2.2 Проектирование основного производства

2.2.1 Расчет параметров технологического потока

Технологическим потоком называется выполнение последовательно сменяемых друг друга технологических операций в процессе производства изделий на технологических линиях формовочного цеха.

Технологический поток характеризуется следующими основными параметрами: ритмом, темпом и количеством формовочных постов (технологических линий) в цехе [4].

Ритм работы технологической линии характеризует скорость потока и определяется исходя из:

- заданной производительности (R¹);

- продолжительности операций формования (R²);

- норм проектирования (R³).

При этом следует помнить, что ритм работы технологической линии, определенный как по заданной производительности (R¹), так и по продолжительности операции формования (R²), должен быть меньше максимальной продолжительности работы линии (R³), определенной по нормам проектирования [5]. Если R¹ и R² оказываются больше, чем R³, то линия будет работать неэффективно, поэтому следует предусмотреть выпуск дополнительного объема изделий.

Ритм работы технологической линии (R¹), мин, исходя из заданной производительности цеха, определяется по формуле:

, (2.1)

где R¹ – средний директивный ритм технологического потока, мин;

Т_ф – годовой фонд рабочего времени, сут;

n_c – количество рабочих смен в сутки;

t_c – продолжительность рабочих смен, ч;

Q_г – требуемая годовая производительность (производственная мощность) линии, м³;

К_н – коэффициент, учитывающий возможный выпуск некондиционных изделий;

V_ср – средневзвешенный объем одной формовки, м³.

Т_ф; n_c; t_c; К_н – принимаются на основании норм технологического проектирования предприятий сборного железобетона [5].

Ритм работы технологической линии (R²), исходя из продолжительности операций формования, может быть определен по формуле:

, (2.2)

где t_ф – продолжительность операции формования, мин;

t_оп – время на операцию изготовления данного изделия по «Нормам времени…» [6];

t_пер – время на перемещение формы с поста на пост по «Нормам времени…» [6];

К_в – коэффициент, учитывающий непроизводительные потери времени. Определяется по формуле:

, (2.3)

где t_р – время регламентированных перерывов (подготовительно-заключительное время, время на обслуживание рабочего места, время на технологические перерывы, время на отдых), %, определенное по «Нормам времени…» [6].

Максимальная продолжительность ритма работы технологической линии (R³), исходя из норм технологического проектирования, определяется по [5].

Если выполняется условие R³> R¹ и R³> R², то определяется количество формовочных постов (технологических линий) как частное от деления R²/R¹ или R³/R¹.

Число формовочных постов (количество технологических линий) округляется в большую сторону до ближайшего целого.

Темп характеризует производительность технологического потока и рассчитывается по формуле:

или (2.4)

Таким образом, темп равен среднему количеству формовок или объему изделий за один час работы линии.

Количество установок, обеспечивающих выполнение годовой программы, рассчитывается по универсальной формуле [4]:

(2.5)

где N_у – количество установок (например, кассет, стендов, камер ТВО, отдельных форм, агрегатов);

t_ц – длительность одного цикла работы установки (таблица 2.3);

N_и – количество форм в установке (например, отсеков в кассете).

Таблица 2.3

Формулы для расчета длительности цикла работы установки

№п/п	Вид установки	Формулы для расчета длительности цикла, ч
1 2 3	I Поточно-агрегатная технология Пост формования Камера ТВО Формы	tц=Rп/60 tц=(2Nи - 1)/ T+ tТВО+ tц= Nп/ T+ tкам
4	II Кассетное производство Кассетные установки	tц=tр+tп+tф+tТВО+
5 6 7	III Конвейерная технология Пост формования Камера ТВО (щелевая, вертикальная, тоннельная) Формы	tц= Rп/60 tц=1,5tТВО tц=1,5(Nп + 1)/ T+ tкам
8 9	IV Стендовая технология Короткие стенды Линейные стенды	tц=tр+tп+tф+tТВО+ tц=24

Условные обозначения:

R_п – ритм потока, мин;

T – темп потока;

N_и – количество изделий в установке (камере ТВО, кассете, стенде);

t_ТВО – цикл тепловлажностной обработки;

- средние потери времени, ч (связанные с двухсменной работой формовочных линий, перерывами на обед и др. – 4-6 ч). Более точно определяется циклограммой работы установки;

N_п – количество постов на формовочной линии;

t_кам – длительность цикла работы камеры, ч;

t_р – время распалубки, ч;

t_п – время подготовки (чистка, смазка, армирование), ч;

t_ф – время формования, ч.

В общем случае под установкой следует понимать: камеру ТВО (ямную, щелевую, тоннельную, вертикальную и др.), линейный или короткий стенд, кассетную установку, отдельно взятую форму, пост, передел, линию и др.

Данная формула является универсальной, но учитывает режим работы формовочного цеха, предусмотренный нормами технологического проектирования (двухсменный - без тепловой обработки и трехсменный – для тепловой обработки).

Суточная производительность такой «установки» может быть определена по формуле:

(2.6)

Годовая производительность установки:

(2.7)

Годовая производительность технологической линии, имеющей несколько установок:

(2.8)

где N_у – количество установок (например, кассет, стендов, камер ТВО, отдельных форм и пр.) на технологической линии.

2.2.2 Пример расчета агрегатно-поточной линии

Необходимо рассчитать агрегатно-поточную линию по производству предварительно напряженных плит пустотного настила производительностью 30 тыс. м³ в год (по бетону). Тепловлажностная обработка осуществляется в пропарочных камерах ямного типа.

Режим работы линии принимаем по ОНТП-07-85:

- расчетное количество рабочих суток в году – 253;

- количество рабочих смен в сутки – 2;

- продолжительность рабочей смены в часах – 8.

Пустотные плиты перекрытий формуются по одному изделию на поддоне.

Средневзвешенный объем бетона в одной формовке (в изделии) составил 1,07645 м³.

Ритм работы технологической линии R¹, исходя из заданной производительности цеха, определяется по формуле 2.1:

= мин.

Ритм работы технологической линии R², исходя из продолжительности операций формования, определяется по формуле 2.2:

,

где t_оп – время на операцию изготовления плиты пустотного настила. Принимается по «Нормам времени…» или заимствуется из заводской практики изготовления аналогичных изделий. По данным завода ЖБИ Стройкомплекса ОАО ММК t_оп=10,5 мин;

К_в – коэффициент, учитывающий непроизводительные потери времени, равный ;

t_пер – время на перемещение поддона с поста на пост. По «Нормам времени…» t_пер=1,5 мин.

мин.

Максимальная продолжительность ритма работы технологической линии R³ определяется по ОНТП-07-85.

R³=15 мин

Принимаем ритм работы технологической линии, исходя из длительности операции формования: R²=14,42 R³=15 мин.

Условие R³> R¹ и R³> R² выполняется. Следовательно, число формовочных постов (количество технологических линий), необходимое для выполнения годовой программы цеха определяется по формуле:

или

.

Таким образом, заданная производительность (30 тыс. м³) будет обеспечена при реализации одного из следующих вариантов:

- вариант 1: в пролете располагается две технологические линии, состоящие из одного формовочного поста, необходимого числа ямных пропарочных камер и подготовительных постов (обрезка предварительно напряженной арматуры, съем изделия с поддона, чистка и смазка, армирование). Каждая технологическая линия обслуживается специализированной бригадой рабочих. Обе линии будут работать с ритмом R_л=15 мин;

- вариант 2: в пролете располагается одна технологическая линия, оснащенная двумя формовочными постами, необходимым количеством ямных пропарочных камер и подготовительных постов. Линия обслуживается одной бригадой рабочих. Изготовление изделий на каждом формовочном посту осуществляется с ритмом 15 мин. Ямная пропарочная камера на 6 изделий по вертикали загружается одновременно с двух постов. Ритм поступления изделий в камеру, а также движение изделий по подготовительным постам в этом случае осуществляется с ритмом 7,5 мин, т.е. ритм работы технологической линии составляет в этом случае R_поток = 7,5 мин, темп – Т_поток = 60/7,5 = 8 формовок в час.

Производительность (Q_г) технологической линии, расположенной в пролете (по варианту 2), определяется по формуле 2.1:

= м³ в год.

Число элементных циклов (постов) принимается в соответствии с числом технологических операций по изготовлению плит и средней продолжительности их с учетом времени на перемещение формы с поста на пост. Все расчеты сведены в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

Расчет количества постов и назначение технологического оборудования

№ операции	Наименование операции	Длительность операции*,tц,, мин	Назначение поста	Ритм работы, R, мин	Количество постов	Номер поста	Требуемое оборудование
1	Установка поддона на виброплощадку	1,0	пост формования	15	1	1, 1а	Мостовой кран с автоматической траверсой, самоходный портал
2	Укладка и уплотнение первого слоя бетонной смеси	1,0+2,0= 3,0					Бетоноукладчик, виброплощадка
3	Ввод пустотообразователей	1,0					Формовочная машина
4	Установка вертикальных арматурных каркасов и верхней сетки	2,0	пост формования	15	1	1, 1а	______
5	Укладка и уплотнение второго слоя бетонной смеси	2,0+2,0=4,0					Бетоноукладчик, виброплощадка
6	Извлечение пустотообразователей	1,0					Формовочная машина, самоходный портал
7	Отделка верхней поверхности изделия, освобождение строповочных петлей, заделка отверстий в торце изделия	2,0					______
8	Съем поддона с отформованным изделием и передача его в пропарочную камеру	1,0					Мостовой кран с автоматической траверсой, самоходный портал
9	Установка поддона с пропаренным изделием на пост распалубки, чистки, смазки	0,5	пост распалубки, чистки и смазки	7,5	2	2,2а	Мостовой кран с автоматической траверсой
10	Обрезка предварительно напряженных стержней	6,0					Керасинорез
11	Съем изделия с поддона	1,0					Мостовой кран с автоматической траверсой
12	Чистка и смазка поддона	6,0					Скребок, метелка, распылитель-удочка
13	Съем поддона	0,5					Мостовой кран с автоматической траверсой
14	Установка очищенного поддона на пост армирования	0,5	пост армирования	7,5	2	3,3а	Мостовой кран с автоматической траверсой
15	Установка нижних сеток	2,0					_______
16	Нагрев и установка на поддон 6 нагретых арматурных стержней	6/2* 400/100 =12					Установка для электронагрева стержней
17	Съем поддона	0,5					Мостовой кран с автоматической траверсой

* Нормы времени заимствованы с действующих предприятий или рассчитаны по техническим характеристикам механизмов и носят ориентировочный характер.

Количество ямных пропарочных камер для тепловой обработки панелей рассчитывается по формуле 2.5:

где t_ц – длительность работы камеры. Определяется по формуле 1.2 из таблицы 2.3:

ч

Длительность режима ТВО принимается по [5]. В расчете принято t_ТВО=12 ч, =4 ч.

Принимаем 17 ямных камер.

Требуемое количество камер окончательно устанавливается на основании недельно-суточного графика работы камеры.

Производительность камер ТВО составляет:

- суточная (формула 2.6) =

= м³;

- годовая (формула 2.7) = м³;

- годовая всех камер (формула 2.8) =

= м³.

Пропускная способность камер обеспечивается.

Необходимое количество форм определяется также по формуле 2.5:

,

где t_ц – длительность цикла работы формы (формула 1.3 по таблице 2.3):

ч

Согласно таблице 2.4 принимаем 6 постов.

Кроме форм, находящихся в обороте, необходимо обеспечить 5% запаса форм для замены ( форм).

Производительность форм составляет:

- суточная (формула 2.6) =

= м³;

- годовая (формула 2.7) = м³;

- годовая всех форм (формула 2.8) =

= м³.

Пропускная способность потока формами обеспечивается.

Производительность 2 постов формования:

- длительность цикла формования (формула 1.1 из таблицы 2.3) ч;

- суточная (формула 2.6) =

= м³;

- годовая (формула 2.7) = м³

Пропускная способность обеспечена.

Необходимое технологическое оборудование формовочной линии цеха принимается по [7, 8]:

- бетоноукладчик СМЖ-69Б;

- виброплощадка СМЖ-187Г;

- формовочная машина СМЖ-227Б;

- самоходный портал СМЖ-228Б;

- установка для электронагрева стержней СМЖ-129Б.

Технические характеристики принятого оборудования сводят в таблицы.

2.2.3 Пример расчета конвейерной линии

Необходимо рассчитать конвейерную линию по производству однослойных панелей наружных стен производительностью 77 тыс. м³ (по бетону). Тепловлажностная обработка осуществляется в пропарочных камерах ямного типа.

Режим работы линии принимаем по ОНТП-07-85:

- расчетное количество рабочих суток в году – 247;

- количество рабочих смен в сутки – 2;

- продолжительность рабочей смены в часах – 8.

Средневзвешенный объем бетона в одной формовке (в изделии) составил 4,1 м³.

Ритм работы технологической линии R¹, исходя из заданной производительности цеха, определяется по формуле 2.1:

= мин.

Ритм работы технологической линии R², исходя из продолжительности операций формования, определяется по формуле 2.2:

,

где t_оп – время на операцию изготовления стеновой панели. Принимается по «Нормам времени…» t_оп=17 мин;

К_в – коэффициент, учитывающий непроизводительные потери времени, равный ;

t_пер – время на перемещение поддона с поста на пост (технологическая пауза). По «Нормам времени…» t_пер=

=1,5 мин.

мин.

Максимальная продолжительность ритма работы технологической линии R³ определяется по ОНТП-07-85.

R³=28 мин

Принимаем ритм работы технологической линии, исходя из длительности операции формования: R²=21,9 мин.

Условие R³> R¹ и R³> R² выполняется. Следовательно, число формовочных постов (количество технологических линий), необходимое для выполнения годовой программы цеха определяется по формуле:

.

Таким образом, заданная производительность (77 тыс. м³) будет обеспечена при реализации одного из следующих вариантов:

- вариант 1: в пролете располагается две конвейерные линии, работающая каждая с ритмом R_л=2 =25 мин. Ритм работы технологической линии составит при этом R_поток = 12,5 мин;

- вариант 2: в пролете располагается одна двухветвевая конвейерная линия, работающая с ритмом R¹=12,5 мин на постах подготовки и с ритмом мин на каждой из двух ветвей формования. Ритм работы технологической линии также, как и в первом варианте, составит R_поток=12,5 мин, а темп – Т_поток=60/12,5=4,8.

Производительность (Q_г) технологической линии, расположенной в пролете (по варианту 2), определяется по формуле 2.1:

= 77775м³ в год.

Число элементных циклов (постов конвейерной линии) принимается в соответствии с числом технологических операций по изготовлению панелей наружных стен, средней продолжительности каждой технологической операции [6] с учетом времени на перемещение формы с поста на пост. Все расчеты сведены в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

Расчет количества постов двухветвевой конвейерной линии и назначение технологического оборудования

№ операции	Наименование операции	Длительность операции*,tц,, мин	Назначение поста	Ритм работы, R, мин	Количество постов	Номер поста	Требуемое оборудование
1	Подъем из камеры	10	подготовка	12,5	1	1	Подъемник
2	Распалубка и съем изделия	19,1			2	2,3	Механизм раскрытия бортов, кантователь, мостовой кран
3	Чистка, смазка	9,2			1	4	Скребок, удочка-распылитель
4	Сборка формы	11,5			1	5	Механизм сборки
5	Укладка ковров отделочной плитки	17,2			2	6,7	_____
6	Установка арматуры	19,6			2	8,9	Кран консольный
7	Укладка нижнего фактурного слоя	9			1	10	Бетоноукладчик
8	Передача формы с одной ветви на другую	10			1	11	Передаточный мост
9	Укладка и уплотнение бетонной смеси	19,6	формование	25	1	12,12а	Бетоноукладчик
10	Выдерживание (пост загрузки бетоноукладчиков)	20			1	13,13а	_____
11	Укладка верхнего фактурного слоя	6			1	14,14а	Раствороукладчик
12	Затирка, заглаживание. доводка	12,7
13	Снятие проемообразователей	18,4	доводка		1	15,15а	Мостовой кран
14	Очистка формы от налипшего бетона	8,1			1	16,16а	_____
15	Выдерживание	16
16	Снижение в камеру	10	____		1	17,17а	Снижатель

Длина конвейерной линии без учета постов снижения и подъема определяется следующим образом:

м,

где n – число технологических постов (без учета постов снижения и подъема) на конвейерной линии;

L_ф-в – длина формы-вагонетки (L_ф-в=7,16 м);

L₁ – зазор между формами-вагонетками на верхнем ярусе конвейерной линии (L₁=0,6…1,2 м);

Полная длина конвейерной линии (включая посты снижения и подъема) составит:

м,

где L_под-сн – длина подъемника-снижателя. Принимается по справочным данным.

Количество щелевых камер

Принимаем, что наружные стеновые панели из керамзитобетона класса В5 формуются на поддоне формы-вагонетки СМЖ-3010-А с габаритными размерами 7,16 3,26 0,8 м. Габариты наибольшего изделия – 5,99 2,66 0,3 м. Продолжительность тепловой обработки изделий в щелевой камере по ОНТП-07-85 – 10 ч (3+6+1).

В камере вагонетки располагаются одна за другой, без зазоров (кроме двух – по краям), то есть одна вагонетка толкает другую.

Число форм-вагонеток, располагающихся в камере, определяется по формуле:

форм-вагонеток,

где l₂ – зазор между первой (или последней) в составе формы-вагонетки и краем камеры, м (обычно l₂=0,3…0,7 м). Принимаем l₂=0,44.

Если число форм-вагонеток в расчете получается дробное, то подбирают величину зазора l₂ такую, чтобы получилось целое число вагонеток.

Число камер, необходимых для обеспечения принятого режима тепловой обработки и заданной производительности, определяется по формуле 2.5:

,

где t_ц – длительность работы камеры, ч. По формуле 3.6 из таблицы 2.3:

ч;

Т – темп потока,

.

Принимаем 3 щелевые камеры.

Одной из особенностей конвейерной технологии является то, что пост формования и камеры ТВО работают в одном ритме, то есть соблюдается условие:

,

где - количество форм во всех камерах ТВО.

В связи с этим необходима корректировка длительности цикла ТВО:

ч.

Таким образом, можно увеличить зону изотермической выдержки. Фактическая продолжительность режима тепловой обработки составит 10,625 (3+6,625+1) часа, что позволит несколько снизить расход цемента в бетоне.

Производительность щелевой камеры составляет:

- суточная (формула 2.6) =

= м³;

- годовая (формула 2.7) = м³;

- годовая всех камер (формула 2.8) =

= м³.

Пропускная способность (77 тыс. м³) обеспечена.

Необходимое количество форм определяется также по формуле 2.5:

форм.

где t_ц – длительность цикла работы формы, ч. По формуле 3.7 из таблицы 2.3:

ч;

ч.

Производительность форм составляет:

- суточная (формула 2.6) =

= м³;

- годовая (формула 2.7) = м³;

- годовая всех форм (формула 2.8) =

= м³.

Пропускная способность (77 тыс. м³) обеспечена.

Производительность 2 постов формования:

- длительность цикла формования (формула 3.5 из таблицы 2.3) ч;

- суточная (формула 2.6) =

= м³;

- годовая (формула 2.7) = м³

Пропускная способность обеспечена.

2.2.4 Пример расчета кассетной линии

Необходимо рассчитать кассетную линию по производству панелей внутренних стен производительностью 40 тыс. м³ в год (для завода КПД производительностью 450 тыс. м² в год).

Режим работы линии принимаем по ОНТП-07-85:

- расчетное количество рабочих суток в году – 253;

- количество рабочих смен в сутки – 2;

- продолжительность рабочей смены в часах – 8.

Панели внутренних стен изготавливаются в десятиотсечной кассетной установке СМЖ-3302.

Средневзвешенный объем изделия составляет 2,123 м³.

Ритм работы технологической линии R, исходя из заданной производительности цеха, определяется по формуле 2.1:

= мин.

Темп потока рассчитывается по формуле 2.4:

формовок в час

или

м³/ч.

Длительность цикла работы кассетной установки составляет (формула 2.4 из таблицы 2.3):

t_ц = t_р + t_п + t_ф + t_ТВО + =1+2+1+9,5+4=17,5 ч.

t_р; t_п; t_ф; t_ТВО – определены по ОНТП-07-85.

Требуемое количество установок находится по формуле 2.5:

.

Таким образом, для выполнения годовой программы цеха принимаем 6 кассетных установок.

Производительность кассетных установок составляет:

- суточная (формула 2.6) =

= м³;

- годовая (формула 2.7) = м³;

- годовая всех кассетных установок (формула 2.8)

= м³.

Пропускная способность потока кассетными установками обеспечена.

2.2.5 Пример расчета стендовой линии

Необходимо рассчитать стендовую линию по производству предварительно напряженных балочных конструкций производительностью 15 тыс. м³ в год.

Объем бетона в одной балке 1,87 м³. Класс бетона по прочности В30.

Ритм работы технологической линии R, исходя из заданной производительности цеха, определяется по формуле 2.1:

= мин.

Расчетный ритм можно принять 30 мин.

Темп потока рассчитывается по формуле 2.4:

формовки в час

Производство балок можно организовать как в коротких стендах (вариант 1), таки в линейных стендах (вариант 2).

Вариант 1. Короткий стенд представляет собой спаренную несиловую форму на 2 изделия. Армирование производится стержнями. Длительность цикла работы стенда определяется по формуле 3.8 из таблицы 2.3:

t_ц = t_р + t_п + t_ф + t_ТВО + =1+1+1+9,5+4,5=17 ч,

где t_ТВО – длительность тепловой обработки

t_р; t_п; t_ф – время на распалубку, подготовку стенда и формования (принято по опыту завода ЖБИ-500 ОАО Магнитострой).

Требуемое количество коротких стендов определяется по формуле 2.5:

стендов.

Производительность одного короткого стенда составляет:

- суточная (формула 2.6) =

= м³;

- годовая (формула 2.7) = м³;

- годовая всех стендов (формула 2.8) =

= м³.

Вариант 2. Принимаем линейный стенд на 8 изделий. Армирование производится канатами. Длительность цикла работы линейного стенда длиной до 100 м принимаем по ОНТП-07-85 t_ц = 24 ч.

Количество стендов находим по формуле 2.5:

стенда.

Производительность одного линейного стенда составляет:

- суточная (формула 2.6) =

= м³;

- годовая (формула 2.7) = м³;

- годовая всех стендов (формула 2.8) =

= м³.

В обоих вариантах выполнение годовой программы обеспечено.