Модернизация привода сталевоза ЭСПЦ ОАО «Уральская сталь»

1. ОБОСНОВАНИЕ МОДЕРНИЗАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.2 Характеристика электросталеплавильного цеха

1.3 Машина непрерывного литья заготовок и ее основное оборудование

1.4 Обоснование модернизации механизма передвижения сталевозной тележки в сталеплавильном цехе

2. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

2.1 Устройство, принцип действия и технические характеристики сталевозной тележки

3. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет и выбор привода агрегата

3.2 Подбор муфт

3.3 Проверка промежуточного вала

4. РАСЧЕТ ЦЕНТРИРУЮЩИХ РОЛИКОВ

4.2 Расчет усилия на узел центрирующего ролика

4.3 Выбор и расчет подшипника качения центрирующего ролика

4.4 Расчет оси по изгибающим моментам

5. ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ

5.1 Структура управления производство

5.2 Расчёт годового производства МНЛЗ № 2

5.3 Расчёт дополнительных капитальных затрат

5.4 Расчёт показателей по труду

5.5 Расчёты плановой калькуляции себестоимости продукции

5.6 Расчёт прибыли от реализации продукции

5.7 Экономическая эффективность проектных решений

5.8 Расчет предела безубыточной работы цеха

6. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

6.1 Идентификация опасных и вредных производных факторов

6.2 Характеристика используемых веществ и материалов

6.3 Санитарно-технические требования

6.4 Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов

6.5 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

6.6 Специальная разработка по обеспечению безопасности на производстве

7. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

7.1 Характеристика ОАО «Уральская Сталь», электросталеплавильного цеха

7.2 Выбросы в окружающую среду

7.3 Воздействие вредных веществ на организм человека

7.4 Мероприятия по охране окружающей среды ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Одним из распространенных способов получения качественной стали, отвечающим всем требованиям современного высокотехнологического производства и экологии, является электросталеплавильное производство. Доля электростали в мировом объеме выплавки стали с каждым годом увеличивается.

В современных условиях мировой экономики, а также требований предъявляемых к продукции, одним из самых современных способов получения высококачественной стали, в рамках сталеплавильного производства, является технологическая цепь: плавка в дуговой сталеплавильной печи (ДСП), внепечная обработка и непрерывная разливка на установках непрерывного литья заготовок (МНЛЗ, УНРС). Не последним звеном в этой цепи является сталевозная тележка, которая обеспечивает доставку стали от дуговой сталеплавильной печи (ДСП) к внепечой обработке и непрерывной разливке на установках непрерывного литья заготовок (МНЛЗ, УНРС).

Непрерывная разливка стали на специальных машинах впервые была применена в металлургии в начале 60-х годов ХХ века. В настоящее время этот метод освоен более чем в 90 странах мира. В производстве в настоящее время эксплуатируется более 1800 МНЛЗ и УНРС, что позволяет, разливать на них до 90% всей производимой стали.

Использование МНЛЗ позволяет:

1. увеличить автоматизацию процесса разливки;

2. уменьшить затраты на электроэнергию;

3. уменьшить потери металла на обрезь, литники и другие отходы;

4. улучшить структуру слитка и уменьшить количество дефектов.

В ходе эксплуатации сталевозная тележка в ЭСПЦ ОАО «Уральская Сталь» был выявлен ряд «слабых» мест, с точки зрения надежности, в конструкции установки и её элементов:

— сложность замены привода сталевоза из-за усложненной конструкции.

— непредусмотренный съезд, износ рельс и колес сталевоза.

На данный момент остается острый вопрос по поводу методов модернизации и совершенствования привода сталевоза.

Сталевоз работает в условиях интенсивного воздействия вредных факторов — высокой температуры и влажности, запылённости, агрессивных сред. Это приводит к аварийным простоям, что недопустимо для производства.

Предлагаемая модернизация привода сталевоза предусматривает комплекс мероприятий, включающих изменения конструкции привода, и модернизацию ходового колеса.

Первая часть модернизация предусматривает изменения конструкции привода.

Для этого предусматривается замена привода с двумя электродвигателями и двумя редукторами на один мотор-редуктор. Схема привода выгодно отличается от ранее имеющейся, простотой монтажа и лучшей ремонтной пригодностью. Что в свою очередь играет для производства достаточно важную роль.

Второй частью работы является модернизация механизма передвижения сталевозной тележки в сталеплавильном цехе, путём установки центрирующих роликов на один рельс. Также эта модернизация позволяет улучшить плавность хода, а значит уменьшить расплёскивания металла и увеличить скорость его транспортировки, что сократит время остывания стали.

Предлагаемая модернизация позволяет сократить габаритные размеры агрегата вследствие замены габаритного редуктора, облегчит тех. обслуживание, значительно сократить время проведения ремонтных работ, снизит уровень шума, повысит экономическую эффективность. Существенно снизить износ реборд колёс и самих рельс, улучшить плавность хода, а значит уменьшить расплёскивания металла и увеличить скорость его транспортировки, что сократит время остывания стали, тем самым обеспечит снижение простоев механизма, повышение производительности и, как следствие, снизить себестоимость готовой продукции.

1. Обоснование модернизации действующего объекта проектирования

1.2 Характеристика электросталеплавильного цеха

Производство качественной и высоколегированной стали осуществляется, как правило, в электросталеплавильных печах. Принципиальная особенность и преимущество выплавки электростали по сравнению с другими способами заключается в использовании для нагревания металла электрической энергии.

Цех предназначен для производства углеродистых и легированных сталей. Углеродистую разливают на МНЛЗ, легированную — в изложницы. В 2007 году в ЭСПЦ выплавлено 1,09 млн. т. стали, из них на МНЛЗ разлито 793 тыс. т., а на слитки в изложницы 297 тыс. т.

Для внепечной обработки жидкой стали в разливочном пролете установлены следующие технологические агрегаты:

1. установка печь-ковш № 1, № 2;

2. линия внепечной доводки металла за электропечью № 2;

3. установка защиты стали от вторичного окисления при разливке на МНЛЗ и в изложницы.

Состав и планировка цеха. В состав электросталеплавильного цеха входят следующие производственные отделения:

— главное здание;

— термоотделочное отделение;

— отделение первичной переработки шлака;

— шихтовый пролет.

Для обслуживания электросталеплавильного цеха созданы следующие вспомогательные цеха, отделения и сооружения: цех сервисного обслуживания сталеплавильного производства, скрапоразделочное отделение, сблокированное с шихтовым пролетом; совмещенный склад ферросплавов и сыпучих с отделением приготовления порошков и смесей; отделение пакетировки скрапа; административно-бытовой корпус; столовая; экспресс-лаборатория; лаборатория контроля макроструктуры; зарядная станция; цех ремонта металлургического оборудования; трансформаторно-масляное хозяйство; объекты энергетического хозяйства; объекты масляного хозяйства цеха; участок утилизации пыли; ремонтно-механическая мастерская; электроремонтная мастерская; участок шиберных затворов; хранилище жидкого стекла. Также на территории цеха расположены рабочие участки цехов ремонта металлургического оборудования № 1 и № 2.

Основные участки цеха. Главное здание включает пять пролетов: шлакоуборки, загрузочного, печного, разливочного, МНЛЗ и передаточного. С главным зданием блокируется здание термоотделочного отделения. Термоотделочное отделение располагается в пролетах: термообработки, склада литой заготовки и пролете зачистки заготовки. Главное здание и здание термоотделочного отделения выполнены в металле.

Пролет шлакоуборки. Принятая схема шлакоуборки через специальный пролет обеспечивает разделение грузопотоков стали и шлака, что имеет существенное значение, при намеченном использовании в шихте электропечей окатышей, повышающих выход шлака в 1,8−2 раза сравнительно с работой печей на скрапе. Пролет шлакоуборки имеет ширину 18 м и длину 336 м. В пролете размещаются стенды для шлаковых ковшей емкостью 16 м³ и укладываются тупиковые железнодорожные пути для транспортировки шлаковых ковшей в отделение первичной переработки шлака. На балконе с отметкой 8 м, выступающем в пролет, располагаются печи для нагрева ферросплавов, промежуточные бункера для ферросплавов, бункера для крупнокусковых ферросплавов, платформенные весы 3,2 т· с. Под рабочей площадкой размещаются вспомогательные помещения. Пролет обслуживается двумя литейными кранами грузоподъемностью 100+20 т· с. Для ремонта кранов в пролете предусмотрены кран-балки грузоподъемностью по 5 т· с.

Загрузочный пролет. В загрузочном пролете размещаются бункера для сыпучих материалов, окатышей, ферросплавов и заправочных материалов. Пролет имеет рабочие площадки с отметками 8 м и 16,85 м; 21,525 м; 26,85 м; 30,25 м. Ширина пролета — 12 м. Основная рабочая площадка (на отметке 8 м) предназначена для обслуживания дуговых электропечей и для перемещения по ней мульдозавалочной машины с ферросплавами и некоторыми видами шлакообразующих материалов, для которых необходимо осуществить перед вводом в печь нагрев или прокаливание. Кроме указанных машин, по этой площадке перемещаются самоходные машины для скачивания шлака, заправки печей и две тележки грузоподъемностью 10 т· с для передачи заправочных машин из пролета шлакоуборки в печной пролет. По торцам пролета предусмотрены грузопассажирские лифты. Пролет обслуживается кран-балками грузоподъемностью 3,2 т· с и 10 т· с.

Печной пролет. В печном пролете установлены две электропечи типа ДСП-100И6, ДСП-120. Печи оборудованы устройствами для ввода сыпучих материалов через свод и установками для улавливания и очистки газов. Также печи комплектуются съемными кожухами и загрузочными бадьями грейферного типа. Техническая характеристика электропечей приведена в таблице 1.

Таблица 1

Техническая характеристика электропечей ДСП-100И6 и ДСП-120

У печей размещены печные подстанции, установки по вводу ферросплавов в сталеразливочный ковш и другое вспомогательное оборудование и сооружения.

В торце пролета со стороны печи № 1 предусмотрены ремонтные места сводов печей, установка для сушки сводов, место ремонта футеровки съемного кожуха печи, а также бункер для выбивки сводов. В другом торце пролета размещен второй бункер для выбивки сводов. Для движения сталевозов по оси каждой печи уложены тупиковые железнодорожные пути широкой колеи. С целью герметизации от дыма и шума печной пролет изолирован от других пролетов стенами.

Пролет оборудован тремя литейными кранами, грузоподъемностью 180+63/20 т· с стали со скоростью главного подъема 8 м/мин. Для ремонта кранов предусмотрены кран-балки грузоподъемностью 10 т· с.

Разливочный пролет. В торце разливочного пролета со стороны электропечи № 1 размещается одна разливочная площадка, для разливки стали в изложницы, установленная на тележке (см. рисунок 1).

Рисунок 1 — Разливочная площадка для разливки стали в изложницы Над сталевозными путями напротив первой электропечи (и второй) размещаются установки стабилизации и доводки металла (УСДМ), а за печью № 2 установка внепечной доводки стали — печь-ковш № 1. В 1999 году была смонтирована печь — ковш № 2 (см. рисунок 2), размещенная за печью № 1.Технико-экономические показатели установки «печь-ковш» приведены в таблице 2.

Таблица 2

Технико-экономические показатели установки «печь-ковш» № 2

На рабочей площадке разливочного пролета установлены поворотные стенды для передачи ковшей со сталью на МНЛЗ и аварийные емкости.

Рисунок 2 — Установка печь-ковш Для уборки скрапа, образующегося при разливке стали, предусмотрен вывод в пролет двух ширококолейных путей для тележки подачи бадей. В пролет выведен также ширококолейный путь для сталевоза. В пролете предусмотрены участки и оборудование для текущего обслуживания сталеразливочных ковшей, стенды для установки шиберных затворов. Пролет имеет ширину 30 м и оборудован тремя литейными кранами грузоподъемностью 180+63/20 т· с и двумя консольными кранами грузоподъемность 5 тонн вылетом стрелы 6 м. Для ремонта кранов в пролете предусмотрены кран-балки грузоподъемностью 10 т· с.

Пролет МНЛЗ. В пролете размещена одноручьевая радиальная слябовая МНЛЗ. Расположено оборудование по ремонту промежуточных ковшей, установка по выдавливанию «козлов», установка сушки сталеразливочных ковшей, машина наливной футеровки промковшей. Пролет имеет ширину 30 м и оборудован одним мостовым краном грузоподъемностью 100−200 т· с и двумя мостовыми кранами грузоподъемностью 30/5 т· с.

Пролет оборудован передаточной тележкой для транспортировки порожних сталеразливочных ковшей из пролета МНЛЗ в разливочный, а также других грузов. Здесь размещаются встроенные технологические помещения МНЛЗ.

В настоящий момент идет процесс доводки оборудования новой комбинированной сортовой 4-ручьевой машины непрерывного литья заготовок, для разливки металла в блюмы и сортовые заготовки. МНЛЗ-1 — это комбинированный агрегат, способный выпускать непрерывнолитые заготовки: блюмовую 330Ч470 мм и круглую трех сечений — 430, 600 и 540 мм — для труб большого диаметра, не имеющих аналогов в России. Проектная производительность монтируемой установки — 1 миллион тонн литой заготовки в год: 300 тысяч тонн товарной круглой заготовки и 700 тысяч — блюмовой. С вводом в строй МНЛЗ № 1 «Уральская Сталь» полностью обеспечит потребность в круглой литой заготовке больших диаметров до 600 миллиметров для трубных заводов уральского региона и России.

Шихтовый пролет. Он предназначен для хранения скрапа и загрузки скрапа в бадьи. Пролет спроектирован со скрапоразделочным отделением. В пролете предусмотрены закрома для лома и чушкового чугуна, запас металлического лома в закромах — 4−5 суток работы.

Бадьи наполняются скрапом при помощи контейнеров объемом 12 м³, которые доставляются заполненные скрапом из скрапоразделочного отделения. Шихтовый пролет оснащен платформенными весами для взвешивания бадьи. Для загрузки бадьи на весах применяется габаритный скрап, хранящийся в шихтовом пролете. Заполненные металлошихтой бадьи на передаточных тележках передаются к печному пролету через специальные галереи. С целью улучшения работы шихтового пролета в печь вводится дополнительный железнодорожный путь для подачи габаритного скрапа.

1.3 Машина непрерывного литья заготовок и ее основное оборудование

Способ непрерывного литья заготовок, состоящий в непрерывной подаче жидкого металла в охлаждаемый кристаллизатор при непрерывном вытягивании затвердевающего слитка, получил широкое распространение.

Одноручьевая слябовая машина непрерывной разливки стали криволинейного типа была запущена в ноябре 2004 г. Слябовая МНЛЗ № 2 установлена согласно проекту разработанного ОАО «Ленгипромез» /7/. Техническая характеристика МНЛЗ № 2 представлена в таблице 3.

Конструкция слябовой МНЛЗ имеет шесть точек изгиба и четыре точки выпрямления, за счет чего осуществляется снижение деформации, возникающей при изгибе и выпрямлении непрерывно-литой заготовки.

Установка оснащена резонансным кристаллизатором с гидравлическим приводом. Резонансный кристаллизатор представляет собой головную часть машины непрерывного литья заготовок. Используемый здесь кристаллизатор является резонансным кристаллизатором кассетной конструкции. С помощью данного резонансного кристаллизатора могут отливаться слябы шириной 1200 мм и толщиной 190 и 270 мм.

Таблица 3

Техническая характеристика МНЛЗ № 2

Промежуточный стенд резонансного кристаллизатора и роликовой секции под кристаллизатором, расположен на фундаменте машины непрерывного литья заготовок и служит для установки и позиционирования резонансного кристаллизатора, роликовой секции под кристаллизатором, держателей секций и привода качания.

Роликовая секция под кристаллизатором расположена внутри камеры охлаждения в промежуточном стенде под кристаллизатором и перед секцией № 1. Она рассчитана на толщину слябов от 190 до 270 мм.

Роликовая проводка состоит из секций № 1−11 в криволинейной части и секций № 12−16 в прямолинейной части, которые расположены внутри камеры охлаждения. С целью максимального снижения растягивающего усилия на литую заготовку секции с 4 по 16 оснащены приводными роликами. С помощью этих роликов обеспечивается также транспортировка затравки через секции. В процессе разливки роликовые секции выполняет функции:

ведение головки затравки и затравки во время ввода и вывода затравки, а также заготовки во время разливки;

поддерживание корочки литой заготовки после выхода сляба из кристаллизатора или нижних роликов кристаллизатора чтобы предотвратить ее выпучивание

Затравка требуется в начале разливки, чтобы закрыть своей головкой кристаллизатор с нижней стороны. Для этого она вводится снизу с помощью приводов секций и проводится через секции до позиций снизу под кристаллизатором. Ввод в кристаллизатор осуществляется в толчковом режиме. После достижения позиции начала разливки в кристаллизаторе, головка затравки уплотняется в кристаллизаторе.

Устройство для отсоединения затравки имеет подъемное приспособление для отсоединения головки затравки от сляба. Оно расположено между последней секцией роликовой проводки и первым роликом рольганга.

С помощью газорезательной машины заготовка сначала режется на первичные слябы длиной от 3900 до 5200 мм. Резка осуществляется с помощью резаков, движущихся вместе со слябом, которые после разрезания сляба возвращаются в исходную позицию.

На рольганге вторичной порезки находятся два последовательно расположенных агрегата газовой резки, доставка слябов к каждому из которых осуществляется раздельно с помощью передаточного шлеппера. Такое расположение обеспечивает не только регулируемый процесс резки слябов, но и возможность накопления последующих слябов при сбоях на газорезательных машинах. С помощью вторичных газорезательных машин слябы могут быть разрезаны на длины от 1300 до 2600 мм.

После вторичной порезки слябы транспортируются дальше к оборудованию для снятия грата. Толкатель, опускающийся на сляб, проталкивает сляб через гратосниматель, который снимает грат с обеих кромок среза. Грат от огневой рези удаляется с помощью устройства для транспортировки грата, расположенного под гратоснимателем.

Маркировочное оборудование предназначено для маркировки слябов и расположено сбоку от столов — штабелеров (см. рисунок 3).

Рисунок 3 — Стол-штабелёр Слябы вторичной порезки маркируются с торцевой стороны. Цифры или буквы набираются по отдельности и выбиваются на слябе с помощью колеса-клеймителя.

1.4 Обоснование модернизации механизма передвижения сталевозной тележки в сталеплавильном цехе

С вводом в эксплуатацию сталевоза. Цех столкнулся с рядом сложностей при эксплуатации и сервисном обслуживании оборудования на этом участке:

— сложность замены привода сталевоза из-за усложненной конструкции.

— непредусмотренный съезд сталевоза, износ рельс колес сталевоза.

На данный момент остается острый вопрос по поводу методов модернизации и совершенствования привода сталевоза.

Сталевоз работает в условиях интенсивного воздействия вредных факторов — высокой температуры и влажности, запылённости, агрессивных сред. Это приводит к аварийным простоям, что недопустимо для производства.

Предлагаемая модернизация привода предусматривает комплекс мероприятий. Первая часть модернизация предусматривает изменения конструкции привода. Для этого предусматривается замена привода с двумя электродвигателями и двумя редукторами на моторредуктор. Это позволит в свою очередь существенно экономить время ремонта и так же целостность экономических ресурсов для закупки узлов привода (переход на отечественного производителя).

Вторая часть предусматривает разработку центрирующих роликов. Разработка позволяет существенно снизить износ реборд колёс и самих рельс, улучшить плавность хода, а значит уменьшить расплёскивания металла и увеличить скорость его транспортировки.

Замена привода позволит сократить габаритные размеры агрегата вследствие замены габаритного редуктора, облегчит тех. обслуживание, значительно сократить время проведения ремонтных работ, снизит уровень шума, тем самым обеспечит снижение простоев механизма, повышение производительности и, как следствие, снизить себестоимость готовой продукции.

2. Оборудование и технология производства

2.1 Устройство, принцип действия и технические характеристики сталевозной тележки

На современном этапе развития промышленности к качеству продукции металлургических предприятий предъявляются жесткие требования. Для соответствия этим требованиям на предприятиях проводят модернизацию существующего и установку более современного высокотехнологичного оборудования. Как следствие этого объективного процесса, повышается производительность и качество продукции, а это ведет к повышению нагрузок на оборудование.

Для транспортирования сталеразливочного ковша, заполненного металлом, из-под печи в литейный пролет, служит сталевоз (см. рисунок 4).

Сварная рама состоит из двух продольных и четырех поперечных балок коробчатого сечения. Верх рамы для защиты механизмов передвижения от попадания стали и шлака закрывается плитными настилами, футерованным огнеупорным кирпичом. Продольные балки рамы в средней части имеют площадки, на которые устанавливается ковш. На поперечных балках смонтированы две автосцепки, предназначенные для сцепления сталевозных тележек со шлаковозом. Рама продольными балками опирается на две одноосные тележки. Одна колесная пара тележки является приводной.

Питание к электродвигателям сталевозной тележки подается от троллей, расположенных в туннеле, при помощи токоприемного устройства, в которое входят: бугель, шарнирносоединенный с кареткой, роликовый подъемник ленты, закрывающий щель туннеля от попадания в него мусора и шлака и токосъемники.

Каждый механизм передвижения установлен на кронштейне и до модернизации состоял из двух электродвигателей, двух соединительных муфт, двух тормозов, двух редукторов, которые соединены между собой муфтой, а с приводными колесами — промежуточными валами.

Рисунок 4 — Общий вид сталевозной тележки до модернизации Габаритность привода будет устраняться путем установки моторредуктора. Так будет выглядеть привод сталевоза после модернизации (рисунок 5).

Рисунок 5 — Привод сталевоза после модернизации Четыре стационарных скребка закреплены на раме жестко и предназначены для очистки рельсов от мусора и шлака на участке передвижения сталевозной тележки. Ножи скребков установлены над головками рельсов на расстоянии 5−10 мм. При движении сталевозной тележки происходит чрезмерный износ реборд колёс и самих рельс, этот недостаток устраняется путём установки центрирующих роликов на один рельс.

Эта модернизация позволяет:

— устранить износ реборд колёс и самих рельс

— улучшить плавность хода

— уменьшить расплёскивания металла В настоящее время на предприятии производится большая реконструкция, целью которой является повышение выпуска и качества готовой продукции. С большой уверенностью можно утверждать, что по ее окончании произойдет интенсификация технологического процесса, то и воздействие вредных производственных факторов и нагрузок на надежность оборудования увеличится. А так как сталевозной тележки являются весьма распространенными в металлургическом производстве, следовательно, и вопрос об обеспечении работоспособности и долговечности данного вида промышленного оборудования входит в перечень важных производственных нужд.

3. Специальная часть

3.1 Расчет и выбор привода агрегата

Исходные данные и выбор схемы механизма.

Кинематическая схема (рисунок 6).

Рисунок 6 — Кинематическая схема Для возможности расчёта механизма передвижения сталевоза необходимы следующие исходные данные:

m = 200 000 кг — грузоподъёмность сталевоза;

V = 40 м/мин — скорость передвижения сталевоза;

ПВ = 15% (лёгкий) — режим работы.

На реконструируемом сталевозе применена схема с боковым расположением привода. Данная схема исключает трудоёмкую работу по выверке и центровке редуктора и не требует устройства специальных опор площадок под редуктор на раме сталевоза.

Сопротивление передвижению сталевоза определяется по формуле:

Где — коэффициент, учитывающий трения реборд колеса о головку рельса,

= 2.3,

— диаметр колеса, м;

m_об — общая масса груза и сталевоза, кг;

— коэффициент трения качения колеса по рельсу, = 0.12,

F — коэффициент трения в подшипниках колёс, f = 0.15,

d — диаметр цапфы, м.

Общую массу определим по формуле:

m_об = m_с+m

где m_с— масса сталевоза, кг;

mмасса груза, кг.

Диаметр цапфы ориентировочно определим по формуле:

Принимаем диаметр цапфы равным 0.14 м.

m_об =50 000+200000=250 000

Н Определим мощность двигателя, необходимую для преодоления сопротивлений передвижению по формуле:

Где Wсопротивление перемещению, Н;

Vскорость передвижения, м/с;

— КПД привода, 0.8.

кВт Соответственно принимаем мотор-редуктор «Bauer» BF60−04/D11LA4-FV-S/Z015B9HA мощностью двигателя 20 кВт, передаточным числом редуктора -34, с встроенным тормозом (рисунок 7).

Рисунок 7 — Мотор-редуктор «Bauer»

Конструктивно мотор-редуктор будет выполнен в полым тихохдным валом, с шпоночной канавкой.

Определим крутящий момент на валу редуктора:

Гдемощность двигателя, кВт;

— частота вращения вала двигателя, .

3.2 Подбор муфт

Для соединения валов ходовых колёс принимаем зубчатую муфту МЗП-430 ГОСТ 5006–65; проверим муфту по крутящему моменту, который определяется по формуле: Н· м Максимальный крутящий момент, передаваемый муфтой равен: 40 000 Нм; выбранная муфта имеет следующие характеристики:

— максимальный крутящий момент, Н· м40 000

— диаметр соединяемых валов, не более, мм100

— момент инерции, 0,21; масса, кг 179

3.3 Проверка промежуточного вала

Материал — сталь 40Х, термообработка — улучшение.

Т.к. промежуточный вал посредством муфты соединяется с валом приводного колеса, которое в свою очередь непосредственно соединяется с редуктором то необходимо согласовать их диаметры, принимая диаметр выходного конца вала редуктора из интервала

d_в1 = (0,8…0,9)· D_р,

где D_р = 100 мм — диаметр приводной втулки мотор-редуктора;

d_в1 = (0,8…0,9)· 120 = (96…108) мм Окончательно принимаем d_в1 = 100 мм, Диаметр вала при [ф]_кр = 15 МПа Что в данном случае допустимо.

4. Расчет центрирующих роликов

4.2 Расчет усилия на узел центрирующего ролика

Исходные данные:

1. Масса сталевоза m = 50 000 кг.

2. Масса груза m = 200 000 кг.

3. Скорость передвижения сталевоза V = 40 м/мин = 0,66 м/с.

4. Срок службы до кап. ремонта 3 года. Что равно 25 992 часам.

Рассмотрим кинематическую схему (рисунок 8):

Рисунок 8 — Кинематическая схема где: F — радиальное усилие на рельс;

F — осевое усилие на центрирующий ролик возникающее при движении сталевоза.

Q — максимальная масса сталевоза (груженного).

Q = m + m = 50 000 + 200 000 = 250 000 кг Рама сталевоза спроектирована таким образом, что центр тяжести Q находится в центре и равномерно распределена на 4 колеса.

Определим радиальное усилие на рельс:

где: g = 9,81 м/с — ускорение свободного падения.

Определим осевое усилие на рельс:

4.3 Выбор и расчет подшипника качения центрирующего ролика

Согласно рекомендациям, для подобного типа узлов предпочтителен подшипник по ГОСТ 5721–75, тип 3000.

Ввиду эксплуатационных характеристик подшипник необходимо выбирать по радиальному усилию с коэффициентом 1,5. Тогда требуемая грузоподъемность подшипника равна:

Согласно полученному значению удовлетворяет подшипник тип 3000 № 3528.

Основные данные подшипника:

1. Наружный диаметр D = 250 мм

2. Внутренний диаметр d = 140 мм

3. Ширина В = 68 мм

4. С = 143 · 10⁴ Н

5. С = 126 · 10 ⁴ Н Определим расчетное число оборотов.

где: С = 1 430 000 Н Определим расчетную долговечность.

где: n — частота вращения ролика, об/мин.

здесь: — диаметр ролика центрирующего. Предварительно, согласно графической компоновке = 400 мм.

Условие работоспособности по часам выполняется 7 721 153 > 25 992.

4.4 Расчет оси по изгибающим моментам

Рассмотрим компоновку узла ролика (рисунок 9):

Рисунок 9 — Компоновка узла ролика Соответственно момент возникающий в опасном сечении:

Материал оси — сталь 40Х, термообработка — улучшение, у_в = 790 МПа, у_т = 640 Мпа. Концентрация напряжений обусловлена наличием переходного буртика.

Расчет оси на сопротивление усталости.

Где [S] = 1,5…3;

здесь

Поправочные коэффициенты:

;

Так как напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу, то принимаем:

нетто

W нетто — момент сопротивления сечения вала по опасному сечению.

Так как напряжения кручения изменяются по симметричному циклу, то принимаю:

Расчет показывает, что данная ось может воспринимать рабочие нагрузки.

сталевозный тележка мотор редуктор

5. Экономика и управление производством

5.1 Структура управления производством

Под структурой управления цехом понимается форма разделения и кооперация деятельности, в рамках которой происходит процесс, нацеленный на достижение целей управления. В электросталеплавильном цеху реализуется линейно-функциональная структура управления, приведенная в приложении А. Линейно-функциональная структура, сохраняя принцип единоначалия, обеспечивает разделение функции управления и компетентность управленческих решений путем создания при руководителе функциональных подразделений. Преимущества линейно-функциональной структуры заключается в стабильности закрепления технологии и ответственности за персоналом. Недостатки заключаются в дублировании функций руководителей и специалистов и не своевременность реагирования на изменения внешней и внутренней среды.

Начальник цеха — руководит всей деятельностью цеха на основе единоначалия и подчиняется непосредственно главному инженеру предприятия, а по техническим и технологическим вопросам — главному специалисту по принадлежности. Начальник цеха направляет работу коллектива на выполнение плановых заданий и обязательств перед потребителями продукции цеха. В подчинении начальника цеха находятся: заместитель начальника цеха по производству, осуществляющий руководство производством с помощью заместителей начальника цеха по оборудованию, выплавке, разливке, реконструкции и капитальным ремонтам и по технологии. Они же в свою очередь через начальников участка, смен и мастеров осуществляют руководство своей сферой деятельности.

По роли в производстве непосредственно в цехах все рабочие объединяются в следующие группы:

1. основные производственные рабочие;

2. вспомогательные рабочие — дежурный персонал;

3. ремонтные рабочие.

Основные рабочие — это работники, которые непосредственно осуществляют производственный процесс в основных цехах.

Вспомогательные рабочие — это работники, занятые ремонтами, обслуживанием оборудования и выполнением других вспомогательных операций в основных цехах и все рабочие вспомогательных, подсобных и других обслуживающих цехов.

Работники, осуществляющие управление производством и его обслуживанием, делятся на следующие категории: руководители, специалисты и служащие. Руководители и специалисты осуществляют техническое руководство и управление производством. Служащие выполняют функции технического обслуживания, подготовки производства, хозяйственные функции в управлении, а также учетную и конторскую работу: чертежно-графические работы, делопроизводство, учет, расчетные работы с рабочими, прием и увольнение кадров, выполнение функций по снабжению и сбыту.

Таблица 4

Баланс рабочего времени одного рабочего

Списочная численность трудящихся в ЭСПЦ составляет 597 человек. В соответствии со штатным расписанием, численность промышленно-производственного персонала составляет 527 человек, служащих — 70 человек. При непрерывном производстве в ЭСПЦ для производственных рабочих и дежурного персонала применяется непрерывный четырехбригадный график с двенадцатичасовым рабочим днем.

5.2 Расчёт годового производства МНЛЗ № 2

Производительность МНЛЗ № 2 в зависимости от числа плавок в серии «плавка на плавку» и марок разливаемых сталей может колебаться от 500 до 1100 тыс. тонн литых заготовок в год.

Для расчета годовой производительности МНЛЗ № 2 ЭСПЦ необходимо знать время фактической работы установки. По технико-экономическому отчету за 2010 год фактическое время работы МНЛЗ № 2 составляет 252 дня.

Горячие простои в сталеплавильных цехах при нормальных условиях эксплуатации оборудования составляют 6…8% от номинального времени Т_н, поэтому фактическое время работы равно :

Номинальное время Т_н определяется вычитанием из календарного простоев на холодных ремонтах:

Ремонтный цикл радиальных МНЛЗ составляет 1 год. Структура ремонтного цикла определяется из зависимости:

Продолжительность текущих ремонтов: Т₁=24 ч, Т₂=32 ч, капитального Т_к=300 ч.

Годовой объём производства МНЛЗ рассчитывается по формуле

т/год, Где Р_уд — удельная производительность агрегата:

т/ч, Где Q = 108 т — масса плавки;

k = 0,99 — коэффициент выхода годного.

t_пл = 49 мин — длительность плавки.

В соответствии с технико-экономическим отчетом ЭСПЦ за 2010 год составим баланс времени работы МНЛЗ № 2 /4/ и годовой объем производств для базового и планового периода, и сведем все данные в таблицу. Баланс времени работы оборудования представлен в таблице 5.

Таблица 5

Баланс времени работы МНЛЗ № 2

Определим коэффициент роста объёма производства:

5.3 Расчёт дополнительных капитальных затрат

В проекте предусматриваются мероприятия по повышению технико-экономических показателей работы сталевоза. Реализация мероприятий связана с дополнительными капитальными затратами. Капитальные вложения на осуществление проекта рассчитываются на основе затрат на оборудование и технологию, на их приобретение и монтажные работы.

Дополнительные капитальные затраты рассчитываются по формуле:

где К_об — стоимость оборудования, млн. руб.;

К_с.м. — стоимость строительно-монтажных работ, млн. руб.;

К_л — стоимость ликвидационного оборудования, млн. руб.

Расчет капитальных вложений на мероприятия по модернизации сталевоза представлены в таблице 6:

Таблица 6

Расчет капитальных вложений

5.4 Расчёт показателей по труду

В дипломном проекте списочная численность рабочих остается неизменной. Согласно организационной структуре ЭСПЦ численность промышленно-производственного персонала (ППП) составляет 527 человек.

Предусматривается, что средняя заработная плата производственных рабочих увеличивается на 20%. Доля заработной платы производственных рабочих цеха в общем фонде оплаты труда составляет 60%.

Фонд оплаты труда в базовом периоде рассчитывается по следующей формуле:

руб.,

Где С_от = 56,45 руб./т — статья затрат на оплату труда ППП;

руб.

Расчёт изменения фонда оплаты труда. Если средняя заработная плата ППП 8000 рублей в месяц, а доля основных производственных рабочих в цехе 60% от промышленно производственного персонала (ППП) и их средняя заработная плата в плановом периоде увеличивается на 20%, то плановый фонд оплаты труда составит:

руб.,

руб.

На одну условную тонну оплата труда в плановом периоде будет равна:

руб./т.

руб./т.

Эта сумма отражается в плановой калькуляции себестоимости продукции.

Расчёт изменения производительности труда. Производительность труда на одного рабочего определяется по формуле:

т/чел.,

Где Ч_с = 527 чел. — списочная численность ППП.

Производительность труда базового периода равна:

Производительность труда проектного периода составит:

Рост производительности труда составит:

5.5 Расчёты плановой калькуляции себестоимости продукции

Издержки производства рассчитываются по статьям базовой калькуляции себестоимости с учётом факторов, влияющих на их производство. Расходы по переделу для основного вида продукции определяются на основе базовой калькуляции себестоимости.

Распределение затрат на условно — постоянные и условно — переменные представлено в таблице 7.

Таблица 7

Распределение затрат на условно-постоянные (числитель) и условно-переменные (знаменатель) для сталеплавильного производства, %

Сравним базовую и плановую калькуляции стали (таблица 8).

Таблица 8

Базовая калькуляция себестоимости стали

В проектной калькуляции себестоимости продукции статьи с условно-постоянными расходами определяются по формуле:

руб./т, Где d_ус.пер — доля условно-переменной части, доли единицы;

d_ус.пос — доля условно-постоянной части, доли единицы.

Амортизационные отчисления в плановом периоде рассчитывают по формуле:

Относительное изменение себестоимости продукции планового выпуска:

5.6 Расчёт прибыли от реализации продукции

Расчет экономии от использования проектных решений производится по формуле:

.

Прибыль от реализации продукции рассчитывается по формуле:

руб./год, где — оптовая цена единицы продукции, руб./т;

— себестоимость единицы продукции, руб./т;

Р — годовая производительность, т.

где R — рентабельность продукции, принимается в черной металлургии — 15%.

Базовая и плановая прибыль от реализации продукции составит:

Чистая прибыль (ЧП) представляет собой прибыль от реализации (П) за вычетом налогов (НИ, НП) и определяется по формуле:

руб.,

где НП — налог на прибыль, составляет 20%; база налогообложения — прибыль.

НИ — налог на имущество — 2,2%; база налогообложения — это стоимость производственных фондов. В РПП калькуляции себестоимости есть статья — затраты на амортизации, средняя норма амортизации.

где — норма амортизации, 12%;

— затраты на амортизацию, руб./т.

Стоимость оборотных средств принимается в размере 20% от стоимости основных фондов. Таким образом, производственные фонды цеха определяются из зависимости:

млн. руб.

Налог на имущество с учётом налоговой ставки 2,2%:

млн. руб.

Таким образом, чистая прибыль составит:

5.7 Экономическая эффективность проектных решений

Годовой экономический эффект определяется:

где = 0,12- коэффициент эффективности капитальных вложений.

Срок окупаемости проекта составляет:

год, месяцев.

5.8 Расчет предела безубыточной работы цеха

Предел безубыточности отражает степень обеспеченности проекта. Этот показатель характеризует неопределенность и риск в процессе реализации проектных решений. Предел безубыточности определяется по формуле:

т/год, где З_пос — общие условно-постоянные затраты, руб./т;

С_пер — переменные затраты на 1 тонну продукции, руб./т.:

Условно-постоянные затраты определяются на основе калькуляции себестоимости основного вида продукции и доли условно-постоянных затрат.

руб.;

руб./т.

Точка безубыточности для планового периода:

Проект начнет приносить прибыль, когда производство стали, превысит 179 781,3 т. Определение точки безубыточности графическим способом представлено на рисунке 10.

Рисунок 10 — График безубыточной работы цеха В результате модернизации механизма передвижения сталевоза при нормальных условии работы цеха выпуск продукции увеличится, а себестоимость одной тонны продукции уменьшится на 6,9 рубля. Годовой экономический эффект составит 1,23 млн руб. Полученные при экономическом расчете данные приведены в таблице 9.

Таблица 9

Сравнительные технико-экономические показатели производства

6. Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей природной среды

6.1 Идентификация опасных и вредных производных факторов

При анализе технологического производства стали в ЭСПЦ, пользуясь классификацией опасных и вредных факторов (ГОСТ 12.0.003−74), выявлены следующие потенциально-опасные и вредные факторы, представленные в таблице 10.

Таблица 10

Идентификация опасных и вредных производственных факторов на рабочей площадке сталевоза

Анализ показал, что целый ряд параметров, таких как освещенность, напряжение, запыленность превышают допустимые значения санитарных норм. На основе данных анализа можно сказать, что проявление опасных и вредных производственных факторов носит характер совокупного проявления. В связи с этим вероятность негативного влияния на организм человека увеличивается многократно.

6.2 Характеристика используемых веществ и материалов

Физические и химические характеристики. При эксплуатации и технического обслуживания сталевоза может произойти утечка масла и попадание его на открытые участки тела. Для смазывания узлов трения используется масло ИТП — 500 (ТУ 38.101 450−76).

Масло редукторное ИТП-500 -жидкое вещество, имеющее желтоватый цвет без запаха, температура кипения 275 °C, плотность 0,920кг/мі при 20 °C.

Характеристика токсичности. В соответствии ГОСТ 12.1.005−88. ПДК-5, класс опасности — 3. Органы дыхания человека, особенно его легкие очень чувствительны к воздействию масляных паров и масляного тумана.

Опасность отравления значительно увеличивается при наличии в масле сернистых соединений, так как создаются благоприятные условия для образования сероводорода, который вызывает отравление с быстрой потерей сознания и нарушение сердечной деятельности

Характеристика пожаровзрывоопасности. Характеристика пожаровзрывоопасности масла: горючая жидкость, температура вспышки 246 °C, нижний предел распространения пламени 245 °C, верхний предел распространения пламени 266 °C, согласно ГОСТ 12.1.044−89.

6.3 Санитарно-технические требования

Требования к планировке помещений. Рабочее помещение — пульт управления cталевоза включает в себя комнату общей площадью 30 м² и высотой 3 м. Основных рабочих мест 3. Таким образом, фактическая площадь на одного рабочего 10 м², что соответствует норме, так как оптимально на одного человека необходимо 6 м² (САНПИН 2.2.2.1332−03).

В помещении установлено следующее оборудование:

2 пульта ЭВМ

2 дисплея тип VGA;

средства связи.

Помещение благоустроено, звукоизолировано, имеет теплоизоляцию, есть системы по созданию микроклимата. В помещении имеется естественное и искусственное освещение.

Для поддержания в помещении ПУ (пульт управления) необходимых температурных условий установлена система водяного отопления. Вентиляция приточно-вытяжная, общеобменная, механическая, обеспечивает воздухообмен. Согласно СНиП2.04.05−86 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» .

Для снижения шума и вибрации оборудования, аппараты, приборы установлены на амортизирующие прокладки. Стены, потолки помещения для установки ЭВМ, принтеров и другого оборудования, являющиеся источником шума, облицованы специальным шумопоглащающим материалом. В соответствии с требованиями МСанПиН 001−96. Работа на пульте ЭВМ высокой точности (третий разряд зрительных работ). Наименьший размер объекта различения 0,3 … 0,5 мм. В темное время суток применяется общее искусственное освещение. Для этого используют лампы дневного света — ЛД 65 — люминесцентная ртутная лампа низкого давления.

Категория помещения по опасности поражения электрическим током — помещение с повышенной опасностью, так как не исключается возможность одновременного прикосновения человека к заземленным металлическим конструкциям и корпусам оборудования.

Использование электрического тока придает вопросам безопасности большое значение, так как воздействие электрического тока на организм может вызвать опасные последствия и даже привести к смерти.

Требования к микроклимату помещений. Условленные параметры воздушной среды рабочей зоны производственных помещений для различных периодов года обеспечиваются регулированием системы вентиляции и естественной аэрации. В принудительном отоплении помещение цеха не нуждается вследствие присутствия источников избыточного тепла (электросталеплавильные печи, установки «печь-ковш», расплавленный металл).

Для аэрации в цехе выполняют отверстие в продольных стенах здания нижний ряд (для притока воздуха в теплый период года) на уровне 1,8 м, верхний ряд (для притока воздуха зимой и летом) на уровне 8 м. На кровле здания устанавливается аэрационный фонарь с вертикальным остеклением, оборудованный ветрозащитными панелями. Открывание переплетов аэрационного фонаря механизировано.