Кліть №1

Після підстановки одержимо:

; ; ; ;

Аналогічно розраховуємо в інших відкритих калібрах і заносимо в таблицю 2.4.

В закритих калібрах відбувається доформування трубної заготовки і частково холодна прокатка труби в круглому калібрі. Сила формування в закритих калібрах визначається по формулі:

(2.21)

де - напруження текучості, Н/мм ²;

b - коефіцієнт Лоде;

e - відносний обтиск;

R _ср - середній радіус валка, мм;

S =3, 0 мм – товщина штаби;

R _н – радіус формування по нижньому валку, мм.

В закритих калібрах крутний момент визначатимемо

(2.22)

де f _к – коефіцієнт тертя котіння труби в закритих калібрах (f _к =0, 25-0, 30)

R _к – радіус калібру, мм.

Середній радіус валка визначаємо по формулі:

(2.23)

де D _рн - діаметр валка по реборді, мм;

D _н - діаметр валка по дну калібру, мм.

Відносний обтиск

(2.24)

Кліть №4

Після підстановки одержимо:

;

; ;

; ;

І т.д. розраховуємо аналогічно.

Результати розрахунку енергосилових параметрів формування наведені в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4 – Енергосилові параметри формування трубної

заготовки розміром 33х3, 5 мм із сталі 3пс з напруженням

текучості 206 МПа.

2.2.3 Розрахунок на міцність деталей робочої кліті формувального стану

На міцність розраховуємо основні деталі робочої кліті – вісь формувального валка і деталі натискного пристрою.

2.2.3.1 Розрахунок на міцність осі валка формувального стану

Валок формувального стану являє собою оправку (вісь) валка з подушками і підшипниками, на яку надітий саме формувальний валок.

На міцність розраховуємо вісь валка, яка сприймає вертикальні навантаження від сили формування, тобто «працює» на вигин, а також з боку привідного кінця вісь валка «працює» на крутіння від дії крутного моменту приводу.

Рисунок 2.7 – Схема до розрахунку осі валка на міцність

Вихідні дані до розрахунку:

а) матеріал осі валка - сталь 45Х;

б) межа міцності матеріалу валка s_в=720 Н/мм ²;

в) зусилля формування трубної заготовки - Р =25, 56 кН;

г) момент деформації М _кр=0, 26 кН × м.

Всі розрахунки виконуємо по методиці, приведеній в роботі [7, 8].

Схема до розрахунку осі валка приведена на рис. 2.7.

Перевірочний розрахунок робимо для небезпечних перерізів 1-1 і 2-2.

Для перерізу 1-1 опорні реакції:

(2.25)

Згинальний момент:

(2.26)

де l – половина відстані між опорами формувальної кліті, мм.

Напруження вигину:

(2.27)

де W _зг1 - момент опору згину перерізу 1-1, мм ³.

(2.28)

де d ₁ - діаметр осі валка в перерізі 1-1, мм;

Після підстановки одержимо величину нормального напруження в перерізі 1-1:

Полярний момент опору в перерізі 1-1

(2.29)

Дотичні напруження в перерізі 1-1:

(2.30)

Результуюче напруження від загальної дії вигину і крутіння в перерізі 1-1:

(2.31)

Згинальний момент у перерізі 2-2

(2.32)

де l ₂ – довжина опорної частини оправки валка, мм.

Напруження згину в перерізі 2-2

(2.33)

де W _зг2 - момент опору згину в перерізі 2-2, мм ³.

Після підстановки одержимо величину нормального напруження в перерізі 2-2:

Полярний момент опору в перерізі 2-2

Дотичні напруження:

Результуюче напруження від загальної дії згину і крутіння:

При 5-ти кратному запасі міцності для валка допустиме напруження складе:

(2.34)

де s_в– межа міцності матеріалу осі валка, Н/мм²;

[ n ] – коефіцієнт запасу міцності.

При п’ятикратному запасі міцності маємо напруження, що допускається, для матеріалу осі валка:

Як видно з приведених розрахунків розрахункові значення не перевищують допустимих напружень, тобто умова міцності виконується.

2.2.3.2 Розрахунок на міцність натискного гвинта

Схема навантаження гвинтового натискного пристрою показана на рис. 2.8.

Вихідні дані до розрахунку:

а) максимальне зусилля формування Р =25, 56 кН;

б) сила, що діє на подушку (опорна реакція) Y =12, 78 кН;

в) тип різьби – трапецеїдальна;

г) діаметр п’яти гвинта d₂=30 мм;

д) зовнішній діаметр різьби гвинта d=36 мм;

є) коефіцієнт тертя в п’яті гвинта f_п=0, 2 (густе змащення);

ж) коефіцієнт тертя в різьбі f_в=0, 1 (рідке змащення);

з) матеріал гвинта – сталь 40Х з межею міцності s_в=750 МПа.

Рисунок 2.8 – Розрахункова схема натискного пристрою

Натискний гвинт сприймає реакцію від зусилля формування на шийку валка Y, і при настроюванні між валкового зазору в процесі формування, - крутний момент Мв, який прикладений до привідного гвинта (рис. 2.8). таким чином, в загальному випадку, натискний гвинт піддається стискуванню і крутінню.

Крутний момент, необхідний для обертання гвинта розраховується по формулі [4]:

(2.35)

де d₂ – діаметр п’яти гвинта, мм;

f_п – коефіцієнт тертя в п’яті гвинта, що складає 0, 15-0, 30 в

залежності від типу змащення;

a - кут підйому різьби, град;

j - кут тертя в різьбі, град.

Параметр dср приймають від типу різьби і зовнішнього діаметра по ГОСТ. Для орієнтовного розрахунку цього параметру можна користуватися наближеною формулою:

(2.36)

де S – крок різьби, мм.

Кут підйому різьби розраховуємо по формулі:

(2.37)

де d – зовнішній діаметр різьби гвинта, мм.

Кут тертя в різьбі можна визначити по формулі:

(2.38)

де f_в – коефіцієнт тертя в різьбі, рівний 0, 05-0, 15 в залежності від типу змащення.

Напруження крутіння у гвинті розраховуємо по формулі:

(2.39)

де d₁ – внутрішній діаметр різьби гвинта, мм.

Крутний момент, необхідний для обертання гвинта:

У випадку, якщо в процесі формування настройку зазору не виконують, t_в приймають рівним нулю.

Напруження стискування розраховуємо по формулі:

(2.40)

Сумарні напруження у гвинті від сумісної дії стискування і крутіння визначаємо по 4-й теорії міцності:

(2.41)

Розраховуємо коефіцієнт запасу міцності:

(2.42)

Перевіряємо умову міцності:

(2.43)

Умова міцності виконується, так як розрахункове значення коефіцієнта запасу міцності перевищує рівня, що допускається.

2.2.3.3 Розрахунок на міцність гайки натискного гвинта

Вихідні дані до розрахунку:

а) максимальне зусилля формовки Р =25, 56 кН;

б) матеріал гайки – бронза БрЖМЦ 66-6-3-2 з механічними властивостями:

- межа міцності: по нормальних напруженнях (зминання, вигин) s_в=450 МПа; по дотичних напруженнях t_в=280 МПа.

Гайка знаходиться під дією реакції від зусилля формування Y, тому тіло гайки розраховується на зминання по поверхні її опори на поперечину станини, а різьбу гайки – на вигин, зминання і зріз.

Напруження зминання на поверхні зіткнення гайки з поперечиною (кришкою) станини розраховуємо по формулі:

(2.44)

де D _г – зовнішній діаметр гайки, мм;

d _от – діаметр отвору в поперечині (кришці) станини для

проходження натискного гвинта, мм.

Напруження у витках різьбі гайки визначається величиною зусилля, що діє на один виток: (де m – кількість витків у гайці, що визначається в залежності від висоти гайки Н _г і кроку різьби S:

(2.45)

Напруження зминання різьби гайки:

(2.46)

де d – внутрішній діаметр різьби гайки (приймається рівним

зовнішньому діаметру натискного гвинта), мм;

d_1г – зовнішній діаметр різьби гайки, який визначаємо по

формулі:

(2.47)

Напруження вигину в різьбі:

(2.48)

де В – ширина витка різьби біля основи (див. рис. 2.8), мм.

Напруження зрізу в різьбі:

(2.49)

Коефіцієнти запасу міцності:

а) для поверхні зіткнення гайки з поперечиною станини:

(2.50)

б) для різьби гайки по напруженню зминання:

(2.51)

в) для різьби гайки по напруженню вигину:

(2.52)

г) для різьби гайки по напруженню зрізу:

(2.53)

Результати розрахунку свідчать, що умова міцності натискної гайки виконується, так як коефіцієнти запасу міцності перевищують допустиме значення.

2.2.4 Розрахунок годинної продуктивності ТЕЗА 20-76

Швидкість зварювання труб розміром 33х3, 5 мм приймаємо u_с=35 м/хв.[3].

Оскільки швидкість зварювання на зварювальному вузлі ВЧ-зварювання вимірюється в м/хв., то для визначення годинної продуктивності ТЕЗА потрібно відому швидкість зварювання помножити на 60. Тоді з урахуванням скритих простоїв вводимо коефіцієнт використання стану і одержуємо годинну продуктивність [4]:

а) в метрах:

(2.54)

б) в тонах:

(2.55)

де u_с - швидкість зварювання згідно технологічної інструкції, м/хв;

q_т - маса одного погонного метра труб, кг

(2.56)

K_i - коефіцієнт використання стану (К_i=0, 95).

Для труби розміром 33х3, 5 мм:

3 ОХОРОНА ПРАЦІ

Законодавство України про охорону праці базується на основах нормативно-правових актів, які відповідають Конституції України. Статті 43, 45, 46, 49, 50, 53 56, 64 Конституції України гарантують права громадян України на працю, відпочинок, охорону здоров’я, медичну допомогу і страхування. Державна політика в області охорони праці закріплена Законом України «Про охорону праці» (стаття 4) [9] і базується на пріоритеті життя і здоров’я робітників відповідно виробничій діяльності підприємства, повної відповідальності власника для створення безпечних і нешкідливих умов праці.

Даний дипломний проект передбачає аналіз та розрахунок технологічних параметрів виробництва труб 33х3, 5 мм зі сталі 3пс на ТЕЗА 20-76 в умовах ПАТ «ІНТЕРПАЙП Новомосковський трубний завод». Технологічний процес виробництва електрозварних труб круглого і профільного перетину відповідають вимогам ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ [10]. В дипломному проекті розглянуті основні небезпечні і шкідливі виробничі фактори, що мають місце на дільниці трубоелектрозварювальних агрегатів (ТЕЗА) 20-76 і 20-114 і розроблені заходи по їх зниженню; також розроблені заходи по пожежній профілактиці на дільниці.

3.1 Загальна характеристика умов праці

При експлуатації ТЕЗЦ №3 ВАТ «Інтерпайп НМТЗ» по характеристикам відноситься до IV класу виробництва (підприємство з неповним металургійним циклом) з шириною санітарно-захисної зони 100 м. Основні виробничі цеха розміщені на території підприємства з урахуванням напрямку «рози вітрів», тому розміщуються з підвітряного боку. Дані про природні умови майданчика: глибина промерзання ґрунту – 0, 9 м, напір повітря на висоті 10 м – 30 кг/м², на висоті 20 м – 40 кг/м². Розміри будівлі цеха складають 351, 25х145, 5 м, висотою 13 м. Трубоелектрозварювальні агрегати 20-76 та 20-114 знаходиться на території ТЕЗЦ № 3, а саме на дільниці зварювання ТЕЗЦ № 3 і відноситься до IV класу. Розміри дільниці трубоелектрозварювальних станів з дільницею підготовки становлять 144х30 м.

У зв’язку з тим, що тема дипломного проекту присвячена удосконаленню технології виробництва труб в ТЕЗЦ №3 з метою підвищення продуктивності стана 20-76 і не веде до зміни класу виробництва, ширина санітарно-захисної зони залишається колишньою, тому вибір будівельної площі не виконується.

Основні шкідливі виробничі фактори, що мають місце на дільниці трубоелектрозварювальних агрегатів наступні: шум; вібрація; запиленість; елект-ромагнітні випромінювання.

Робота механізмів безперервного стану супроводжується шумом. Джерелом шуму в районі дільниці станів є пневматична апаратура виконавчих механізмів ста-нів. При нормі рівня шуму 80 дБА (еквівалентний рівень звуку), фактичний рівень шуму складає 77 дБА і не перевищує припустимий рівень шуму за ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ [10]. для постійних робочих місць у виробничих приміщеннях.

Локальна вібрація на робочих місцях електрозварювальника труб на стані відсутня. Загальна вібрація не перевищує норму 109 дБ (тобто нормативного значення, скорегованого по частоті і еквівалентні кореговані значення віб-роприскорення 0, 28 м/с² при напрямку дії Z_o, Y_o, X_o). Таким чином, роботи, пов’язані з виробництвом електрозварних труб (на дільниці станів) відпо-відають вимогам ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ [11]. Пропоновані заходи на станах 20-76 і 20-114 не приводять до збільшення вібрації, тому що не с джерелами вібрації.

Пил є продуктом механічного руйнування окалини і включає металевий пил. Крім того, пил у повітря попадає в результаті роботи електродвигунів через великі швидкості обертання. Запиленість у районі стану 20-76 та 20-114 складає 2, 5 мг/м³ (із санітарного паспорта цеху), що не перевищує припустиму концентрацію за ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ [12] - 4 мг/м³ (табл. 3.1).

Таблиця 3.1 - Шкідливі виробничі фактори в ТЕЗЦ №3 на дільниці станів

В діапазоні частот 60 кГц - 300 МГц інтенсивність ЕМП характеризуються напруженістю електричного (Е) і магнітного (Н) полів, енергетичне наванта-ження (ЕН) є добутком квадрата напруженості поля на час його дії. Відповідно до Санітарних норм і правил при роботі з високочастотними установками граничнодопустима напруженість електромагнітного поля (ЕМП) радіочастот в діапазоні 0.01-300 МГц наведена в табл.3.2.

Таблиця 3.2 - Граничнодопустимі значення електричного і магнітного полів і енергетичного навантаження при обслуговуванні високочастотних установок

Примітка: Е_ПД – граничнодопустимі значення електричного поля, В/м;

Н_ПД – граничнодопустимі значення магнітного поля, А/м;

ЕН_ЕПД і ЕН_НПД – граничнодопустимі значення енергетичного навантаження на протязі робочого дня, (В/м)² · г і (А/м)² · г.

Всі струмоведучі частини установки з ламповими генераторами повинні бути екрановані.

До основної небезпеки біля станів 20-76 та 20-114 відносяться: можливість травмування людей при проходженні не по пішохідних маршрутах (позначити границі проходів), можливість поразки електричним струмом. Рухливі механізми (основні і допоміжні) становлять механічну небезпеку, тому що містять у собі обертові деталі (ролики, шпинделі, дозатори, муфти). Тому ці деталі обладнані захисними кожухами.

Для захисту робітників від шкідливих і небезпечних факторів виробничого процесу необхідні засоби індивідуального захисту. Працюючі на дільниці станів повинні бути забезпечені ними відповідно штатному розкладу на основі типових галузевих норм.

Виробничий процес на стані 20-76 у ТЗСЦ №3 по санітарно-гігієнічній характеристиці згідно СНіП 2.09.04-87 відноситься до групи II. Для цієї групи передбачений наступний склад санітарно-побутових приміщень: гардеробні, душові, умивальні, пункти харчування, убиральні, пункти питного водопостачання, оздоровчий пункт.

3.2 Техніка безпеки та пожежна профілактика

Виробництво електрозварник труб у ТЕЗЦ №3 по вибуховій, вибухопожежній і пожежної небезпеці згідно СНіП 2.09.02-85 відноситься до категорії " Д" – пожежонебезпечне виробництво, у якому використовуються негорючі речовини і піддаються обробці негорючі матеріали в розпеченому стані. Згідно СНіП 2.09.02-85 елементи спорудження відносяться до II класу вогнестійкості, тому що несучі стіни, колони, перегородки й інші несучі конструкції є неспаленими чи важкозгораючими. Пожежі в цеху електрозварних труб можуть виникнути в результаті:

- порушення правил пожежної безпеки і при проведенні зварювальних робіт і робіт з газорізкою;

- загоряння проводки електричних ліній;

- несвоєчасного збирання використовуваного промислового дрантя;

- несправності електропроводок, електроустановок, електрошафи;

- тепломеханічні тертя.

Для зниження пожежної небезпеки необхідно: строго дотримуватися параметрів зварювання труб; робити ремонтні роботи при відключеному електричному устаткуванні з дотриманням правил пожежної безпеки; вчасно забирати промислове дрантя і інші легко займисті матеріали. Для своєчасного виявлення пожеж у цеху електрозварних труб у внутрішніх приміщеннях, згідно СНіП 2.09.02-85 передбачена наявність автоматичної пожежної сигналізації і внутрішнього пожежного водопроводу.

Первинні засоби пожежогасіння наведені в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 - Первинні засоби пожежогасіння