Проектирование цехов машиностроительного производства

Выбор оборудования производится на основании сравнения эксплуатационных данных различных печей,агрегатов,автоматических линий.Расчет потребного оборудования ведется по нормам,принятым для отдельных деталей или групп деталей.Все расчеты в техническом проекте оформляются в ведомостях специальной формы.

В экономическую часть технического проекта входит расчет рабочей силы по нормированному времени,составление организационной схемы управления цехом,составление калькуляции себестоимости продукции и технико-экономические показатели.

В технический проект входит планировка оборудования с указанием потребителей воды,пара,электроэнергии,воздуха высокого давления и т.д. и планировка вспомогательных помещений цеха,схема грузопотоков,разрез здания цеха и план подвала.

Конечной стадией проектирования являются рабочие чертежи.

В рабочие чертежи входит конструирование отдельных агрегатов,печей,проекты вентиляции,газо-,мазуто- воздухопроводов,водопровода,канализации,разработка подетальных карт технологического процесса и проектирование приспособлений.

В рабочие чертежи входит также составление рабочей планировки цеха с точной привязкой оборудования,т.е. с точными координатами расположения оборудования относительно колонн или стен цеха.Рабочие чертежи на промышленные разводки увязываются со строительными чертежами цеха.

Рабочие чертежи не оформляются в виде записки, как это делается для проектного задания и технического проекта, а состоят из отденьных задании на проектирование трубопроводов,оборудования,приспособлений альбома разработанных чертежей по этим заданиям и альбома технологических карт.

На этом завершается проектирование цеков, после чего следует монтаж оборудования и пуск производства.

Разработка технологии.Начальной стадией технического проектирования является разработка технологических процессов.

При проектировании важно выбрать наилучший вариант технологического процесса,обеспечивающий получение высококачественной продукции и проводимый в наикратчайшее время при малой стоимости обработки.Поэтому при разработке технологического процесса намечается несколько вариантов,из которых выбирается оптимальный.Главное внимание при этом должно быть сосредоточено на новых,передовых методах технологии.Для обоснования экономической выгодности того или иного технологического процесса и выбора оборудования делается соответствующий расчет.

Технологический процесс оформляется в виде технологических (или операционных) карт.В технологическую карту входит перечень всех операций обработки детали или группы деталей с указанием подробных данных по этим операциям.

Операционные карты составляются для ряда деталей,проходящих одну и ту же операцию на каком-либо оборудовании.При большом количестве деталей рекомендуется произвести унификацию марок технологической операций.

Литература:1 осн.[503-505],8 доп.[158-161]

Контрольные вопросы:

1.Сведения о строительных чертежах.

2.Классификация производства.

3.Массовое производство.

4.Классификация производства и термических цехов.

5.Стадии проектирования.

6.Технологическая карта.

7.Проектное задание.

Лекция №8. Тема: Тепловая энергия. Выбор оборудования. (2 часа)

Выбор источника тепловой энергии. Выбор источника тепловой энергии производится с учетом имеющихся местных топливных ресурсов.Это является главным при выборе источника тепловой энергии. Однако такой принцип не всегда может быть соблюден.

В районах с большими запасами твердого топлива можно запроектировать газогенераторную станцию для ратификации угля п получаемый газ использовать для отопления печен или же применить в качестве источника тепла электроэнергию. Главными источниками тепловой энергии для цехов являются газ и электроэнергия. Использование для печей газа обходится дешевле, но применение электроэнергии позволяет лучше автоматизировать процесс и. кроме того. является более гигиеничным. Как в газовых, так и в электрических печах нагрев можно вести в контролируемой атмосфере. В газовых печах в этом случае используют радиационные трубы для сжигания газа или муфели для нагрева металла.

Основанием для проектирования цехов является годовая программа. Программа составляется таким образом, чтобы она могла служить основанием для составления технологического процесса и выбора оборудования.

Режим работы цеха. Установление сменности работы цеха связано с характером, технологией и объемом производства, а также с количеством наличного оборудования. В массовом производства, при наличии больших конвейерных и толкательных печей экономически оправдывает себя непрерывная работа (в три смены), так как иначе будут иметь место большие затраты топлива и времени на разогрев. С другой стороны, при небольших камерных печах подготовка их, т.е. разогрев до рабочей температуры, не будет вызывать больших потерь времени. Поэтому в случае массового производства работу цеха проектируют в три смены, а в цехах для обработки изделий с небольшими партиями - в две смены.

Работа в одну смену хотя и применяется, но является нерентабельной, так как при этом будет малое использование оборудования и увеличенный расход топлива или электроэнергии.

Технологические процессы, преобладающие в проектируемом цехе, также имеют большое значение при выборе сменности работы. В случае, когда в цехе имеются такие длительные процессы, как цементация и азотирование, удобнее применять трехсменную работу, независимо от размеров оборудования. В некоторых случаях, когда в цехе преобладают короткие по времени процессы (закалка, отпуск), но имеется одна или несколько печей для цементации, можно принять для цеха двухсменную работу, а для участка цементации - трехсменную. Объем производства при наличии данного количества оборудования вынуждает иногда применять работу в три смены в термических цехах штучного и мелкосерийного производства; это имеет место, когда программу цеха нельзя выполнить при имеющемся оборудовании в две смены. Появляется необходимость или вводить третью смену, или добавлять оборудование. Установка нового оборудования требует новых производственных площадей, и поэтому часто вводят третью смену.

При возможности следует проектировать работу термических цехов в две смены, так как третья смена, помимо резерва производства, служит для проведения ремонта оборудования.

Годовой фонд времени оборудования. Следующим этапом проектирования является определение годового фонда времени оборудования.

Годовым фондом времени оборудования называется время работы оборудования в течение года, выраженное в часах.

Количество рабочих дней в году для большинства цехов, отделений и участков определяется вычитанием выходных и праздничных дней из полного годового числа календарных дней.

Годовой фонд оборудования составляется, как видно из определения, в часах за вычетом выходных дней, праздничных дней и потерь времени на ремонт оборудования и переналадку режимов.

Потери времени составляют 4-6% при двухсменной работе и 6-11% при трехсменной работе. Эта потеря времени падает главным образом на планово-предупредительный ремонт и в некоторой части на переналадку режимов печей.

При проектировании цехов машиностроительных заводов различают следующие разновидности фондов времени работы оборудования: календарный, номинальный и действительный.

Календарный годовой фонд времени оборудования равен произведению числа часов в сутки на число календарных дней в году, т. е. 24 х 365 = 8750 час.

Номинальный годовой фонд времени оборудования получается путем исключения из календарного годового фонда времени часов, приходящихся на выходные, праздничные дни и недоработанные в предвыходные и праздничные дни.

Как уже указывалось, номинальный фонд не может быть полностью использован, так как имеются потери времени на ремонт и переналадку режимов печей.

Условия выбора оборудовании. Оборудование выбирают по параметру, наиболее характерному для выполняемой операции и в максимальной степени выявляющему функциональные возможности оборудования. При этом учитывают местные энергетические ресурсы, требования к охране окружающей среды и возможности приобретения того или иного вида оборудования. Большая свобода выбора оборудования имеется при проектировании новых термических цехов. При реконструкции же действующих термических подразделений нередко ориентируются на использование имеющегося оборудования, что уже заранее определяет конкретные организационные формы выполнения операций, характер технологической оснастки и др. При выборе учитывают температурный режим, составы технологических сред, точность регулирования параметров, стоимость оборудования, занимаемую площадь, расход энергоносителей, систему обслуживания.

Оборудование периодического действия используют главным образом в мелкосерийном и единичном (опытном) производстве. С целью быстрого выхода на рабочий режим и переключения на другие режимы это оборудование должно обладать широкой производственной маневренностью. Для выполнения операций, связанных с предварительной продувкой садки нейтральной атмосферой и с медленным охлаждением в производстве серийного типа, применяют оборудование полунепрерывного действия, в том числе разъемные печи.

В условиях большого объема производства однотипных изделий, стабильности технологических режимов и высоких требований к качеству обработки используют оборудование поточного действия.

В соответствии с температурным режимом операции выбирают термическое оборудование, различающееся температурным диапазоном и характером технологической системы.

При выборе оборудования по источнику теплоты учитывают экономичность и недефицитность энергоносителя, требования к точности регулирования температурного режима, к условиям труда термистов и окружающей среды.

Особенно важно выбрать рациональный вид энергоносителя для обогрева высокотемпературных печей. Во многих производствах на одноцикловую высокотемпературную обработку 1 т изделий расходуют 110--150 мі газового топлива или 600 -- 800 кВт-ч электроэнергии. При многоцикловой обработке расход энергоносителей возрастает в два и даже в три раза. Поэтому затраты на технологические энергоносители в некоторых термических подразделениях составляют 15--50 % цеховой себестоимости.

Форма и степень герметичности рабочего пространства оборудования определяются составом технологической среды, количеством одновременно обрабатываемых изделий,способом их ориентации. Большое влияние на выбор формы оказывает способ закалки некоторых деталей. При закалке длинномерных деталей в свободном состоянии с целью предупреждения их прогиба часто используют шахтные или коридорные печи и вертикальные закалочные баки, в которых эти детали нагревают и закаливают в подвешенном (вертикальном) положении. При закалке же подобных деталей в заневоленном состоянии нередко применяют оборудование, в котором указанные детали нагревают в горизонтальном положении и в таком же положении закаливают в прессах или штампах. Наибольшую сложность представляет выбор печей поточного действия. При компоновке многопозицонных технологических комплексов (линий') необходимо предусмотреть рациональную систему межоперационной и межстадийной передачи изделий, с тем чтобы до минимума сократить применение ручного труда.

Характер производства. Следующим этапом проектирования является выбор оборудования. Это один из ответственных разделов проекта, так как правильно выбранное оборудование обеспечивает высокое качество обрабатываемой продукции, требуемую производительность и экономичность обработки.

Выбор типа оборудования определяется характером производства. Различают штучное (единичное), серийное и массовое производство.

При штучном характере производства изготовляются единичными экземплярами детали различных конструктивных форм и размеров. При таком производстве необходимо применение универсального оборудования.

При серийном производстве однотипные детали изготовляют партиями или сериями, которые запускают в производство одновременно. В зависимости от численности однотипных деталей в партии или серии серийное производство подразделяется на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. При серийном производстве стоимость обработки уменьшается в сравнении со штучным производством. Примером штучного производства может служить штамповый цех, а серийного производства инструментальный цех. Эти виды производства требуют установки камерных или шахтных печей или ванн.

При массовом производстве однотипные детали изготовляются в весьма значительных количествах на протяжении года и имеют стандартную форму, размеры, вес и материал. Необходимым условием массового производства является осуществление принципа взаимозаменяемости, т. е. детали должны подходить ко всем изделиям данной марки без пригонки и дополнительной обработки. При массовом производстве необходимо наличие механизированного оборудования высокой производительности. Массовое производство характеризуется низкой себестоимостью обработки и весьма высокой производительностью оборудования.

Наиболее совершенной формой организации производства является поточный метод. Поточные методы широко внедряются в серийном производстве. Наиболее эффективной организацией является поточно-массовое производство. Характерными признаками такого производства являются:

1) дифференциация технологических процессов на элементарные операции, каждая из которых закреплена за отдельным рабочим местом;

2) применение высокопроизводительного оборудования, комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, автоматические линии;

3) поточные линии с расстановкой оборудования в порядке последовательности операций технологического процесса;

4) отсутствие складочных мест у оборудования; передача деталей наследующую операцию сразу после окончания предыдущей;

5) обеспечение одинаковой или кратной длительности операций для получения ритмичности в работе.

Выбор оборудования. В зависимости от формы и размеров деталей, процессов и характера производства каждый цех (отделение) имеет свое характерное оборудование.

В отжигательных и кузнечных термических цехах (отделениях) обработке подвергаются отливки и поковки, которые требуют сравнительно простых технологических операций термической обработки. Основным оборудованием, устанавливаемым в этих цехах, являются печи камерные, с выдвижным подом или толкательные.

Для обработки деталей, изготовленных холодной штамповкой, применяются газовые и электрические конвейерные печи с контролируемой атмосферой.

Выбор оборудования для проектируемого цеха должен быть произведен на основании характеристики оборудования и в соответствии с разработанной технологией. На основе, разработанного технологического процесса типы оборудования подбираются таким образом, чтобы полностью обеспечить выполнение этого технологического процесса (или одной из операций технологического процесса), а основные размеры печей выбираются исходя из характера производства и габаритов обрабатываемых деталей.

Размеры рабочего пространства печей уточняются после предварительных расчетов потребности в оборудовании.

Литература: 1 осн. [509-510], 1 осн. [506-508]

Контрольные вопросы:

1. Годовой фонд времени оборудования

2. Режим работы цеха

3. Источник тепловой энергии

4. Какие виды фондов времени различают?

5.Массовое и серийное производство

6.Чем определяется выбор типа оборудования?

Лекция №9. Расчет оборудования. Выбор здания. (2 часа)

Расчет потребности оборудования. Для расчета потребности оборудования существует два метода. При первом методе расчет потребности оборудования производится по укрупненным показателям. Такой расчет применяется в проектных заданиях и расширенных проектных заданиях и заключается в том, что количество потребного оборудования определяется исходя из производительности принятого оборудования - часовой или удельной. Так как производительность печей зависит от той операции, которая на ней выполняется, то в проектных заданиях, прежде чем приступить к расчету потребного оборудования, составляют ведомость распределения деталей программы по операциям. Затем производится определение задолженности печи, т. е. количества часов работы печи, которое требуется для обработки однородной группы деталей по программе. Расчет потребного количества оборудования по укрупненным показателям производится следующим образом. Допустим, что для закалки 340 000 кг деталей в год выбрана печь, которая имеет производительность 50 кг/час. Тогда требуемая задолженность печи составит 340 000 / 50 = 6800 час. Если это количество часов разделить на 3910 (фонд времени работы оборудования при двухсменной работе в течение года), то получим 6800/3910=1,74 печи.

Таким образом, расчетное количество печей будет составлять 1,74. Дробное число округляют до целого и получают так называемое принятое количество печей, т. е. две печи. Коэффициент загрузки печи определяется из отношения1,74*100/2= 87%.

Второй метод расчета оборудования является более точным и заключается в том, что он производится по нормам времени для каждой детали программы. Этот метод расчета называется расчетом по нормированному времени, для чего в техническом проекте составляются загрузочные ведомости, т. е. ведомость загрузки по каждому выбранному типу оборудования. Некоторые проектные организации составляют более подробные ведомости технологического процесса с указанием технологических условий, но без технологических карт.

В результате расчета по второму методу задолженность печи определяется более точно. Дальнейший расчет производится аналогично первому методу, т. е. задолженность печи в часах делится на фонд времени оборудования и определяется количество печей, потребных для выполнения того или иного процесса по годовой программе.

Полученный в результате расчетов коэффициент загрузки печей должен приближаться к 90-95%, и, если он получается слишком малым (например, 30-40%) следует или выбрать другую печь меньшей производительности, или же, если возможно, перенести обработку этих деталей в другую, недостаточно загруженную печь.

Пониженный коэффициент загрузки допускается для оборудования лишь в том случае, если его установка вызывается технологической необходимостью или обеспечивает. удобства в работе. Это допускается, например, для отпускных печей, ванн для отпуска концов деталей, закалочных, баков, ванн для изотермической закалки.

Если же коэффициент загрузки при расчете получается для нескольких однотипных печей выше 95%, то следует брать запасную печь; при этом коэффициент загрузки понизится.

Например, допустим, что задолженность толкательной печи составляет 24 500 час. Тогда, разделив на фонд времени оборудования при трехсменной работе, получим 24 500 : 6180 = 3,95 печи.

Если примем четыре печи, то коэффициент загрузки будет 3,95*100/4=98%,если же примем с запасом пять печей, то коэффициент загрузки будет 3,95*100/5= 79%, что является приемлемым.

Количество оборудования в непрерывно-поточной линии определяется но формуле



С_р=Т_ш/т

где Т_ш - штучное время обработки на данной операции, мин.

Т - такт выпуска деталей с линии, мин.

Такт выпуска с автоматической линии равен т=60Fд/Qг

Поэтому

С_Р=ТшQг /60 Р_д

где Qг - годовой объем выпуска изделий;

Р_л -действительный фонд времени работы оборудования.

Количество потребного оборудования для очистки, правки и других дополнительных операции определяется головой программой и производительностью оборудования.

Подъемно-транспортное оборудование рассчитывают в зависимости от типа, объема производства и расположения в цехе основного оборудования.

Количество приборов для контроля качества продукции (прессы Бринелля, Роквелла, Викерса, магнитные и ультразвуковые дефектоскопы и т.д.) рассчитывают в зависимости от нормы - контроля годовой программы и производительности приборов.

Производительность маслоохладительной установки (ккал/ч) рассчитывают по формуле

Q=сА(Тн-Тк)

где с- теплоемкость стали, ккал/(кг.град);

А - среднее количество охлаждаемого металла, кг/ч;

Тн - температура охлаждаемого металла ⁰С;

Тк - температура охлажденного металла, ⁰С.

Количество масла (кг/ч), необходимое для охлаждения металла, определяют по формуле:

р =Q/C_м(Т₁-Т₂)

где С_м - теплоемкость масла (0,45 ккал/кг.град);

Т₁ -температура масла, поступающего в маслоохладитель (50°С)

Т₂ -температура масла , выходящего из маслоохладителя (39 °С).

Объем масла (л/ч)

V =Р/ р = Р/0,9

где р - плотность масла, р=0,9

Производительность установки (м³/ч) V, = у/1000

После расчета потребного количества основного, дополнительного, вспомогательного оборудования и технико-экономического обоснования необходимо определить расход топлива. Это производится расчетным путем на основе теплового баланса. Тепловой баланс делают также для того, чтобы выявить отдельные статьи прихода и расхода топлива.

Наилучшим способом межоперационного транспортирования деталей является создание поточных линий с полной автоматизацией процесса перемещения изделий с помощью различных конвейеров, толкателей, рольгангов и т.п. Однако в некоторых случаях при транспортировке крупногабаритных изделий создание таких линий затруднительно. В этих случаях применяют различное подъемно-транспортное оборудование: мостовые краны, монорельсы с электротельфером, поворотные и передвижные краны, автокары, тележки.

Выбор здания. Типы зданий. Наиболее удобным цехом является одноэтажное здание шириной в один или несколько пролетов.

Пролетом здания называют расстояние между продольными осями сетки колонн или рядами колонн, а шагом колонн - расстояние между поперечными осями сетка колонн.

Основные параметры цеха - ширину пролета L, шаг колонны t и высоту пролета h -выбирают из действующих нормативов, которые предусматривают унифицирование габаритов зданий для всех отраслей промышленности. Ширина пролета принимается 18, 24, 30 и 36 м, шаг колонн - 6 или 12 м, высота кранового пролета - 10,8-19,8 м

В настоящее время на заводах цеха располагаются в унифицированных типовых секциях (УТС). УТС - это объемная часть здания (блок или отсек), состоящая из одного или нескольких одинаковых пролетов постоянной высоты. Длина секции не превышает 72м (вдоль пролета), а ее максимальная ширина (поперек пролета) равна 144м. Высота пролета секции зависит от транспортного оборудования: для подвесного транспорта грузоподъемностью до 5 т - 6-7,2 м, для мостовых кранов до 30 т - 10,8-12,6 м.

Основные УТС имеют размеры в плане 144 х72 м, 72 х72 м с сетками колонн 18 х12 и 24 x12 м.

Применение УТС обеспечивает максимальное использование железобетонных конструкций, упрощает планировку цеха, соответствует санитарно-техническим и противопожарным требованиям.

Лучшей шириной пролета для термического цеха является 18 м, поскольку при такой ширине печи могут быть размещены в три ряда. Длина цеха определяется количеством запроектированного оборудования, но принимается кратной шагу колонн, который составляет 6 или 12 мм.

В конструкции здания для устранения напряжений, которые образуются вследствие температурных перепадов (зима - лето) устраивают температурный шов: в железобетонных сооружениях - на расстоянии 40 м, со стальным каркасом - 120-150 м. Зазор температурного шва между двумя колоннами равен 25- 30 мм и сохраняется по всей высоте стены до фундамента.

Разбивочные оси рядов и поперечных осей колонн наносятся штрих-пунктирной линией и обозначаются марками в кружках диаметром 6 мм. Оси маркируют арабскими цифрами и прописными буквами. Цифрами маркируют оси колонн по длине здания, а буквами - по ширине. Последовательность маркировки осей слева направо и снизу вверх.

Литература: 1 осн. [510-514]

Контрольные вопросы:

1.Коэффициент загрузки

2.Фонд времени работы оборудования

3.Расчет оборудования.

4.Выбор здания.

Лекция № 10. Тема: Элементы зданий и их конструкций. Компоновка и планировка оборудования в производственных цехах. (2 часа)

Элементы конструкции здания.

Основными конструкциями здания являются стены, колонны, покрытия, фермы, перекрытия, фонари, фундаменты и пр. К второстепенным элементам здания относятся полы, перегородки, окна, двери, тамбуры, ворота и лестницы.

Стены являются важным конструктивным элементом, и в общей стоимости одноэтажных зданий на них приходится 10%. Они должны удовлетворять следующим основным требованиям:

-обеспечивать поддержание необходимого температурно-влажностного режима в здании; -быть прочными и устойчивыми под воздействием статических и динамических нагрузок; -быть огнестойкими и долговечными; технологичными в устройстве;

- иметь хорошие эксплуатационные качества, возможно меньшую массу и хорошие технико-экономические показатели.

Стены зданий с взрывоопасными производствами должны быть легкосбрасываемыми при воздействии взрывной волны.

По характеру работы стены подразделяют на несущие, самонесущие и навесные. Несущие стены устраивают в зданиях бескаркасных и с неполным каркасом и выполняют из кирпича, мелких или крупных блоков. С учетом специфики планировки промышленных зданий для помещений больших размеров стены планируют значительной протяженности. Для их устойчивости устраивают пилястры с наружной или с внутренней стороны. Для повышения устойчивости стен при значительном шаге колонн устраивают фахверк, который является как бы связующим каркасом стены на отдельном участке.

Самонесущие (ненесущие) стены выполняют в основном ограждающие функции и несут только свою массу, опираясь на фундамент.

Навесные стены выполняют только отражающие функции и передают свою массу на колонны каркаса, за исключением стен нижнего яруса (цокольного), опирающегося на фундаменты.

Железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий могут быть с консолями и без них (если отсутствуют мостовые краны). По расположению в плане их подразделяют на колонны средних и крайних рядов.

В зависимости от поперечного сечения колонны бывают прямоугольные, таврового профиля и двухветвевые. Размеры поперечного сечения зависят от действующих нагрузок.

Колонны могут состоять из нескольких частей, которые собирают на строительной площадке. Колонны с консолями включают надкрановую и подкрановую ветви. Сечение надкрановых ветвей чаще всего квадратное или прямоугольное - 400x400 или 500x500 мм. Длину колонн принимают с учетом высоты цеха и глубины их заделки в фундамент, которая может быть для колонн прямоугольного сечения без мостовых кранов 750 мм, для колонн прямоугольного и двутаврового сечения с мостовыми кранами 850 мм, для двухветвевых колонн 900-1200 мм.

Стальные колонны могут иметь постоянное по высоте сечение и переменное. Изготовляют их на заводах стальных конструкций из прокатных профилей, соединяемых между собой сваркой или клепкой. У нижнего конца колонны устраивается башмак для передачи нагрузки от колонны на большую площадь фундамента.

Несущие конструкции покрытия фермы - это важнейший конструктивный элемент здания. По характеру работы они бывают плоскостными и пространственными, а по материалу делятся на железобетонные, металлические и комбинированные.

Железобетонные фермы (рис. 4) используют в зданиях при пролетах 18, 24, 30 и 36м.

Фермы могут быть сегментные, арочные, с параллельными поясами, треугольные и др. Между нижним и верхним поясами ферм располагают систему стоек и раскосов.

Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных элементов. Более эффективными несущими конструкциями покрытия являются стальные фермы.

Пояса и решетку ферм конструируют из уголков или труб и соединяют между собой сваркой. Сопряжение ферм с колоннами в основном делают шарнирное.

Покрытия промышленных зданий состоят из несущей и ограждающей частей. В состав ограждающей части покрытия могут входить:

-несущий настил, поддерживающий ограждающие элементы;

-пароизоляция, предохраняющая теплоизоляционный слой от увлажнения водяными парами;

-теплозащитный слой, устраиваемый для защиты помещения от теплопотерь зимой и перегрева летом;

-выравнивающий слой (стяжка), предназначенный для выравнивания нижерасположенного слоя из цементного раствора или асфальта;

-кровля (водоизоляционной слой из рулонных или листовых материалов), служащая для защиты помещения от атмосферных осадков;

-защитный слой, устраиваемый из крупнозернистого песка или гравия на битумной смазке для защиты кровли от воздействия прямых солнечных лучей.

В зависимости от температурно-влажностного режима помещений покрытия могут быть утепленными и холодными. Утепленные покрытия устраивают в отапливаемых помещениях, а также в зданиях с незначительными тепловыделениями (термические цехи, цехи горячей штамповки и др.)

Над неотапливаемыми помещениями, а также в горячих цехах с значительным тепловыделениям устраивают холодные покрытия, в которых отсутствуют теплоизоляционный слой и пароизоляция.

Фонарями называют остекленные или частично остекленные надстройки на покрытии здания, предназначенные для верхнего освещения производственных площадей, а также для необходимого воздухообмена (аэрации) в помещениях. По назначению фонари подразделяют на световые, аэрационные и комбинированные.

По профилю сечения фонари бывают прямоугольные, трапециевидные, треугольные, М-образные, шедовые и зенитные. Необходимость устройства фонарей должна быть обоснована. Так, для защиты помещений от попадания прямых солнечных лучей нужно применять шедовые фонари с остеклением, обращенным на север. Комбинированные фонари для многопролетных зданий следует устраивать преимущественно одинаковой высоты во всех пролетах. В неотапливаемых зданиях с наружным водоотводом не рекомендуется применять М-образные фонари. Отвод воды с фонарей проектируют наружный и внутренний. Наружный водоотвод принимают неорганизованным при высоте здания не более 10 м, а также устраивают организованный через водосточные воронки.

Фонари (кроме зенитных) изготовляют из стали. Железобетон применяют крайне редко. В последнее время разработаны эффективные конструкции зенитных фонарей, представляющих собой конструкцию для светопропускания в покрытии. Светопрозрачные конструкции, которые выполняют из пластмасс, индустриальны в изготовлении, имеют незначительную массу, высокую прочность, простоту монтажа и удобство эксплуатации.

Фундаменты - важный конструктивный элемент здания, воспринимающий нагрузки от надземных его частей и передающий се на основание. По конструкции фундаменты могут быть ленточные, столбчатые, сплошные.

В общем, объеме промышленного здания трудоемкость устройства фундаментов составляет 6-8%. По способу устройства фундаменты бывают сборные и монолитные. Под колоннами предусматривают отдельные фундаменты с подколенниками стаканного типа.

При выборе вида и конструктивного решения пола прежде всего необходим учет характера производственных воздействий на пол, а также требований, выполнение которых обеспечит эксплуатационную надежность и долговечность пола.

В связи с этим полы промышленных зданий должны удовлетворять следующим требованиям:

-обладать высокой механической прочностью;

-иметь ровную и гладкую поверхность, не скользить;

-быть малоистираемыми и не пылить при движении по ним транспортных средств и людей;

-иметь хорошую эластичность, устраняющую повреждение предметов при падении на пол;

-быть бесшумными;

-обладать малым коэффициентом теплоусвоения;

-иметь водонепроницаемость, влагостойкость, стойкость против возгорания и стойкость против химических агрессивных веществ;

-обеспечивать возможность проведения быстрого и малотрудоемкого ремонта;

-быть индустриальными в устройстве;

-легко очищаться и долго сохранять красивый внешний вид.

Уровень пола первого этажа должен быть, как правило, выше планировочной отметки участка территории на 150 мм. В отдельных случаях, при высоком уровне грунтовых вод, уровень пола может быть поднят на 500 мм выше планировочной отметки.

Название пола зависит от материала его покрытия. В зависимости от конструкции и способа устройства покрытия полы разделяют на полы из штучных материалов и сплошные (монолитные). В одноэтажных производственных зданиях полы устраивают обычно непосредственно на грунте основания, в многоэтажных - на перекрытиях. В состав пола на грунте входят следующие конструктивные элементы: основание, подстилающий слой и покрытие. Другие слои устраивают в зависимости от требований. Основанием под полы для одноэтажных зданий обычно служит естественный грунт. В слабые грунты основания часто для усиления добавляют гравий или щебень, а затем этот слой уплотняют катками, вибраторами или трамбовками. Подстилающий слой (подготовка) располагается поверх основания и предназначен для распределения нагрузки по основанию. Тип подготовки зависит от принятого вида покрытия и технологических требований, а ее толщина - от нагрузок и характера основания и может быть принята от 80 до 250 мм.К сплошным полам относятся глинобитные, гравийные и щебеночные, бетонные и цементно-песчаные, мозаичные и металлоцементные, асфальтобетонные, ксилолитовые и др.

Рис.9 Типы фундаментов промышленных зданий: а -монолитный: б- сборный составной; в - свайный; г -сборный ребристый; д- сборный пустотелый; е - с подколонником пенькового типа; 1 - ростверк; 2 - свая

Глинобитные полы устраивают в некоторых горячих цехах. Покрытие пола состоит из смеси глины, песка и воды и совмещает в себе функции подстилающего слоя. Необходимая прочность материала покрытия составляет не менее 2 МПа (20 кгс/см). Если в смесь добавить 2-3 % маслянистых веществ и 55-65 % гравия или щебня, то получается глинобитный пол с повышенными механическими качествами.

Гравийные и щебеночные полы устраивают в местах проезда транспорта. Выполняют их из смеси гравия или щебня крупностью 25-75 мм и песка, укладываемого слоями толщиной 100-200 мм. Слои выравнивают и уплотняют. Поверхность обрабатывают клинцом крупностью 15- 25 мм и каменной мелочью 5-15 мм. Щебеночные покрытия можно пропитывать горячим битумом. Покрытие служит одновременно и подстилающим слоем.

Бетонные и цементно-песчаные полы устраивают в помещениях с повышенной влажностью, а также там, где возможно попадание на пол минеральных масел, кислот и щелочей. Устраивают их по бетонной подготовке толщиной 20-50 мм (бетон классов В15-ВЗО). Толщина цементно-песчаного покрытия 20-30 мм.

Мозаичные полы состоят из цементно-песчаного раствора, мелкого заполнителя из мрамора, гранита, базальта и песка. Толщина покрытия 20-25 мм.

Металлоцементные покрытия устраивают толщиной 15-20 мм из смеси стальной стружки (размер 1-5 мм), цемента и воды, укладываемой по прослойке толщиной 15 мм из цементно-песчаного раствора. Иногда поверхности полов железнят. Для повышения прочности и уменьшения истираемости бетонные и цементно-песчаные покрытия пропитывают флюатами и уплотняющими составами.

Асфальтобетонные полы устраивают в складах, проездах и проходах толщиной покрытия 25-50 мм. Смесь состоит из битума с пылевидным заполнителем песком и щебнем или гравием. Асфальтобетонные покрытия укладывают по бетонному, булыжному или щебеночному подстилающему слою.

Ксилолитовые полы устраивают в помещениях, к которым предъявляют специальные требования, и с длительным пребыванием людей. Толщина покрытия 15-20 мм из смеси каустического магнезита, опилок и водного раствора магния обеспечивает хорошие эксплуатационные свойства. Иногда добавляют пигмент минерального происхождения. Подстилающим слоем для ксилолитовых полов служит бетон.

К полам из штучных материалов относят брусчатые, клинкерные, торцовые металлические и плиточные.

Брусчатые полы устраивают в помещениях, где возможны высокие температуры, воздействия химических веществ.

Металлические полы устраивают на отдельных участках мартеновских, литейных, прокатных, термических и других цехов, где возможны падения на пол тяжелых предметов, воздействия высоких температур и требуется гладкая и непылящая поверхность пола.

Чугунные плиты размером 248x248 или 298x298 мм и толщины 6мм или стальные 300x300 мм укладывают на прослойку из песка или мелкозернистого бетона

Для пропуска средств напольного транспорта в наружных стенах цеха устраивают ворота. Размеры ворот назначают из условия обеспечения пропуска транспортных средств, обслуживающих технологический процесс. Их величина должна превышать габариты транспорта по ширине не менее чем на 600мм и по высоте на 200мм.

Размеры проемов ворот принимают кратными модулю 60мм. Установлены следующие типовые размеры ворот: 2,4-2,5; 3x3; 3,6x3; 3,6x3,6; 3,6x4,2; 4,8x5,4м.

Во избежание больших теплопотерь отапливаемых зданий и появления в них сквозняков ворота оборудуют воздушно-тепловыми завесами.

По конструктивному решению ворота могут быть распашные, раздвижные, подъемные, откатные и др.

Полотна распашных и раздвижных ворот могут быть металлическими и металлодеревянными. Обвязку выполняют из металлических профилей. Часто в полотнах ворот устраивают калитку для пропуска людей.

Двери промышленных зданий устраивают одно- и двупольными, распашными и откатными. Номинальные размеры проемов следующие: ширина- 1; 1,5 и 2м, высота - 1,8; 2; 2,3 и 2,4м. Около наружных дверей устраивают тамбуры глубиной на 0,4-0,5м больше ширины дверного полотна.

Компоновка и планировка оборудования в производственных цехах. Компоновочным планом, или компоновкой цеха (корпуса), называется план, выполненный в заданном масштабе (обычно 1:200 или 1:400 в зависимости от размеров здания) с нанесенными на нем в том же масштабе границами производственных и вспомогательных участков, служебно-бытовых помещений, магистральных проездов, входных и въездных проемов, но без изображения детального расположения оборудования. На компоновочном плане с помощью условных обозначений указывают основные стены, границы между цехами и участками, устройства, не имеющие ограждения, и другие устройства (трансформаторные подстанции, вентиляционные камеры, компрессорные установки), а также расположение и трассы основных подъемно-транспортных устройств (кранов, кран-балок и конвейеров). На план наносят также границы подвалов, антресолей, тоннелей и других помещений с указанием их высотных отметок.

К компоновочному плану прилагается поперечный разрез здания с указанием высоты пролетов до нижнего пояса ферм, а для крановых пролетов до отметки головки кранового рельса. Все высотные отметки даются относительно чистого пола первого этажа здания.

При разработке компоновочного плана решаются вопросы взаимного расположения всех подразделений цеха (корпуса) и окончательно устанавливаются основные параметры здания - его конфигурация в плане, этажность, сетка колонн и высота пролетов. Компоновка неразрывно связана с принимаемой формой организации производства. Вследствие этого при корпусной организации производства прежде всего необходимо решить вопрос о целесообразности объединения ряда вспомогательных участков и служб в общекорпусные подразделения. К ним в первую очередь относятся подразделения по обслуживанию и ремонту технологического, энергетического и подъемно-транспортного оборудования с их ремонтными цехами и участками, инструментальное хозяйство с отделением заточки инструмента, инструментальными и абразивными кладовыми, масло-эмульсионное хозяйство, служба уборки и переработки стружки, некоторые объекты складского хозяйства и др.

Литература: 1 осн. [510-514]

Контрольные вопросы:

1. Типы промышленных ворот

2. Типы аэрационных фонарей

3. Типы фундаментов

4. Стальные стропильные фермы

5.Типы железобетонных колонн.

Лекции №11 Расчет площадей и электроэнергии. (2 часа)

После определения организационной структуры цеха (корпуса) и составления перечня всех его производственных и вспомогательных подразделений, подлежащих размещению на компоновочном плане, приступают к расчету необходимых площадей для каждого подразделения и цеха (корпуса) в целом.

По назначению площади цехов делятся на производственные, вспомогательные и служебно-бытовые. К производственной площади относится площадь, занятая производственным оборудованием и рабочими местами. А также рабочие места для выполнения слесарных, сборочных и вспомогательных производственных операций (без оборудования).Рабочие места мастеров и контролеров, средства механизации и автоматизации, межоперационный транспорт, складские заделы у рабочих мест, проход и проезды между рядами оборудования (кроме магистральных).

Вспомогательная площадь включает площади, занятые вспомогательными подразделениями (ремонтными и инструментальными службами, лабораториями, помещениями для сбора и переработки стружки, эмульсионным хозяйством, объектами складского хозяйства), а также магистральными проездами между цехами и участками, расположенными в корпусе.

На служебно-бытовых площадях размещаются помещения для административно-технического персонала и общественных организаций, объекты санитарно-гигиенического назначения, общественного питания, медицинского и культурно-массового обслуживания.

Общей площадью цеха (корпуса) называется сумма производственных и вспомогательных площадей без служебно-бытовых помещений. Расчет общей площади входит в состав технологической части проекта и при разработке компоновочного плана производится по укрупненным показателям удельных площадей, предусматриваемых нормами технологического проектирования.

Расчет площадей и разработка плана служебно-бытовых помещений относятся к архитектурно-строительной части проекта, выполняемой специализированной проектно-строительной организацией по заданию проектанта технологической части. В задании на проектирование служебно-бытовых помещений указывается общее число работающих, в том числе в наибольшую смену, с распределением их по группам характеристики производственных процессов и процент работающих женщин. В зависимости от этих данных выбирают расчетные нормы и состав бытовых устройств. Основным показателем для определения общей площади цеха и каждого из его производственных участков при разработке компоновочного плана цеха является удельная площадь. Величина удельной площади зависит от характера производства, уровня его механизации и автоматизации и габаритных размеров принимаемого оборудования, обусловленного характером и размерами обрабатываемых деталей.

Прежде чем приступить к разработке планировки оборудования в цехе, следует определить приблизительную площадь цеха. Для этого принятое количество печей умножают на укрупненную норму площади для данного типа цеха, получают приблизительную величину производственной площади. Для предварительных расчетов производственных площадей печного зала можно исходить из следующих норм площади на одну печь: в инструментально-термическом цехе 25-30 м², в штамповом термическом цехе 30- 50 м , во вторичном термическом цехе с толкательными и конвейерными печами 50-90 м, в кузнечно-термическом цехе 80-130 м²; проезды и проходы считаются отдельно и составляют в среднем 25 30% от производственной площади. Если, например, в проекте принято 10 печей для вторичного термического цеха, то производственная площадь будет приблизительно 500-900 м² +25-30% на проходы. Затем, разбив, площадь по длине и ширине в соответствии с сеткой колонн, намечают грузопоток цеха. Ширина цеха и расстояние между колоннами замеряется по центру колонн.

Грузопоток цеха, т.е. движение продукции в цех, по операциям в цехе и из цеха, должен быть таким, чтобы не было встречных движений. Для этого намечаются точки поступления продукции в цех и точки выхода продукции из цеха.

Затем в соответствии с основным направлением продукции по операциям размещается оборудование, склады, подсобные помещения. Изображение грузопотоков на чертежах производится, как показано на рис. 1.

Рис. 10 Грузопотоки термического цеха

Здесь толщина основной линии грузопотоков и отдельных ответвлений от основной линии делаются в масштабе, и, таким образом, по чертежу можно видеть относительное количество продукции на отдельных ветвях грузопотока. По каждой ветви проставляется количество обрабатываемой продукции в тоннах.

При планировке оборудования необходимо руководствоваться следующими соображениями:

-Размещение оборудования должно быть произведено по участкам.

-Оборудование должно располагаться в соответствии с общим направлением основного грузопотока.

-Удобно размещать крупное оборудование - толкательные и конвейерные печи - вдоль цеха в несколько рядов, оставляя достаточные проходы и проезды между печами.

-Для цехов с крупным оборудованием количество проездов шириной 3,5-4м может быть один - два в середине цеха или по краям, пожарный проезд 5-5,5 м.

- Проходы должны быть равными 2-3м.

-Оборудование должно быть установлено таким образом, чтобы к нему был открыт свободный доступ для ремонта.

-Оборудование должно устанавливаться на расстоянии от стены не менее 1-1,5м.

-Установки с ламповыми генераторами должны быть заэкранированы, для того чтобы предупредить электромагнитное излучение за пределы ограждающего кожуха. Экран должен быть изготовлен из листовой стали толщиной не менее 5 мм; отверстия и окна в экране должны быть экранированы сеткой с ячейками не менее 4x4 мм. При расположении установки в отдельном помещении должно экранироваться все помещение. Экран должен быть заземлен.

-Площадь вспомогательных помещений составляет 25-30% производственной площади.

-При наличии подвала вход в него делают из цеха для того чтобы можно было быстро попасть в подвал в случае аварии.

Планировка и общая площадь цеха. Планировка цеха - это план размещения производственного, подъемно-транспортного и иного оборудования. План цеха выполняется в масштабах 1:200 или 1:100; на них должны быть нанесены условные обозначения следующих элементов:

-колонн зданий, стен наружных и внутренних, перегородок с проемами для ворот, дверей и окон, рельсовых путей для внутрицехового транспорта, кранов, кран-балок и т. д.

- также всего технологического оборудования, проходов и проездов, складов и резервных мест.

При размещении оборудования руководствуются следующими требованиями:

1) оборудование размещать по участкам сходных операций и в направлении основного грузопотока;

2) участки с вредным и опасным производством (цианирование, ТВЧ и пр.) отделить от других участков;

3) дробеструйные, гидропескоструйные аппараты; травильные ванны располагать в закрытых помещениях, у наружных стен цеха с вентиляцией;

4)проходы между оборудованием принимать не менее 3-4 м, между печами периодического действия -1-2 м, расстояние печей от стен - 1,5-2 м;

5) в цехе должны быть один - два проезда шириной 2,5-4 м. Технологическое оборудование нумеруют сквозной порядковой нумерацией по часовой стрелке.

Общая площадь цеха состоит из производственной, вспомогательной и служебно-бытовой площадей.

Производственная площадь цеха занята производственным и транспортным оборудованием, рабочими местами с заделами деталей, заготовок и инструмента, экспресс-лабораториями и участками ОТК. К производственной площади относятся проходы и проезды между рядами оборудования, за исключением магистральных и транспортных проездов.

Вспомогательная площадь - это территория цеха, занятая вспомогательными службами, а также магистральными и пожарными проездами, обслуживающими несколько цехов или участков, расположенных в одном корпусе.

Производственная и вспомогательная площади в сумме составляют общую технологическую площадь цеха. Площадь служебно-бытовых помещений к технологической не относится и учитывается только в строительной части проекта.

Определяют площадь цеха укрупненно. В качестве укрупненных показателей используют показатели удельной площади, приходящейся на единицу оборудования или на одно рабочее место.

После подсчета к полученной производственной площади добавляют 25-30% на проходы и проезды. При определении технологической площади к производственной площади добавляют еще 25-30% для размещения вспомогательных помещений.

Расчет расхода электроэнергии. Расход электроэнергии на технические нужды можно подсчитать по укрупненным показателям, т. е. по удельным расходам электроэнергии на тонну обрабатываемых деталей. Такой расчет, однако, неточен. Поэтому рекомендуется расход электроэнергии на технические нужды определять по мощности и загрузке печного оборудования:

Э=N_у*F_д* К_з*К_н ,

где Э - годовой расход энергии, кВт ч;

N_у - установленная мощность оборудования кВт;

К_з и К_н - коэффициенты загрузки оборудования и использования мощности печей, которые в зависимости от длительности выдержки составляют 0,45-0,50.

Расчет расхода силовой электроэнергии определяют по предыдущей формуле, мощность же установленных двигателей выбирают из паспортных данных. Ориентировочная мощность двигателей такова (кВт):

шлифовальные полировочные станки,

твердомеры.............0,3-0,5

толкатели.................6-7

конвейеры................15-20

воздуходувки..........20-30

тельферы и краны..30-50

Расход электроэнергии на освещение (кВт ч) подсчитывают по формуле

Э_о =FЧqhф/1000

где Э_о - электроэнергия на освещение.кВт ч;

F- освещаемая площадь, м²;

q- удельной количество ватт на 1 м². принимаемое для производственных помещений равным 11, а для бытовых и служебных К);

т - число часов горения в году, принимаемое при двухсменной работе 2500, а при трехсменной - 4700;

h- коэффициент одновременного горения, принимаемый для печного зала 0,8, для служебных и бытовых помещений - 0,7, для подвальных помещений - 0,9.

Расход газа и мазута подсчитывают либо по фактическим данным цеха, либо по укрупненным показателям по удельному расходу.

Проводится расчет расхода воздуха высокого давления (0,5-0,6 МПа), который применяется в дробеструйных аппаратах, в закалочных прессах, в толкателях, в подъемниках заслонок печей и т. п.

Расход сжатого воздуха определяют по укрупненным нормам (м³/Т):

закалочные прессы и машины..........0,4-0,5

подъемники........................................0,5-0,7

дробеструйные аппараты..................2-5.

Расход воздуха низкого давления (79980-106640 Н/м²), который необходим для полного сгорания топлива, определяют по максимальному расходу газа (мазута).

Осуществляется расчет расхода воды на технические и бытовые нужды. В цехах вода расходуется в промывочных баках, моечных машинах, маслоохладительных установках, установках ТВЧ на охлаждение электродов соляной печей и т. д.

Расход воды рассчитывают по удельным укрупненным нормам на тонну изделий:

для закалки.....................................................6-8 м³/т ,

для охлаждения змеевиков..........................10-12 м³/т, маслянных баках

...