Выбор и расчет количества основного оборудования

К основному оборудованию относится оборудование для нагрева и охлаждения изделий, т.е. печное оборудование, нагревательные установки, устройства для охлаждения.

Тип печи для термообработки выбирают с учётом ряда факторов. В первую очередь рассматривают весь перечень деталей, подвергаемых термической обработке. В зависимости от марки материала детали определяют максимальную и минимальную температуру печи. Выбор типа печи и степень механизации зависят от числа термообрабатываемых деталей и их габаритных размеров, а также от географического местоположения цеха и от технологических особенностей термического производства.

Проектируемый цех сопоставим с термокалибровочным цехом Златоустовского металлургического завода. Наиболее дешёвым в данном расчёте топливом является как природный газ, так и электроэнергия, поэтому есть возможность выбора оборудования, работающего на любом из представленных видов топлива.

Для термообработки прутков из стали 30ХГСА могут быть применены камерные печи периодического действия с выдвижным подом, со стационарным подом и установки ТВЧ.

Печи периодического действия с выдвижным подом имеют выкатываемый на катках по рельсам под, который транспортируют к месту дальнейшей загрузки - выгрузки. При этом заслонка поднимается, опускается с помощью приводного механизма.

Горелки установлены на стенах печи и на заслонке, это обеспечивает равномерный прогрев прутков без местных перегревов.

Недостатками печи являются:

- недостаточная герметичность рабочего пространства;

- необходимость разогрева тяжёлого пода печи.

Периодические печи со стационарным подом имеют переднюю, заднюю и две боковые стенки на которые опирается свод. В передней стенке имеется загрузочное окно. Подом печи служат плиты из огнеупора, опирающиеся на уступы в стенах. Подовое пространство предназначено для размещения электронагревателей. Загрузочное окно печи закрыто заслонкой, футерованной огнеупорным материалом. Равномерную температуру в рабочем пространстве печи достигают равномерным распределением горелок.

Камерные печи со стационарным подом обеспечивают более равномерный, всесторонний подвод тепла к садке, температура печи постоянна во всех её частях, не требует дополнительного тепла на нагрев пода, удобство загрузки и выгрузки садки с помощью напольной машины. Данные печи так же характеризуются простотой конструкции и небольшими потерями тепла [2].

Установки ТВЧ полунепрерывного действия содержат индукционные нагреватели, щиты управления, гидравлические толкатели (для подачи и выгрузки прутков), конденсаторные батареи. Индукторные установки – водоохлаждаемые, многовитковые.

Преимуществами данного вида нагрева являются:

- индукционный нагрев, обеспечивающий быстроту и равномерность разогрева изделия по сечению;

- передача электрической энергии в нагреваемое тело при индукционном нагреве не требует контактных устройств, что значительно упрочняет конструкцию;

- индукционный метод является безокислительным из - за быстроты протекаемого процесса нагрева;

- обеспечивает хорошую производительность труда, высокие санитарно-гигиенические условия и исключает загрязнение воздушного бассейна.

Подача прутков на стол загрузки производится с помощью мостового крана грузоподъёмностью 5 тонн. Данные установки применять не целесообразно, так как получаемые в результате нагрева свойства не соответствуют требованиям.

Учитывая достоинства и недостатки печей с выдвижным, со стационарным подом и установок ТВЧ для изделий из марок 30ХГСА выбираем камерные печи со стационарным подом.

Камерные печи со стационарным подом применяют для нагрева сравнительно легких деталей, имеют небольшую производительность. Наиболее распространенными являются конструкции камерных печей с непосредственным отоплением или нижними топками. Для усиления циркуляции газов в рабочее пространство печи введены дополнительные горелки. В топке над горелкой имеется отверстие для подсоса продуктов сгорания и создания рециркуляции. Дымовые газы отводятся через отверстия в поду и боковых стенках рабочего окна в боров. Печь обеспечивает высокую равномерность нагрева садки за счет тепла пода и рециркуляции продуктов сгорания. С целью механизации загрузки и выгрузки печи на ее поду сделаны два продольных углубления, в которые входят штанги загрузочной напольной машины. Дымовые газы отводятся по продольным щелям и каналам в боковые стенки печи вверх в два сборных борова. Масса садки 15 – 17 тонн [2].

Определяем время обработки садки для камерных печей со стационарным подом Т, ч.

Т= Тн + Тв + Т_о+ Тз

где Тн -время нагрева, ч;

Тв -время выдержки,ч;

Т_о –время охлаждения, ч;

Тз-время необходимое для загрузки, ч

Т=2,33 + 10 + 1,85 + 0,5 =14,68 ч.

Определяем производительность печи, Р, т/ч

Р=m_садки/Т

где Т- время цикла, ч.(включает время нагрева и время выдержки)

Р=56,16/14,68=3,83 т/ч

Режим работы термического участка – непрерывный, трёхсменный с длительностью смены 8 часов.

Определяем фактический фонд работы оборудования.

Фондоотдача

Ф_о=365·n·8

где 365 – число дней в году;

n – число смен в сутки;

8 – продолжительность смены, ч.

Ф_р.в.=365·3·8=8760 ч.

Действительный годовой фонд времени работы оборудования рассчитывается, исходя из количества рабочих дней в году, числа смен в сутки, продолжительности смены и учёта потерь времени на ремонт и наладку оборудования (4-12 % от общего времени, в зависимости от сложности оборудования) – 7 %.

Определяем время на ремонт и наладку печей со стационарным подом.

Т_р=8760·0,07=613,2 ч.

Действительный фонд рабочего времени равен:

Ф_д=Ф_о.- Т_р;

Ф_д=8760 – 613,2 = 8146,8 ч.

Задолженность оборудования, то есть потребное количество часов для выполнения годовой производственной программы при найденной производительности определяем по формуле:

З=П/Р

где П – годовая производственная программа

Р – производительность часовая, т/ч.

З=56160/3,83=14663,2 ч

Определяем расчётное количество оборудования Н_р по формуле

Н_р=З/Ф_д;

Нр=14663,2/8146,8=1,79 ед;

Так как расчётное количество оборудования выражено дробным числом, то необходимо его округлить до большего целого числа с получением потребного количества оборудования Н_п=2 ед.

Определяем коэффициент загрузки оборудования по формуле:

К_з=Н_р/Н_п;

К_з=1,79/2=0,895

Значение коэффициента загрузки не превышает нормированного 0,85-0,97.

Прутки связывают в пакеты примерно по тонне, затем пакеты укладывают на под печи. Между пакетами оставляются зазоры, для циркуляции дымовых газов, для более равномерного нагрева садки. Верхний слой пакетов укладывают на металлические подложки. Во избежание коробления используют несколько перекладин по всей длине прутка. Схема укладки изделий в печи представлена на рисунке 11.

После нагрева пакеты охлаждают в масле, в закалочном баке. У печей периодического действия устанавливают немеханизированный бак. Такой бак не имеет устройства для выдачи охлажденных изделий на воздух. Эти баки изготавливают с помощью сварки прямоугольной формы из листовой малоуглеродистой стали толщиной 2 – 5 мм. Постоянная температура масла поддерживается за счет специального охлаждения. Охлаждений масла производится при помощи змеевика с циркулирующей в нем холодной водой [4]. Промывка изделий после охлаждения в масле осуществляется в специальном баке, стоящем рядом.

Расчет закалочного бака сводится к нахождению полезного объема бака по уравнению теплового баланса. При этом считается, что все выделившееся тепло идет на нагрев закалочной жидкости. Установив набольшую массу одновременно закаливаемых деталей и предельно допустимые температуры нагрева охлаждающей жидкости, то есть минимальный полезный объем бака [2]. Расчет объема закалочного бака приведен ниже.

V_ж = л

Отношение (на практике оно равно 5 - 7). Длина деталей до 6 м, поэтому высоту бака принимаем равной 8 м, тогда площадь его поперечного сечения должна составлять 50:8=6,2 м², что соответствует диаметру 2,8 м.

Определяем размеры сливного кармана, который равен G_м/γ_м= 4000/7800 = 0,51 м³ – объем масла, вытесняемого металлом, и ΔV_ж= м³ – прирост объема масла в результате нагрева. Объем сливного кармана составляет 0,51 + 1,72=2,23 м³.