомственны они РосТехНадзору или нет.    

При очень маленьких нагрузках на опоры, допускается их выполнять полностью из каучука или резины.

1.5 Секции роликовых опор

Секция роликовых опор представляет собой две роликовые опоры, которые расположены на противоположных сторонах от продольной оси стенда, смонтированных на одной раме.

Секции разделяют на два типа стационарные и с направляющими рельсами.

Различают множество конструкций, но все они имеют одинаковые базовые элементы.

Каждая опора имеет корпус, в котором на оси установлено коромысло. На коромысле устанавливают один или два ролика, расстояние между которыми может изменяться. Это расстояние определяется диаметром изделия и устанавливается таким образом, чтобы центральный угол α примерно составлял 60-120°. Коромысло качается на своей оси и может занимать два положения: опорный ролик находится в горизонтальной плоскости (рабочее положение) и вертикальном (положения для технического обслуживания). Закрепляется коромысло в рабочем положении упором, который установлен на оси и приводится в действие тягой с помощью рычага.

Рассмотрим универсальную секцию роликовых опор:

1.5.1 Стационарная секция роликовых опор

Стационарная секция роликовых опор представляет собой две роликовые опоры,  которые расположены на противоположных сторонах от продольной оси стенда, которые монтируют на одной неподвижной раме.

Это наиболее простая конструкция секции роликовых опор. Этот тип секций обычно применяют, когда при проведении технологических операций, нет необходимости в частом перемещении изделия по производственному  помещению, то есть все технологические операции проводятся в одном месте. В противном случае для транспортировки изделия из одной части производственного помещения в другую, может потребоваться применение дополнительного грузоподъемного и транспортного оборудования.