Технология сборки и сварки рейки с рукоятью экскаватора Марион 201М

0,8 - 1,6

4. Скорость подачи электродной проволоки, м / мин.

10…18

5. Количество пар подающих роликов, шт.

1

6. Расход защитного газа, л / мин.

2…30

7. Напряжение питания, В.

Механизм подачи

24;АС

Система управления

20;АС

8. Мощность двигателя механизма подачи, Вт.

65

9. Масса, кг.

9

10. Габаритные размеры, мм.

597Ч225Ч421

11. Кассета с проволокой (max): диаметр, мм.

300

12. масса, кг.

30

Полуавтомат сварочный типа ПДГ-508УЗ предназначен для сварки сплошной проволокой в углекислом газе стыковых, угловых, тавровых и нахлёсточных соединений из низкоуглеродистой, низколегированной конструкционной стали. Полуавтоматы выпускаются по ТУ16-739, ТУ103-77 в климатическом исполнении У категории 3 по ГОСТ15150-69 и ГОСТ 15543-70.

Таблица 13

Техническая характеристика ПДГ-508У3

1. Номинальное напряжение сети 3х фазног~тока,В.	380
2. Номинальный сварочный ток, А	500
3. Род тока	Постоянный
4. Продолжительность включения (ПВ)%	60
5. Диаметр электродной проволоки, мм	1,2-2,0
6. Скорость подачи электродной проволоки, мм	108-932
7. Пределы регулирования 8. Сварочного тока, А 9. Рабочего напряжения, В	100-500 15-50
10. Длина шлангового провода, м.	3,0
11. Масса электродной проволоки в кассете, кг	15
12. Расход газа, л, мин.	8-20
13. Габаритные размеры п/а, мм	445х318х370
14. Габаритные размеры шкафа управления, мм	400х300х240

Для сварки нашей конструкции принимаем ПДГО - 350сэ, так как он соответствует нашим режимам сварки.

Зная расчетную силу сварочного тока, назначаем следующее сварочное оборудование:

Сварочные горелки в комплекте с кабелем, предназначены для полуавтоматической сварки в защитных газах как сплошной, так и порошковой проволокой.

Рукоять горелки изготовлена из специального стекловолокна с выемками, не дающими скользить.

Кабель имеет небольшой вес и большую гибкость. Горелки Maqnum оснащены разъемом „европейского” типа для подключения к механизму подачи, что не требует каких - либо приспособлений.

Конструкция сопла предполагает максимальный отбор тепла от газового диффузора, что способствует лучшему охлаждению контактного наконечника.

Таблица 14

Технические характеристики

Наименование показателя	Maqnum 400
Номинальный ток, А	400А при ПВ60%
Диаметр проволоки, мм	0,9 - 2,0
Стандартная длина кабеля, м	3.0;3.6;4.5;6.0;7.5
Евроразъем для подключения к механической подачи	+

Редукционные вентили (редукторы газовые) предназначены для снижения давления газа до рабочего, при котором газ поступает в горелку, и поддержания этого давления постоянным. При сварке в СО ₂ и его смесях расход газа небольшой, 625 л/мин, поэтому стабильный отбор газа из баллона обеспечивают только специальные редукторы типа У-30 и ДЗД-1-59М. Это редукторы обратного действия, одновременно являющиеся расходомерами. В нашем случае применим редуктор У-30 [11]. Технические характеристики редуктора приведены в таблице 15.

Таблица 15

Техническая характеристика редуктора, используемая при сварке в СО₂

Редукторы	Давление на входе, МПа	Предел рабочего давления, МПа	Наибольшая пропускная способность, л/мин
У-30	10	0,0,4	530

Газовый клапан используется для экономии газа. Клапан целесообразно устанавливать по возможности ближе к сварочной горелке. В настоящее время наибольшее распространение получили электромагнитные газовые клапаны. Газовый клапан необходимо включать так, чтобы были обеспечены предварительный или одновременный с зажиганием дуги подача газа, а также подача СО₂ после обрыва дуги до полного затвердевания кратера шва.

Осушитель газа применяют при использовании влажного СО₂. В осушителях газа в качестве влагопоглатителя используют селикагель и алюмогель, реже медный купорос и хлористый кальций.

Подогреватель газа для сварки в СО₂ обычно делают электрическим и устанавливают перед редуктором. Для безопасности работы подогреватели питаются током под напряжением 2036 В. Подогреватель углекислого газа редуктора У-30 питается напряжением 36.



2.8.3 Оборудование для ручной дуговой сварки покрытыми электродами

Для ручной дуговой сварки покрытым электродом, на предприятии пользуемся выпрямителем ВД-201 [11]. Техническая характеристика выпрямителя приведена в таблице 16.

Таблица 16

Технические характеристики источника

Параметры	Тип
	ВД-201
1. Номинальный сварочный ток, А	200
2. Пределы регулирования тока, А	30-200
3. Номинальный режим работы, ПН,%	60
4. Напряжение холостого хода, В, не более	70
5. Номинальное рабочее напряжение, В	28
6. Первичная мощность, кВА, не более	15
7. Продолжительность цикла сварки, мин	5
8. КПД,%, не менее	60
9.Габаритные размеры (длинаширинавысота), мм	716622775
10. Масса, кг, не более	120

механизированный сварка углекислый газ



3. Технология изготовления сварной конструкции

3.1 Заготовительные операции

Подварочные пластинки изготавливаем из листового металла. Сталь 15ХСНД, толщина листа 5мм ГОСТ - 19281. Пластинки рубят по ширине лита в размер 2500 Ч 14мм на гидравлических ножницах с наклонным ножом модели НА3725.

Таблица 17

Технические данные ножниц НА3725

Наибольшие размеры разрезаемого листа, мм: толщина ширина	32 3150
Наибольшее усилие реза, кН	2303
Усилие прижима листа, кН	519
Размеры ножа, мм: сечение длина	165Ч45 1080
Ход подвижного ножа, мм	250
Частота хода ножа, 1 / мин	6 - 15
Угол наклона подвижного ножа: наибольший наименьший	3020' 0030'
Ход гидравлических прижимов, мм	50

В процессе рубки происходит скручивание пластинок и их изгиб. Поэтому необходима правка пластинок. Правку выполняет слесарь в ручную на плите. Необходимое количество пластинок составляет 6 штук. После правки пластинки необходимо очистить от масла, ржавчины и других загрязнений.



3.2 Подготовительные операции

Поставить разобранную рукоять ковша в сварочный цех. Температура окружающей среды в сварочном цехе должна быть не ниже 5°С.

Поставить балку рукояти ковша на пол горизонтально вверх разделкой. Для удобства работы установить балку рукояти ковша так чтобы высота сварного соединения от пала составляла примерно 1500 мм [1].

Рисунок 8. Установка балки в цехе

Подготовительные операции к сварке играют важную роль в получении качественного соединения. В данном разделе рассмотрим операции подготовки кромок и зачистку их перед сваркой.

В зависимости от толщин свариваемого материала и формы разделки, кромки подготавливают обрезкой на ножницах, строганием или газовой резкой. Наибольшее применение находит механизированная кислородная резка, обеспечивающая высокую производительность и достаточную в большинстве случаев точность подготовки кромок. В данном случае предпочтение нужно отдавать механическим способам подготовки кромок.

Необходимо выдерживать точность подготовки кромок, так как отклонение от заданных размеров могут привести к снижению качества шва или повышению трудоёмкости работ.

Основной металл до сборки в местах сварки должны быть очищен от ржавчины, масла, влаги, рыхлого слоя окалины и других загрязнений, которые могут привести к образованию пор и других дефектов в швах. Особое внимание должно быть уделено зачистке металла при механизированных способах сварки. Особенно тщательно следует зачищать торцы соединяемых элементов.

Зачистку производят до сборки узла механическим способом (пескоструйным или дробеструйным, металлическими щётками, абразивом). Предпочтение нужно отдавать абразивной зачистке, так как она в меньшей степени наклёпывает металл.

Следует удалять с поверхности металла грязь и лёд даже в том случае, если загрязнение расположено вне места сварки. Это необходимо для того, чтобы при транспортировке и кантовке конструкции загрязнение не попало в место расположения будущего шва. Зачистка собранного узла в большинстве случаев безрезультатна, так как не достигается основная цель - очистка свариваемых кромок, а иногда даже и вредна в связи с тем, что продукты зачистки, попадая в зазор, задерживаются там. Имеет смысл только продувка сухим сжатым воздухом перед сваркой. Необходимо также зачистить сварочные материалы.

С новой рейки следует удалить антикоррозийное масло с помощью керосина (легкого масла). Если на поверхности разделки кромок имеются следы коррозии, то их следует удалить до металлического блеска.

Рисунок 9. Общий вид рейки

3.3 Технологический процесс сборки и сварки

3.3.1 Установка подварочных пластинок

Процесс сборки рейки с балкой рукоятью экскаватора включает в себя прихватку подварочных пластинок на нужную высоту, ширину. Пластинки устанавливаются на боковые и торцевые плиты балки рукояти экскаватора. Прихватка пластинок выполняется механизированной сваркой в среде углекислого газа, длина прихваток 30-60мм с шагом 300-350мм. Пластинка должна находиться на одном уровне с посадочным местом рейки на балке рукояти [1].

Рисунок 10 Установка подварочных пластин: а) вид сверху; б) установка торцевой пластинки; в) установка горизонтальной пластинки; 1 - линейка; 2 - посадочное место рейки; 3 - боковые плиты балки; 4 - торцевая плита балки; 5 - 6 подварочные пластинки;

3.3.2 Установка рейки на посадочное место балки рукояти экскаватора

Затем устанавливается рейка на посадочные места балки рукояти экскаватора. Так как ширина рейки соответствует ширине балки рукояти, то не допускается смещение рейки относительно боковой поверхности плиты. Установка рейки контролируется с помощью поверочной линейки. Зазоры между торцевыми плитами и рейкой должны быть одинаковые. Зазоры контролируются щупом [1].

Рисунок 11. Установка рейки на балку рукояти: а) установка зазоров по торцевой плите; б) установка рейки по боковой плите.

После установки рейка фиксируется прижимными приспособлениями, для предотвращения смещения относительно балки рукояти. Прижимные приспособления устанавливаются на расстоянии 930±100мм друг от друга в количестве 6 штук.

Рисунок 12. Установка прижимных приспособлений

Прихватка рейки к балке выполняется механизированной сваркой в среде углекислого газа, длина прихваток 150 - 200мм с шагом 500 - 600мм, в количестве 20 штук. Величина прихватки должна составлять не менее 1/3 разделки кромок. Последовательность выполнения прихваток согласно эскизу [13].

Рисунок 13. Схема прихваток

3.3.3 Технологический процесс сварки рейки с балкой рукояти экскаватора

Сварка выполняется двумя сварщиками одновременно с двух сторон. Заполнение разделки горизонтальных швов производится валиками обратно ступенчатым способом от центра к краям каскадным методом многослойным швом. Длина каждого участка шва не должна превышать 300мм. После заполнения разделки шва на 2/3 необходимо снять прижимные приспособления. Торцевые швы в нижнем положении выполняются аналогично горизонтальным швам. Усиление шва не должно превышать 3 ± 0.5.

Перед наложением первого прохода необходим предварительный местный подогрев до температуры 185С⁰ для предотвращения образования трещин [13]. Время между наложениями разных слоев должно быть минимальным, чтобы температура шва не опустилась ниже температуры предварительного подогрева.

После завершения сварки необходима зачистка шва и околошовной зоны от брызг расплавленного металла. Зачистка производится металлическими скребками и пневматическими шлифовальными машинками.

3.4 Сварочные напряжения и деформации, меры борьбы с ними

Собственные напряжения различаются: по времени существования, по характеру распределения, по объему изделия и по направлению в пространстве. Напряжения подразделяют на временные и остаточные. Остаточные напряжения возникают вследствие неравномерного нагрева и вызывают пластические деформации и структурные превращения. Сварочные напряжения всегда являются объемными. Они часто достигают в отдельных участках сварного соединения предела текучести.

При статических нагрузках остаточные сварочные напряжения не влияют на прочность сварных соединений. Однако конструкции из высокопрочных сталей весьма чувствительны к наличию остаточных напряжений. Влияние остаточных напряжений на усталостную прочность увеличивается при наличии концентраторов напряжений в виде подрезов, непроваров и т. д.

Возникновение остаточных сварочных напряжений можно предотвратить снижением степени неравномерности нагрева изделия при сварке. Поэтому надо выбирать режим, обеспечивающий более равномерный нагрев изделия по сечению.

Деформации сварных конструкций можно подразделить на:

- продольное укорочение шва и околошовной зоны;

- поперечная усадка шва и околошовной зоны

- скручивание, вследствие неодновременности наложения поясных швов, разной жесткости сечения по осям симметрии и наличия полей остаточных напряжений в элементах конструкции до сварки;

- угловые деформации, возникающие в результате поперечной усадки швов.

Мероприятия по уменьшению сварочных деформаций:

- конструктивные - сечения сварных швов назначают минимальными по условиям прочности; швы необходимо располагать симметрично и возможно ближе к оси, проходящей через центр тяжести сечения, для уравновешивания деформаций; в пространственно развитых конструкциях целесообразно применять вспомогательные элементы в виде ребер жесткости, диафрагм, косынок, распоров; предусматривать возможность использования зажимных сборочно-сварочных приспособлений; количество швов в конструкции должно быть по возможности минимальным.

- технологические меры - назначение оптимального режима сварки, с тем чтобы зона разогрева была минимальной; правильный порядок выполнения швов; при выполнении швов большой протяженности использовать обратно - ступенчатый способ сварки; применение способа обратных деформаций [13].

3.5 Технический контроль качества и исправление брака

Существующий уровень технологии и сварочного оборудования не может гарантировать полного отсутствия дефектов в сварных соединениях. Их возникновение связано с воздействием на процесс сварки различного рода случайных возмущений.

Для своевременного обнаружения и принятия технических и организационных мер по предупреждению дефектов необходим систематический контроль всех звеньев производства сварных узлов: в стадии проектирования конструкции; при выполнении операций, сопутствующих сварке; собственно сварочных операций; сварочного оборудования, а также квалификации наладчиков и сварщиков.

Необходимым контролем сварных соединений является: визуальноизмерительный метод. Также обязательным является входной контроль сварочного оборудования и материалов согласно РД 34.10.127-94.

Контроль сварочного оборудования до начала эксплуатации:

- проверка эксплуатационной документации;

- проверка комплектности;

- визуальный контроль и метрологические поверки приборов оборудования контроля режимов сварки;

- проверка электрического сопротивления изоляции;

- проверка работоспособности на номинальных режимах.

Контроль в процессе эксплуатации: внешний осмотр для выявления повреждений наружных частей, электрических цепей, заземления, состояния приборов.

Входной контроль металла (труб, листов, профиля, проката) поступающего для изготовления сварной конструкции проводится в соответствие с ГОСТ 24297-87. Контроль включает в себя следующие проверки:

- наличие сертификата, полноты его данных и соответствие их стандартам;

- проверка наличия заводской маркировки и соответствия её сертификату;

- осмотр металла на наличие поверхностных дефектов и повреждений.

Перед использованием сварочной проволоки должны быть проверены:

- наличие сертификата, полнота приведённых в нём данных;

- наличие на каждом упаковочном месте (мотке, бухте и пр.) бирок с контролем указанных в них данных;

- целостность упаковок и самих материалов (на поверхности проволоки не должно быть окалины, ржавчины, следов смазки, задиров, вмятин и других дефектов и загрязнений).

Входной контроль защитного газа: наличие документа регламентированного стандартом на соответствующий газ.

В результате проведения сварочных работ возможное появление внутренних непроваров, образование холодных или горячих трещин, появление внутренних пор или шлаковых включений в шов. Которые в результате эксплуатации (работы), балки рукояти приведут к дальнейшему разрушению сварного шва, последующий ремонт (не запланированный) ведет к убыткам производства.

Для устранения таких неполадок существуют методы контроля;

- метод проникающей жидкости с красителем для выявления трещин, или метод магнитной дефектоскопии.

Если обнаружены какие либо дефекты, то их разделывают воздушно дуговой резкой металла неплавящимся угольным электродом. После чего разделанный участок шва механически обрабатывается пневматическими шлифовальными машинками, и операция сварки повторяется с последующим методом контроля.

Визуальноизмерительным контролем (ВИК) (проводится согласно РД 03-606-03) проверяют качество подготовки и сборки заготовок под сварку, качество выполнения швов в процессе сварки и качество готовых сварных швов. Обычно внешним осмотром контролируют все сварные изделия независимо от применения других видов контроля. Внешний осмотр во многих случаях достаточно информативен, наиболее дешёвый и оперативный метод контроля.

При осмотре готовых соединений, прежде всего, визуальным осмотром, невооружённым глазом или в лупу, проверяют наличие трещин, подрезов, свищей, прожогов, натёков, непроваров у корня и кромок. Некоторые из указанных дефектов недопустимы и подлежат удалению и повторной заварке. При осмотре также определяют дефекты формы шва, характер распределения металла в усилении шва, величину проплавления.

Тщательный внешний осмотр - обычно весьма простая операция - может, тем не менее, служить высокоэффективным средством предупреждения и обнаружения дефектов.

Дефекты, выявляемые при визуальном контроле сварных соединений:

- трещины всех видов и направлений;

- непровары (несплавления) между основным металлом и швом, а также между валиками шва;

- наплывы (натёки) и брызги металла;

- не заваренные кратеры;

- свищи;

- прожоги;

- скопления включений.

Выявленные при визуальном и измерительном контроле дефекты, которые могут быть исправлены (удалены) без последующей заварки выборок, должны быть исправлены до проведения контроля другими методами [13].



4. Конструкторская часть

4.1 Проектирование сборочно-сварочного приспособления

Для сборки рейки с балкой рукояти используется приспособление в виде серьги, она состоит из двух половин и собирается болтами. Серьга охватывает рейку и балку рукояти экскаватора, между рейкой и приспособлением вставляется гидравлический домкрат с рабочим давлением 5 тонн. Домкрат упирается в серьгу и давит на рейку, а рейка таким образом прижимается к балке. Для сборки и сварки нашей конструкции используется 6 таких приспособлений. Приспособление изготавливается согласно чертежу.

Рисунок 14. Прижимное приспособление: 1 - верхняя скоба; 2 - нижняя скоба; 3 - домкрат.



5. Производственная и экологическая безопасность

В данной выпускной квалификационной работе была разработана технология сборки и сварки рейки с балкой рукоятью экскаватора Марин 201М, при использовании механизированной сварки в углекислом газе.

В настоящем разделе рассматриваются вопросы охраны труда и техники безопасности, связанные с работой в цехе, а так же разрабатываются мероприятия по предотвращению воздействия на здоровье работников цеха опасных и вредных факторов, создание безопасных условий труда для обслуживающего персонала.

5.1 Промышленная санитария

Основными вредностями процесса сварки являются пыль, газы, ультрафиолетовое излучение, брызги расплавленного металла и трудовой процесс [15].

При сварке в среде углекислого газа выделяются пыль и газы - озон, углекислый газ, окиси азота, окись углерода. Наибольшую опасность для здоровья сварщиков представляют отравления марганцем и окисью углерода, концентрация которых в зоне дыхания может превышать предельно допустимые величины.

Аэрозоль, образующаяся при сварке в среде углекислого газа, отличается высокой дисперсностью. Пылевые частицы размером меньше 1 мк составляют 99,8%, а концентрация пыли примерно такая же, как и при ручной электродуговой сварке - в среднем 20-40 мг/м³. Особое внимание необходимо обращать на концентрацию марганца, так как его наличие в воздухе 0,3 мг/м³ и выше может вызвать тяжелые заболевания нервной системы.

При высокой температуре сварочной зоны углекислый газ разлагается на окись углерода и кислород. Кроме того, окись углерода может образоваться за счет реакции углекислого газа с железом, марганцем, кремнием и углеродом. Окись углерода. Относящаяся к удушающим газам, проникая в организм через дыхательные пути, соединяется с гемоглобином и образует карбоксигемоглобин.

Образование озона при сварке в среде углекислого газа происходит в результате электрических разрядов, ультрафиолетовой радиации и высокой температуры сварочной дуги (10-15 тыс. ⁰С) интенсивность ультрафиолетовой радиации в 5-20 раз больше, чем при ручной сварке. Концентрация озона в зоне дыхания может колебаться от 0,1 до 1,0 мг/м³, при предельно допустимой концентрации 0,1 мг/м³.

Помимо пыли и газов, профессиональной вредностью при любой сварке является излучение. Спектр лучистой энергии при сварке состоит из видимых лучей, яркость, которых в 10000 раз превышает физиологически переносимую, а также невидимых ультрафиолетовых и инфракрасных лучей; причем наибольшая энергия падает на ультрафиолетовое излучение с длиной волны 50-100 ммк. Поэтому оно является наиболее опасным, вызывающим острое заболевание глаз - электроофтальмию. Инфракрасные коротковолновые лучи могут вызвать хроническое заболевание - помутнение хрусталика глаза (катаракта). Вредные воздействия лучей сварочной дуги на органы зрения сказываются в радиусе до 10 метров.

Не менее вредным в сварочном производстве является производственный шум, вибрация и ультразвук. Уровень звукового давления при сборочно - сварочных работах может достигать 90-120 дб, что значительно выше нормы. Уровень мощности ультразвука на рабочем месте зависит от мощности генератора и может достигать 100-120 дб.

Трудовой процесс при сварке обычно происходит при неудобной позе сварщика и большом напряжении тела, особенно правой руки; кроме того, специальная одежда в значительной степени сковывает движение работающего. К основным профессиональным заболеваниям и отравлениям электросварщиков относятся: пневмокониоз, интоксикация марганцем и острые отравления сварочными газами.

Кожу защищают обычной рабочей одеждой, лицо и часть шеи - щитком или шлемом. Глаза защищаются специальными темными стеклами -светофильтрами, которые вставляют в щиток или шлем. Эти стекла совсем не пропускают ультрафиолетовые лучи, а инфракрасные пропускают в пределах от 0.1 до 4%, что не оказывает вредного влияния на зрение сварщика.

Помимо ожогов лучами электрической дуги, сварщику могут быть причинены ожоги брызгами расплавленного металла. Чтобы избежать ожогов, необходимо надевать рабочую одежду из плотной брезентовой

материи. Одежда не должна иметь складок. Брюки надо носить только на выпуск, так, чтобы они закрывали ботинки. Чтобы предотвратить прожигание спецодежды брызгами расплавленного металла, ткань пропитывается специальными составами, повышающими ее огнестойкость.

5.2 Электробезопасность

Безопасность эксплуатации электросварочного оборудования обеспечивается: надежной изоляцией, применением защитных ограждений и их автоблокировки, заземлением электрооборудования и его элементов, могущих оказаться под напряжением. Сварочное оборудование должно быть надежно в работе и удобно при эксплуатации [14].

Основные требования электробезопасности, предъявляемые к сварочному оборудованию, следующие.

Токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы. Сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 Мом; проверка производится не реже одного раза в три месяца. Изоляция должна выдерживать напряжение 2 кв в течение 5 мин.

Корпуса электросварочного оборудования, агрегатов, сварочные столы, плиты и обратные провода должны быть заземлены. Защитное заземление осуществляется путем присоединения корпуса сварочных источников питания, снабженного специальным болтом, к проводу заземляющего устройства, а также заземлением свариваемого изделия. При этом необходимо сварочную установку непосредственно с заземляющим проводом, не соединять установки последовательно между собой и не применять общего заземляющего провода для группы установок. Несоблюдение этого требования может привести к тому, что при обрыве провода, последовательно соединяющего установки, некоторые из будут не заземлены. Сопротивление заземления при напряжении до 1000 В должно быть не более 4 ом в любое время года. Разрешается не заземлять непосредственно корпус двигателя, подающего электродную проволоку, если он установлен на корпусе сварочной головки и имеет с нею надежный металлический контакт.

Однопостовые сварочные агрегаты и трансформаторы со стороны питающей сети должны быть защищены предохранителями.

Источники сварочного тока можно подсоединять к распределительным электрическим сетям напряжением не выше 500 В. Однофазные сварочные трансформаторы распределяют равномерно между отдельными фазами трехфазной сети. Питание дуги через регулятор тока любого типа непосредственно от распределительной сети не допускается.

Напряжение холостого хода трансформаторов на 350 А и более не должно превышать 70 В, а трансформаторов на 100 А - 75 В.

5.3 Расчет защитного заземления

В данном разделе проведен расчет защитного заземления для оборудования, которое работает под напряжением 380В.

Для проверки рассчитаем защитное заземление для электрооборудования цеха [14].

Исходные данные: Электрооборудование питается от трехфазной сети напряжением 380 В с изолированной нейтралью. Мощность (суммарная) источников питания сети превышает 100 кВА. Здание цеха имеет железобетонный фундамент. Площадь, ограниченная периметром здания S=1080 м².

Выбираем наибольшее значение (нормативное) сопротивление заземления R_н. Согласно правилам устройства электроустановок, в электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и мощностью источников питания больше 100 кВА, принимаем R_н=4 Ом.

Определим сопротивление растеканию тока имеющихся заземлителей. Используем в качестве естественного заземлителя фундамент цеха здания. Сопротивление железобетонного фундамента определим:

R_ф = , (39)

где - удельное сопротивление грунта, определяется:

= _т, (40)

где _т - табличное значение удельного сопротивления = 100 Омм;

- коэффициент сезонности, выбираемый в зависимости от климатической зоны СНГ, для протяженного заземлителя = 4.

= 1004 = 400 Омм.

тогда:

R_ф = = 5,77 Ом.

Что превышает R_н = 4 Ом. Поэтому необходим искусственный заземлитель, подключенный параллельно естественному.

Необходимое допустимое сопротивление искусственного заземлителя определим:

R_и.доп = R_фR_н/(R_ф-R_н) = 5,774/(5,77-4) = 13 Ом. (41)

Искусственный заземлитель расположим на пониженном, увлажненном участке территории предприятия, находящемся на расстоянии 25 м от цеха. Заземлитель представляет собой систему расположенных в ряд вертикальных электродов, верхние концы которых лежат на глубине t₀=0,7 м и соединены полосой связи. Вертикальные электроды - это стержни длиной 2.6 м из угловой стали с шириной полки в = 0,05 м. Полоса связи выполнена из стали и имеет сечение 540 мм.

Определим , найдя по таблице значение для вертикального заземлителя = 1,7.

= 1001,7 = 170 Омм.

Найдем сопротивление одиночного вертикального электрода:

R_э = ,

где t=0,5l+t₀ = 0,52,6+0,7 = 2 м тогда,

R_э = =52,25 Ом

Определим необходимое количество вертикальных электродов n. Для этого предварительно находим произведение коэффициента использования вертикальных электродов _э на их количество n:

(_эn) = R_э/R_и.доп = 52,25/13 = 4,02,

а затем, задавшись отношением расстоянием а между соседними вертикальными электродами к их длине l, определим n. Выбираем расстояние между соседними вертикальными электродами а=5,2 м (а/l=2), n = 5.

Находим длину L горизонтального проводника, соединяющего вертикальные электроды, расположенные в ряд:

L = 1,05 (n-1)а = 1,05(5-1)5,2 =21,84 м.

Сопротивление горизонтальной полосы определим по формуле:

R_n = ,(42)

где С- ширина полосы = 0,04 м;

= 400 Ом для протяженного заземлителя;

t₀ = 0,7 м.

R_n = = 30,4 Ом.

При а/l = 2 и n = 5,находим _э = 0,87 и _п = 0,81. Затем определим результирующее сопротивление искусственного заземлителя:

R_u = R_эR_n/(R_ээ+R_nэn).(43)

R_u = 52,2530,4/(52,250,87+30,40,815) = 9,42 Ом.



Полученное значение R_u не превышает R_и.доп =13 Ом.

Так как искусственный заземлитель достаточно удален от естественного, то можно пренебречь влиянием и полем растекания тока. Тогда общее сопротивление всего заземляющего комплекса, состоящего из естественного и искусственного заземлителей определим:

R_з = = = 3,58 Ом. (44)

Что меньше R_u = 4 Ом.

5.4 Пожаробезопастность

Цехи и участки, где ведутся работы по электродуговой сварке, кислородной резке металлов, относятся к категории Г производства по пожарной и взрывной опасности. Количество огнетушителей и других первичных средств пожаротушения для таких цехов и участков должно выбираться в соответствии с типовыми правилами.

Помещения, в которых выполняются газовая сварка и резка металлов, должны быть построены из элементов конструкций по 4 категории противопожарной безопасности (противопожарная стойкость не менее 2 ч).

Места, отведенные для проведения сварочных работ и установки оборудования, должны быть очищены от легковоспламеняющихся материалов в радиусе 5 м. Сварочные работы вне производственного помещения могут производиться только по согласованию с заводской пожарной охраной.

Запрещается производить сварку свежеокрашенных конструкций до полного высыхания краски, сосудов, аппаратов, трубопроводов коммуникаций, находящихся под напряжением, избыточным давлением, заполненных горючими и токсичными материалами.

Вентили газовых баллонов, редукторы, горелки и резаки следует предохранять от попадания масла.

Газовые сварочные шланги должны проверятся на герметичность не менее одного раза в квартал путем наполнения сжатым газом с последующим погружением в воду. С такой же периодичностью должны проверяться на герметичность горелки и резаки.

Уровень жидкости в водяном затворе должен поддерживаться на высоте контрольного краника. Проверять уровень следует не реже трех раз в смену при включенной подачи газа в затвор. К одному затвору можно подключить только одну горелку или резак.

Сжатые газы, используемые при сварке, содержат в стальных баллонах емкостью 40 л. Хранение, перевозка и эксплуатация баллонов регламентируются специальными правилами.

Находящиеся в эксплуатации баллоны должны подвергаться периодическому освидетельствованию (не реже чем через 5 лет) на заводах-изготовителях или на наполнительных станциях (испытательных пунктах). Запрещается эксплуатировать баллоны, у которых истек срок периодического освидетельствования, отсутствуют установленные клейма; окраска и надписи не соответствуют правилам; неисправны вентили; поврежден корпус (изменена форма, появились трещины, коррозия и т.п.). Хранение баллонов с кислородом и горючими газами в одном помещении не допускается. Запрещается хранить баллоны в не приспособленных для этого помещениях (подвалах, коридорах, проходах и т.п.), а также на расстоянии менее 1 м от отопительных приборов и печей и менее 5 м от источников теплоты с открытым огнем.

Баллоны с насажденными на них башмаками должны храниться в вертикальном положении в специальных гнездах или клетках. Баллоны без башмаков могут храниться в горизонтальном положении на деревянных рамах и стеллажах. Вентили баллонов должны быть обращены в одну сторону. Колпаки следует навернуть на баллоны.

Запрещается переноска баллонов на руках без носилок и на плечах. Не допускается бросать баллоны, катать по цеху, переносить, ухватившись за предохранительный колпак.

Мероприятия по пожарной профилактике разделяются на организационные, технические, режимные и эксплуатационные.

Организационные мероприятия предусматривают правильное содержание здания, территории, противопожарный инструктаж рабочих и служащих.

Технические мероприятия предусматривают соблюдение противопожарных правил и норм при проектировании здания, при устройстве электроприборов и оборудования, освещения, правильное размещение оборудования.

Режимные мероприятия предусматривают запрещение курения в не установленных местах, производство наплавочных работ в помещениях пожароопасных и т.д.

Эксплуатационные мероприятия - своевременные профилактические осмотры и ремонты.

Помещение должно быть оборудовано: средствами тушения пожара; средствами связи; должна быть исправна электрическая проводка осветительных приборов и электрооборудования.

Каждый сотрудник должен знать место нахождения средств пожаротушения и средств связи; помнить номера телефонов для сообщения о пожаре; уметь пользоваться средствами пожаротушения.

Нормами первичных средств пожаротушения для сварочного цеха являются:

- на каждые 200 м² площади пола предусмотрена установка одного огнетушителя ОУ-2, ящик с песком, емкостью 0,5м³ и две лопаты;

- пожарные краны, рукава, огнетушители, песок в ящиках нужно содержать в исправном состоянии и хранить только в определенных местах, по согласованию с органами пожарного надзора;

На случай пожара должен быть разработан план эвакуации, который состоит из инструкции и графической части.

План эвакуации вывешивается в цехах на видном месте, с ним ознакамливаются все работающие. Пути эвакуации должны быть всегда свободными. Установка на них грузового оборудования запрещена даже на короткий срок.

Обязательное условие, которое необходимо соблюдать при эвакуации - кратчайшее расстояние до выхода наружу здания, минимальное время выхода из здания, безопасность движения людей.

5.5 Освещение цеха

При освещении сварочных цехов следует учитывать особенности труда сварщиков. Во время сварочных работ светофильтры, устанавливаемые, в защитные щитки сварщиков пропускают только небольшую часть светового потока. По окончании сварки органы зрения должны адаптироваться к другому световому потоку. Правильно подобранное освещение, окраска стен, цвета оборудования и элементов рабочего места способствует быстрой переадаптации и снижению утомляемости органов зрения.

По разряду и подразряду освещенности участок сборки относится к группе IIIб с регламентируемой минимальной нормой общего освещения в горизонтальной плоскости 100 лк при лампах накаливания.

По разряду и подразряду освещенности участок сварки относится к группе VII с регламентируемой минимальной нормой общего освещения в горизонтальной плоскости 50 лк при лампах накаливания.

По разряду и подразряду освещенности участок контроля качества относится к группе IIIа с регламентируемой минимальной нормой общего освещения в горизонтальной плоскости 150 лк при лампах накаливания.

Естественное освещение является основным при работах в помещениях с оконными проемами и световыми фонарями.

Искусственное освещение применяется в ночное время в любых условиях, а в дневное время там, где естественного освещения недостаточно.

В сварочных и сборочно-сварочных цехах должна применяться система одного общего или комбинированного электрического освещения. Независимо от системы освещенность на полу помещения от светильников общего освещения должна быть не менее 50 лк при лампах накаливания и 150 лк при люминесцентных лампах. Затемнение рабочих мест и проходов мостовыми кранами необходимо компенсировать дополнительными светильниками, установленными на кранах. Основные проходы оборудуются аварийным освещением, обеспечивающим освещенность в проходах не менее 0,3 лк. К сети аварийного освещения запрещается включать другие токоприемники.

Стационарные светильники местного освещения питаются напряжением 36 В.. Конструкция светильника должна исключать ослепленность работающего. Очистку светильников общего освещения в помещениях цехов и участках необходимо проводить не реже трех раз в месяц, а в бытовых и подсобных - два раза в месяц.

Стекла в помещениях, где ведутся работы с незначительным выделением пыли и дыма, очищают не реже двух раз в год, а потолки и стены помещений белят не реже одного раза в три года.

5.6 Воздухообмен при сварке

Основными мероприятиями, направленными на улучшение состояния воздушной среды в производственных помещениях, является устройство местной и общеобменной вентиляции.

Эффективная вентиляция сварочных и сборочно-сварочных цехов и участков должна обеспечить на рабочих местах содержание в воздухе сварочного аэрозоля не более 4 мг/м³, соединений марганца до 0,3 мг/м³, а хрома до 0,1 мг/м³. Концентрация пыли в воздухе, выбрасываемом в атмосферу, должна быть не более 60 мг/м³. Местная вытяжная вентиляция предназначена для улавливания вредных пылей и газов, непосредственно у мест их образования.

При ручной электросварке на стационарном посте применим наклонную панель равномерного всасывания и сварочный стол с подрешеточным отсосом. Количество вредностей улавливаемых данными отсосами составляет 95% от количества выделяемых вредностей.

Пыли и газы, образующиеся при механизированной сварке в среде углекислого газа, удаляются местным отсосом. Отсос представляет собой зонт, который располагается непосредственно над свариваемым швом на высоте не более 500 мм. Количество воздуха для механизированной сварки в углекислом газе удаляемого этим отсосом, можно определить;

(45)

где площадь высасывающего отверстия отсоса,

скорость воздуха в этом отверстии, для сварки в углекислом газе, , L = 540 м³/ч

5.7 Техника безопасности на рабочем месте

На предприятии ежегодно каждый работник сдает экзамены по технике безопасности и охраны труда.

Во время выдачи наряда механик участка проводит инструктаж по технике безопасности по выполняемой работе, во время работы каждый должен его соблюдать.

Перед началом работы каждый должен убедится, что его рабочий инструмент или оборудование находится в исправном состоянии, проверить надежность заземления электроустановок.

Во время работы нужно работать согласованно с соблюдением необходимых мер предосторожности, соблюдать правила пожарной безопасности. Во время проведения сварочных работ изделие должно быть надежно заземлено обратным проводом сварочного поста. Должны быть расставлены огнетушители вблизи проведения сварочных или газорезательных работ. Во время проведения сварочных работ должны быть поставлены предохранительные щиты которые предохраняют от попадания на окружающих ультрафиолетовых лучей. При работе с краном, сигналы стропальщика должны быть четкие и ясные без лишних движений, чтобы они не вводили в заблуждение крановщика. Стропы должны быть испытаны и с бирками о их проверке для нужного применения.

5.8 Охрана окружающей среды

При всеобщем глобального загрязнении окружающей среды необходимо уделять огромное внимание охране природы. Охрана природы в отношении машиностроения предполагает совершенствование технологических процессов и транспортных операций, с целью уменьшения теплового воздействия и увеличения объёма вторичной переработки отходов, увеличение мощностей водоочистки [16].

Промышленные предприятия загрязняют не только наружную, но и внутреннюю среду производственных цехов. Тогда как чистота воздуха и нормальные метеорологические условия благоприятствуют условиям здоровья и высокопроизводительного труда. Устранение воздействия таких факторов как газы, пары, пыль, избыточная теплота и влага, и наоборот: создание воздушной среды, здоровой, являются важной народнохозяйственной задачей.

Существует ряд мероприятий, направленных на уменьшение загрязнения наружной и воздушной внутренней среды. Это прежде всего совершенствование производства, состоящее в замене токсичных веществ - нетоксичными, в использовании выбросов и отходов вторично или для других технологических производств., использование различного рода очищающих фильтров для отработавшего воздуха и воды и т. д.

5.9 Чрезвычайные ситуации

Чрезвычайная ситуация (ЧС) - состояние, при котором в результате возникновения источника ЧС на объекте, определенной территории или акватории нарушаются нормальные условия жизни и деятельности людей, возникает угроза их жизни и здоровью, наносится ущерб имуществу населения, народному хозяйству и окружающей природной среде [17].

Под источником ЧС понимают опасное природное явление, аварию или опасное техногенное происшествие, широко распространенную инфекционную болезнь людей, а так же применение современных средств поражения, в результате чего произошла или может возникнуть ЧС.

В настоящее время существует два основных направления минимизации вероятности возникновения последствий ЧС на промышленных объектах. Первое направление заключается в разработке технических и организационных мероприятиях, уменьшающих вероятность реализации опасного поражающего потенциала в современных технических системах. В рамках этого направления на заводе технические системы снабжают защитными устройствами - средствами взрыво- и пожарозащиты технологического оборудования, электро- и молниезащиты, локализации и тушения пожаров и т.д.

Второе направление заключается в подготовке объекта и обслуживающего персонала к действиям в условиях ЧС. Основой второго направления является формирование планов действий в ЧС. Для этого на заводе прогнозируют размеры и степень поражения объектов при воздействии на него поражающих факторов различных видов (взрывы, пожары, отключения электроэнергии, наводнения, землетрясения, террористические акты, нападение вероятного противника и др.), опираясь на экспериментальные и статистические данные о физических и химических явлениях, составляющих возможную аварию.

Повышение устойчивости технических систем и объектов достигается главным образом организационно-техническими мероприятиями. Для этого

- сначала исследуется устойчивость и уязвимость предприятия в условиях ЧС. Исследования включают в себя анализ:

надежности установок и технологических комплексов;

- последствий аварий отдельных систем производства;

- распространения ударной волны по территории предприятия при взрывах коммуникаций;

- распространения огня при пожарах различных видов;

- рассеивания веществ, высвобождающихся при ЧС;

- возможности вторичного образования токсичных, пожаро- и взрывоопасных смесей и т.п.

Затем разрабатываются мероприятия по повышению устойчивости и подготовке объекта к восстановлению после ЧС. К таким мероприятиям относятся правильная планировка наземных и подземных зданий и сооружений основного и вспомогательного производства, складских помещений и зданий административно-бытового назначения; внутренняя планировка помещений; расстановка сил и состояние пунктов управления, и надежность узлов связи; безопасное хранение горючих и токсичных веществ и т.д.

Ликвидация чрезвычайных ситуаций осуществляется силами и средствами самого предприятия или с привлечением Вооруженных сил РФ, Войск гражданской обороны РФ и других войск и воинских формирований в соответствии с законодательством Российской Федерации.



6. Организационно-экономическая часть

6.1 Предварительный анализ

Задачей данного раздела является определение экономической целесообразности внедрения в процесс сборки и сварки рейки с балкой рукоятью экскаватора Марион 201М механизированной сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа взамен применяемой в настоящее время ручной дуговой сварки.

При всех рассматриваемых способах сборки и сварки, учитывая условия работ, предусмотрена предварительная подготовка кромок (снятие фаски), но при ручной дуговой сварке, согласно ГОСТ 5264-80, после сварки, необходима последующая шлифовка и зачистка всех швов. А это влечет за собой увеличение вспомогательного времени. Как следствие повышение расхода сварочных материалов и уменьшение скорости сварки.

Преимуществами сварки проволокой сплошного сечения являются высокие скорости сварки, а также экономия времени на зачистке околошовной зоны от брызг расплавленного металла.

Режимы сварки сравниваемыми способами приведены в таблице 18.

Таблица 18

Режимы сварки сравниваемыми способами

Способы сварки	Электроды, марка, диаметр	Наплавляемая площадь, см2	Сварочный ток, А	Напряжение, В	Коэффициент наплавки г/(А·ч)
РДС	УОНИ 13/85 Ш4мм	12.34	160	36	10.0
Сварка в СО2	Св-08Г2С Ш1,6мм	12.34	280	28	8.23



6.2 Определение норм времени

Нормирование-это определение времени на выполнение какого-либо процесса. Под технически обоснованной нормой времени понимается, установленное для определенных организационно-технических условий время на выполнение заданной работы, исходя из рационального использования средств производства и с учетом передового производственного опыта. Технически обоснованные нормы времени являются основой правильного решения вопросов разделения труда, организации и обслуживания рабочих мест, проектирования передовых методов труда, оценки его эффективности и организации систем материального стимулирования [18].

Состав и методика определения отдельных элементов норм времени зависит от видов операций, методов сварки, типа производства и других факторов. Так для дуговой сварки норма времени может быть определена по формуле:

, (46)

где - норма штучно-калькуляционного времени, мин/изделие;

- основное время на сварку одного погонного метра шва, мин/м;

- вспомогательное время, зависящее от длины шва, в расчете на погонный метр, мин/м;

- протяженность сварочного шва данного типоразмера, м;

- вспомогательное время, зависящее от свариваемого изделия и типа сварочного оборудования, мин/изделие;

- коэффициент, учитывающий время обслуживания рабочего места и время на отдых и личные надобности (на автоматическую сварку - 1,15; на полуавтоматическую - 1,12; на ручную - 1,10);

- подготовительно-заключительное время, мин/партия;

- размер партии свариваемых изделий.

Основное время на сварку рассчитывается в зависимости от метода сварки.

Для многопроходных швов основное время устанавливается по формуле:

, (47)

где V_с - скорость сварки шва, м/ч.

а) для ручной дуговой сварки покрытыми электродами

t₀ = 374.2 мин/пог.м

б) для механизированной сварки в углекислом газе

t₀ = 150.7 мин/пог.м

Таблица 19

Вспомогательное время, связанное со сваркой шва t_в.ш

Элементы работы	РДС	СО2	Разница
Зачистка свариваемых кромок от налета ржавчины перед сваркой, мин/м	0.42	0.42	-
Зачистка околошовной зоны от брызг наплавленного металла, мин/м	-	0.78	0.78
Осмотр и промер шва, мин/м	0.20	0.20	-
Откусывание огарков проволоки, мин/м	-	5.25	5.25
Смена электродов, мин/м	8.32	-	8.32
Зачистка шва от шлака после выполнения каждого прохода, мин/м	48	-	48
Переход сварщика после каждого прохода к началу шва, мин/м	-	0.15	0.15
Удаление остатка проволоки из головки полуавтомата. Смена кассет. Подача проволоки в головку полуавтомата, мин/м	-	0.25	0.25
Итого:	56.94	6.85	62.75

Вспомогательное время связанное с изделием и типом оборудования t_в.из приведем в таблице 20.

Таблица 20

Вспомогательное время связанное с изделием и типом оборудования t_в.из

Элементы, зависящие от свариваемого изделия и типа сварочного оборудования	РДС	СО2	Разница
1. Установка, поворот и снятие свариваемых деталей или узлов вручную, краном или с помощью приспособлений	4.2	4.2	-
2. Крепление деталей прижимными приспособлениями и их открепление	0.80	0.80	-
3. Перемещение сварщика в процессе сварки многопроходных швов	0.45	0.45	-
4. Клеймение шва	-	-	-
Итого:	5.45	5.45

Подготовительно-заключительное время t_n.з приведем в таблице 21.

Таблица 21

Подготовительно-заключительное время t_n.з

Содержание работ	РДС	СО2	Разница
1. Получение производственного задания, документации, инструктажа мастера, получение инструмента	6.0	6.0	-
2. Ознакомление с работой	4.0	5.0	-1
3. Подготовка к работе баллона с газом, подключение (отключение) и продувка шлангов	-	4.0	4.0
4. Установка, настройка и проверка режимов сварки	-	3	3
5. Подготовка рабочего места и приспособлений к работе	4.0	7	-3
6. Сдача работы	3	3	-
Итого:	17	28	3

Определение штучно-калькуляционного времени t_ш.к. производится по формуле

а) для ручной дуговой сварки покрытыми электродами

t_шк= [(374.2+56.94)·12.6+5.45]·1.10+=5998.59 мин.

б) для механизированной сварки в углекислом газе

t_шк=[(150.7+6.85)·12.6+5.45]·1.12+=2257.44 мин.

6.3 Экономическая оценка сравниваемых способов сварки

6.3.1 Первая ситуация

В первой ситуации исходим из того, что рассматриваемые варианты сварки на предприятии имеются.

Значит, нам не требуются средства на приобретение оборудования. Оборудование недостаточно загружено и имеется возможность его использования для производства нашего изделия [18].

Критерием выбора лучшего способа сварки будут служить затраты на сварку изделия. Причем во внимание принимаются те затраты, которые будут различаться по сравниваемым вариантам.

Различные затраты на производство изделия будут включать в себя, затраты на сварочные материалы - электроды, сварочную проволоку, защитный газ.

Затраты на электроды и электродную проволоку определим по формуле.

С_см = g_нм к_п Ц_см (48)

где С_см - затраты на сварочные материалы, руб/изд;

g_нм - масса наплавленного металла, кг/изд;

к_п - коэффициент, учитывающий отношение веса электродов или проволоки к весу наплавленного металла к_п=1,6;

Ц_см - цена сварочной проволоки (электродов) Ц_см=0,16руб/г.

В свою очередь массу наплавленного металла можно установить по формуле;

(49)

где F - площадь поперечного сечения шва, мм²;

l - длина сварного шва, м;

y - плотность наплавленного металла, г/см².

g_мн=121.162кг.[п.2.7.3]

Отсюда затраты на электроды и электродную проволоку

а) для ручной дуговой сварки покрытыми электродами

С_см = 121.162·1.6·68 = 13182.46 руб/изд

б) для механизированной сварки в углекислом газе

С_см =121.162·1.08·45 = 5888.47 руб/изд

Затраты на защитный газ определим по формуле

С_газ = g_газ·t₀·l·Ц_газ (50)

где g_газ - норма расхода газа, 12 л/мин;

t₀ - основное время на сварку 150.7 мин/м;

l - длина сварного шва, 12.6 м/изд;

Ц_газ - цена за единицу газа, 0.036 руб/л;

Затраты на газ составят

С_газ = 12·150.7·12.6·0.036 = 820.30 руб/изд

6.3.2 Затраты на заработную плату производственных рабочих



(51)

где С_гз - часовая тарифная ставка рабочих соответствующего разряда, руб/час;

t_шк - норма штучно-калькуляционного времени на выполнение операции, мин/зад;

k_д - коэффициент, учитывающий премии, доплаты и дополнительную заработную плату (k_д = 1,4-1,6);