2. Расчётно-экономическая часть

.1 Расчет времени для нанесения покрытия

Общее время обработки деталей в ванне основного покрытия определяется по формуле:

τ = τ₁ + τ₂, (3)

где τ₁ - продолжительность процесса, мин;

τ₂ - вспомогательное время, мин.

При электрохимическом осаждении металла τ₁, (мин) определяется по формуле:

δ * γ * 60000

τ₁ = -------, (4)

с * ί_к * η

где δ - толщина покрытия, мм;

γ - плотность металла, г/см³;

с - электрохимический эквивалент, г/А*ч;

ί_к - плотность тока, А/дм²;

η - выход по току, %.

0,018 * 8,9 * 60000

τ₁ = --------- = 28,5 мин.

0,73 * 5 * 92

Вспомогательное время τ₂ зависит от типа оборудования. При непрерывном оно составляет 1 - 2 минуты. τ₂ = 2 мин.

τ = 28,5+ 2 = 30,5 мин.

Площадь детали составляет 0,007721 м²

Ванна никелирования имеет одну катодную штангу с подвеской размером 1400*250*850мм.

Площадь подвески будет равна:

_подв = 1400*850 = 1190000 мм² = 1,19 м²

В данном дипломном проекте коэффициент загрузки подвески будет равен 0,4 и, следовательно площадь подвески S^/_подв составит 0,476 м².

Отсюда, количество деталей, завешиваемых на одну подвеску будет равно:

b= S_подв./S_дет. (4)

где b -количество деталей, завешиваемых на одну подвеску, шт.

b = 0,476/0,007721 = 61,65

Подвеска рамочного типа, имеет 6 рядов, в каждом ряду по 10 деталей (b₁=60).

Коэффициент загрузки подвески рассчитывается по формуле:

К_{загр.подв}= b₁/b (5)

К_{загр.подв}= 60/61,65 = 0,97

Единовременная загрузка деталей определяется по формуле:

У= b₁*S_дет. (6)

У= 60*0,007721= 0,46 м²

Расчётный темп выхода Т_р определяется по формуле:

Т_р = Ф_в * 60 * У / Р_год (7)

где Ф_в - действительный фонд времени работы оборудования, ч;

У - единовременная загрузка деталей в ванну, м²;

Р_год - годовая программа, м².

Т_р = 5960 * 60 * 0,46/280735, 56 = 0,59 мин

Расчёт числа ванн покрытия определяется следующим образом:

τ

n = --, (8)

Т_р

где τ - общее время обработки деталей в ванне основного покрытия, мин;

Т_р - расчётный темп выхода, мин.

n = 30,5 /0,59 = 51,7 шт.

При расчётном n меньше 51 количество ванн принимаем за 51, если n больше 51, то округляем до большего целого числа:

n₁ ≈ 52 ванны покрытия

(тринадцать линий никелирования, имеющие по четыре ванны основного покрытия)

Темп выхода при 100% загрузки ванн покрытия равен отношению продолжительности процесса обработки τ к принятому числу ванн n₁:

Т= τ/ n₁, (9)

где τ - продолжительность процесса обработки, мин;

n₁ - принятое число ванн покрытия в одной линии, шт

Т = 30,5 / 4 = 7,62 мин

Потребное число автоматов m, определяется отношением принятого темпа к расчётному

m = Т / Т_р, (10)

где Т - темп выхода, мин;

Т_р - расчётный темп выхода, мин.

m = 7,62/ 0,59 = 12,9

Принимается m₁ = 13 (тринадцать линий никелирования)

Часовая производительность автомата рассчитывается по формуле:

60У

Q = ---, м² /ч (11)

Т

где У - единовременная загрузка, м²,

Т - темп выхода, мин.

60 * 0,46

Q = ------ = 3,6 м² /ч

7,62

Коэффициент загрузки автомата рассчитывается по формуле:

К = m / m₁, (12)

где m - потребное число автоматов

m₁- принятое число автоматов

К = 12,9 / 13 = 0,99

Так как продолжительность остальных технологических операций меньше выхода подвески, принимается для каждого процесса по одной ванне.

.2 Компоновка автоматических линий

Широкие функциональные возможности автооператоров (движение в прямом и обратном направлениях, передача обрабатываемого груза в поперечном направлении, перемещение по радиусу и др.) создали предпосылки для большого разнообразия компоновок автооператорных линий. Наибольшее распространение получили компоновки: однорядная прямолинейная, двухрядная овальная и двухрядная прямолинейная.

Данным дипломным проектом предлагается использовать однорядную прямолинейную компоновку, которая выгодно отличается от других компоновок экономичностью по занимаемой площади. Загрузку- выгрузку деталей можно производить как с одного конца линии, так и с противоположных концов. Линии с однорядной компоновкой удобны при монтаже, обслуживании и ремонте. Эта компоновка позволяет применять любой тип автооператоров - подвесной, портальный, консольный. В данном случае предлагается использовать подвесной автооператор. Линии с однорядной компоновкой хорошо вписываются в общий технологический поток обработки изделий. В однорядных автооператорных линиях могут быть использованы следующие варианты компоновок:

. Загрузка - выгрузка, сушка, заключительные операции, основные операции, подготовительные операции;

2. Загрузка - выгрузка, сушка, заключительные операции, подготовительные операции, основные операции;

. Загрузка, подготовительные операции, основные операции, заключительные операции, сушка, выгрузка и т.п.

Число автооператоров определяется как отношение времени, необходимого на все перемещения, паузы, подъемы и опускания автооператора, к темпу выхода подвески. Ориентировочно один автооператор с двумя движениями (подъем-опускание и передвижение) обслуживает 6-8 позиций, автооператор с тремя движениями (подъем-опускание, горизонтальное перемещение и поворот) - 11-13 рабочих позиций. При выборе компоновки ванны располагаются таким образом, чтобы автооператор имел наименьшее число холостых ходов и после выполнения очередной операции кратчайшим путем возвращался в исходную позицию.

Компоновка ванн представлена на рисунке 2.

.3 Расчет основных параметров оборудования

Расчет основных параметров оборудования начинается с определения габаритных размеров ванны основного покрытия.

Длина ванны определяется по формуле:

L_вн = n₁ L₁ + (n₁ - 1) L₁ + 2L₃, мм (14)

где L₁ - размер подвески по длине ванны, мм;

L₁ - расстояние между подвесками, мм;

L₃ - расстояние между торцевой стенкой и краем подвески, мм;

n₁ - число загружаемых на одну штангу подвесок, шт.

L_вн = 1 * 1400 + (1 - 1) * 150 + 2 * 100 = 1600 мм.

Внутренняя ширина ванн для проведения химических процессов, которые не имеют электродов, определяется по формуле:

B_вн=n₂B₁+2n₂B₂+2B₃+n₃d, (15)

где В₁ - максимальный размер детали по ширине ванны, мм;

В₂ - расстояние между анодом и ближайшим краем детали, мм;

В₃ - расстояние между внутренней стенкой продольного борта ванны и анодом, мм;

n₂ - число катодных штанг;

n₃ - число анодных штанг;

d - толщина анода, мм.

Расстояние между анодом и деталями принимается равным 100-150 мм для плоских деталей и 150-200 мм для деталей сложной конфигурации. Расстояние между внутренней стенкой ванны и анодом при наличии на стенке змеевика берется равным 80-100 мм, в остальных случаях - 50 мм. При толщине анодов 10-15 мм они в расчет не принимаются.

В_вн= 1*60+2*1*200+2*80 = 620 мм

Внутренняя высота ванны определяется по формуле:

Н _в.н. = Н₁ + Н₂ + Н₃ + Н₄, (16)

где Н₁ - высота подвески (без подвесного крючка), мм;

Н₂ - расстояние от дна ванны до нижнего края детали, мм;

Н₃ - высота электролита над верхнем краем подвески, обычно 50 мм;

Н₄ - расстояние от поверхности зеркала электролита до верхнего края бортов ванны, мм.

Н _в.н. = 850 + 200 + 50 + 100 = 1200 мм.

Определив внутренние размеры ванны, следует откорректировать их в соответствии с размерами нормализованных ванн.

В соответствии с ГОСТ 23738-79 «Ванны автооператорных линий для химической и электрохимической обработки поверхности и получения покрытий. Основные параметры и размеры.», выбираются стандартные размеры ванны: по длине - 1600 мм.; по ширине - 630 мм.; по высоте - 1250 мм.

Объём электролита определяется по формуле:

V = L_вн * В_в.н. (Н _в.н. - Н₄), (17)

где все размеры берутся в дм, а объём в литрах.

V = 16 * 6,3 * (12,5 - 1) = 1159,2 л

Расстояние между ваннами зависит от типа сопряжения: I - без вентиляционного отсоса; II - с односторонним вентиляционным отсосом; III - с двусторонним вентиляционным отсосом; IV - вентиляционный отсос у последней ванны.

Определив компоновку ванн требующих вентиляцию необходимо установить бортовые отсосы, которые необходимы в ваннах с вредными выделениями и нагревом воды свыше 60 ⁰С.

Длина линии определяется по формуле:

L_л = n L_вн + L_с + L_з.с + ∆l_з.с. + n₀ ∆l₀ + n₁ ∆l₁ + n₂ ∆l₂ + ∆l_б, мм. (18)

где n - число ванн одного типа размера, шт.;

L_вн - внутренняя ширина ванны, мм;

L_с - внутренняя ширина сушильной камеры, мм;

L_з - ширина загрузочно-разгрузочной стойки, мм;

∆l_з.с. - зазор между сушильной камерой и загрузочно-разгрузочной стойкой, мм;

n₀ - число сопряжений ванн без бортовых отсосов;

∆l₀ - зазор между стенками ванн без бортовых отсосов, мм;

n₁ - число односторонних бортовых отсосов;

∆l₁ - зазор между стенками ванн с односторонним бортовым отсосом, мм;

n₂ - число двусторонних бортовых отсосов;

∆l₂ - зазор между стенками ванн с двусторонними бортовыми отсосами, мм;

∆l_б - расстояние от наружной поверхности бортового отсоса до стенки ванны, мм.

L_л = 14 * 630 + 800 + 2415 + 800_. + 1 * 160+ 9 * 290 + 4 * 390 + 212 =

мм.

Ширина линии равна:

В_л = L_вн + В₁ + В₂, (19)

где L_вн - внутренняя длина ванны, мм;

В₁ - расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости опорной стойки для подвесных автооператоров, равное 655 мм;

В₂ - расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости площадки обслуживания, равное 1165 мм.

В_л = 1600 + 655 + 1165 = 3420 мм.

Высота линии Н_л зависит от внутренней высота ванны, способа обработки деталей (подвеска или барабан) и типа автооператора. Если внутренняя высота ванны 1125 мм и линию обслуживает подвесной автооператор, высота равна 4700 мм.

Габариты линии: 17377*3420*4700 мм

.4 Выбор источников постоянного тока

Для питания гальванических ванн постоянным током используют полупроводниковые выпрямители, а в отдельных случаях электрические машинные генераторы. Выбор источников постоянного тока производится на основании потребляемой силы тока и напряжения на ванне.

На каждую ванну устанавливают отдельный выпрямитель; если потребляемая сила тока превышает мощность выпрямителя, устанавливают два и более выпрямителей.

Сила тока рассчитывается исходя из плотности тока и единовременной загрузки деталей в ванну, выраженной в дм²

I = i_к*у_з (20)

Для ванны обезжиривания: I = 10*46 = 460 А

Для ванны активации:I = 10*46 = 460 А

Для ванны никелирования: I = 5*46 = 230 А

Расчетная сила тока I_Р должна быть увеличена на 15-20%

I_Р = I*1, 2 (21)

Для ванны обезжиривания:I_р = 460*1,2 = 552 А

Для ванны активации:I_р = 460*1,2 = 552 А

Для ванны никелирования:I_р = 230*1,2 = 276 А

Для правильного выбора источников тока необходимо знать напряжение на ванне, которое зависит от состава элемента, режима работы и межэлектродного расстояния_. Для большинства электрохимических процессов рекомендуемое номинальное напряжение выпрямителя составляет 6-12 В

Напряжение на ванне можно вычислить по формуле:

U= , (22)

где α - коэффициент, учитывающий потери напряжения в электричестве за счет газонапряжения;

β - коэффициент, учитывающий потери напряжения в контактах и проводниках первого рода;

E_a,E_k - анодный и катодный потенциал, В;

I - сила тока, А;

R - электрическое сопротивление элемента, Ом.

Электрическое сопротивление электролита рассчитывается по формуле:

(23)

где l - межэлектродное расстояние, см;

- удельная электрическая проводимость, Ом^-1_, см^-1;

R = 45/(100*0,4) = 1,125 Ом

При расчете напряжения на ванне вместо силы тока подставляем значение плотности тока, а в случае несовпадения анодной и катодной плотностей тока - среднеквадратичную плотность тока

i_ср.= √i_ai_k (24)

i_ср.= √10*5 = 7,1 А

Для ванны обезжиривания:

= (1+0,05) [0,3+0,68+(1+0,01) *7,1*1,125] = 9,5 В

Для ванны активации:

= (1+0,05) [0,3+0,68+(1+0,01) *7,1*1,125] = 9,5 В

Для ванн никелирования:

= (1+0,05) [0,3+0,68+ (1+0,01)* 7,1*1,125] = 9,5 В

Для питания гальванических ванн разработана серия преобразователей типа Т (ТЕ, ТВ, ТЕР, ВР, ТВИ) с улучшенными характеристиками.

Исходя из данных расчетов, выбираем тиристорные преобразователи для ванн обезжиривания ВАКР-630/24У, для ванн никелирования и активации ВАК-630/12У. Типовое обозначение данного агрегата рассматривается следующим образом: Т - вид выпрямителя; Е - естественное охлаждение; Р - реверс

Первая цифра указывает класс перегрузочной характеристики, вторая - номинальную силу тока, третья - номинальное постоянное напряжение; Т-О - тропическое исполнение.

Так как при прохождении электрического тока через электролит выделяется теплота, необходимо проверять объемную плотность тока.

Объемная сила тока рассчитывается по формуле:

(25)

где i_V- объемная плотность тока, А/л;

V - объем электролита, л.

Для ванны обезжиривания:i_v = 552/1159,2 = 0,476 А/л

Для ванны активации:i_v = 552/1159,2 = 0,476 А/л

Для ванны никелирования:i_v = 276/1159,2 = 0,238 А/л

Типовое обозначение данного агрегата рассматривается следующим образом: Т - вид выпрямителя; Е - естественное охлаждение; Р - реверс. Первая цифра указывает класс перегрузочной характеристики, вторая - номинальную силу тока, третья - номинальное постоянное напряжение; Т-О - тропическое исполнение.

Таблица 5

Техническая характеристика тиристорных преобразователей

Наименование операций	Тип агрегата	Номинальный ток	Номинальное напряжение	КПД%	Тип тиристора
Никелирование	ТЕ1-400/24Т-О	400	24	88	Т123-320

Все данные для выбора источников постоянного тока сводятся в форму 1.

.5 Расчёт расхода пара и сжатого воздуха

В гальванических цехах обычно нагревают электролиты и воду для промывки деталей паром. В данном дипломном проекте производится промывка в теплой воде (до 60⁰С), раствор для электрохимического обезжиривания (до 80⁰С). При расчёте расхода пара необходимо учитывать расход на разогрев воды и электролитов и расход пара на поддержание рабочей температуры. Время разогрева зависит от объёма ванн и давления пара и принимается примерно за 1 час. Расход пара на разогрев рассчитывается по формуле:

Р₁ = Р_р * t_р; (26)

где Р_р - норма расхода пара на разогрев раствора в ванне заданного размера до рабочей температуры, кг/ч;

t_р - время разогрева, ч.

Р_{1 тепл.промыв.} = 54 * 1 = 54 кг

Р_{1эл.хим.обезжиривания} = 82*1 = 82 кг

Расход пара на поддержание рабочей температуры:

Р₂ = Р_р.п. * t_р.п.; (27)

где Р_р.п. - норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, кг/ч;

t_р.п. - время работы ванны (за исключением времени разогрева), ч.

Р_{2 промыв.} = 9 * 23 = 207 кг

Р_{2 эл.обез.} =13,7 * 23 = 315,1 кг

Определив расход пара, исходя из вышеперечисленных норм рассчитывают годовой расход пара

Р_год = (Р₁ + Р₂) Т, (28)

где Т - число рабочих дней в году.

Р_{год эл.обез.} =(82 + 315,1)*253*1 = 100466,3 кг = 100,5 т

Р_{год промыв.} =(54 + 207)*253*2 = 132066 кг = 132 т

Р_общ = 100,5 + 132 = 232,5 т

Расход пара на тринадцать линии никелирования составляет:

Р_{год.общ.}= 13*232,5 = 3022,5 т

Полученные данные по расходу пара сводятся в форму 2.

Расчёт расхода сжатого воздуха

В гальванических цехах сжатый воздух расходуется, в основном на перемешивание растворов и электролитов, а также воды. Кроме того сжатым воздухом производят обдувку деталей. На обдувку расход сжатого воздуха при давлении 0,2-0,3 МПа составляет 15-20 м³/ч.

Расход сжатого воздуха на перемешивание 1 л раствора или электролита составляет (л/мин): 0,5 при слабом перемешивании, 1,0 - при среднем, 1,5 - при сильном. Объем сжатого воздуха рассчитывается по формуле:

V_{сж.возд.} = V_эл.*К*τ*n/1000, (29)

Где V_эл - объём электролита, л;

К- коэффициент перемешивания;

τ - время работы ванны, мин;

n - количество ванн, шт

Данным дипломным проектом принимается:

слабое перемешивание (а=0,5) для ванн промывки в теплой воде, травлении, электрохимическое обезжиривание;

среднее перемешивание (а=1) для ванн улавливания, электрохимическая активирования;

сильное перемешивание (а=1,5) для ванн холодной промывки, никелирования.

Объем сжатого воздуха для ванн со слабым перемешиванием (а = 0,5) равен:

_{сж.возд} = 1159,2 * 0,5 * 1440 * 4/1000= 3338,5 м³

Объем сжатого воздуха для ванн со средним перемешиванием (а = 1,0) равен:

_{сж.возд.}=1159,2 * 1,0 * 1440 * 2/1000 = 3338,5 м³

Объем сжатого воздуха для ванн с сильным перемешиванием (а = 1,5) равен:

_{сж.возд.обез.} = 1159,2 * 1,5 * 1440 * 8/1000 = 20030,98 м³

Объём сжатого воздуха для сушки:

_{сж.возд.суш} =20 * 5960 = 119200 м³

Годовой объем сжатого воздуха равен:

_{сж.возд.год}= 119200 + (3338,5 + 3338,5 + 20030,98) * 253 = 6876318,94 =

,76 * 10⁵ м³

На тринадцать линий никелирования - 893,88 * 10⁵ м³

гальванический деталь оборудование себестоимость