Pavel Smekalov ATV TÄNAVAPUHASTUSHARI LÕPUTÖÖ Mehaanikateaduskond Masinaehituse eriala Tallinn 2014

Väljavõte

1 Pavel Smekalov ATV TÄNAVAPUHASTUSHARI LÕPUTÖÖ Mehaanikateaduskond Masinaehituse eriala Tallinn 2014

2 Tõendan, et lõputöö on minu, Pavel Smekalov, kirjutatud. Töö koostamisel kasutatud teiste autorite, sh juhendaja loome- ja teadustööde seisukohad on viidatud. Lõputöö koostamine, kaitsmine ja selles sisalduv informatsioon on prima facie õppeotstarbeline ja töö on kaitstud autoriõiguse seadusega, mille kohaselt on autoril töö suhtes mittevaralised õigused. Juhul, kui seda lõputööd kasutatakse muudel põhjustel kui reprodutseerimine õppe- ja teaduslikel eesmärkidel, mis ei ole ajendatud ärilistest huvidest, siis laienevad lõputöö autorile lisaks mittevaralistele õigustele ka varalised õigused. Lõputöö autor: Pavel Smekalov... Üliõpilase kood (allkiri ja kuupäev) Õpperühm MI81 Lõputöö vastab ülesandele ja kehtivatele nõuetele. Juhendaja: Mart Tiidemann... (allkiri ja kuupäev) Kaitsmisele lubatud a Mehaanikateaduskonna dekaan Vello Vainola... (allkiri)

3 SISUKORD Sissejuhatus Turu analüüs Konstruktsiooni lahendus koos arvutustega Ajam ja kinemaatiline skeem Rihmülekande arvutus Kettülekande arvutus Aeglasekäiguline võll Võllide koormused. Võllide arvutus Laagrite kontrollarvutus Harja tõstmisega seotud koormuste ja pingete arvutus Valmistamise tehnoloogia Detailide töötlemise tehnoloogia ja režiimide arvutus Operatsiooniaegade normeerimine Majanduslik osa Vajalike materjalide arvutus Kulude eelarve koostamine Toote omahinna kalkulatsioon Tasuvuskogus Kokkuvõte Summary Viidatud allikate loetelu

4 Lisad Lisa 1. Operatsioonide normeeritud ajad Lisa 2. Materjali kulu Lisa 3. Kulutused materjalidele Lisa 4. Kulutused ostutoodetele Lisa 5. Kulutused kinnitusvahenditele Lisa 6. Kulutused laserlõikusdetailidele Lisa 7. Kulutused muudele tellitud töödele Lisa 8. Harja üldkoostu koostejoonis Lisa 9. Harja koostejoonis Lisa 10. Kinnitusraami koostejoonis Lisa 11. Raami keeviskoost Lisa 12. Regulaatori keeviskoost Lisa 13. Töövõlli keeviskoost

5 SISSEJUHATUS Käesolevas töös projekteeritakse pöörlev tänavapuhastushari, mis kinnitub all-terrain vehicle (ATV) ette ja mille energiaallikaks on enda bensiinimootor. Töö on teostatud ettevõttes Iron Baltic OÜ, mis tegeleb ATV ja muu mototehnika lisavarustuse tootmisega, milleks on: põhjakaitsmed (alumiiniumist ja plastist), lumesahad, erineva otstarbega haagised, kelgud, suusad, tuuleklaasid, katused, niidukid, lumepuhurid ning lumesahkade, vintside, tagakonksude, ja roomikute adapterid. Töö eesmärgiks on luua ettevõttele uus toode, mille peamiseks eeliseks oleks kättesaadavus suuremale ostjate hulgale, ehk minimaalne müügihind. Toode on positsioneeritud kui turul olevate kallimate toodete odav asendustoode, kuid samas mille näitajad on kallimate toodetega enam-vähem samalaadsed, ehk siis uus toode peab olema parema hinna ja kvaliteedi suhtega. Turu uuring näitab, et maailmas leidub väga vähe ettevõtteid, kes toodab sarnast tehnikat ATV-le, seega konkurents on väga väike ja toote edukuse tõenäosus võrdlemisi suur. Toode peab vastama ka järgmistele nõuetele: Toote töölaius peab olema piisav, et olema ATV-st laiem umbes 1,3 meetrit; Tootel peab olema realiseeritud pöördfunktsioon, et saaks objekte teeäärele eemaldada; Tootel peab olema transportasend ning üleminek sellesse asendisse ja tagasi peab toimuma mugavalt ja kiirelt; Toote tööorgani eluea pikendamiseks peab see kopeerima maapinna kuju; Toodet on võimalik kasutada erinevates olukordades, näiteks: sügisel langenud lehtede eemaldamiseks, talvel lume eemaldamiseks ning ülejäänud ajal muu prügi eemaldamiseks. Eeldatud on, et antud toode ei ole mõeldud prügi koristamiseks kotti, vaid selle teeäärele lükkamiseks. Kui Toote sihtgrupp on erasektor, ja just sellepärast toode peab olema minimaalsete funktsioonide komplektiga ning saadaval minimaalse hinnaga. 5

6 Toote konstrueerimisel lähtutakse kahest töövõlli näitajast: Pöörlemiskiirus p/min mootori maksimaalse pöördemomendi juures. Pöörlemiskiirus on määratud vastavalt autori eelmisele projektile, kus projekteeriti samasugune hari, kuid mille energiaallikaks oli hüdromootor. Selle harja töövõlli pöörded (200 p/min) olid loetud tinglikult piisavaks, kuid oli näha ka, et võiks rohkem olla. Töövõlli lükkamisjõud, mis sõltub erinevatest tingimustest, nagu harja kontakt maapinnaga, prügi kogus ning selle mass. Kuna töövõlli jõudu seetõttu ei osutu võimalikuks kindlaks määrata, lähtutakse mootori maksimaalsest võimsusest selle töötamisel piirrežiimides ning optimaalsetel pööretel. Toote konstruktsiooni elementidele on teostatud kõik vajalikud tugevus- ja muud arvutused. Iga toote detaili jaoks, mida on võimalik kohapeal ettevõttes valmistada ning koostude jaoks on määratud ka tootmise tehnoloogia koos operatsiooniaegade normeerimisega. Projekti majanduslikus osas on teostatud kõik vajalikud majanduslikud arvutused, toodud kulutuste koondtabelid ja lõpuks arvutatud ka harja omahind. 6

7 1. TURU ANALÜÜS Käesolevas peatükis vaadeldakse turul olevaid sarnaseid mudeleid ning võrreldakse neid projekteeritava tootega. Kuna tegemist on väga spetsiifilise toodanguga, esineb ainult paar konkurenti: Bergomac Rotary Broom Joonis 1. Bergomac Rotary Broom Prantsusmaa konkurendi toode on näidatud joonisel 1 ja selle põhinäitajad on toodud tabelis 1. Tabel 1 Bergomac harja parameetrid [14] Nõuded masinale Vints Tagakonks 1 7/8'' Töölaius 1,5 m Harja läbimõõt 46 cm Mass 245 kg Mootor Kohler, 6 HP Harja kõrguse reguleerimine: Elektriline, vintsiga Harja tõstmine Elektriline, vintsiga 7

8 Harja horisontaalse nurga Elektriline reguleerimine: Garantii Tavakasutus : 1 aasta Professionaalne kasutus: 90 päeva Hoiustamine Rataste ja eraldi jalgade peal Hind 4000 Logic Power Brurh S215 Joonis 2. Logic Power Brurh S215 Suurbritannia konkurendi toode on näidatud joonisel 2 ja selle põhinäitajad on toodud tabelis 2. Tabel 2 Nõuded masinale Töölaius Harja läbimõõt Mass Mootor Logic harja parameetrid [15] Pole 1,35 m Pole teada, orienteeruvalt 45 cm Pole teada 5,5 HP Honda GX160 8

9 Harja kõrguse reguleerimine: Käsitsi, kangiga Harja tõstmine Käsitsi, kangiga (Vintsiga lisa) Harja horisontaalse nurga Käsitsi reguleerimine: Garantii Pole teada Hoiustamine Pole teada, ei võimalda stabiilset olekut Hind 3400 Projekteeritud hari Joonis 3. Projekteeritud hari Projekteeritud hari on näidatud joonisel 3 ja selle eeldatavad põhinäitajad on toodud tabelis 3. Tabel 3 Nõuded masinale Töölaius Harja läbimõõt Mass Mootor Projekteeritud harja parameetrid Vints ~1,3 m 45 cm ~100 kg 5,5 HP Honda GX160 9

10 Harja kõrguse reguleerimine: Käsitsi, rattahoidjal asetsevate rõngastega, vastavalt kulumisele. Harja tõstmine Vintsiga Harja horisontaalse nurga -24 / -12 / 0 / 12 / 24 kraadi, käsitsi reguleerimine: Garantii Konkurentidega sarnane Pikaajaline hoiustamine 4 ratta peal Hind ~2000 Nagu hiljemalt selgub, on konkurentide konstruktiivne lahendus natuke parem, kuid mitte väga oluliselt. Kuid projekteeritud harja eeldatav müügihind on konkurentide müügihinnast oluliselt väiksem. 10

11 2. KONSTRUKTSIOONI LAHENDUS KOOS ARVUTUSTEGA Harja konstruktsiooni lahendamisel otsustati, et see peab koosnema kolmest lülist, milleks on: 1) Hari ise, kus on paigaldatud mootor, jõuülekanne ja tööorgan; 2) Regulaator, mille abil on realiseeritud harja horisontaalse töönurga seadistamine ja tõstmine transportasendisse; 3) Kinnitusraam, mille abil toimub konstruktsiooni ühendamine ATV põhjal asuva adapteriga. Kinnitusraami lahendus on juba ettevõttes olemas, käesolevas projektis kasutatakse ettevõtte lumesahkade kinnitusraami. Regulaatori konstruktsiooni lahendamisel võeti samuti aluseks ettevõttes olemasolev lumesaha regulaator, kus tehti mõned muudatused: realiseeriti harja vertikaalse nurga muutmine, lisati rattad konstruktsiooni kandmiseks transportasendis. Harja enda lahendus on täiesti uus ja seda teostati nullist. Harja otsustati ehitada toruraamile, mis erineb konkurentide lahendustest. Sellel lahendusel on nii pluss kui miinus: plussiks on see, et abirattaid on võimalik paigaldada nii, kuidas mugav on. Miinuseks on aga see, et selline lahendus ei tee konstruktsiooni "ilusamaks". Kuna tegemist on ikka tootega, mis peab tegema tööd, otsustati, et selle funktsionaalsus on olulisem kui välimus. Tänu toruraamile on konstruktsioonil tehtud viis koha tugirataste kinnitamiseks: üks paremal, üks vasakul ning kolm ees. Kasutaja võib ise neid paigaldada vastavalt olukorrale. Rattahoidjad kinnituvad nelja poldiga ning nende ümberpaigaldamine võtab aega paar minutit. Harja energiaallikaks võeti bensiinimootor, mis on sarnane konkurentide lahendusega. Jõuülekanne on kaheastmeline: esimeseks astmeks on valitud rihmülekanne ja teiseks kettülekanne. Jõuülekande ülesandeks on anda töövõllile pööret minutis mootori maksimaalse pöördemomendi juures. Pöörlemiskiirus on valitud lähtudes eelmisest 11

12 projektist, kus projekteeriti samasugust harja, kuid hüdromootoriga. Selle pöörlemiskiirus 180 p/min oli piisav lume koristamiseks, kuid oli näha, et võiks ikka rohkem olla. Konstruktsiooni töövõll koosneb 43-st harja kettast läbimõõduga 450 mm. Kuigi harjad on tehtud kulumiskindlast polüpropüleenist, hakkavad nad kindlasti kuluma ja kaotavad kontakti maapinnaga. Selleks, et seda vältida, on konstruktsioonis ette nähtud maapinnaga kontakti reguleerimine, et iga kasutaja saaks seda ise seadistada vastavalt harja kulumisele. Konstruktsioonis on ette nähtud ka võimalus harja lülide täisvahetamiseks. Edaspidi räägitakse täpsemalt lahendustest, mis nõuavad arvutusi ning need on ka teostatud. 2.1 Ajam ja kinemaatiline skeem Ajamiks on võetud Honda GX160 mootor, mille maksimaalne efektiivne võimsus on 3,6 kw, optimaalse pöörlemiskiiruse vahemik p/min, maksimaalne pöördemoment 10,4Nm pöörlemiskiirusel 2500 p/min. [12] Mootori võll on ühendatud siduriga, mis on ühtlasi ka vedav rihmaratas. Veetav rihmaratas on ühendatud kiirekäigulise võlliga. Võlli teise otsa on paigaldatud ketiratas, mis keti abil kannab jõu üle töövõllile. Ajami kinemaatiline skeem on toodud joonisel 4. Joonis 4. Ajami kinemaatiline skeem: 1 mootor; 2 mootori võll; 3 tsentrifugaalsidur kiilrihmasoonega; 4 kiilrihm; 5 veetav rihmaratas; 6 12

13 kiirekäiguline võll; 7 veerelaagrid; 8 vedav ketiratas; 9 kett; 10 veetav ketiratas; 11 aeglasekäiguline võll (töövõll) Vastavalt skeemile esinevad jõuülekandes elemendid, kus toimuvad võimsuse kaod. Need elemendid on toodud tabelis 4. Tabel 4 Kasutegurid [2:19] Tähis Vahemik Väärtus (keskmine) Sidur η s 0,98 0,98 Veerelaagrid (paar) η vl 0,99 0,99 Rihmülekanne η rü 0,94...0,96 0,95 Kettülekanne η kü 0,92...0,95 0,935 Üldkasutegur ɳ hõlmab kõiki elemente, kus kaotatakse võimsuses: ( 1 ) Kuna mootori pöördeid saab muuta, vaadeldakse jõuülekande arvutamisel kõiki ekstreemumpunkte, et tagada seadme korrektne, ohutu töö igas olukorras, või, kui see pole võimalik, vähemalt piirata kasutaja seadme kasutustingimusi. Ekstreemumpunktid: Minimaalne mootori tootja poolt soovitatud pöörlemiskiirus: 2000 p/min; Maksimaalne pöördemoment T=10,4 Nm: 2500 p/min; Maksimaalne pöörlemiskiirus: 3600 p/min. Võimsus ja pöördemoment ekstreemumpunktides on toodud tabelis 5. Tabel 5 Mootori ekstreemumnäitajad [12] Pöörlemiskiirus n nom, p/min Võimsus P nom, kw 2,15 2,75 3,6 Pöördemoment T nom, Nm 10,1 10,4 9,6 13

14 Jõuülekande lahendamisel otsustati, et see peab koosnema kahest komponendist: rihmülekandest ja kettülekandest. Soovitud töövõlli pöörlemiskiirus maksimaalse pöördemomendi juures n 2soov on p/min. Seoses sellega, peab lõplik ülekandearv u teor olema vahemikus ( 2 ) Seega, komponentide summaarne ülekandearv peab olema vahemikus 7,6...8,3 ning edaspidistes arvutustes sellest lähtutakse. 2.2 Rihmülekande arvutus. Sidur on tööandja poolt ette antud, kuna seda oli kasutatud teises projektis ning neid on suures koguses ettevõttes olemas. Tegemist on tsentrifugaalsiduriga, millel on kaks soont B ristlõikega kiilrihma paigaldamiseks. Siduri jaotusringjoone läbimõõt on 95 mm. Kuna läbimõõt on nii väike, ei ole võimalik kasutada klassikalist B rihma, kuna B profiili puhul minimaalne lubatud ratta jaotusringjoone läbimõõt on 125 mm. [2:35] Seega, võetakse BX profiiliga rihm. BX profiil on B profiil järgmiste muudatustega: ta on lahtise koordiga ja hammastatud, tänu millele selle rihma puhul minimaalne lubatud rihmaratta läbimõõt on 90 mm [10:19], mis on väiksem, kui kasutatud konstruktsioonis. Järelikult, võetud sidur sobib, ja arvutustes võib vedava ratta läbimõõduks D 1 kasutada 95 mm. Suure ratta orienteeruva jaotusläbimõõdu arvutamiseks lähtutakse sellest, et rataste teljed võiksid olla samal tasemel. Sellel juhul suure ratta orienteeruv jaotusläbimõõt D 2teor [mm] on leitav valemiga kus h 1 [mm] väikese rihmaratta telje kõrgus tasapinnast; ( 3 ) h o [mm] ohutuskaugus rihmaratta ja alumise tasapinna vahel; 14

15 h r [mm] kaugus rihmaratta jaotusläbimõõdust rihmaratta servani; h 1 = 106 mm h o = 10 mm h r = 3,5 mm [10:51] Valitakse lähim väiksem ratas, et ohutu kauguse tingimus oleks tagatud: D 2 = 180 mm Rihmülekande ülekandearv u 1 : ( 4 ) kus u 1 [ ] rihmülekande ülekandearv; ε [ ] libisemistegur. ε = 0,01...0,02 = 0,015 (keskmine väärtus) [2:35] Minimaalne lubatud telgede vahe a min [mm] kus h [mm] kiilrihma ristlõike kõrgus. ( 5 ) h = 11 mm [10:44] Orienteeruv telgede vahe a = 175 mm, mis on minimaalsest suurem. Orienteeruv rihma pikkus l [mm] ( 6 ) 15

16 Ümardatakse lähimaks standardväärtuseks: l = 800 mm [2:102]. Täpsustatakse telgede vahe väärtust rihma standardpikkusel a [mm] ( 7 ) Rihma paigaldamiseks peab olema tagatud võimalus telgede vahet vähendada 15 mm võrra ja rihma pingutamiseks suurendada ka 15 mm võrra.[10: 83] Rihma haardenurk ümber vedava ratta α 1 [º] ( 8 ) Joonise 4 ja tabeli 4 järgi võimsus P 1 [kw] kiirekäigulisel võllil on leitav valemiga ( 9 ) Joonise 4 järgi on kiirekäigulise võlli pöörlemiskiirus n 1 [p/min] leitav valemiga ( 10 ) 16

17 Joonise 4 ja tabeli 4 järgi pöördemoment T 1 [Nm] kiirekäigulisel võllil võrdub ü ( 11 ) Rihma kiirus v: kus [v] [m/s] kiilrihmade lubatud kiirus. [v] = 30 m/s [2:36] ( 12 ) Rihma kiirus ei ületa maksimaalset lubatud kiirust, selle kasutamine antud tingimustes on lubatud. Rihma läbijooksude sagedus U [s -1 ] kus [U] [s -1 ] lubatud läbijooksude sagedus; ( 13 ) l [m] rihma arvutuslik pikkus. [U] = 30 s -1 [2:36] l = 800 mm = 0,8 m [lk. 15] 17

18 Rihma läbijooksude sagedus ei ole maksimaalsest lubatud sagedusest suurem, selle kasutamine antud tingimustes on lubatud. Rihmade kogus z [tk] kus [P 0 ] [kw] ühe kiilrihmaga ülekantav lubatud taandatud võimsus; ( 14 ) c 1 [ ] c 2 [ ] c 3 [ ] haardenurgategur; koormuse tegur; rihma pikkuse tegur. c 1 = 0,98 [10:75] c 2 = 1,1 [10:74] c 3 = 0,79 [10:78] Lubatud taandatud võimsuse arvutamiseks kasutatakse lineaarset interpoleerimist. Lähteandmed võetakse tabelist [10:124]. 18

19 Ühe kiilrihma minimaalne eelpingutusjõud F 0 [N] ( 15 ) kus P B [kw] taandatud võimsus; k [ ] rihma ristlõike tegur. k = 0,17 [10:139] Valemist ( 15 ) ja ( 16 ): ( 16 ) ( 17 ) Rihma paigaldamisel nõutav eelpingutusjõud F 0ep [N] peab olema 1,3 korda suurem arvutuslikust [10:87] kus F 0max [N] eelmises arvutuses saadud maksimaalne väärtus. ( 18 ) Kiilrihmakomplekti rõhumisjõud võllile F OP [N] ( 19 ) 19

20 Kuna rihma esmasel paigaldamisel suurendatakse eelpingutusjõudu 1,3 korda, suureneb ka rõhumisjõud võllile F OPep [N] ( 20 ) Rihma kõrvalekalle E a [N] kus E [mm] kõrvalekalle 100mm kohta. E = 3,6 mm [10:139] ( 21 ) 2.3 Kettülekande arvutus Jõuülekande teise astmena kasutatakse kettülekannet. Seadme püsivaks ning pikaajaliseks tööks valitakse kett vastavalt kirjandusele ning teostatakse sellele tugevusarvutused keti püsivuse garanteerimiseks. Kettülekande ülekande arv u 2 Esialgse tingimuse (u = 7,6...8,3) tagamiseks peab kettülekande ülekandearv u 2 olema vahemikus ( 22 ) Kuigi ketirattad valmistatakse hammaste arvuga alates z = 8, kuid ketiratas nii väikese hammaste arvuga ei sobi vedavaks rattaks. Erinevad allikad lubavad erinevat minimaalset vedava ketiratta hammaste arvu, kuid üldjuhul on see Antud projektis võetakse maksimaalse konstruktiivselt lubatud suurema ketiratta hammaste arvu ning vastavalt sellele valitakse maksimaalse hammaste arvuga vedava ketiratta. Sellisel kujul on tagatud nii ülekandearvu tingimus, kui ka minimaalse lubatud hammaste tingimus. 20

21 Ketiratta läbimõõt sõltub keti sammust, seega, kõigepealt valitakse keti samm: Vastavalt ülakantavale võimsusele ja kiirekäigulise võlli kiirusele tabeli [9: 21] ja nomogrammi [9:22] abil on määratud kett ISO 08B, sammuga t = 12,7 mm. Hammaste arvu valik: Suurema ketiratta maksimaalne võimalik läbimõõt (piiratud konstruktiivselt) D 2v-max = 225 mm. Lähim väiksem ketiratas on hammaste arvuga z 2 = 54 [16:57]. Vastavalt nõutud ülekandearvule on nõutud vedava ketiratta hammaste arv z 1 ( 23 ) Võetakse z 1 = 13. Tegelik ülekandearv u 2 ( 24 ) Jõuülekande lõplik ülekandearv u ( 25 ) Minimaalne lubatud telgede vahe a min [mm] kus D e1 [mm] väikese ketiratta välisläbimõõt; ( 26 ) D e2 [mm] suure ketiratta välisläbimõõt. D e1 = 57,4 mm [16:57] 21

22 D e2 = 224,1 mm [16:57] Optimaalne telgede vahe a opt [mm] ( 27 ) Käesolev ülekanne on aga projekteeritud telgede vahelise kaugusega a = 351,57 mm, kuid see vahe on ikka minimaalsest suurem, seega, ta on lubatud. Ketilülide arv m [tk] kus a' [mm] projekteeritava kettülekande teoreetiline telgede vahe. a' = 351,57 mm ( 28 ) Täpsustatakse telgede vahet a [mm] ( 29 ) Saadud väärtus vähendatakse mm võrra keti läbirippe tagamiseks [5:716] ning saadakse tegelik telgede vahe a teg [mm] ( 30 ) Esialgselt valitud telgede vahe mahub lubatud piiridesse. 22

23 Keti pikkus L [mm] ( 31 ) Keti kiirus v [m/s] ( 32 ) kus [v] [m/s] maksimaalne lubatud rullpuksketi kiirus. [v] = 18 m/s [5:714] Lülide löökide arv U [s -1 ] ( 33 ) kus [U] [s -1 ] maksimaalne lubatud löökide arv. [U] = 60 s -1 [5: 716] Nominaalse lubatud ülekantava võimsuse [P] [W] arvutus: Seadmes kasutatavate keti kiirustel peab olema rakendatud vastavalt mootori pöördele kas tilk- või püsimäärimise süsteem. Kuna sellise süsteemi rakendamine muudab konstruktsiooni keerulisemaks ja kallimaks, kasutatakse jõuülekandes Tsubaki Lambda määrdevaba keti. kus [F t ] [N] lubatud ringjõud; ( 34 ) 23

24 k [ ] ekspluatatsioonitegur. kus p [MPa] lubatud surve keti šarniirides, MPa, mis on saadaval tabelist kasutades lineaarset interpoleerimist [5: 718]; ( 35 ) A [mm 2 ] šarniiri tugipinna projektsioon. ( 36 ) kus d 2 [mm] ketilüli võlli läbimõõt; b 1 [mm] c [mm] ketilüli siselaius; plaadi paksus. d 2 = 4,45 mm [13] b 1 = 7,75 mm [13] c = 1,52 mm [13] kus k 1 [ ] koormust arvestatav tegur; ( 37 ) 24

25 k 2 [ ] k 3 [ ] k 4 [ ] määrimisviisiarvestatav tegur; vahetuste arvu arvestatav tegur; telgede vahet arvestatav tegur. k 1 = 1 (enamasti rahulik koormus) [5:717] k 2 = 1 (määrdevaba kett) [5:717] k 3 = 1 (1 vahetus) [5:717] k 4 = 1,1 ( a<30t ) [5:717] Saadud arvutuslik lubatud ülekantav võimsus on tegelikest võimusest suurem. Keti ringjõud F t [N]: ( 38 ) kus P [kw] maksimaalne ülekantav võimsus. P = P 1 (vastavalt n nom ) Keti tugevuse kontroll: 25

26 Keti purunemise kontrolli läbimiseks peab olema täidetud tingimus: kus S [ ] tegelik keti varutegur; ( 39 ) [S] [ ] lubatud keti varutegur. [S] = 8,5 [6:97] ( 40 ) kus F p [N] keti purunemisjõud; F 0 [N] Fv [N] keti enda raskusega põhjustatud pingutusjõud; tsentrifugaaljõuga põhjustatud pingutusjõud. F p = N [13] kus k f [ ] keti läbirippe tegur; ( 41 ) q [kg/m] g [m/s 2 ] keti erimass; vaba langemise kiirendus. k f = 1 (peaaegu vertikaalne ülekanne) [6:97] q = 0,7 kg/m [13] g = 9,81 m/s 2 ( 42 ) Keti tugevuse kontrolli tingimus on tagatud. 26

27 Koormus võllile Q [N] sõltub enamasti ringjõust F t, mingil määral ka pingutusjõust ja keti raskusest ja on ligikaudselt arvutatav valemiga: ( 43 ) 2.4 Aeglasekäiguline võll Arvutatakse aeglasekäigulise võlli (töövõlli) kiirus, võimsus ning moment. Tabeli 4 ja joonise 4 järgi võimsus aeglasekäigulisel võllil P 2 [kw] ( 44 ) Aeglasekäigulise võlli pöörlemiskiirus n 2 [p/min]: ( 45 ) Pöördemoment aeglasekäigulisel võllil T 2 [Nm]: ( 46 ) Tabelis 6 on toodud ajami peanäitajad. 27

28 Tabel 6 Jõuülekande peanäitajad Võll Pöörlemiskiirus p/min Mootori Kiirekäiguline Aeglasekäiguline Võll Võimsus, kw Mootori 2,15 2,75 3,6 Kiirekäiguline 1,98 2,53 3,3 Aeglasekäiguline 1,83 2,34 3,05 Võll Moment, Nm Mootori 10,1 10,4 9,6 Kiirekäiguline 17,9 18,4 17,0 Aeglasekäiguline 68,8 70,7 65,3 2.5 Võllide koormused. Võllide arvutus Antud peatükis teostatakse järgmised arvutused: Võllide lubatud väändepinge arvutus; Võllide lubatud minimaalse läbimõõdu arvutus; Võllide kontrollarvutus paindele; Laagrite toereaktsioonide arvutus; Liistude muljumispinge kontrollarvutus. Lubatud väändepinge määramine: Võllide projektarvutus tehakse väändepingete järgi (nagu puhtal väändel), st seejuures ei arvestata paindepingeid, pingete kontsentratsiooni ja pingete vahelduvust ajas (pingetsükleid). Selleks, et kompenseerida selle arvutusmeetodi ligikaudsust, võetakse lubatud väändepingeteks vähendatud väärtus. [2:40] Käesolevas töös võetakse lubatud väändepinge τ tf [MPa] leidmiseks staatilise koormuse ohutusteguriks dünaamilise koormuse maksimaalse ohutusteguri. 28

29 ( 47 ) kus τ tf lim [MPa] piirpinge väändel; k O [ ] ohutustegur. τ tf lim = 140 MPa (Teras S235, puhas vääne) [1:44] k O = 4 (dünaamiline koormus, sitke materjal, maksimaalne väärtus) [1:44] Minimaalne lubatud kiirekäigulise võlli otsa läbimõõt [d 1 ots ] [mm] ( 48 ) kus T 1max [Nm] maksimaalne pöördemoment kiirekäigulisel võllil, tabelist 6. Minimaalne lubatud aeglasekäigulise võlli otsa läbimõõt [d 2 ots ] [mm] ( 49 ) kus T 2max [Nm] maksimaalne pöördemoment aeglasekäigulisel võllil, tabelist 6. Kiirekäigulise võlli otsa läbimõõduks võetakse 15 mm ühelt poolt ja 16 mm teiselt poolt ning aeglasekäigulise võlli otsa läbimõõduks võetakse 25 mm. Konsoolsete jõudude määramine: 29

30 Projekteeritavas ajamis on kasutatud kaks lahtist ülekannet, mis avaldavad konsoolset koormust kiirekäigulise võlli mõlemale otsale ja aeglasekäigulise võlli kettülekande poolsele otsale. Kiirekäigulisele võllile mõjub rihma pingutusjõud F OP = 440 N ning keti rõhumisjõud Q = 738 N. Aeglasekäigulisele võllile mõjub ainult keti rõhumisjõud Q = 738 N. Kiirekäigulise võlli kontrollarvutus paindele: Kiirekäigulisele võllile mõjuvate jõudude skeem on toodud joonisel 5. Joonis 5. Kiirekäigulisele võllile mõjuvate jõudude skeem: l A = 35 mm; l B = 40 mm Rihmaülekandepoolne ots Paindepinge σ bf [MPa] kus M b [Nmm] paindemoment; ( 50 ) W [mm 3 ] vastupanumoment; [σ bf ] [MPa] maksimaalne lubatud paindepinge. ( 51 ) kus σ bf lim [MPa] piirpaindepinge; k O [ ] ohutustegur. 30

31 k O = 1,5 (sitke materjal, keskmine väärtus) [1:44] σ bf lim = 235 MPa (terase S235 voolavuspiir) ( 52 ) Võlli ots on valmistatud liistusoonega, seega vastupanumoment W [mm 3 ] on leitav valemiga ( 53 ) kus d [mm] võlli otsa läbimõõt; t [mm] b [mm] liistusoone sügavus; liistusoone laius. d = 16 mm t = 3 mm b = 5 mm Saadud pinge on maksimaalsest lubatud pingest väiksem. Kettülekandepoolne ots: Võllil on sama liistusoon, kuid võlli läbimõõt on väiksem, d = 15 mm. 31

32 Saadud pinge on maksimaalsest lubatud pingest väiksem. Aeglasekäigulise võlli kontrollarvutus paindele: Aeglasekäigulisele võllile mõjuvate jõudude skeem on toodud joonisel 6. Joonis 6. Aeglasekäigulisele võllile mõjuvate jõudude skeem: lc = 36,6 mm Võlli otsa ja liistosoone parameetrid: d = 25 mm t = 4 mm b = 8 mm Saadud pinge on maksimaalsest lubatud pingest väiksem. Laagrite toereaktsioonide arvutus Kiirekäigulisel võllil Kiirekäigulise võlli laagrite toereaktsioonide skeem on toodud joonisel 7. 32

33 Joonis 7. Kiirekäigulise võlli laagrite toereaktsioonide skeem Joonisel: A suure rihmaratta juures asuva laagri reaktsiooni rakenduspunkt; B l A [mm] väikese ketiratta juures asuva laagri reaktsiooni rakenduspunkt; kaugus rihmaratta jõu rakenduspunktist A asukohani; l A = 35 mm l B [mm] kaugus väikese ketiratta jõu rakenduspunktist B asukohani; l B = 40 mm l AB [mm] A ja B vaheline kaugus; l AB = 752 mm F Ay [N] F Az [N] F By [N] F Bz [N] laagri A toereaktsioon Y teljele; laagri A toereaktsioon Z teljele; laagri B toereaktsioon Y teljele; laagri B toereaktsioon Z teljele; 33

34 Tinglikult loetakse momenti, mis paneb võlli pöörlema päripäeva, positiivseks, ja momenti, mis paneb võlli pöörlema vastupäeva, negatiivseks. ( 54 ) ( 55 ) ( 56 ) ( 57 ) Kontroll (süsteem on tasakaalus, jõudude resultant võrdub nulliga): ( 58 ) Y telje suunas mõjub ka võlli ja võllil paiknevate elementide raksus, kuid antud projektis sellega ei arvestata, kuna need jõud ei avalda olulist mõju tugede A ja B lõppreaktsioonidele. ( 59 ) ( 60 ) ( 61 ) ( 62 ) 34

35 Kontroll (süsteem on tasakaalus, jõudude resultant võrdub nulliga): ( 63 ) Summaarsed toereaktsioonid F A [N] ning F B [N] on leitavad vektoriaalse summaga: ( 64 ) ( 65 ) Aeglasekäigulisel võllil Aeglasekäigulise võlli laagrite toereaktsioonide skeem on toodud joonisel 8. Joonis 8.Aeglasekäigulise võlli laagrite toereaktsioonide skeem Joonisel C suure ketiratta juures asuva laagri reaktsiooni rakenduspunkt; 35

36 D töövõlli vaba otsa juures asuva laagri reaktsiooni rakenduspunkt; l C [mm] kaugus ketiratta jõu rakenduspunktist C-ni; l C = 36,6 mm l CD [mm] C ja D laagrireaktsiooni rakenduspunktide vaheline kaugus; l CD = 1386 mm F Cy [N] F Dy [N] laagri A toereaktsioon Y teljele; laagri A toereaktsioon Y teljele. ( 66 ) ( 67 ) ( 68 ) ( 69 ) Kontroll (süsteem on tasakaalus, jõudude resultant võrdub nulliga): ( 70 ) Aeglasekäigulise võlli puhul oleks kindlasti vaja arvestada ka võlli enda ja sellel paiknevate elementide massiga, sest nende summaarne avaldatav raskus on võrreldes hetkel saadud punktis D reaktsiooniga küllaltki suur. 36

37 Võll ei ole homogeenne, kuid suurem osa tema raskusest asub just tugede vahel. Arvutuste lihtsustamiseks peetakse, et võlli koguraskus asub telgede vahel, sest otsade mass võrreldes keskosa massiga on tühine. Sellisel juhul võlli raskuskese asub tugedest võrdsel kaugusel, nii et toereaktsioonid on võrdsed poole võlli raskusega, kuid on vastassuunalised. Kirjeldatud skeem on toodud joonisel 9. Joonis 9. Aeglasekäigulise võlli raskuse mõju laagrite toereaktsioonidele Joonisel P [N] võlli raskus; m [kg] võlli mass; m = 20,4 kg P C, P D võlli raskusest tingitud toereaktsioonid punktides C ja D. ( 71 ) ( 72 ) ( 73 ) 37

38 ( 74 ) ( 75 ) Kontroll (süsteem on tasakaalus, jõudude resultant võrdub nulliga): ( 76 ) Summaarsete toereaktsioonide F C [N] ning F D [N] arvutamisel arvestatakse, et jõud P C mõjub eelnevalt arvutatud toereaktsiooniga vastassuunas, ja P D - samas suunas. ( 77 ) ( 78 ) Liistude muljumispinge kontrollarvutus Antud juhul kontrollitakse ainult liistu, mis asub kiirekäigulisel võllil ketiratta all. Selleks on kaks põhjust: 1) Võrreldes liistuga, mis asub rihmaratta all, on selles kohas ringjõud suurem 2) Võrreldes liistuga, mis asub suure ketiratta all, see liist on väiksem Tegemist on liistuga 5x5x12 DIN 6885 Liistu muljumispinge σ m [MPa] ( 79 ) kus F [N] rakendatud jõud (antud juhul Q); 38

39 A m [mm 2 ] muljumispindala; [σ m ] [MPa] lubatud muljumispinge. [σ m ] = 150 MPa (keskmine väärtus) [6:266] kus l t [mm] liistu tööpikkus (liistu osa, millele pidevalt mõjub jõud). ( 80 ) l t = 7,2mm (ketiratta laius) Saadud väärtus on lubatud väärtusest väiksem. 2.6 Laagrite kontrollarvutus Selles alapeatükis määratakse laagrid ning kontrollitakse nende eluiga. Kuna jõud on väikesed, siis esialgselt määratakse kõige kergema koos laagripukkidega saadava seeria laagreid: A - ekvivalentne 204 GOST B - ekvivalentne 204 GOST C - ekvivalentne 206 GOST D - ekvivalentne 206 GOST Ekvivalentkoormuse määramine ( 81 ) ( 82 ) ( 83 ) ( 84 ) kus F [N] laagri ekvivalentne dünaamiline koormus; X [ ] V [ ] radiaalkoormuse osatähtsust arvestatav tegur; pöörlemistegur; 39

40 F r [N] laagrile mõjur radiaalkoormus, võrdub vastava laagri toereaktsiooniga; F a [N] Y [ ] e [ ] K d [ ] K T [ ] laagrile mõjuv telgkoormus,; telgkoormuse osatähtsuse arvestatav tegur; telgkoormuse tegur; ohutustegur; temperatuuritegur. Kuna antud ajami puhul telgkoormus puudub absoluutselt, ehk siis F a = 0, ning teguri e [2:49] väärtused on alati positiivsed, tekib võrratus Järelikult, ekvivalentkoormuste arvutus peab olema teostatud järgmise valemi ( 83 ) järgi. V = 1 (pöörleb laagri sisevõru) [2:49] K d = 1,25 (mitte alati täiskoormusega ühes vahetuses töötavad masinad, keskmine väärtus) [2:50] K T = 1 (temperatuur kuni 100ºC) [2:50] Tööea arvutus Laagrite tööiga L 10h [h] on leitav valemiga kus a 1 [ ] tõrgete tõenäosust arvestav tegur; ( 85 ) 40

41 a23 [ ] n [p/min] C [N] F [N] m [ ] metalli kvaliteeti ja ekspluatatsioonitingimusi arvestav tegur; vastava võlli laagri sisevõru pöörlemissagedus; laagri dünaamiline kandevõime; ekvivalentkoormus; astmenäitaja. a1 = 1 (laagri tõrgeteta töö 90% tööajast) [2:48] a23 = 0,75 (radiaalkuullaagrid, keskmine väärtus) [2:48] n = vastavalt võllile kas n 1 või n 2 n nom = 3600 p/min, saada laagrite minimaalse eluea) m = 3 (kuullaagrid) [2:48] C 204 = N [2:105] C 206 = N [2:105] Kuigi seadmele ei ole püstitatud nõudeid laagrite eluea suhtes, võiks see olla piisavalt pikk. Näiteks, ressursiks võiks olla 10 aastat, mille jooksul harjaga tehakse iga tööpäev 8 tundi tööd, mis annab kokku umbes 21 tuhat tundi tööaega. Arvestades sellega kestavad kõik laagrid piisavalt palju aega, kuid laager B soovib vahetust 7 aasta pärast, mis on täiesti normaalne seadme ekspluateerimisel. Teised laagrid, eriti C ja D kestavad ülearu pikka aega, kuid eriti kerge seeria laagreid (106) ei olnud saadaval koos laagripukkidega, seega kõik jääb nii nagu on. 41

42 2.7 Harja tõstmisega seotud koormuste ja pingete arvutus Antud alapeatükis teostatakse järgmised arvutused: Harja tõstmiseks vajaliku vintsi tõmbejõu arvutus; Regulaatori pöördteljes asuvate poltide tugevusarvutus nihkepingetele; Regulaatori ratta kandurite tugevusarvutus paindele; Regulaatori enda arvutus paindele; Mootori alusplaadi tugevusarvutus paindele. Piiraja plaadile tugevusarvutust ei tehta, kuna ta ei ole mõeldud vintsiga "võitlemiseks", vaid selleks, et inimene aru saaks, et piirasend on saavutatud ja laseks vintsi nupu lahti. Harja tõstmiseks vajaliku vintsi tõmbejõu ning sellega kaasnevate jõudude arvutus Harja tõstmiseks transportasendisse kasutatakse vintsi. Harja konstruktsioon võimaldab seda tõsta 30º-se nurga võrra maapinna suhtes. Vintsi tõmbejõuga esile kutsutud moment peab olema suurem kui harja raskusest tingitud moment sama telje suhtes. Arvutus teostatakse tavasuurusega ATV jaoks, mille vints asub kõrgusel ~500mm. Katseliselt on määratud harja tõsteaasa kinnituskoha ja vintsi vaheline kaugus, mis on 600 mm. Vints asub 60 mm kõrgem, kui tõsteaas, seega vintsi trossi ja maapinna vaheline nurk α võrdub. Harja raskuskese on määratud CAD tarkvaraga ning asetseb 393 mm kaugusel pöördteljest ja 41º nurga all. Harja tõsteskeemi võib koondada joonisel 10 toodud jõu-süsteemiks. Arvutuslik harja mass m h = 96,1 kg. Kaugus punkti O ja A/A' vahel l 1 = 393 mm Kaugus punkti O ja B/B' vahel l 2 = 460 mm Tingimus harja tõstmiseks: jõu F v komponendi teljele k moment punkti O suhtes peab olema suurem kui jõu P h komponendi teljele k moment punkti O suhtes, ehk 42

43 Joonis 10. Harja tõstmise jõuskeem: püsijoonega on näidatud jõudude skeem harja tõstmine alguses ja punktiirjoonega on näidatud jõudude skeem harja tõstetud piirasendis. Joonisel: F v [N] vintsi tõmbejõud; Fv' [N] P h [N] O koormus vintsi trossis, kui hari on tõstetud; harja raskus; punkt, mille ümber hakkab pöörlemine; k, f abiteljed tõstmise alguses; k', f' R f, R f ' [N] abiteljed tõstmise lõpus; harja tõstmisel ja hoidmisel tekkiv jõud, suunatud O poole; A, A' harja masskese asukoht tõstmise alguses ja lõpus; B, B' tõsteaasa asukoht tõstmise alguses ja lõpus; V vintsi asukoht. 43

44 ( 86 ) Tinglikult oletatakse, et F v = 831 N Samal ajal punktile O mõjub jõud R f, mis koosneb jõudude F v ja P h komponentidest f-teljele: ( 87 ) Skeemilt on selge, et edaspidisel harja tõstmisel harja raskuse komponent teljele f/f' suureneb (kuid see ei saa olla suurem kui harja raskus) ning vintsi tõmbejõu komponent teljele f väheneb. Vintsi tõmbejõu komponent väheneb nullini kuni tõsteaasa vintsiga sama kõrguse saavutamiseni, ning seejärel hakkab jälle suurenema. Tasakaalu võrrand harja tõstetud piirasendis: ( 88 ) Jõud R f ' antud juhul võrdub: ( 89 ) Antud juhul lähtutakse ideaalsest olukorrast, kus ATV ja hari ei liigu ja asuvad sirgel pinnal. Reaalses olukorras, harja ja ATV liikumisel ebaideaalse maapinna tõttu võib tekkida ülekoormus, näiteks Harja ratta asfaldi auku sattumisel. Antud projektis lähtutakse, et maksimaalne võimalik normaalne juhuslik ülekoormus G = 2. Seega, 44

45 maksimaalne võimalik vintsi tõmbejõud ja punktis O mõjuv jõud R f on kaks korda suuremad: ( 90 ) ( 91 ) ( 92 ) Saadud väärtustest lähtutakse edaspidistes arvutustes. Regulaatori pöördteljes asuvate poltide tugevusarvutus nihkepingetele Joonisel 10 näidatud punktis O asub kaks polti, millistes harja tõstmisel jõu R f tõttu tekib nihkepinge τ s [MPa] ( 93 ) kus F [N] nihkejõud (antud juhul 0,25R f kahelõikeline pinge, kaks polti); A [mm 2 ] ristlõike pindala (antud juhul poldi ristlõike minimaalne pindala). ( 94 ) kus d [mm] poldi minimaalne läbimõõt (d 3 ). d = 9,85 mm (M12) [1:244] Saadud väärtus on teraspoldi jaoks nii tühine, et see ei nõua võrdlemist lubatud väärtusega. Regulaatori tugevusarvutus paindele Harja tõstmisel ja tõstetud asendis hoidmisel esinevad regulaatori konstruktsioonis ohtlikud kohad, mis on näidatud joonisel

46 Joonis 11. Ohtlikud kohad regulaatori konstruktsioonis: R [N] jõu Rf/Rf' komponent vertikaalsele Y-teljele. Ohtlik koht B on väga keerulise ristlõikega ning esialgselt üritatakse selle vastupanumomendi arvutamist vältida järgmisel viisil: kasutatakse koha A vastupanumomenti, mis on ühtlasi ka ohtliku koha B vastupanumomendi komponent ning kontrollitakse paindele, kasutades momendi punkti B suhtes. Kõigepealt selgitatakse, kumba jõu komponent Y-teljele on suurem, kas R f või R f ' oma: ( 95 ) ( 96 ) Järelikult, arvutustes lähtutakse maksimaalsest väärtusest, ning R = 1961 N. 46

47 Ohtliku koha A ristlõige on näidatud joonisel 12. Ristlõige vastupanumoment W [mm 3 ] Joonis 12. Regulaatori ristlõige punktis A ( 97 ) Saadud väärtus on lubatud väärtusest väiksem. Ohtliku koha C ristlõige on näidatud joonisel 13. Sellise ristlõige ligikaudse vastupanumomendi arvutamiseks lahutatakse kujund komponentideks ning leitakse nende vahe: 47

48 Väärtus vähendati kahekordselt kuna tugede arv on kaks. Joonis 13. Ohtliku koha C ristlõige Saadud väärtus on lubatud väärtusest väiksem. Ratta kanduri tugevusarvutus paindele Harja tõstmisel tekib koormus ratta kanduris, ning sellele teostatakse vastav tugevusarvutus. Mõjuv välisjõud ning ohtlik koht on näidatud joonisel 14. Joonis 14. Ohtlik koht ratta kanduris harja tõstmisel. Jõu R asukoht on koondatud keskele Ratta kanduri ristlõige kuju ohtlikus kohas on toodud joonisel

49 Väärtus vähendati kahekordselt kuna tugede arv on kaks. Joonis 15. Ratta kanduri ohtliku koha ristlõige Saadud väärtus on lubatud väärtusest väiksem. Mootori alusplaadi tugevusarvutus paindele Harja tõstmiseks on mootori alusplaadile monteeritud tõsteaas. Harja tõstmine alusplaadi jaoks vastab joonisel 16 toodud skeemile (skeem on lihtsustatud ja skeemi järgi on plaadi vastupidavus madalam võrreldes reaalse plaadiga): Tegemist on staatikaga määramatu olukorraga, kuid kuna materjali kontrollitakse paindele ja küsimus on ainult selles, kas see peab vastu või ei pea, oletatakse tinglikult, et punkt A on liikumatu. Kontrollitakse lõigu AB paindele: Lõigul AB on plaadi paksus h = 5 mm, plaadi laius b = 158 mm. Plaadi vastupanumoment W [mm 3 ]: ( 98 ) 49

50 Joonis 16. Harja tõstmisel mootori alusplaadile jõudude mõju skeem Maksimaalne paindemoment M b [Nmm] ( 99 ) Saadud väärtus on lubatud väärtusest väiksem. 50

51 3. VALMISTAMISE TEHNOLOOGIA Antud peatükis kirjeldatakse toote valmistamiseks määratud ja arvutatud režiime, vastavalt režiimidele arvutatakse iga detaili valmistamise ja koostude keevitamise põhiaegu ning normeeritakse teisi tootmisega seotud operatsioonide koostisaegu: abiajad, tehnilise teenindamise ajad, organisatsioonilised ajad, vaheajad, ettevalmistuslõpetusaeg ning lõpuks arvutatakse ajakulu, mis läheb ettevõttes toote valmistamiseks, ehk tüki-kalkulatsioonaeg. 3.1 Detailide töötlemise tehnoloogia ja režiimide arvutus Kuna lõputöö maht on nõuetega piiratud, ei osutu võimalikuks selles töös kirjeldada iga detaili valmistamisviisi. Selle asemel kirjeldatakse kõiki režiime, mis olid kasutatud toote valmistamiseks. Arvutused teostatakse eraldi ning lõpptabelisse kantakse juba arvutuslikud ajad. Harja tootmisel on kasutatud järgmiseid operatsioone: Saagimine lintsaega; Ettevõttes teostatakse saagimistöid lintsaega Bomar ergonomic DG. Pink võimaldab kahte lindi kiirust: 40 ja 80 m/min. Terase puhul on mõistlik kasutada aeglasemat režiimi ning alumiiniumi puhul kiiremat. Kuna ettenihet ei saa programmeerida, ettenihe seadistamine toimub silma järgi. Põhiaja arvutamiseks arvestatakse ligikaudse keskmise materjali läbilõikamise kiirusega v ll = 30 mm/min väiksema lindi kiiruse puhul ning v ll = 60 mm/min suurema lindi kiiruse puhul. Puurimine puurpingis; Puurimist teostatakse ettevõttes olemasoleva puurpingiga Scantool 40 BK. Puurimise kiirus sõltub puuritava ava läbimõõdust. Lähtutakse sellest, et kõvasulampuuri tüüpiline terase lõikekiirus on 40 m/min [1:341]. 51

52 Iga toote valmistamise käigus puuritava ava kohta arvutatakse vastav kiirus, mida vähendatakse lähima saadava väärtuseni. Põhiaja arvutamisel lähtutakse ka soovituslikust ettenihkest, kuigi käsitsi puurimisel seda ettenihet garanteerida ei saa. Keermestamine; Läbiva ava puhul kasutatakse pneumaatilist drelli, millele on paigaldatud keermelõikur. Enne keermestamist tehakse kindlaks, et ette puuritud ava läbimõõt vastab nõutud läbimõõdule. M6 keermestamiseks ava läbimõõt peab olema 5 mm ning M8 keermestamiseks ava läbimõõt peab olema 6,8 mm. Kinnise ava puhul keermelõikuri purunemise vältimiseks tuleb ava keermestada käsitsi, ning välise keerme puhul keermestatakse samuti käsitsi. Masinaga keermestamisel lähtutakse järgmistest parameetritest: Keermepuuri pööremiskiirus n = 150 p/min Ettenihe f n vastab keerme sammule Läbimi pikkus l = keermepuuri tööosa pikkus, mm Läbimite arv i = 2 (pealäbim ning reverseeritud) M6 keermepuuri tööosa pikkus l = 18 mm M8 keermepuuri tööosa pikkus l = 24 mm Treimine; Kohapeal treimistööd teostatakse olemasoleva treipingiga 1В.62Г. Treimise standardrežiimid karbiidkermisest lõikeriistaga madala tugevusega terase töötlemisel: [1:343] Lõikekiirus V c [m/min] = Ettenihe f n [mm/p]= 0,1...0,5 Lõikesügavus a p [mm] = 0,5...4,0 52

53 Kuna antud projektis treitakse ilma jahutuseta, ei tohi nii suure lõikekiirusega materjali töödelda. Edaspidi lähtutakse koorival töötlemisel lõikekiirusest 100 m/min ning puhtal töötlemisel (kaasarvatud otspinna töötlemisel) 150 m/min. Mahalõikamisel on eriti raskendatud soojuse eraldumine lõiketsoonist, seega mahalõikamisel lähtutakse lõikekiirusest 50 m/min. Samuti ei lubata kasutada maksimaalseid ettenihkeid ning lõikesügavust. Kooriva töötlemise ettenihkeks võetakse 0,15 mm/p, puhta töötlemise ettenihkeks 0,1 mm/p ning maha lõikamiseks 0,06 mm/p. Otspinna töötlemiseks jäetakse varu 0,5 mm, millega arvestatakse tooriku lõikamisel ning materjali kulu arvutamisel. Mahalõikamiseks kasutatakse mahalõiketera laiusega 3 mm, ning vajadusel jäetakse samuti 0,5 mm otspinna töötlemiseks. Nende andmetega kindlasti arvestatakse materjali kulu arvutamisel. Iga siirde jaoks arvutatakse eraldi spindli kiirus, mida vähendatakse (erandjuhul ka suurendatakse) vastavalt pingi võimalustele ning valitakse ettenihe, vastavalt siirde ülesandele. Lehtmaterjali lõikamine portaal-freespingis; Ettevõttes teostatakse lehtmetalli lõikamist portaal-freespingis. Pink võimaldab lõigata alumiiniumi ja plasti. Käesolevas töös kasutatakse alumiiniumi paksusega 4 mm ja 2 mm ning plasti (HDPE) paksusega 8 mm ja 4 mm. Alumiiniumlehe paksusega 4 mm lõikamiseks kasutatakse ühehambalist kõvasulamfreesi läbimõõduga 5 mm. Lõigatakse ühe läbimiga. Alumiiniumlehe paksusega 2 mm ja plasti lõikamiseks kasutatakse ühehambalist kõvasulamfreesi läbimõõduga 3 mm. Alumiiniumi ja 4.mm plasti lõigatakse ühe ning 8-mm plasti kahe läbimiga. Soovituslikud režiimid: [1:345] Lõikekiirus alumiiniumsulami freesimisel: V c [m/min] = Ettenihe hambale alumiiniumsulami freesimisel: f z [mm] = 0,05...0,15 53

54 Lõikekiirus termoplasti freesimisel: V c [m/min] = Ettenihe hambale termoplasti freesimisel: f z [mm] = 0,1...0,2 Kasutatud režiimid: Lõikekiirus 3-mm freesiga: V c [m/min] = 207 Lõikekiirus 5-mm freesiga: V c [m/min] = 346 Ettenihe hambale alumiiniumi freesimisel: f z [mm] = 0,05 Ettenihe hambale termoplasti freesimisel: f z [mm] = 0,1 Antud juhul lõikekiirus on soovituslikust väiksem kahe tingimuste tõttu: esiteks, freesimine toimub ilma jahutuseta. Teiseks, nimetatud kiirusel on saadud spindli maksimaalsed pöörded. Käesolevas töös freesimise põhiaja andmed võetakse otse arvutiprogrammist MasterCAM, kus seda lõikamist programmeeritakse. Lehtmaterjali painutamine; Ettevõttes painutatakse lehtmaterjali painutuspingis Durmazlar AD-S Selle pingi jaoks pole vaja režiime määrata, pannakse painde ja materjali parameetrid sisse ja pink seadistab ennast ise. Painutamise põhiaja määramisel lähtutakse keskmisest mõõdetud ajast, mis kulub ühe painde tegemiseks. Arvestatakse, et lehtmaterjali painutamise operatsiooni keskmine põhiaeg t p1 : 0,25 min. Alumiiniumi TIG keevitus; TIG keevitust teostatakse Lincoln Electric V205-T keevitusseadmega. TIG keevituse puhul kasutatakse parameetreid, mis sobivad käesolevas projektis iga keevisliide puhul. Keevitusparameetrid: [11:17] Keevitusvool I [A] =

55 Gaasi kulu v g [l/min] = 9,5 Keevituskiirus v k [mm/min] = 200 Keevitustraadi läbimõõt d e [mm] = 1,5...2,5 Terase MAG keevitus MAG keevitust teostatakse Lincoln Electric Powertec 255C keevitusseadmega. Esinevad järgmised režiimid (vastavalt keevitatava materjali paksusele): o Materjali paksusele 1,5...3 mm vastavad keevitusparameetrid Keevitustraadi läbimõõt d e [mm] = 1,2 [8:108] Keevitusvool I [A] = = 110 (keskmine väärtus) [8:108] Kaare pinge U [V] = [8:108] Kaitsegaasi kulu v g [l/min] = [8:108] Traadi etteande kiiruse v t [m/h] arvutus: kus ρ [g/cm3] traadi tihedus; ( 100 ) a s [ ] traadi sulamise koefitsient. ρ = 7,8 g/cm 3 (terastraat) ( 101 ) Keevituskiirus v k = [m/h] = 250 [mm/min] (keskmine väärtus) [8:108] Materjali paksusele mm vastavad keevitusparameetrid Keevitustraadi läbimõõt d e [mm] = 1,6 [8:108] 55

56 Keevitusvool I [A] = = 190 (keskmine väärtus) [8:108] Kaare pinge U [V] = [8:108] Kaitsegaasi kulu v g [l/min] = [8:108] Traadi etteande kiiruse arvutus: Keevituskiirus v k = [m/h] = 350 [mm/min] (keskmine väärtus) [8:108] Materjali paksusele üle 5 mm vastavad keevitusparameetrid Keevitustraadi läbimõõt d e [mm] = 1,6 [8:108] Keevitusvool I [A] = = 245 (keskmine väärtus) [8:108] Kaare pinge U [V] = [8:108] Kaitsegaasi kulu v g [l/min] = [8:108] Traadi etteande kiiruse arvutus: Keevituskiirus v k = [m/h] = 450 [mm/min] (keskmine väärtus) [8:108] 3.2 Operatsiooniaegade normeerimine Iga detaili ja koostu tükiaeg koosneb mitmest komponendist: kus t tk [min] tükiaeg; ( 102 ) 56

57 t p [min] põhiaeg, mille kestel toimub tööpingis detaili kuju, mõõdete, omaduste muutmine; [4:13] t a [min] abiaeg, mis haarab kaasnevaid põhiaja täitmisega töid; [4:13] Põhi- ja abiaja summat nimetatakse operatiivajaks t op [min] [4:13] ( 103 ) t org [min] organisatsioonilise teenindamise aeg, mis arvestab ajakulu töökoha ettevalmistamiseks tööpäeva algul, töökoha koristamiseks vahetuse lõpul, tööpingi õlitamiseks, puhastamiseks ja teisteks analoogilisteks töödeks vahetuste kestel. Antakse tavaliselt protsentides operatiivajast; [4:13] t teen [min] tehnilise teenindamise aeg, mida kulutakse nürinenud lõikeriista vahetamiseks, seadme järelhäälestamiseks, lõikeriista paigaldamiseks ja reguleerimiseks. Antakse tavaliselt protsentides operatiivajast. Sageli kasutatakse ka lihtsustatud käsitlust, kus: [4:13] ( 104 ) t v [min] töö vaheajad määratakse töölise puhkuseks ja vahepausideks (isiklikeks vajadusteks). Antakse tavaliselt protsentides operatiivajast. Lihtsustatult võib võtta 4% operatiivajast. [4:13] Tüki-kalkulatsioonaeg t kalk [min] ( 105 ) kus t e-l [min] ettevalmistus-lõpetusaeg, mis on ette nähtud uue tööga (joonisega, tehnoloogiaga) tutvumiseks, rakiste ja muude töövahendite tööpinki paigaldamiseks ja reguleerimiseks uute detailide partii töötlemise algul. Antakse iga uue partii kohta; [4:13] n [tk] partii suurus. Käesolevas projektis projekteeritakse prototüüp, seega partii suuruseks on üks toode. Kuna tegemist on võrdlemisi mahuka tootega, antud juhul määratakse ettevalmistuslõpetusajaks 40 min toote valmistamise kohta. 57

58 Vastavalt tabelile 12.5 [4:16] määratakse t org ja t teen : t org = 2% operatiivajast t teen = 4% operatiivajast Ning t v võetakse ülalpool nimetatud lihtsustatud väärtus t v = 4% operatiivajast. Üldjuhul lähtutakse abiaegade arvutamisel kirjandusest, kuid arvestatakse, et tegemist on üksiktootmisega ning suurendatakse tulemusi, sest andmed kirjandusest vastavad olukorrale, kus näiteks üks treial terve päev töötab ainult treipingiga ja ei tee peale treimise midagi muud. Väikeettevõttes ning üksiktootmise puhul olukord on natuke keerulisem, mille tõttu on mõistlik abiaegu suurendada, et saada optimaalsemat tulemust. Esinevad ka erandid: näiteks, käsitsi keermestamise puhul arvestatakse operatsiooni täisajaga, mitte lahutatakse komponentideks. Käsitsi keermestamise puhul arvestatakse, et kõikides käesoleva toote tootmisega seotud olukordades sisekeerme keermestamiseks kulub umbes 4 min aega ning väliskeerme keermestamiseks 2 min aega. Koostude koostamise aeg on samuti tinglik võetakse vähendatud prototüüp-koostude koostamise aega. Värvimise ajad ei ole toodud iga detaili kohta eraldi, sest selles operatsioonis osalevad kõik värvimist nõudvad detailid korraga. Seda lubatakse, kuna hetkel on oluline ainult toote lõpp-hind. Harja valmistamiseks kulub ettevõttes 603,3 min ehk umbes 10 tundi. Täpne tabel operatsioonide normeerimisega on toodud lisas 1. 58

59 4. MAJANDUSLIK OSA Majanduslikus osas arvutatakse kulutusi, mis on seotud harja tootmisega, milleks on: kulutused materjalidele, ostetud pooltoodetele, põhitööliste palgafondile, seadme tööga seotud kulud, jaoskonna üldkulud (personali palgafond, valgustus, üür), tsehhi üldkulud, ettevõtte üldkulud ning tootmisvälised kulud. Osa kulutusi arvutatakse täpselt, lähtuvalt olemasolevatest andmetest, osa aga arvutatakse ligikaudselt, lähtudes harja valmistamise ajakulust ja ettevõtte keskmistest igakuistest kulutustest. 4.1 Vajalike materjalide arvutus Enne kulutuste materjalidele arvutamist peab olema arvutatud materjali enda kulu. Materjali kulu arvutamisel võetakse arvesse ka töötlemisvarud mõningate detailide otspinna töötlemiseks, materjali kaod toorikute tükeldamiseks, mahalõikamiseks treipingis. Arvestatakse ka sellega, et mõninga toru, mis oli ostetud just selle seadme jaoks ja ei osale teiste toodete tootmises, tükeldamisel jääb lõpuks alles selline toru osa, millest ei saa enam ühtegi detaili valmistada. Sellisel juhul kantakse see osa maha ning selle võrra suurendatakse valmistatud detailide materjali kulu. Lehtmaterjalist kohapeal väljalõikamise korral lähtutakse sellest, et keskmine väljalõikamise efektiivsus on 70%. Teiste sõnadega, lõigatud detaili mass võrdub 70% selle lõikamiseks kulutatud materjaliga. Materjali kulu näidatakse detaili kaupa ning kokku. Vajalike materjalide tabel on toodud lisas Kulude eelarve koostamine Kulude eelarve koostamisel arvutatakse kulutusi, mis on otseselt seotud harja tootmisega, nendeks on kulutused materjalile, tellitud laserlõikusdetailidele, ostetud toodetele, kinnituselementidele, muu tehtud töödele ning põhitööliste palgafond, mille aluseks on harja tootmisega seotud ajakulu ning põhitöölise keskmine töötunni maksumus ettevõttele (8,5 /h). 59

60 Kulude eelarve on toodud tabelis 7, kusjuures materjali kulutabel on toodud lisas 3, kulutused ostutoodetele lisas 4, kulutused kinnitusvahenditele lisas 5, kulutused laserlõikusdetailidele lisas 6, kulutused muudele tellitud töödele lisas 7. Tabel 7 Kulude eelarve Kulu Summa, Materjal 82,51 Ostutooted 598,96 Kinnituselemendid 7,07 Laserlõikusdetailid 116,40 Muud tellitud tööd 59,16 Põhitööliste palgafond 85,47 Kokku, 949, Toote omahinna kalkulatsioon Toote omahinna kalkulatsiooniks võetakse eelmises alapeatükis arvutatud väärtused tabelist 7 ning arvestatakse veel teiste kuluartiklitega, mille arvutamiseks kasutatakse ettevõtte keskmiseid kulutusi ja harja valmistamise ajakulu ning selle osakaalu põhitööliste tööajafondis. Tabel 8 Toote omahinna kalkulatsioon Nr. Kulu 1-le tootele, 1. Materjal 82,51 2. Ostetud pooltooted kokku 781,59 Tellitud tööd 59,16 Laserlõikusdetailid 116,40 Ostutooted 598,96 Kinnituselemendid 7,07 3. Põhitööliste palgafond kokku 85,47 4. Seadmete tööga seotud kulud 28,91 5. Jaoskonna üldkulud 130,51 60

61 Personali töötasu (100% põhit. pf.) 85,47 Valgustus 14,87 Üür 30,17 6. Jaoskonna kulud kokku: 1108,99 7. Tsehhi üldkulud 44,19 8. Ettevõtte üldkulud 65,76 9. Tootmise omahind 1218, Tootmisvälised kulud (5% ettearvamatuid kulutusi) 60, Täisomahind 1279, Kasum 50% 639, Realiseerimishind 1919, Tasuvuskogus Tasuvusaega ei ole võimalik kindlaks määrata, kuna tootel puudub aastaprogramm, kuid võib määrata, mitu toodet on vaja müüa, et see tasuks ennast ära, ehk tasuvuskoguse. Tasuvuskogus T [tk] on leitav valemiga: ( 106 ) Investeeringuteks võib lugeda ettevõtte kulusid ühe lihtsa koostamisrakise valmistamiseks ning harja projekteerimiseks kulutatud palgafondi. Ligikaudselt võetakse