Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование кузнечно-штамповочных цехов и заводов. Учебное пособие
.pdf
Таблица 9 – Среднечасовая производительность паровоздушных молотов и ГКМ
М о л о т ы
Г К М
Вес падающих
частей, т
Производительность,
кг/ч
Номер
машины
Производительность,
кг/ч
0,5
120 1 30 1 250
2
100
2
550
3
150
3
750
5
400
5
1500 - -
Группа сложности поковок
Усилие пресса, тс
600
800
1000
1200
1500
2000
3000
Весьма простые
1550
1830
3400
2400
27500
3250
4400
Простые
930
1150
1400
1640
1920
2250
2630
Средней сложности
650
850
1040
1250
1450
1750
2100
Сложные
510
600
700
790
890
1000
1150
Весьма сложные
270
320
370
430
480
570
680
при штамповке автотракторных деталей
Таблица 10 – Среднечасовая производительность ковочных прессов
для поковок различной сложности
При детальном проектировании производственная программа дается
в виде спецификации поковок. В этом случae проектирование ведется по
технологическому процессу, разработанному для всех поковок, где
установлены все операции и переходы, определены тип и мощность
оборудования, разработаны чертежи штампов, определено штучное время
на поковки и составлены технологические карты. Основная цель рассчитать загрузку в станко-часах по всем видам оборудования. Общую
загрузку оборудования по каждому типоразмеру делят на действительный
фонд времени оборудования при установленном количестве смен и
получают количество единиц оборудования.
Расчетное количество единиц оборудования определенного
типоразмера:
, (8)
где Tiт – годовая загрузка данного типа оборудования, ч.; tшт – штучное
время изготовления поковки данного типа, мин; Пiт – годовая программа
поковок для данного оборудования, шт.; Ф
– годовой фонд времени для
д.о.i
данного оборудования, ч.
Отсюда
. (9)
41
41
При расчетах П получается дробным числом, поэтому количество
шi
n
,
Cn
П
iфi
i
единиц оборудования округляют до большего, если дробь больше 0,5, если
меньше – то округление возможно в меньшую сторону, но в этом случае
нужно перераспределить поковки на другие виды оборудования для
получения их нормальной загрузки.
При детальном методе расчета оборудования проектировщики
должны учитывать время на переналадку и смену штампов. Это особенно
важно учесть при большой сменяемости штамповок на данном
оборудовании.
Время, необходимое на установку и наладку штампов для одной
машины:
где t
Т
– время на перестановку и наладку одного штампа, мин;
н.п
н.п
= t
nш , (10)
н.п
nш – количество перестановок штампов на одной машине.
Количество перестановок штампов на одной машине зависит от
программы, типоразмера машины и стойкости штампа:
(11)
где, Пi – годовая программа для данного типоразмера, шт.; n
ф.i
–
количество единиц типоразмера, шт.; Ci – стойкость штампа, определяемая
количеством отштампованных поковок.
Время на одну перестановку и наладку штампов (ч): для
паровоздушных молотов 0,5–2,5; для ГКМ 1,5–6;
для обрезных прессов 0,3–1,5.
Меньшее время берется для легких машин и несложных поковок,
большее – для тяжелых машин, более сложных и тяжелых поковок. Это
время прибавляют к общей загрузке оборудования данного типоразмера.
При штамповке обычно кузнечно-штамповочные машины работают
в агрегате. У них разное количество рабочих ходов, а, следовательно, и
разная производительность. Как правило, наименьшая производительность
бывает на штамповке, а на обрезном прессе выше. Поэтому загрузку всех
машин принимают по наиболее нагруженной.
На расчетное оборудование составляется ведомость (см.
приложение, табл. П5). В ведомость включаются все виды оборудования
цеха. Эта ведомость является основным документом для заказа
оборудования. Такие ведомости составляются при укрупненном и
детальном методах проектирования.
Для более правильной эксплуатации в цехе составляется график
работы оборудования, который учитывает всю работу, смену штампов,
обслуживание и ремонт. Такой график необходим для нормальной
42
42
эксплуатации машинного парка цеха и поддержания его в
работоспособном состоянии.
3.6. Нагревательные устройства
При проектировании нагревательных устройств необходимо в
первую очередь установить, какой вид нагрева будет применен в цехе
пламенный или электронагрев. Нагрев в пламенных нагревательных
устройствах пока наиболее универсален и дешев. Но необходимо
учитывать и наличие в районе строительства источников топлива и
электроэнергии.
После этого нужно определить, какой вид топлива использовать в
цехе – жидкое или газ. Твердое топливо, как правило, в кузнечных цехах
не применяется, так как требует специальных устройств для его сжигания,
усложняет все коммуникации, удорожает строительство требует
дополнительных площадей.
Жидкое топливо – мазут – высококалорийное и дешевое топливо.
Сжигание его в печах не представляет трудности, режим горения можно
регулировать. Но мазут имеет и отрицательные качества: санитарные условия
работы хуже, чем при сжигании газа, относительно большой угар – до 5%,
выделение газа и дыма. При сжигании мазута нужна специальная вытяжка
дыма, что усложняет сами нагревательные устройства.
Природный газ – наиболее выгодное в экономическом отношении,
удобное для сжигания в нагревательных кузнечных печах топливо. Газ
полностью сгорает, не дает дыма и позволяет хорошо регулировать режим
нагрева. При газовом нагреве окалина на заготовках не превышает 2–3%.
Санитарно-гигиенические условия труда в цехе благоприятнее.
Выбор типа печи, ее размеров и количества печей. Выбор типа
печи зависит от типа производства, т. е. объема нагреваемого металла,
марки материала, средств механизации, принятых в цехе, и других
факторов. При больших размерах заготовок применяются печи с
выдвижным подом, что облегчает погрузку и выгрузку металла – это
обычно печи для нагрева заготовок под ковку на гидравлических прессах.
Для нагрева заготовок под штамповку используют камерные печи, но в
них сложнее нагревать легированный металл. Для легированной стали,
требующей медленного нагрева в начальный период и более интенсивного
в конце, применяются методические и полуметодические печи. При работе
от прутка (высадка на ГКМ) нагревается только конец заготовки, для этого
служат специализированные печи – щелевые.
Далее определяют размер печей и их количество для цеха. Для
проектировщиков технологической части проекта эта работа сводится к
43
43
расчету площади пода печи по укрупненным показателям. При выборе
,
f
П
Fi
типа и расчете площади пода печей надо иметь в виду следующее:
1. Каждую единицу производственного оборудования должна
обслуживать одна печь (не менее).
2. Размеры выбранных печей должны обеспечивать полную
производительность кузнечного оборудования.
3. При определении размеров пода печи для нагрева заготовок под
ковку на молотах и гидравлических прессах необходимо принимать
количество подлежащего нагреву металла с учетом возможности
подогрева в ходе работы.
4. При определении размеров пода печей для нагрева заготовок под
штамповку, когда поковка подвергается одному нагреву, вес металла
нужно брать в соответствия с весом металла, необходимого для
обеспечения принятой в программе часовой производительности
штамповочного агрегата.
Общая площадь пода печи
(12)
где Пi – вес нагреваемого металла, кг; f – вес металла, снимаемого с 1 м2 в
ч, или напряженность пода, кг/м2ч.
В табл. 11 приводится производительность пода печей разного типа в
зависимости от операций. Исходя из общей площади пода печей и
учитывая приведенные выше требования, устанавливают количество
печей. Для этого выбирают стандартные размеры печей по всем группам
оборудования. При определении количества печей следует принимать во
внимание рекомендации:
для ковочных молотов с весом падающих частей до 1 т – одна
печь;
для ковочных молотов с весом падающих частей болеe 1 т – не
менее двух печей;
для гидравлических прессов – не менее двух печей;
для пневматических молотов – желательно для каждого иметь
печь.
При расчете печей обычно закладывается небольшой резерв
мощности, чтобы производительность печей была достаточной в случае
изменения программы.
Расчеты размеров и количества пламенных нагревательных
устройств сводятся в общую ведомость, где указываются все печи.
44
44
Таблица 11 – Производительность пода печей
Операция
Тип печи
Средняя
производительность
Нагрев металла:
а) под ковку
Камерные с выдвижным подом
200–250
б) слитков
С выдвижным подом
150
в) под ковку и штамповку
Методические
250–500
г) под штамповку
Камерные
350–500
Отжиг:
а) молотовые поковки
Камерные и небольшие с
выдвижным подом
40–60
б) прессовые поковки
с выдвижным подом
14–19
в) особо крупные
прессовые
с выдвижным подом
5–7
Нормализация:
а) молотовые поковки
Камерные с выдвижным подом
100–120
б) прессовые поковки
80–90
Отпуск:
Поковки прессовые
С выдвижным подом
35–40
Операция
Классы цехов
I
II
III
IV
V
1 и 2
группы
3 и 4
группы
Нагрев металла под ковку и штамповку:
- без учета термообработки
45–55
45–80
50–70
80–70
30–45
25–35
- с учетом термообработки
50–60
50–65
70–85
80–100
В проекте необходимо определить расход топлива для печей, воздуха
и количества дыма, который выделяется при сжигании топлива. Расход
топлива может быть установлен теоретическим расчетом и по удельному
расходу топлива на 1т поковок. Укрупнено расход топлива определяют по
удельному расходу. Этого вполне достаточно для проекта цеха.
Удельный расход условного топлива (%) в зависимости от веса
поковок приведен в табл. 12.
Таблица 12 – Удельный расход условного топлива
45
45
Годовой расход топлива:
топл
усл.т
услтопл
q
q
ПQQ
г
ц
г
QQ
здо
ц
г
ц
час
kФ
Q
Q
, (13)
где Q
цеха, т; q
q
топл
– удельный расход условного топлива, кг/т; П – годовая программа
усл
– теплота сгорания условного топлива (7000 ккал/кг);
усл.т
– теплота сгорания применяемого топлива, ккал/кг.
Более точно расход топлива можно подсчитать как сумму расходов
для отдельных печей, используя данные по удельному расходу условного
топлива на 1 кг нагреваемого металла для различных типов печей. Расход
топлива отдельной печью.
где Q
Q'г = k1 k2 k3 k4 Q
– расход условного топлива на 1 кг нагреваемого металла,
ном
ном
П' (q
усл.т/qтопл
), (14)
зависящий от типа печи, кг;
k1 – коэффициент, учитывающий отклонение производительности
печи от средней. Если печь используется на 90–110% от средней
производительности, то k1 = 1,04, если на 60–120%, то k1 = 1,25, если на
80–120 % то k1 = 1,7;
k2 – коэффициент, учитывающий повторяемость нагрева. Если
материал прогрет до tо = 650–800 оС, то k2 = 0,5;
k3 – коэффициент, учитывающий выход годного. Если расчет ведется
по заготовкам, то k3 = 1;
k4 – коэффициент, учитывающий расход топлива на подогрев: при
работе в две смены k4 = 1,23–1,25, в одну смену k4 = 1,25–1,4;
q
– теплота сгорания условного топлива (7000 ккал/кг);
усл.т
q
– теплота сгорания принятого топлива, ккал/кг.
топл
Расход топлива по цеху
. (15)
Для нормального обеспечения цеха топливом определяют
среднечасовой расход топлива за вычетом потерь на разогрев и простой.
. (16)
Суммарная величина максимальных расходов по цеху составит
максимальный часовой расход топлива.
При работе цеха с пламенными нагревательными устройствами
появляется значительное количество дымовых газов. В проекте
необходимо разработать схему удаления дыма из цеха. Удаление дыма
может быть естественным и принудительным. Центральные
газоотводящие каналы не должны мешать движению транспорта,
технологическому процессу. Поэтому основные дымоходы рекомендуется
располагать вдоль проездов и проходов.
46
46
В настоящее время широко применяются для нагрева заготовок под
Рабочая
частота
тока, Гц
Номинальная
мощность,
кВт
Максимальная
потребляемая
мощность, кВт
Ориентировочная
производительность,
кг/ч
Пределы
размеров
сечения
заготовки, мм
8000
50
80
100
20–60
8000
250
365
500
20–600
8000
100
165
200
20–60
3000
300
420
400
30–80
2500
100
150
200
40–115
2500
250
350
500
40–115
1000
500
650
1000
65–170
штамповку электрические способы, которые имеют значительные
преимущества перед пламенным нагревом:
1. Сокращается время нагрева примерно в 15–20 раз.
2. Уменьшается угар в 2–4 раза.
3. Вследствие уменьшения окалинообразования возможно снижение
припусков на механическую обработку.
4. Создается возможность максимальногo использования средств
механизации и автоматизации технологического процесса.
5. Заметно улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.
В кузнечных цехах применяются следующие способы
электронагрева: нагрев в печах сопротивления, контактный электронагрев
и индукционный нагрев. Наиболее распространенным способом нагрева
заготовок является индукционный.
Расчет индукционного нагрева. Для нагрева заготовок в кузнечных
цехах применяются высокочастотные машинные индукционные установки
(табл. 13).
Таблица 13 – Расчет индукционного нагрева
Расход электроэнергии в крупносерийном и массовом производстве
составляет 500–800 кВт-ч на 1 т нагреваемого металла.
По укрупненным показателям необходимая мощность генераторов
где Qуд – удельный расход электроэнергии, Qуд=0,5–0,65 кВт-ч/кг;
Пн – требуемая производительность, кг.
Общая мощность цеxa:
Суммарная установленная мощность генераторов одной группы
где kо – коэффициент одновременности работы, ko = 0,75–0,8.
Количество заготовок, одновременно нагреваемых в индукторе:
N' = Q
Пн , (17)
уд
N = N'. (18)
N
= ko N, (19)
уст
47
47
шт
t
T
n
. (20)
Род топлива или вид энергии
Теплота сгорания
топлива
Расход на 1 кг металла
Электроэнергия (силовая)
860 ккал/кВт
1,0–1,5 кВт
Природный газ
8000 ккал/м3
0,35–0,4 м3
Мазут
9500–11000 ккал/кг
0,54 кг
где Т – минимальное время нагрева, мин.
После определения типов и количества индукционных нагревателей
составляется ведомость, где указываются основные параметры (табл. 14).
Таблица 14 – Сравнение характеристик топлива и электроэнергии
для нагрева заготовок
Газовый нагрев caмый дешевый, однако благодаря большим
преимуществам широко применяется электронагрев.
Устройства для охлаждения поковок. После ковки или штамповки
поковки подвергают медленному охлаждению, чтобы избежать
коробления или появления трещин. Выбор одного из способов охлаждения
поковок производится при разработке технологического процесса и
зависит от типа производства, материала и т. д.
Охлаждение мелких поковок из углеродистых и малолегированных
сталей осуществляется в таре или на полу в общей куче, ответственных
поковок – в специальных термостатах. Это ящик, состоящий из двух,
вставленных один в другой и имеющих между стенками теплоизоляцию –
кирпич или др. Применяются cпeциальные колодцы, неотапливаемые или
отапливаемые, а также печи различной конструкции и электрические печи.
Поковки могут быть засыпаны золой, песком или шлаком.
3.7. Определение расхода энергоносителей
Современный кузнечный цех является крупным потpебителем
электроэнергии, пара, сжатого воздуха. В технологической части проекта
определяется расход всех видов энергии в укрупненных показателях.
Такие расчеты необходимы специализированным проектным группам или
организациям в качестве исходных данных для проектирования снабжения
цеха энергоносителями.
1. Электроэнергия в кузнечных цехах расходуется для работы
электрических машин и аппаратов на технологическом и вспомогательном
оборудовании, для освещения и других нужд.
В технологической части проекта определяется установленная
суммарная мощность электроприемников, активная мощность по группам
48
48
оборудования, суммарная активная мощность цехa и годовой расход
100
k
ФN....
100
k
*ФN
100
k
Ф(NkЭ
i
з
i
доi
3
11
до2
3
1
доicгодгр
Группа оборудования
Средние значения
kc
cos
Молоты, ГКМ, быстроходные механические прессы
0,45
0,65
Обрезные прессы
0,25
0,60
Металлорежущие станки
0,20
0,60
Электросварочные аппараты
0,42
0,70
Краны-манипуляторы, тельферы
0,15
0,45
Дутьевые вентиляторы, конвейеры, транспорт
0,75
0,80
Освещение
0,80
-
электроэнергии.
Суммарная установленная цеховая мощность
Nц = N1+ N2+ N3+ ... Nn = Ni кВт, (21)
где N1, N2 и т. д. определяется по ведомостям оборудования (из паспорта
машины).
Активная мощность Р будет меньше N в соответствии с величиной
коэффициента kc, который учитывает полноту использования
установленной мощности за время работы оборудования. Для определения
Р все оборудование разбивается на группы с одинаковым kc и для каждой
группы определяется Ргр.
P
= kc – Nгр, кВт. (22)
гр
Тогда
Рц = Ргр. (23)
Годовой расход электроэнергии Э
находят как сумму расходов
год.ц
электроэнергии по группам оборудования:
Э
год.ц
= Э
годгр
кВт-ч;
кВт-ч, (24)
где kз – коэффициент загрузки оборудования; Фдо – действительный
годовой фонд времени оборудования, час.
Для агрегатов, где мощность устанавливается в кВА мощность в кВт
получается умножением мощности в кВА на соs (табл.15).
Таблица 15 – Коэффициент загрузки оборудования
Годовой расход электроэнергии на освещение определяется
подсчетом мощности всех светильников и времени их работы (табл.16) с
учетом коэффициента спроса.
49
49
Таблица 16 – Средняя продолжительность работы светильников в год, ч
Географическая зона страны
Количество смен
1 2 3
Юг
150
1900
4100
Центральная часть
300
2000
4800
Северные области
400
2100
5000
Наименование цехов и отделений
Мощность, потреб. на
освещение, Вт
Механосборочные, механические, инструментальные,
штамповые, лаборатории, конструкторские и
технологические бюро
20–22
Кузнечные, литейные, прессовые, ремонтномеханические, деревообрабатывающие
16–18
Транспортные устройства
10–12
Энергетические устройства
12–15
Склады
8–10
Бытовки
10
Заводоуправления и конторы
15
При укрупненном проектировании расход электроэнергии на
освещение рассчитывается по нормам расхода в час на 1 м2 площади
(табл. 17).
Tаблицa 17 – Нормы расхода в час на 1 м2 площади
Расход электроэнергии на другие нужды определяется по
конкретным энергопотребителям.
2. Пар в кузнечных цехах применяется для работы ковочных и
штамповочных молотов, парогидравлических прессов и других целей.
Для молотов свободной ковки, работающих на выхлоп, давление
пара должно быть равным 6–7 кг/см2 при противодавлении 1,1 кг/см2, а для
штамповочных молотов – 7–9 кг/см2 при том же противодавлении. Если
отработанный пар используется для нужд цеха (нагрев воды, отопление и
т. п.) и противодавление превышает 1,5 кг/см2, то это сказывается на
работе молотов: они теряют мощность, значительно повышается расход
cвежeго пара и давление свежего пара должно быть более высоким.
Поэтому вопрос об использовании отработанного пара нужно решать с
учетом экономических расчетов.
Количество отработанного пара будет меньше, чем свежего, на
величину утечек и образований конденсата. При работе на насыщенном
паре потери составляют до 22%, т. е.
Q
= (0,78–0,82) Qсв.
отр
50
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]