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. 24×365 = 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?