Разработка автоматической линии низкотемпературного фосфатирования. Часть 2

Страницы: 1 2 3 4

3 Расчетная часть

 

3.1 Выбор основного типа оборудования

 

При выборе оборудования для производства необходимо учитывать несколько факторов, таких как технологические параметры техпроцесса, тип производства, технические характеристики оборудования, сложность изготовления, настройки, ремонта и обслуживания оборудования, а также его цену.

Технологические параметры техпроцесса, такие как продолжительность операций обработки, температурный режим работы растворов и токсичность выбросов в атмосферу, также должны быть учтены при выборе оборудования.

Выбор оборудования и его количество должны соответствовать производственной программе или объёму заказа, а также его производительности. Производство по производительности условно делится на мелкосерийное, серийное, крупносерийное и массовое.

Для мелкосерийного производства рекомендуется использовать стационарные ванны и механизированные линии.

Для серийного производства следует применять автоматы различных типов и механизированные линии. Для массового и крупносерийного производства с установившейся номенклатурой следует использовать автоматы с жестким циклом.

Сегодня потребность в увеличении производства машиностроительной продукции и товаров широкого потребления, а также повышении качества продукции и сокращении материально-энергетических и трудовых ресурсов является одним из главных вопросов в промышленности.

Для решения этой проблемы необходимо увеличивать объемы производства в тех отраслях, которые обеспечивают надежную защиту изделий от коррозии, снижение их металлоемкости и улучшение товарного вида. Автоматизация и механизация процессов их нанесения позволяют не только повысить производительность труда и улучшить качество покрытий, но и устранить малоквалифицированный ручной труд, особенно в тяжелых и вредных для человека производственных условиях.

Внедрение автоматизированных систем для нанесения гальванических покрытий призвано увеличить выпуск продукции, повысить её качество, снизить долю ручного труда гальванических цехах.

За последние десятилетия автооператорные линии стали популярны во всех отраслях промышленности благодаря их функциональным возможностям. Основным элементом автооператорной линии является автооператор.

Существует три типа автооператоров: подвесной, портальный и консольный.

В данном проекте используется портальный автооператор, так как он прост в изготовлении и имеет достаточную грузоподъемность. Для проекта используется автооператор подвесного типа с грузоподъемностью 500 кг, высотой подъема 1600 мм, скоростью передвижения 10-50 м/мин, скоростью подъема-опускания 3-20 м/мин и габаритными размерами 2460х1560х2650 мм.

Детали, подвергающиеся химическим видам покрытий, обычно обрабатываются в корзинах или специальных кассетах, а подвески используются только в случае, если это необходимо из-за конфигурации деталей. Мелкие детали покрывают в барабанах.

Для процесса фосфатирования предлагается автоматическая гальваническая линия производительностью 60 м2/ч и единовременной загрузкой в барабан. В данной автоматической гальванической линии используются ванны типоразмера ДхШхВ:

— 1500x900x1000 (1050) мм;

— 1500х1000х1000 (1050)

Габариты линии 26500x4100x5970 мм.

Количество ванн в линии – 12 штук.

Количество автооператоров – 2 шт.

 

• Определение фондов времени

 

Цеха металлопокрытий; как правило, работают в 2 смены.

Таким образом, номинальный годовой фонд времени работы оборудования в часах найдем следующим образом:

(3.1)

где 365 дней в году;

— число выходных дней в году (102);

— число праздничных дней в году (16 дней);

— число предпраздничных дней в году (16 дней);

t — продолжительность работы оборудования в сутки (16 час);

— число часов, на которые сокращен рабочий день в предпраздничные дни (1 час).

= (365 — 102 — 16) • 16 — 16 • 1 = 3936 ч

С учетом потерь времени при работе оборудования действительный фонд времени ( ) составит:

(3.2)

где  — коэффициент простоя оборудования, который в зависимости от сложности оборудования и режима работы цеха может приниматься: при 1- сменной работе 2% — для ванн, для автоматов — 6%; при 2-сменной работе 3% — для ванн, 8% — для автоматов; при 3-сменной работе 4% — для ванн, 10% — для автоматов.  Т. к. в моем проекте принимается 2-сменный рабочий день с применением автоматов, то  принимается равным 0,06.

= 3936 — 3936 • 0,03 = 3818 ч

= 3936 — 3936 • 0,08 = 3621 ч

 

• Расчет автооператорной автоматической линии

 

Отправным моментом в расчете линии является правильный выбор ритма выдачи автоматом загрузочных приспособлений с обработанными деталями. Ориентировочно ритм, выдачи рассчитываем по следующей формуле:

(3.3)

где  — действительный фонд времени работы автомата, ч;

— коэффициент загрузки автомата, =0,9-0,95;

f-поверхность одного барабана, ;

n — количество барабанов в ванне, шт;

R — ритм выдачи барабанов с готовыми изделиями, с.

R = (3621 х 0,9 х 3600 х 1 х 2,18 х 1) / 50000 = 341 с

Для достижения необходимой производительности процесса требуется оптимальное количество основных и вспомогательных ванн. Длительность фосфатирования и других операций зависит от технологического процесса. Для загрузки и выгрузки деталей из ванн принимается время в 1 минуту.

Для технологических операций малой продолжительности (около 1 мин), таких, как травление, холодная и горячая промывка и др., необходимое количество ванн принимаем по 1 штуке для каждой операции.

Количество основных ванн для нанесения покрытия определяем по формуле:

(3.4)

(3.5)

где  — время пребывания детали в основной ванне, с;  — время,

необходимое для загрузки и разгрузки основной ванны, с.

Пример для ванны фосфатирования:

=600/1250 = 0,48 1

Аналогично рассчитываем количество ванн для остальных процессов. В результате расчёта получаем по одной ванне фосфатирования на каждую деталь (7 и 11), одну ванну обезжиривания на 2 типа деталей, по одной ванне травления для каждого типа деталей, одна ванна нейтрализации на каждый тип деталей.

Ориентировочное количество автооператоров, необходимое для осуществления требуемого ритма, определяется по формуле:

(3.6)

где τ — время работы автооператора за цикл;

k — коэффициент, учитывающий обратные и холостые ходы автооператора, k = 1,5-2,5.

Меньшее значение k применяют при расчетах для автоматических линий с жесткой циклограммой, большее — для линий с управлением «от кнопки на процесс».

Время работы автооператора за цикл:

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.10)

                                                (3.11)

где  — суммарное время горизонтальных перемещений автооператора, с;  — суммарное время вертикальных перемещений автооператора на подъем и опускание барабана, с;  — время остановки автооператора у ванн, с;   — время выстоя автооператора без отхода от ванн, с; L — шаг между ваннами, м; Z — общее количество ванн;  — скорость горизонтального перемещения автооператора, м/с;  — скорость вертикального перемещения автооператора, м/с; — количество ванн, у которых задерживается автооператор;  — время задержки автооператора у ванн, с; — операции, обслуживаемые без отхода автооператора;  — время выстоя автооператора без отхода, с.

= 2 х 1 х (17 + 1) / 0,83 = 44 с;

= 2 х 1,6 х (17+1) / 0,33 = 175с;

= 4 х 100 = 400 с;

= 400 х 30 = 400 с;

= 44 + 175 + 400 + 400 = 1019 с.

= (1,5 х 1019) / 1250 = 1,22  2

 

• Расчет сжатого воздуха

 

Расход сжатого воздуха на барботаж определяют по [38], исходя из нормы расхода 0,2-0,3 л/мин на 1 литр раствора по формуле:

(3.12)

Где  — расход воздуха ,л/ч;

-объем ванны,л;

−коэффициент перевода л/мин в л/ч

Барботаж используется в пятнадцати ваннах.

 

3.5. Материальные расчеты

3.5.1 Расчёт расхода воды на промывку

 

Для расчета расхода воды на промывку используется ГОСТ 9.305-84. При погружном методе промывки, независимо от ее схемы, расход воды определяется по формуле, указанной в данном ГОСТе:

(3.13)

где  — удельный вынос электролита (раствора) из ванны поверхностью деталей  в барабане (q= 0,4 / );

N — количество ступеней (ванн) промывки;

— коэффициент, учитывающий наличие ванн улавливания: 0,4 при одной, 0,15 при двух и 0,06 при трех ваннах улавливания;

n — количество промывных ванн с самостоятельной подачей воды;

— критерий окончательной промывки деталей;

F — промываемая поверхность деталей (F= 6,25 л/ч).

=Со/Сп,                                   (3.14)

где Со — концентрация основного компонента в электролите в ванне перед промывкой, г/л;

Сп — допустимая концентрация основного компонента в электролите после промывки, г/л.

После операции химического обезжиривания проводим промывку: теплую, следовательно (n=1, q=0,3 л/ , N=1,  =1, Со =15 г/л, Сн=0,1 г/л)

Ко = 350

Q =1*0,3*6,25*18,7 =35 л/ч;

т.е. 35 л/ч в ванну теплой промывки.

После операции травления проводим горячую и теплой промывки. (n=2, q=0,2 л/ , N=2, а=1, Со =150 г/л, Сн=0,1 г/л)

Ко = 2000

Q = 2*0,2*6,25*44,7 =117,75 л/ч;

т.е. 117,75 л/ч в двухкаскадную ванну холодной промывки.

После операции нейтрализации проводим 2 теплые промывки. (n=2, q=0,3 л/ , N=2,  =1, Со =15 г/л, Сн=0,1 г/л)

Ко = 350

Q =2*0,3*6,25*18,7 =70 л/ч;

т.е. по 35 л/ч в каждую ванну теплой промывки.

 

После операции фосфатирования проводим две промывки: горячую и теплую. (п=2, q=0,2 л/м2, N=2, а=1, С0=60 г/л, Сн=0,01 г/л)

Ко = 6000

Q =2*0,2*6,25*77,4 =193,5 л/ч;

т.е. по 100 л/ч в ванну горячей и теплой промывки.

Результаты расчёта расхода воды на промывку сведены в таблице 3.1

 

Таблица 3.1 — Расходы воды на промывку

 

3.5.2 Расчёт расхода химикатов

 

Общий расход химикатов складывается:

1)      из расхода на единовременное приготовление растворов (для первого года работы участка, цеха;

2)      расхода на работу.

Расчёт расхода химикатов на первоначальное приготовление рабочего раствора рассчитывается по максимальной концентрации:

(3.15)

где — масса каждого компонента раствора, кг;

Ci — концентрация каждого компонента раствора, г/л;

Vj — объём ванны (для химических ванн V=1575 л);

— количество ванн;

— сменность ванны в год (ванна фосфатирования, травления, обезжиривания -1 раз).

Пример расчёта для ванны обезжиривания:

=0,015 • 1600 • 1• 1 = 24 кг;

=0,03 • 1600 • 1 • 1 = 48 кг;

=0,03 • 1600 • 1 • 1 = 48 кг;

= 0,01 • 1600 • 1 • 1 = 16кг.

Результаты расчётов приведены в таблице 4.3.

 

Таблица 3.2 — Расход химикатов на приготовление растворов.

 

Расчёт химикатов на работу проводится по формуле:

= (r —  • с)/1000,                             (3.16)

где r — удельная норма расхода электролита (табл. 6.5 [39]), л/м2;

с — средняя принятая концентрация компонентов, г/л;

— годовая Производственная программа выбранного комплекта деталей, /год.

Пример расчёта для обезжиривания:

=(0,48 • 50000 • 15)/1000=360 кг;

=(0,48•50000 • 30)/1000=720 кг;

,=(0,48•50000•30)/1000=720 кг;

=(0,48 • 50000 • 10)/1000=240

Результаты расчётов приведены в таблице 4.4.

Расчет химикатов на замену ванны проводится по формуле:

= с•   • (1 + 0,01 • )/ Ксм (3.17)

где с — средняя принятая концентрация компонентов, г/л;

— годовая производственная программа выбранного комплекта деталей, /год;

• — процент исправимого брака при нанесении покрытий (принимаем а=5);

Ксм — удельная нагрузка технологических растворов (табл.6.10 [39]), /л.

Пример расчёта для обезжиривания:

= 15 • 50000 • (1 + 0,01 • 5 )/1,5 = 525 кг;

=30 • 50000 • (1 + 0,01 • 5 )/1,5 = 1050 кг;

= 30 • 50000 • (1 + 0,01 • 5 )/ 1,5 = 1050 кг;

=10 • 50000 • (1 + 0,01 • 5 )/ 1,5 = 350 кг.

Одним из путей снижения расхода химикатов и объема вредных сбросов является установление после ванн металлопокрытий ванн-уловителей раствора, механически захваченного обрабатываемыми деталями (и крепежными устройствами для них — подвесками, барабанами, колоколами).

Проектные нормы снижения расхода при этом, однако, не всегда обоснованы.

 

Таблица 3.3 -Расход химикатов на процесс.

 

 

3.5.3 Расход электроэнергии

 

Потребителями являются:

• автоматическая линия;
• вентиляторы;
• ТЭНы;
• насосное оборудование.

Расход электроэнергии на работу автооператорной линии:

(3.18)

где Рп — мощность автооператора, кВт;

— коэффициент использования оборудования, ч;

Тд — действительный фонд работы оборудования, ч.

= 3,8 • 1 • 3654 =13885,2 кВт ч

Расход на работу вентиляторов:

= (  П   )/η

где Рэ — мощность электродвигателя вентилятора кВт;

П — число электродвигателей;

Тд — действительный фонд работы оборудования, ч;

η — КПД выпрямителя.

W2 = (24 • 1 • 3654)/0,8 = 109620,5 кВт ч

Расход электроэнергии на ТЭНы. Потребляемая мощность ТЭНов указана в таблице 4.5.

Расход электроэнергии на насосное оборудование:

Общий расход электроэнергии:

 

Таблица 3.4 Потребляемая мощность ТЭНов

 

= 429,6 • 1 • 3654= 1569758,4 кВт ч

W =  + +

W = 13885,2+ 109620,5+ 1569758,4 = 1693263,6 кВт ч

 

• Расчет вентиляции

Расчет объема отводимого от ванны воздуха производится по формуле:

— ширина ванны, L – длина ванны, — Коэф-т, учитывающий конструкцию отсоса,  Коэф-т, учитывающий температуру электролита, — Коэф-т, учитывающий токсичность ЗВ, — расстояние от зеркала ванны до центра щели бортоотсоса.

Значения объемов воздуха удаляемого с каждой ванны приведены в таблице 3.5.

 

Таблица 3.5 Потребляеемая мощность ТЭНов

 

Общий объём удаляемого воздуха с зеркала ванны составляет 18 052  . Основываясь, на данное значение подбираем скруббер соответствующей производительности и комплект вентиляторов.

На основании выше была составлена спецификация всего оборудования (приложение 1).

Автоматизация производства

 

4.1 Концепция автоматизации технологического производства

 

Автоматизация технологических процессов — это важный шаг в повышении экономической эффективности производства. Она также способствует созданию комфортных условий для рабочих, что делает рабочие места более привлекательными. Однако, наиболее важным аспектом автоматизации является обеспечение безопасности рабочих, особенно в технологических процессах, связанных с химическими веществами и другими опасными условиями труда. При выборе средств автоматизации производственных процессов, необходимо учитывать, что это позволяет увеличить производительность труда обслуживающего персонала на 5-10% и повысить безопасность работы [40]. Прибор для измерения температуры позволяет не только измерять температуру, но и регулировать ее при помощи контроллера включающего, отключающего ТЭН. Во избежание перелива раствора из ванны предусмотрены уровнемеры кондуктивного типа.

Краткая операционная схема технологического процесса:

1. Обезжиривание
2. Промывка теплая
3. Травление
4. Промывка горячая
5. Промывка теплая
6. Нейтрализация
7. Промывка теплая
8. Промывка теплая
9. Фосфатирование
10. Промывка теплая
11. Промывка горячая

 

Таблица 4.1-Таблица регулирования параметров

 

 

 

 

Таблица 4.2 — Параметры автоматизации технологического процесса

 

 

• Контур регулирования температуры

 

При проведении процессов обезжиривания, травления, нейтрализации, фосфатирования, горячей и теплой промывки необходимо контролировать температуру в ванне. Однако, из-за потерь тепла в окружающую среду или на нагрев деталей, температура может изменяться.  Для поддержания заданной температуры в ванне можно использовать систему автоматического регулирования. Она позволяет автоматически включать и отключать ТЭНы, чтобы поддерживать необходимую температуру.

Унифицированный электрический сигнал подается на вторичный прибор-контроллер, в котором происходит сравнение заданного и текущего значения температуры. В случае отклонения текущего значения температуры от заданного в большую или меньшую сторону, подается электрический сигнал на автомат включающий, выключающий ТЭН.

 

• Контур регулирования уровня

 

Регулирование уровня производится во всех ваннах ваннах так как регулирование уровня предохраняет не только от перелива или недолива раствора, а также предохраняет перегорания ТЭНа, путем его отключения в случае низкого уровня и его автоматического подключения по мере наполнения ванны. Сигнал соответствующий уровню в ванне поступает на вторичный прибор.

Эта схема автоматической стабилизации работает следующим образом. При повышении уровня в ванне система регулирования уменьшает степень открытия клапана линии подачи жидкости, что приводит к уменьшению ее расхода, вследствие чего уровень понижается и наоборот [36].

 

• Контроль времени

 

Измерение отведенного времени на операцию осуществляется с момента запуска технологии  и регулируется с помощью программного реле времени ВС-10-66, работающего в комплекте с реверсивным магнитным пускателем ПМЕ-211.

Схема работает следующим образом: рабочий нажимает на кнопку, подвеска с деталями опускается в электролит, реле замыкается на определенное время, как только время выходит, реле размыкается и подвеска поднимается.

Страницы: 1 2 3 4