умк_кириенко_1

7.9.Основы технологии сборки машин

7.9.1.Сущность процесса сборки

Любая машина состоит из отдельных частей. Простейшей из них является деталь, т.е. изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предпри- ятии-изготовителе посредством сборочных операций, называется сборочной единицей. Таким образом, технологический процесс соединения, установки и фиксации деталей в сборочных единицах является процессом сборки готовой продукции.

Сборка является заключительной стадией всего технологического процесса изготовления сложного изделия. При разработке процессов производства изделий составляют технологические схемы сборки, определяющие базовые (с которых начинают сборку) детали, базовые сборочные единицы и последовательность сборки и комплектования деталей и сборочных единиц, имеющих для удобства сборки условные обозначения (индексы). На технологических схемах сборки условно изображают последовательность процесса с указанием индексов используемых деталей и сборочных единиц. Важнейшей задачей при разработке технологического процесса сборки является выбор его вида и формы организации.

7.9.2. Технология сборки машин

Технологический процесс сборки машин состоит из ряда операций и переходов, вид и последовательность которых определяются, прежде всего, конструктивными особенностями машины, ее сборочных единиц и деталей. Для установления последовательности операций составляются схемы сборки: на основе чертежей машины выделяют сборочные единицы и сборочные группы, которые можно собирать независимо и изолированно друг от друга с тем, чтобы затем объединить их на операциях монтажа сборочной единицы и машины.

В каждом сборочном комплекте выделяют базовую деталь, на которой непосредственно или через промежуточные элементы определяют положение всех других деталей и групп деталей, входящих в сборочный

151

комплект. Такими базовыми деталями могут быть, например, станины, плиты, рамы, корпуса коробок и т.д.

Разработка схемы сборки является ответственным этапом проектирования технологии производства машин. Значение правильного выбора схемы сборки возрастает по мере увеличения масштабов производства. При определении последовательности сборочных операций обычно стремятся начать сборку сборочных единиц и изделий с деталей, входящих в наибольшее число размерных цепей, и в первую очередь с наиболее ответственных деталей.

Технологический процесс сборки складывается из соединения со-

прягаемых деталей и сборочных единиц путем приведения в соприкосновение их основных баз (соединяемых поверхностей); проверки точности относительного положения и движения собираемых деталей; необходимой подгонки, регулировки с целью получения соединения требуемой точности; фиксации (закрепления) установленных деталей и сборочных единиц в соответствии с конструктивными особенностями машины.

Вусловиях единичного и мелкосерийного производства, когда детали не взаимозаменяемы, применяют метод индивидуальной их пригонки. Такой метод сборки требует слесарной доработки сборочных единиц: притирки, опиливания, шабрения, соосной обработки отверстий и т.д.

Вмассовом и крупносерийном производстве используется дифференциация технологического процесса сборки, под которой подразумевается деление процесса сборки на элементы для последовательного выполнения на одном или нескольких рабочих местах. Дифференциация процесса сборки в определенных пределах обычно является выгодной. Только благодаря расчленению процесса на операции и рациональному распределению их по рабочим местам можно уменьшить трудоемкость сборки на

15 – 20 %.

Проектирование технологических процессов сборки должно обес-

печивать высокий уровень механизации работ, сокращение затрат и облегчение ручного труда, внедрение передовых технологий сборки машин, использующихся на родственных предприятиях и в смежных отраслях промышленности; рациональное использование имеющихся производственных ресурсов; передовые формы организации производства и наиболее прогрессивные, экономичные методы осуществления сборочных операций. При этом необходимо правильно определять режимные параметры про-

152

цесса сборки (темп, ритм и цикл, коэффициент загрузки рабочего мес-

та и др.).

Темпом сборки называется период времени между выходами со сборки двух смежных готовых изделий.

Расчетную численность рабочих на каждой операции определяют как частное от деления времени, затрачиваемого на операцию, на темп сборки и округляют до ближайшего целого числа.

Ритм сборки – отношение количества собранных изделий к продолжительности их сборки, а время от момента поступления деталей на сборку до выпуска собранного изделия называется циклом сборки.

7.9.3. Испытания и приемка готовых сборочных единиц и машин

Опытный образец (опытную партию) продукции подвергают следующим видам испытаний (проверок): предварительным (заводским) и приемочным. В зависимости от характера связей между разработчиком, заказчиком, изготовителями и потребителями приемочные испытания опытного образца продукции могут быть ведомственными, вневедомст-

венными и государственными.

Предварительные испытания выполняют согласно заданию и технической документации и решают вопрос о возможности поступления продукции на приемочные испытания.

Приемочные испытания служат для определения соответствия продукции техническому заданию, требованиям стандартов и технической документации и определения возможности поставки продукции на производство.

Испытания проводят по программе и методике, которая обычно предусматривает проверку соответствия изделия чертежам, техническим требованиям, паспортным данным и нормам точности; показателям качества и надежности изделия; стабильности работы изделия; удобства обслуживания и проведения ремонта изделия; комплектности изделия; соответствия изделия требованиям безопасности труда. Режим испытаний предусматривает необходимые замеры мощности, производительности, габаритных размеров, скорости передвижения и других параметров машин. По методике испытаний необходимо определять схемы и средства контроля и предельные отклонения заданных параметров.

153

Предварительные испытания проводит организация-разработчик с привлечением при необходимости предприятия-изготовителя продукции и предприятий-соисполнителей.

Приемочные испытания опытного образца организует предпри- ятие-разработчик при участии предприятия-изготовителя и заказчика. По результатам приемочных испытаний комиссия оформляет протокол, на основе которого составляют акт, являющийся разрешением для поставки продукции на производство.

7.9.4. Пути повышения эффективности сборки машин

Сборка – один из наиболее трудоемких процессов в машиностроении. На сборочных операциях занято от 20 до 50 % работников предприятий. Поэтому совершенствование технологии сборки – одна из важнейших задач современного машиностроения. Весьма прогрессивным методом компоновки конструкции машины, обеспечивающим наиболее рациональную организацию процесса ее сборки и существенные преимущества в эксплуатации, является построение машины из самостоятельных агрегатов или блоков, каждый из которых может собираться и регулироваться отдельно и подается на общий монтаж в законченном виде. Такой метод позволяет сократить длительность цикла за счет организации параллельной сборки агрегатов, снизить трудоемкость изготовления изделия путем большей специализации рабочих, унификации и стандартизации отдельных агрегатов.

Важнейшими направлениями сокращения трудоемкости сборки,

составляющей обычно 10 – 14 % полной трудоемкости изготовления машин, являются внедрение поточных методов сборки и сокращение трудоемкости пригоночных работ за счет внедрения полной взаимозаменяемости деталей и сборочных единиц, а также механизация и автоматизация процессов их транспортировки к специализированным сборочным местам и на склад готовой продукции. Повышение производительности труда и сокращение производственного цикла могут быть достигнуты при частичной или полной автоматизации процессов сборки.

154

ЛЕКЦИЯ 8. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

8.1. Общая характеристика и технологические особенности химических производств

Химическая промышленность объединяет производства, в которых преобладают химические методы получения и переработки сырья и материалов. В химической отрасли промышленности основу производственных процессов составляют химические реакции, при которых происходят глубокие качественные изменения внутреннего строения и состава вещества. С их помощью на предприятиях химической промышленности производят следующую продукцию: кислоты, щелочи, соли, минеральные удобрения, растворители, лакокрасочные материалы, клеи, лекарственные вещества, каучуки, смолы, пластические массы, химические волокна и другие, неорганические и органические продукты.

Отрасль химической промышленности составляют разнообразные предприятия, которые отличаются как по технологическим процессам, так и по конечным продуктам производства. Всю химическую продукцию можно разделить на следующие классификационные группы:

1.Неорганические вещества, включающие следующие основные продукты: аммиак; неорганические кислоты (серная, азотная, соляная); содовые продукты; щелочи; минеральные удобрения и ядохимикаты; силикаты (строительная керамика, вяжущие вещества, стекло).

2.Органические вещества: продукция переработки твердых топлив; продукция переработки жидких топлив; продукция переработки газообразных топлив.

3.Продукты органического синтеза: пластические массы; химиче-

ские волокна; каучук и резина; лакокрасочные материалы.

4.Химические реактивы и особо чистые вещества.

5.Медикаменты и химико-фармацевтическая продукция.

Продукция химической промышленности используется в ряде от-

раслей народного хозяйства: в машиностроении (пластмассы, лакокрасочные материалы, клеи, герметики, резины), сельском хозяйстве (удобрения и ядохимикаты), здравоохранении (лекарственные препараты, витамины) и т.д. Это накладывает определенные требования на качество химических продуктов, оно должно соответствовать требованиям стандартов. Качество химической продукции зависит как от качества применяемого исходного сырья, так и, в значительной степени, от уровня технологии ее производства.

155

К важнейшим процессам химической неорганической технологии относится производство аммиака, неорганических кислот (серной, азотной, соляной) и минеральных удобрений (азотных, фосфорных, калийных и комплексных). Особое место отводится серной кислоте. По объему производства и области применения она занимает одно из первых мест среди продукции химической промышленности. Серная кислота служит одним из главных продуктов, определяющих развитие химической промышленности, и используется в различных отраслях производства: в химической промышленности для производства удобрений, получения красителей, пластмасс, химических волокон, при производстве нефтепродуктов и др.; в металлургии – при выделении металлов из руд; в машиностроении – при травлении; в пищевой промышленности – при получении патоки, крахмала, спирта; в текстильной при отбеливании тканей и т.д.

8.2. Производство серной кислоты

Исходным веществом при ее получении служит сернистый ангидрид SO3, образующийся при обжиге различных серосодержащих продуктов. По химическому составу серная кислота представляет собой соединение серного ангидрида SO3 с водой. В зависимости от их соотношения сер-

ная кислота может быть разбавленной, концентрированной или в виде

олеума (раствор серного ангидрида в серной кислоте). Сырьем для производства серной кислоты служат:

1.Сера – лучшее сырье для производства. При ее сжигании образуется чистый концентрированный сернистый газ, не загрязненный примесями, что упрощает его очистку при производстве серной кислоты. Но чистая сера – слишком дорогое сырье, вследствие чего себестоимость серной кислоты в два раза выше, чем при ее производстве из колчеданов FeS2.

2.Серный колчедан FeS2 широко распространен в природе. При наличии от 40 до 50 % серы в нем содержится также много ценных примесей (мышьяк, селен, медь, никель, серебро, золото и др.), которые тоже извлекаются.

3.Сероводород – значительное количество выделяется из газов нефтеперерабатывающей промышленности.

4.Отходящие газы цветной металлургии, образующиеся при пе-

реработке сернистых руд.

Использование сероводорода и отходящих газов цветной металлургии позволяет снизить себестоимость производства серной кислоты и, кроме того, улучшить условии труда на металлургических заводах и нефтеперерабатывающих предприятиях.

В настоящее время в промышленности серную кислоту получают двумя способами – нитрозным и контактным. В обоих случаях сущ-

156

ность процесса сводится к окислению сернистого газа SO2 до серного SO3 и соединению трехокиси с водой. В обычных условиях сернистый газ кислородом воздуха не окисляется, поэтому процесс окисления осуществляется либо при помощи азота, либо в присутствии твердого катализатора. Способ окисления и определяет технологию производства.

Нитрозный способ производства серной кислоты является более старым. Двуокись окисляют до SO2 при помощи нитрозной смеси, состоящей из окиси и двуокиси азота, взятых в соотношении 1:1. Этот способ обладает рядом недостатков: трудно поддается автоматизации, получаемая кислота имеет концентрацию не более 75-77 % и загрязнена примесями. Имеющиеся недостатки привели к тому, что нитрозный способ производства серной кислоты утрачивает свое значение, и преимущественное развитие получает контактный способ.

Сущность контактного способа заключается в окислении двуокиси серы в присутствии твердого катализатора. Первоначально в качестве катализатора использовали платину. Затем она была заменена более дешевым и устойчивым катализатором на основе пятиокиси ванадия V5OS.

При контактном способе производства может быть получена серная кислота практически любой концентрации и высокой степени чистоты. Такая серная кислота может быть использована в любом производстве. Серная кислота, полученная нитрозным способом по устаревшей технологии, используется при производстве сельскохозяйственных удобрений, где не требуется высокой концентрации и чистоты исходных продуктов.

8.3. Производство минеральных удобрений

Минеральные удобрения – это вещества, ускоряющие биохимические процессы формирования и роста растений в почвах, бедных питательными элементами. Минеральные удобрения разделяются по видам и числу питательных элементов на простые – азотные, калийные, фосфорные и комплексные, содержащие несколько питательных макроэлементов. Кроме того, используются минеральные удобрения, содержащие микроэлементы (йод, бор, марганец, медь), которые могут входить в состав комплексных. Внесение минеральных удобрений в почву позволяет избежать ее истощения и уменьшения урожайности.

Минеральные удобрения при правильном их использовании обеспечивают прирост урожая на 30 – 70 %. Кроме того, они улучшают качество продукции – повышают содержание сахара в свекле и винограде, крахмала в картофеле, белка в зерне, увеличивают прочность волокон льна и хлопка. Также повышается устойчивость растений к болезням, засухе и холоду. Использование минеральных удобрений в зерновом хозяйстве снижает общие затраты труда на выращивание урожая на 35 – 40 % и себестоимость зерна на 20 %.

157

Производятся минеральные удобрения в жидком и твердом виде. Жидкие удобрения экономически выгоднее, так как технология их производства проще. Однако требуются специальные склады и транспортные средства, поэтому их производство ограничено. В основном это удобрения на основе аммиака и аммиачной воды. Твердые удобрения производятся в гранулированном и мелкогранулированном виде.

Преимущественно для производства простых минеральных удобрений используют аммиак, азотную, серную и фосфорную кислоты и соли калия. Производятся они с помощью реакций химического синтеза. Наиболее распространенные азотные удобрения: соли аммония; фосфорные удобрения (фосфор усваивается растениями в виде KV); двойной суперфосфат, фосфоритная мука, преципитат, обесфторейный фосфат; калийные удобрения.

Наиболее перспективные комплексные минеральные удобрения

подразделяются на смешанные и сложные. Смешанные получаются механическим смешиванием нескольких простых удобрений, когда необходимо одновременно в один и тот же срок внести под возделываемую культуру два или более питательных веществ в строго определенном соотношении (например, суперфосфат и аммиачная селитра). Сложные получаются при химическом взаимодействии полуфабрикатов, например: аммофоса – из аммиака и фосфорной кислоты; нитрофоски – из хлористого калия, аммиака, серной кислоты и фосфорита.

Смешанные удобрения характеризуются универсальностью применения, но при изготовлении на местах потребления трудоемки, требуют специального оборудования, в результате чего не всегда обеспечивается удовлетворительное качество. Сложные удобрения имеют меньшую себестоимость, высокое качество и равномерно усваиваются. Однако они ограничены в использовании, так как для одной и той же культуры, выращиваемой в различных почвенно-климатических зонах, требуются удобрения с разным соотношением основных питательных элементов.

8.4. Технологические процессы переработки топлива

Топливом называются твердые, жидкие и газообразные горючие вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьем для химической промышленности.

В результате химической переработки различных топлив получают большое количество углеводородного сырья для производства пластических масс, химических волокон, синтетических каучуков, лаков, красителей, растворителей и т.п. Например, при коксовании углей получают бензол, толуол, ксилолы, фенол, нафталин, антрацит, водород, метан, этилен и другие продукты. В качестве сырья используются газы, выделяемые при

158

добыче нефти и ее переработке (крекинге, пиролизе, риформинге). Эти газы содержат метан, этан, пропан, бутан, этилен, пропилен и др.

Все топлива по агрегатному состоянию делятся на твердые, жидкие и газообразные; по происхождению – на естественные и искусственные. Искусственные топлива получают в результате переработки естественных топлив.

Одним из важнейших видов химического сырья является природный газ, содержащий до 98 % метана. Древесина является источником сырья, как и торф, из которого производят горючие газы, сырье для производства масел, моторных топлив, высокомолекулярных соединений. Продукты переработки топлива обеспечивают энергией тепловые электростанции, промышленные предприятия, транспорт, быт. Растет значение химического сырья. Развитие угольной и ядерной энергетики дает в будущем возможность прекратить потребление нефти и природного газа в энергетических целях и полностью передать эти виды топлива в сферу промышленности как сырье для химической промышленности, а также для синтеза белков и жиров.

Существуют следующие методы переработки твердого топлива: пиролиз (сухая перегонка), газификация и гидрирование.

Пиролиз осуществляется при нагревании топлива без доступа воздуха. В результате протекают физические процессы (испарение влаги) и химические процессы – превращение компонентов топлива с получением ряда химических продуктов. Характер протекания процессов зависит от вида перерабатываемого топлива. В основном все они требуют подвода тепла извне. Нагрев реакционных аппаратов производится горячими дымовыми газами, которые передают тепло топливу через стенку аппарата или при непосредственном соприкосновении с ним.

Газификация – процесс переработки топлива, при котором органическая часть его превращается в горючие газы, в присутствии воздуха, водяного пара, кислорода и других газов. Этот процесс экзотермический. Температура газификации составляет 900 – 1100 °С.

Гидрирование – переработка твердого топлива, при которой под влиянием высокой температуры при воздействии водорода и в присутствии катализаторов происходят химические реакции, приводящие к образованию продуктов, более богатых водородом, чем исходное сырье. Качество и количество продуктов, полученных при гидрировании, зависят от вида перерабатываемого топлива, от условий проведения процесса и ряда других факторов.

Методы переработки жидкого топлива (нефти) делят на две группы – физические и химические.

Физические методы переработки основаны на использовании физических свойств фракций, входящих в состав нефти. Химические реакции

159

при этих методах переработки не протекают. Наиболее распространенным физическим методом переработки нефти является ее перегонка, при которой нефть разделяют на фракции.

Химические методы переработки основаны на том, что под влиянием высоких температур и давления в присутствии катализаторов углеводороды, содержащиеся в нефти и нефтепродуктах, претерпевают химические превращения, в результате которых образуются новые вещества. Это тер-

мический и каталитический крекинги.

Термический крекинг – химический метод переработки нефти, суть которого заключается в расщеплении длинных молекул тяжелых углеводородов, входящих в высококипящие фракции, на более короткие молекулы легких продуктов. Термический крекинг протекает при высоких температурах (450 – 500 °С) и повышенном давлении. Термический крекинг, проводимый при температуре 670 – 1200 °С и при атмосферном давлении, называется пиролизом.

Каталитический крекинг основан на применении катализатора, который позволяет снизить температуру крекинга. Катализаторами служат глины типа бокситов, а также синтетические алюмосиликаты. Температура крекинга – 450 – 500 °С. Процесс идет при повышенном давлении.

Разновидностью каталитического крекинга является риформинг. Катализатором служит платина, нанесенная на окись алюминия.

Вышеописанные методы переработки естественных топлив позволяют получать искусственные топлива и различные нефтепродукты.

В результате коксования углей получают следующие продукты:

1.Кокс – продукт темно-серого цвета, пористость которого составляет 45 – 55 %, содержит 97 – 98 % углерода:

а) доменный кокс (диаметр более 40 мм); б) литейный кокс (диаметр от 25 мм);

в) коксовый орешек (диаметр 10 – 25 мм) применяется для производства ферросплавов;

г) коксовая мелочь (диаметр менее 10 мм) применяется для агломерации;

2.Обратный коксовый газ содержит 60 % водорода и 25 % метана, остальное – азот, окись углерода, углекислый газ, кислород, непредельные углеводороды. Применяется дня подогрева воздушного дутья в доменных печах, для обогрева сталеплавильных, коксовых и других печей; служит также сырьем для производства водорода и аммиака.

3.Сырой бензол состоит из бензола, толуола, ксилола, сероуглерода, фенолов и др. Вещества, входящие в состав сырого бензола, широко используются в производстве полимеров, красителей, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ, ядохимикатов и др.

160