12.Основы проектирования технологических комплексов для производства дсм

Анализ процесса, происходящего в аппарате, и расчет его параметров начинаются с определения условий равновесия сис­темы с учетом известных законов массообмена, гидро- и термо­динамики. Чаще всего для этих целей составляют энергетиче­ский и материальный баланс процесса.

Энергетический баланс составляют на основе закона со­хранения энергии, согласно которому в изолированной среде (аппарате) сумма всех видов энергии является постоянной вели­чиной, энергия не создается и не уничтожается, она переходит из одного вида в другой.

Одной из разновидностей энергетического баланса процес­са, происходящего в аппарате, является, например, тепловой баланс, который в общем виде можно описать

уравнением:

- теплота, вносимая в аппарат и отводимая с

готовым продуктом; Q_p - теплота, выделяемая в ходе реализа­ции процесса; Q_r - потери теплоты в окружающую среду.

По полученным данным определяют конструктивные и энергетические параметры аппарата.

Материальный баланс основан на использовании закона сохранения массы, согласно которому количество мате­

риала, поступающего в аппарат, равно количеству М_г гото­вого продукта, выходящего из аппарата в ходе реализации в нем процесса и возможных потерь сумМ_п.

В основе организации рабочих процессов многокомпонент­ных систем, которые имеют физико-химическую природу, ле­жит принцип Ле Шателъе. В ходе реализации сложного процес­са любая многокомпонентная система с течением времени пере­ходит в состояние равновесия, которое само в ней устанавлива­ется и не изменяется во времени. При этом в системе не проис­ходят никакие процессы. Если внешним воздействием вывести систему из состояния равновесия, в ней самопроизвольно нач­нутся процессы, которые возвратят систему в новое состояние равновесия с учетом прошедших внешних изменений.

Например, в процессе варки стекла используется много­компонентная шихта, в результате чего реализуется равновес­ный процесс, обеспечивающий получение стекла с заданными технологическими свойствами. Если изменить количество од­ного из компонентов шихты, процесс выйдет из равновесия. За­тем он стабилизируется, вступит в качественно новое равнове­сие пропорционально измененному компоненту, что в целом приведет к получению стекла уже с другими свойствами.

Наибольшее число параметров в многокомпонентной мно­гофазной системе, которые можно изменять, не нарушая равно­весия, определяют с помощью правила фаз Гиббса для различ­ных систем:

где Ф - число фаз (количество физически однородных веществ в системе); К - число компонентов в системе; С - число незави­симых переменных, значение которых можно произвольно из­менять без нарушения состава и числа фаз в системе.

13.Понятие “Технологический комплекс” и его структура

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС - совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов или операций.

Основной ячейкой комплексно-автоматизированных производств и участков является роботизированный технологический комплекс (РТК), который представляет собой совокупность технологического оборудования, ПР, вспомогательного оборудования (оснастки, инструмента, тары, транспортеров), средств контроля и системы управления. РТК размещается на определенной площади и предназначен для выполнения одной или нескольких технологических операций в автоматическом режиме.

Структура РТК и степень участия человека в производственном процессе зависят от уровня механизации и автоматизации, избираемого для данных конкретных условий, и характера связей с внешними и смежными производственными подразделениями.

Роботизированные технологические комплексы комплектуются из устройств нескольких основных групп:

• ПР, которые выбирают для компоновки РТК, исходя из требуемой грузоподъемности, числа степеней подвижности, зон обслуживания, обслуживаемого технологического оборудования и экономики;

• приспособления в виде специально спроектированных кронштейнов с элементами крепления ПР к технологическому оборудованию и перемещения их в трех координатах;

• загрузочные устройства: вибробункеры со сменными лотками и ориентаторами, координатные столы, шиберы, отсекатели, кассетные механические загрузчики с подачей ориентированных заготовок вверх и т. п.;

• разгрузочные устройства, роторные механизмы, вибробункеры, специальные контейнеры или тара, а также накопители (использующие ориентацию детали для передачи ее на последующие операции) и разгрузочные площадки (применяемые при работе нескольких ПР и передаче заготовок от одного робота к другому при синхронном выполнении нескольких технологических операций);

• устройства (блоки) синхронизации работы систем управления технологическим оборудованием (РТК) и числового программного управления, обеспечивающие взаимодействие всех механизмов и устройств.

Исходя из общности структуры построения, все роботизированные технологические комплексы можно разделить на два основных класса:

• 1) РТК, в которых ПР используются вместе с основным технологическим оборудованием;

• 2) РТК с ПР, оснащенными переносными орудиями труда.

В зависимости от числа входящих в РТК единиц технологического оборудования и ПР каждый класс подразделяют на четыре типа:

I — наиболее простые РТК, которые могут использоваться не только в серийном, но и в мелкосерийном производстве. При этом один ПР обслуживает одну единицу технологического оборудования.

На рис. 5, а показана компоновка РТК, при которой ПР 2 извлекает из загрузочного устройства 3 деталь и устанавливает ее в фиксирующее приспособление технологической машины 1. Управляющее устройство 4 обеспечивает последовательность работы всех элементов РТК.

При компоновке РТК, показанной на рис. 5, б, ПР 2 оснащен технологическим инструментом 6 (краскопультом), а роль загрузочного устройства выполняет подвесной цепной конвейер.

Рассмотренные компоновки РТК широко применяют при автоматизации операций механической обработки, холодной штамповки, сварки и окраски.

II — РТК, близкие по составу к автоматическим линиям, т. е. в них входит несколько единиц технологического оборудования, которое обслуживает один робот, выполняющий вспомогательные операции по транспортировке, установке и снятию деталей.

При компоновке РТК, показанной на рис. 5, в, подвесной монорельсовый ПР 2 обслуживает несколько технологических машин /^установленных в линию. Кроме того, в РТК входят загрузочное устройство 3 и накопитель 5. ПР 2 извлекает деталь (заготовку) из загрузочного устройства 3 и устанавливает для обработки на технологическую машину 1, после чего снимает ее и укладывает в накопитель 5, Управляющее устройство 4 обеспечивает автоматический цикл работы РТК.

На рис. 5, г показана компоновка РТК, при которой технологические машины 1 расположены по окружности, а ПР 2 — в середине. ПР извлекает детали (заготовки) из загрузочного устройства 3 и устанавливает для обработки на технологические машины 1, а после обработки снимает их и переносит в накопитель 5.

Рассмотренные компоновки РТК перспективны при создании многопредметных групповых технологических линий и наиболее приемлемы в серийном и крупносерийном производстве.

III — РТК, характеризующиеся высокой степенью автоматизации технологических процессов, в которых несколько ПР обслуживает несколько единиц технологического оборудования.

На рис. 5, д показана компоновка РТК, при которой технологические машины I и обслуживающие их роботы 2 установлены в линию. ПР извлекают детали (заготовки) из загрузочного устройства 3 и последовательно передают их на технологические машины, выполняющие различные операции. Готовые детали укладываются последним роботом в накопитель 5. Каждый робот и обслуживаемое им технологическое оборудование имеют автономную систему управления 4.

РТК типа III наиболее приемлемы для обработки деталей по групповой технологии, так как наличие нескольких единиц технологического оборудования позволяет значительно увеличить число выполняемых операций и вариантов технологических процессов.

IV — эти РТК состоят из одной единицы технологического оборудования, обслуживаемой несколькими ПР. В этом случае оборудование (рабочее место) находится в центре зоны обслуживания, а роботы расположены по окружности или с двух сторон (рис. 5,е). Такая компоновка РТК в промышленности используется на операциях сборки и контактной сварки.

Целесообразность применения РТК одного из четырех типов определяют в зависимости от условий производства, уровня автоматизации оборудования, программы выпуска деталей или изделий, технологического цикла, времени выполнения одной операции и необходимого числа операций.

В системе промышленного производства можно выделить три класса технологических процессов: добыча сырья, переработка сырья в полуфабрикат, переработка полуфабриката в товарный продукт. Первый класс включает в себя добычу твердых, жидких или газообразных полезных ископаемых, заготовку сырья лесопромышленным и сельскохозяйственным комплексами; второй — технологии изменения агрегатного состояния или химического состава вещества; третий — технологии изменения формы и состава вещества для получения готового товарного продукта. Во всех технологических процессах участвуют транспортные и подъемно-транспортные системы, обеспечивающие единство и непрерывность технологических процессов. В каждом классе технологических процессов имеются подклассы, отражающие особенности сырья и способы его добычи, переработки и изготовления из него готового продукта. Например, при добыче твердого сырья выделяются технологии подземной, надземной (открытой) и водно-транспортной разработок. При переработке стали — продукта сталеплавильного производства — применяются технологии непрерывной разливки стали и переработки заготовок, полученных в результате охлаждения стали в специальных колодцах.