XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Создание стенда для поверки манометра
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Организация учебного процесса в колледже призвана обеспечить современный научный уровень в подготовке кадров, связать в единый комплекс все виды учебной работы, осуществить определенную последовательность и взаимосвязь как между видами учебных занятий, так и между учебными дисциплинами. Особое внимание должно быть уделено практическим и лабораторным занятиям с применением приборов и оборудования.
Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения качества подготовки студентов технических специальностей колледжа. Наглядность является одним из лучших способов сделать обучение доходчивым, а, следовательно, и успешным. Это объясняется тем, что зрительные восприятия обычно более доходчивы, чем сложные пояснения. Как известно, средствами наглядного обучения являются натуральные (детали, механизмы, учебные разрезные агрегаты и стенды) и изобразительные наглядные пособия (учебные плакаты, чертежи, схемы, модели, макеты, учебные кинофильмы, диафильмы и т. п.). Лучшим способом применения наглядных пособий является переход от схемы (или другого вида изобразительного наглядного пособия) к действительному устройству механизма, агрегата или системы. Такой способ соответствует одному из принципов обучения — от простого к сложному.
Натуральным наглядным пособием, позволяющим углубить понимание принципов функционирования, может являться разрабатываемый стенд поверки контрольно-измерительных приборов. Демонстрационный стенд представляет собой демонстрационное устройство, которое содержит каркас, на котором размещены: манометр, который является эталонным и манометр поверяемый пружинного типа, устанавливаемые на связки труб с помощью штуцеров. Для создания давления используется гидравлический цилиндр с грузоподъемностью 2 тонны. Давление накачивается вручную, с помощью рукоятки. Для увеличения объема жидкости используется расширительный бак.
Восприятие стенда как объемной формы естественно для студентов всех курсов. Стенд ближе к реальным аналогам, так как обладает большей наглядностью, чем плоскостное изображение, и поэтому в начальном обучении может быть более понятен. Стенд во время учебного процесса по специальности 15.02.01 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» на начальных этапах работы над проектом позволяет студенту в эскизной форме понятнее и быстрее прочувствовать и раскрыть объем, осмыслить положение его в пространстве, сопоставить масштабность и зависимость его от окружающих объектов.
Создание стенда для поверки манометров позволит студентам наглядно изучить конструкцию, принцип действия, определить погрешность проверяемого прибора, а также поможет преподавателям более подробно раскрыть темы на занятиях по данному направлению и выполнять лабораторные работы.
Манометры представляют собой компактные механические устройства, измеряющие показатели давления. Разные модификации таких приборов позволяют им работать с жидкостями или газами, в том числе с паром и воздухом.
Измерение давления такими приборами необходимо в разных сферах, в том числе в нефте- , водо- и газопроводах, отопительных котлах и компрессорах, автоклавах, баллонах со сжатым газом (в том числе и в пневматических винтовках), поэтому рассмотрение этой темы является актуальным и востребованным. Большинство таких устройств универсально: они могут предназначаться для замеров разных показаний: избытка или разницы давлений, атмосферного давления, а также могут применяться в качестве вакуумметров [6].
Цель работы – создание стенда поверки технических манометров.
Задачи:
1) ознакомиться с применением манометров в промышленности;
2) изучить конструкцию прибора, принцип действия и настройку;
3) определить технологический процесс сборки стенда;
3) определить пределы измерения прибора для эталона;
4) собрать конструкцию в стенд, соединив приборы к трубе, далее к гидравлическому цилиндру;
5) сделать выводы и рекомендации.
Объект исследования: технические манометры, применяемые в промышленности.
Методы исследования:
1. Изучение технической литературы и других источников информации.
2. Анализ применения стенда в учебном процессе.
3. Метод проектирования.
-
Основная часть
1.1 Общие сведения
Поверкой технических манометров называют совокупность операций, выполняемых с целью оценки их погрешностей и вариации. Перед поверкой производят внешний осмотр манометра, чтобы убедиться в отсутствии неисправностей, препятствующих применению поверяемого манометра. Стрелка манометра в рабочем положении и при отсутствии давления не должна отклоняться от нулевой отметки более чем на 0,5 деления шкалы [4]. Технические манометры поверяют путем сравнения их показаний с показаниями приборов более высокого класса точности. Верхний предел измерения эталонного манометра должен быть на 1/3 больше верхнего предела измерения поверяемого манометра, а значение допускаемой погрешности эталонного манометра – в 4 раза меньше значения допускаемой погрешности поверяемого манометра. Количество поверяемых отметок должно составлять: для манометров классов точности 1,5 и 2,5 – не менее пяти; для манометров класса точности ниже 2,5 – не менее трех [5].
1.2 Этапы проектирования стенда
1. На первом этапе производится поиск технического решения задачи на проектирование стенда, которое сводится к нахождению его конструктивной или кинематической схемы, отвечающей требованиям и ограничениям, предъявляемым к нему [1].
Для решения задачи проектирования используем информации, содержащиеся в технической литературе по профилю данного оборудования, информации о видах приборов и классах точности.
2. В последующих этапах производится подбор манометра для эталона и выбор манометра для поверки.
3. Для создания давления выбирается гидравлический цилиндр с грузоподъемностью 2 тонны.
4. Производится соединение элементов стенда между собой.
5. Проводится испытания, проверяется работоспособность стенда.
2. Практическая часть
1. Проектирование стенда для поверки технических манометров
Используем проект при применении гидравлического пресса. В этом случае измерительное устройство устанавливается между двумя элементами прибора [2]. Стоит учитывать, что подобная технология проводимых измерений характеризуется низкой погрешностью. Существует довольно большое количество различных видов гидравлических прессов, все они характеризуются своими определенными особенностями.
Путем изучения и сравнения технической документации для стенда поверки приборов, определяется конструктивная схема для создания изделия, подбор средств и оборудования.
1 Этап. Собрать оборудование для стенда, установить каркас.
2 Этап. Определить характерную особенность конструкции эталонного манометра: класс точности, предел измерения, условия эксплуатации.
3 Этап. Соединить эталонный манометр через трубку с поверяемым манометром и посередине подсоединить гидравлический цилиндр.
4 Этап. Выполнение проектировочного расчета усилия гидроцилиндра.
2. Требования к поверке манометров
Для сверки основных параметров измерительного прибора следует уделять внимание основным требованиям, которые предъявляются к проведению рассматриваемой процедуры. К ним можно отнести следующие моменты [3]:
1. Перед непосредственной проверкой следует предоставить документы, которые подтверждают прохождение этой процедуры ранее. Результаты, которые были получены ранее, также могут потребоваться при очередной поверке. Некоторые компании не проводят рассматриваемую процедуру в случае отсутствия соответствующего документа.
2. Если устройство является частью ответственного механизма, то оно должно иметь пломбу. В противном случае механизм не может применяться по предназначению.
3. В зависимости от давления в системе подбирается наиболее подходящее оборудование. Наиболее важными параметрами можно назвать диапазон измерений, а также область применения устройства.
4. Данные с применяемого устройства должны хорошо считываться. Для этого выбираются наиболее оптимальные условия работы.
5. Установка манометра должна проводится исключительно с соблюдением всех мер безопасности. Довольно распространенной ошибкой можно назвать снижение прочности соединения. При подаче сильного давления может появиться утечка, которая снизит давление в системе.
Все установленные нормы учитываются специалистом, который проводит поверку устройства. Если не учитывать требование, то состояние конструкции нельзя будет проверить с высокой точностью.
3. Расчет усилие гидроцилиндра
Для подбора гидроцилиндра рассчитаем его усилие.
Cначала узнаем площадь поперечного сечения гидроцилиндра "S" по формуле:
S=ΠD2/4, (1)
где П=3,14, D2- диаметр поршня гидроцилиндра в квадрате.
Затем зная значение S, рассчитываем усилие гидроцилиндра по формуле:
F=PxS, (2)
т.е усилие=площадь сечение х давление в гидросистеме в атмосферах.
Дано: D=15 мм, P=160 атмосфер.
S=3,14*152/4=176,62 мм2 (17,6 см2)
Далее F=17,6х160=2816 кг/см2 (~2 тонны)
Толкающее усилие данного гидроцилиндра будет равняться примерно в 2 тонны.
Данные расчеты используют при проектировании гидравлических домкратов, движущихся полов, прессов.
Результаты проектирования проводились путем проведения структурно-функционального анализа, при выполнении которого осуществляется оценка того, насколько входящие в механизм детали недогружены и простота сборки деталей. Учитывая это, а также то, что созданная конструкция полностью соответствует поставленной задаче на проектирование и техническим характеристикам, стенд был оценен положительно.
Выводы
1. Изучены методы современного и доступного обучения студентов.
2. Рассмотрена методика проектирования стенда.
3. Определена технологическая последовательность сборки стенда для поверки манометров.
4. Рассчитано усилие гидроцилиндра.
5. Произведена компоновка деталей и узлов в стенд.
Перспектива проекта
В будущем макет будет использоваться на занятиях в помощь преподавателям и для проведения лабораторных работ студентами, а также будет выставляться на выставочных мероприятиях.
Список использованных источников
1. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Академия 2003 г.
2. Игнатьев Н.П. Основы проектирования. Азов 2011 г.
3. Игнатьев Н.П. Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов. 2012 г.
4. Осипович Л. А. Датчики физических величин, манометры.- М.: Машиностроение, 1979.-160 c
5. Сергееве А.Г. Метрология: Учебник.- М.: Логос, 2005.- 272 c.
6. Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия. - М.: Энергия, 2014.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
Фото элементов стенда на стадии разработки
Фото макета готового стенда