Анализ законов движения исполнительного устройства

 

Условимся что привод работает при неизменном динамическом моменте

Мдин=Мст=0,5=const

Время изменения частоты вращения для любого участка

 

∆t_i=J∆n_i/9,55*M_динi;

 

где J - мосент инерции [кг*м²]; ∆n_i - принятый интервал изменения частоты вращения для i-го участка [об/мин]; M_динi - среднее значение динамического момента в пределах i-го участка [Н*м]

Для участка разгона (0-t₁):

 

Dt_разг=J*Dn_разг / 9.55*М_дин =0,94 с.

 

Для участка торможения (t₂-t₃):

 

Dt_торм=Dt_разг=0.94 c.

 

Для участка движения с постоянной скоростью (t₁-t₂):

Время обработки поддона

t_ц=8 c

Таким образом: t_пс=t_ц - t_разг-t_торм =8-0,94-0,94=6,12 с

Ориентировочное определение момента исполнительного двигателя

Рассчитываем требуемый номинальный момент вращения

 

М_тр.ном=J_нE_н/η

 

где η_нк - КПД подшипника качения η_нк =0,9

М_тр.ном=0,732/0,94=0,8 рад/с

i=21,4

 

М_тр.ном=M_ср/i_редη=0,5/(21,4*0,9)=0,025 Н*м

 

Выбираем шаговые двигатели по значению М_ном= 0,025 Н*м

Серия ДШ

1.     ДШ - 0,25 (А)

М_ном=0,025; I_ном=3,5 А; f_n.ном=130 шаг/с; f_n.max=160 шаг/с; J_н=0,6 кг∙м²; М_ном=0,13 Н*м;

2.     ШД-300-300

U=24 В; М_ном=0,028; ά=3^o I_ном=1,3 А; f_n.ном=300 шаг/с; f_n.max=340 шаг/с; J_н=0,65 кг∙м²; М_ст.max=0,08 Н*м;

3.     ШД А-3А

U=14 В; М_ном=0,028 Н*м; I_ном=1,6 А; f_n.ном=32 шаг/с; J_н=0,7 кг∙м²

Среди представленных двигателей проверочный расчет проходит только двигатель ШД-300-300. Результаты расчета представлены далее

Проверка двигателя:

Проверка по моменту

М_тр=0,5/(21,4*0,9)+(0,6/21,4+0,65/21,4)*0,8=0,074 Н*м

λ_ном=2,9

 

λ=М_тр/М_{ноль дв}=0,074/0,028=2,6

 

λ<λ_н - условие выполняется

Определение основных параметров работы привода в режиме позиционирования

ε_р=((2*0,028) - 0,5 (21,4*0,9)/(0,6*21,4+0,6/21,4*0,9)=0,06 рад/с²

ε_m=((2*0,028) - 0,5*0,9/21,4)/(0,6*21,4+0,6*0,9/21,4)=0,5 рад/с²

Проверка допустимого максимального ускорения

ε_m < ε_{max доп} =E_н=0,8 Двигатель ШД-300-300 удовлетворяет условию.

Тепловой расчет ЭП

М_э1=(0,5+0.6*0,06)/(21,4*0.9)+0.6*0,06/21,4=0,0216 Н*м;

Dt₁=0,732/0,06=12,2 c;

a_p=0,732*12,2/2=4,4 рад;

М_э3=(0,5+0.6*0,5)/(21,4*0.9)+0.6*0,5/21,4=0,05 Н*м;

Dt₃=0,732/1,5=1,4 c;

a_т=0,732*1,4/2=0,51 рад;

 

М_э2= М_ст/(i*η)=0,025 Н*м;

a_пс=a-a_p-a_m

 

a=0,738*8=5,856 рад

a_пс=5,856-4,4-0,51=0,9 рад

Dt₂=0,9/0,732=1,2 c.

М_экв= Н*м.

М_экв <М_{дв ном}.

Условие выполняется. Двигатель ШД-300-300 подходит

 

5.
Расчет энергопотребления системы управления

 

Расчет электропотребления сведен в таблицу 5.

 

Таблица 5 - Расчет энергопотребления

 

6.
Организационно-экономический раздел

Переход большинства проектных организаций, предприятий страны на работу в условиях самоокупаемости требует тщательного всестороннего обоснования принимаемых научно-технических и организационных решений. Расчет экономической эффективности новой техники, т.е. эффективности проектного решения, осуществляется с позиции потребителя новой техники, часть эффекта которого должна войти в цену техники. В связи с изложенным в проекте необходимо выяснить капитальные вложения в текущие издержки изготовителя новой техники, а так же капитальные вложения и эксплуатационные издержки потребителя новой техники.

Расчет экономической эффективности разработанной системы управления производился на примере ее использования в автоматизированном лазерном технологическом комплексе (АЛТК) для лазерной термообработки чугунных деталей форм комплектов для литья стеклопосуды.

В ходе исследований и произведенных испытаний предлагаемого процесса лазерного упрочнения кромок чугунных деталей форм, где впервые получены и подтверждены результаты, дающие возможность повысить эксплуатационные ресурсы форм не менее чем не 1,7-1,9 раз при весьма высокой производительности обработки. Стоимость же форм при этом за счет услуг по дополнительному лазерному упрочнению обработки кромок возрастает не более, чем на 25-30%.

Внедрение этой технологии позволит овладеть технологией высокого уровня, повысит производительность обработки, резко сократить количество брака, снизить расходы материалов, избавиться от монотонности труда. С помощью нее можно, при определенных условиях, создать конкурентоспособные изделия мирового уровня и качества.

6.1
Технико-экономический расчет

 

Расчет производительности

Фонд времени работы оборудования взят из расчета двухсменной работы, длительность смены составляет 8 часов, коэффициент использования машинного времени принимаем 0,7. Коэффициент использования рабочего времени 0,6. Длительность обработки 1 форм комплекта составляет 15 минут. Тогда в месяц будет обрабатываться 21д*2 смены*8 часов*0,7*0,6=567 форм комплектов. А в год, следовательно, будет обрабатываться 6800 форм комплектов.

 

Таблица 6 - Характеристика проектируемого объекта

Показатели	Аналог	Проект
Производительность шт./мес.	320	567
Точность позиционирования (потери от брака), %	5	2
Численность работников по обслуживанию комплекса Na, чел.	2	2
Численность вспомогательного персонала, Nab чел.	2	2
Основная и дополнительная плата основных производственных рабочих, руб.	5000	5000
Основная и дополнительная плата вспомогательных рабочих, руб.	4025	4025
Годовой фонд рабочего времени работника, час	1410	1410
Количество оборудования no, шт.	1	1
Площадь занимаемая комплексом Sкомп, м²	40	40
Потребляемая мощность Nэ, кВт	55	45
Годовая программа выпуска форм комплектов, шт.	3840	6800
Коэффициент использования оборудования, %	70	70
Норма амортизации оборудования Нао, %	15	15
Норма амортизации производственных площадей На.пл., %	15	15
Норма отчисления на ремонт оборудования Нро, %	5	5
Расход газов, Нм³/ч гелий технический двуокись углерода	0,02-0,03	0,02-0,03
Прибыль от реализации продукции	1170000	2217000
Срок окупаемости, год	4	2,65

 

Расчет капитальных вложений по аналоговому и проектируемому варианту.

Капитальные вложения К_а и К_п определяются как сумма затрат К_общ соответственно на аналог и проект, руб.,

 

К_общ = К_пп + К_о + К _s + К_ф + К_е,  (1)

 

где К_{пп -} предпроизводственные затраты (К_пп=400 т. руб.);

К_о - инвестиции в оборудование (К_о=3720 т. руб.);

К_е - единовременные затраты в оборотные фонды, руб.

а) Инвестиции в оборудование находятся по формуле

 

К_о = n _o·c_o, руб., (2)

 

где n _o - количество единиц оборудования, шт.;_o - стоимость единицы оборудования, руб.

в аналоговом варианте

К_о.а = 1 · 3 5 00=3500 т. руб.,

в проектируемом варианте

К_о.п = 1 · 3720=3720 т. руб.,

б) Единовременные затраты в оборотные фонды К_е:

в аналоговом варианте

 

 руб., (3)

 

где j - коэффициент, учитывающий объем работ (операций), переводимых на проектируемый объект, %;

Н_м - среднемесячный планируемый объем незавершенного производства в цехе, руб.;

- количество месяцев в году;

 т. руб.

в проектируемом варианте

 

 (4)

 

где q - сокращение длительности производственного цикла работ (во сколько раз), руб.

 т. руб.

 

Таблица 7 - Капитальные вложения

Показатели	Аналог	Проект
Стоимость оборудования Ко, т. руб	3500	3720
Затраты на разработку, установку и наладку Кпп, т. руб	400	400
Комплектующие, т. руб.	20	20
Единовременные затраты в оборотные фонды, т. руб.	39,2	22,1

 

Расчет эксплуатационных затрат

Затраты на текущие (эксплуатационные) затраты определяются по формуле

 

З_общ= З_о + З_в + З_ао + З_а.пл + З_ро + З_э + З_пар + З_м + З_вод + З_сж.в. + З_к + О_сн, (5)

 

где З_о - затраты на оплату труда производственных рабочих, руб.

З_в - затраты на оплату труда работников других категорий, руб.

З_ао - затраты на амортизацию оборудования, руб.

З_а.пл - затраты на амортизацию производственных площадей, руб.

З_ро - затраты ремонта оборудования, руб.

З_э - затраты на электроэнергию, руб.

З_пар - затраты на пар для отопления и вентиляции, руб.

З_м - затраты на материалы, руб.

З_вод - затраты на воду для производственных целей и бытовых нужд, руб.

З_к - косвенные затраты, руб.

З_сж.в-затраты на сжатый воздух, руб.

О_сн - Отчисления на социальные нужды, руб.

Затраты на оплату труда основных производственных рабочих по цеху

З_о определяется по формуле

 

 (6)

 

где N_a - численность работников по обслуживанию лазерного комплекса, чел.; З_м - заработная плата работников, руб.

Затраты на заработную плату вспомогательного персонала определяется по формуле

 

 (7)

 

где N_ab - количество вспомогательного персонала, чел.;

З_мb - среднемесячная заработная плата вспомогательного персонала, руб.

Дополнительная заработная плата состоит из доплат до часового, дневного и месячного (годового) фонда заработной платы. Примем дополнительную заработную плату для основных производственных рабочих 25%, а для вспомогательных 15%. Тогда получим

руб.

 руб.

Общие затраты на оплату труда основных рабочих составляет

руб.

Общие затраты на оплату труда вспомогательного состава составляют

 руб.

Затраты на амортизацию оборудования определяются по выражению

 

 руб. (8)

 

где Н_ао - норма амортизационных отчислений. Закладываем Н_ао=15%.

С_о - стоимость единицы оборудования.

 руб.

Расходы на амортизацию производственных площадей определяются по формуле:

 

 руб. (9)

 

где Н_а.пл. - норма амортизационных отчислений на 1 м² производственных площадей. Закладываем Н_а.пл.=15%.

Ц_пл - стоимость 1 м² арендуемой производственной площади. Принимаем Ц_пл=70 руб./мес.=70∙12=840 руб./год

S_комп - производственная площадь занимаемая комплексом. S_комп=40 м².

Тогда

 руб.

Затраты на все виды ремонта оборудования определяются по формуле

 руб. (10)

 

где Н_ро - норма отчислений на ремонт оборудования. Принимаем Н_ро=3%.

С_о - стоимость единицы оборудования.

 руб.

Затраты на технологическую электроэнергию определяются по формуле

 

З_Э1=N_Э∙К_М∙F_Д∙Ц_Э руб. (11)

 

где N_Э - номинальная установочная мощность соответствующего оборудования. Принимаем N_Э=45 кВт.

К_М - коэффициент использования машинного времени. Принимаем К_М=0,7

F_Д - действительный фонд времени оборудования. Принимаем F_Д=2820 ч.

Ц_Э - стоимость 1 кВт/ч электроэнергии. Ц_Э=1,14 руб.

Рассчитываем

З_Э1=45∙0,7∙2820∙1,14=45007 руб.

Затраты на электрическую энергию за освещение определяются по формуле

 

З_Эосв=N_уд∙t_осв∙S_компл∙Ц_э руб. (12)

 

где N_уд - удельный расход электрической энергии на 1 м². Принимаем N_уд=0,015 кВтч/м².

t_осв-Продолжительность освещения при двухсменной работе. t_осв=1410∙2=2820 ч.

S_компл - площадь цеха, м²

Ц_Э - стоимость 1 кВт/ч электроэнергии. Ц_Э=1,14 руб.

З_Эосв=0,015∙2820∙40∙1,14=1893 руб.

Общие затраты на электрическую энергию составляют

З_Э= З_Э1+З_Эосв=45007+1893=46935 руб.

Затраты на пар для отопления и вентиляции рассчитываем по формуле

 

 (13)

 

где Р_зд - расход на 1 м² здания. Принимаем Р_зд=35 ккал/ч

t - количество часов в отопительном сезоне. Принимаем t=4320 ч.

V - объем здания. V=40∙4=160 м³.

Ц_п - цена пара. Принимаем Ц_п=30 руб./ккал.

Q_и - теплота испарения. Принимаем Q_и=540 ккал

 руб.

Затраты на материалы

 

З_м=А∙М_о∙С_м (14)

 

А - количество единиц оборудования, шт.

М_о - норма материала на единицу потребности

С_м - стоимость единицы материала, руб./кг

В качестве рабочего материала используются газы: CO₂, Ne, N₂

Расход газов м³/ч:   CO₂ -0,01 м³/ч -28,2 м³/год

Ne -0,01 м³/ч -28,2 м³/год

N₂ -0,03 м³/ч -84,6 м³/год

Стоимость CO₂=54,8 руб./м³

Ne=221,1 руб./м³

N₂=26 руб./м³

З_м=28,2∙54,8+221,1∙84,6+26∙28,2=1545+18705+733,2=20985 руб.

Затраты на воду для производственных целей определяются по формуле

 

З_воду1= Р_воды Ц_в F_д

 

Р_воды - средний расход воды м³/час. Р=2 м³/ч

Ц_в - стоимость 1 м³ воды. Ц_в=11,88 руб./м³

F_д - действительный фонд работы оборудования

З_воду1= 2∙11,88∙2820=67000 руб.

Затраты на воду для бытовых нужд определяются по формуле

З_воду2 = стоимость 1 м³ бытовой воды ∙ годовая потребность в бытовой воде

Годовая потребность в бытовой воде = (средний расход воды на 1 работника (70 л) явочный фонд времени ∙ списочная численность всех работающих)/1000=70∙252∙4=70,56 м

З_воду2=11,88∙70,56=840 руб.

Общие затраты на воду составляют

 

З_воду= З_воду1+З_воду2

 

З_воду= 67000+840=67840 руб.

Затраты на сжатый воздух для технологических целей

Расход сжатого воздуха на 1 станок - 2 м³/ч

Зсж.в.=2∙4032∙0,1=500 руб.

Отчисления на социальные нужды определяются по формуле

О_сн=П_ф+С_с+М_с+Ф_сс+Т_н руб. (15)

 

где П_ф - пенсионный фонд (28%)

С_с - социальное страхование (4%)

М_с - медицинское страхование (3,6%)

Ф_сс - фонд социальное страхование от несчастного случая (1,7%)

Т_н - транспортный налог (1%)

О_сн=28%+4%+3,6%+1,7%+1%=38,5%

Поэтому определяем затраты на социальные нужд

 

О_сн=0,383 (З_о+З_в) (16)

 

где З_о - затраты на оплату труда производственных рабочих. З_в - затраты на оплату труда работников других категорий. З_о=120000 руб.; З_в=96600 руб.

О_сн=0,383 (120000+96600)=86800 руб.

Условно округляем до 96550 руб. К косвенным расходам расходы по управлению и обслуживанию КБ. Эти расходы исчисляются в процентах от основной заработной платы рабочих. Обычно они составляют60-150%. Эта величина для каждого предприятия имеет свое значение. Примем для нашего случая 130%. Получим

З_к=130%∙120000=156000 руб.

Общие затраты составляют

 

З_общ= З_о + З_в + З_ао + З_а.пл + З_ро + З_э + З_пар + З_м + З_вод + З_сж.в. + З_к + О_сн = =120000+96600+55800+5040+11160+46900+20980+1350+67840+86800+500+ 156000+1670=670700 руб.

 

Таблица 8 - Эксплуатационные (текущие) затраты

№	Показатели	Аналог	Проект
1	Затраты на заработную плату работников Зо, т. руб.	120	120
2	Затраты на заработную плату вспомогательного персонала, Зв т. руб.	96,6	96,6
3	Затраты на амортизацию оборудования Зао, т. руб.	52,5	55,8
4	Затраты на амортизацию производственных площадей, За.пл т. руб.	5,04	5,04
5	Затраты на все виды ремонта, Зро т. руб.	10,5	11,16
6	Затраты на электроэнергию, Зэ т. руб.	183,7	46,9
7	Затраты на пар для отопления и вентиляции, руб.	Зпар	1350
8	Затраты на материалы, Зм т. руб.	20,98	20,98
9	Затраты на воду, Звод т. руб.	67,84	67,84
10	Затраты на сжатый воздух, Зсж.в. т. руб.	0,5	0,5
11	Отчисления на социальные нужды, Осн т. руб.	86,8	86,8
12	Косвенные затраты, Зк т. руб.	156	156
13	Прочие расходы, руб.	2	1,67
Итого эксплуатационные затраты, т. руб.		803,8	670,6

 

Показатели экономической эффективности и их расчет

Годовой экономический эффект (ежегодный доход) Э_г

 

Э_г = (З_а +Е_н К_а) - (З_п + Е_н К_п) = (З_а - З_п) - Е_н (К_п-К_а) = Э_уг - Е_н К_доп, (17)

 

где З_а,З_п-затраты текущие (эксплуатационные) соответственно аналогового и проектируемого объекта, руб.;

К_а, К_п - капитальные вложения (инвестиции) соответственно ваналоговый и проектируемый объект, руб.;

Е_н - нормативный коэффициент эффективности инвестиций (капитальных вложений) Е_н = 0,15;

Э_уг - условно-годовая экономия средств от эксплуатации проектируемого объекта, руб.;

К_доп - дополнительные капитальные вложения (инвестиции).

Срок окупаемости капитальных вложений Т_ок

.

 

 года

Расчет дисконтированного дохода

Расчет:

Срок окупаемости года

1. Определение дисконтированного дохода по годам срока окупаемости

 

Таблица 8 - Дисконтированный доход

Годы	Сумма ожидаемого дохода по годам от внедрения проектируемого объекта Э r уг, т. руб.	Коэффициент дисконтирования	Дисконтированный доход Э r угд, д.е. (гр. 2×гр. 3)
1-й	93,3		84,8
2-й	133,2	0,8264	110,1
Итого 226,6 т. руб. 194,9 т. руб.

 

Из таблицы находим, что дисконтированный доход за один год составил 93,3 т. руб. Для окупаемости всей суммы инвестиций не хватает ещё 109,6 т. руб. (202,9-93,3).

Теперь более точно определим, какая часть второго года необходима для покрытия недостающей инвестиционной суммы года, т.е. с учетом дисконтирования инвестиции в сумме 202,9 т. руб. окупятся не через 1,52 года, а за 2,29 года.

Этот срок окупаемости определен без учета инфляции. Инфляция может изменить значение эффективности проекта.

1. Определяем дисконтированный доход с учетом инфляции.

а) Уровень инфляции (индекс покупательной способности J_п.с)

 

, (18)

 

где J _p - индекс цен.

Принимаем J _p = 113%. Следовательно

б) Ожидаемый дисконтированный доход с учетом инфляции составит

 т. руб.

. Определяем продолжительность срока окупаемости проектируемого объекта с учетом инфляции 13% и годовой доходности 84,8 т. руб.

Длительность дополнительного периода составит

года

Срок окупаемости с учетом дисконтированного дохода и инфляции составит

года

Вывод: В результате внедрения предлагаемого проекта капитальные затраты составят 4162,1 тыс. руб. (для аналога 3959,2 тыс. руб.), эксплуатационные затраты 670,6 тыс. руб. (для аналога 803,8 тыс. руб.). Годовой экономический эффект от внедрения данного проекта 102,77 тыс. руб. Срок окупаемости с учетом дисконтирования и инфляции составит 2,65 года.

 

Заключение

 

В результате проделанной работы была разработана система управления лазерного технологического комплекса технологическим комплексом (АЛТК).

Система управления может эксплуатироваться не только в составе АЛТК, но и с другим оборудованием например автоматические станки, линии и др.

Исходя из этого можно сказать что система управления обладает универсальностью т.е. систему можно рекомендовать к серийному производству.

 

Список литературы

 

1.  Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Машиностроение, 1979 г.

2. Жирков Л.Ф. Методические рекомендации по проведению патентных исследований при дипломном и курсовом проектировании. Владимир.: ВПИ, 1981.

.   Микропроцессорные системы автоматического управления (Под. Ред. Соловечик И.Е. - М.: Мир, 1990.).

.   МикроЭВМ (Под. Ред. А. Дирксена.-М.: Энергоиздат, 1982.)

.   Науман Г., Маёлинг В. Щербина А. Стандартные интерфейсы для измерительной техники: Пер. с нем. - М: Мир, 1982.

.   Острем К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ.: Пер. с англ.-М: Мир, 1987.

.   Практика (Экономика проекта): Метод рекомендации по организационно-экономическим расчётам дипломных проектов: Владим. Гос. Унив: Сост В.А. Ястребов, Н.Г. Рассказчиков, Владимир, 2001.

.   Промышленные роботы в машиностроении. Под. Ред. Соломенцева Ю.М. Альбом схем и чертежей.- М.: Машиностроение, 1987.

.   Станочное приспособление: Справочник. В 2-х т. / Ред.совет: Б.Н. Вордашкин и др. - М., Машиностроение, 1984 - т1. / Под. ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984, 592 с.

10. Шило В.П. Цифровые микросхемы. М.: Радио и связь, 1986, - 367 с.

лазерный закалка металл термоупрочнение