3.3 Конструкции матричных узлов

На Горизонтальных гидравлических прессах в зависимости от конструкции пресса монтируют матричные узлы различных видов. В данном проекте рассмотрены только матричные узлы, наиболее широко применяемые в отечественных прессовых цехах.

Рисунок 5 - Конструкции матричных узлов: 1 - матрица; 2 - подкладка; 3 - обойма; 4 - матрицедержатель.

На прессах мундштучного типа применяют матрицедержатели, имеющие замковое соединение с мундштуком (рис. 5). Замковое соединение представляет собой кольцевой паз с фрезерованными выступами на матрицедержателе и в мундштуке. Соединение осуществляют поворотом матрицедержателя на 60°. Реже матрицу устанавливают в гнездо мундштука с помощью промежуточного конического кольца (рис. 5).

На прессах безмундштучного типа монтируют обойму прямоугольного или квадратного сечения, в которую вставляют матрицу с подкладкой. Обойму устанавливают в поперечный матрицедержатель (на прессе с поперечным горизонтальным перемещением инструмента) или в поворотный матрицедержатель (на прессе с радиальным перемещением инструмента). Соединение обоймы с матрицедержателем осуществляют с помощью Т-образного замкового паза (рис. 5).



4. СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Архитектурное решение зданий

Промышленные здания разделяются по ряду признаков:

- по назначению;

- по капитальным и эксплуатационным качествам;

- долговечности;

- огнестойкости;

- пожарной опасности;

- конструктивному и архитектурному решению.

По назначению различают здания: основного производственного назначения; подсобно-производственные, складские и вспомогательные; административно-бытовые; энергетического хозяйства, транспортного хозяйства и связи; санитарно-технического назначения.

По капитальным и эксплуатационным качествам выделяют четыре класса зданий в зависимости от народнохозяйственного значения и мощности. К первому классу относятся объекты, имеющие первостепенное народнохозяйственное значение (электростанции). Большинство промышленных зданий принадлежат ко второму классу. К третьему и четвертому классам - здания с пониженными требованиями (маломощные цехи с недорогим оборудованием и др.).

Выделяют три степени долговечности зданий. Здания, относящиеся к первой степени долговечности, имеют срок службы более 100 лет, ко второй - 50-100 лет, к третьей - 20-50 лет. Здания со сроком службы менее 20 лет относятся к временным.

Существует пять степеней огнестойкости зданий. Здания 1-й степени выполняют исключительно из несгораемых материалов. С повышением степени требования к несгораемости уменьшаются. Здания металлургических предприятий относят чаще всего ко 2-й степени огнестойкости.

По пожарной опасности здания подразделяют на пять категорий в зависимости от характера технологических процессов (А-Д). Производства, в которых применяют легковоспламеняемые или взрывоопасные продукты, относят к категории А. Категорию Д имеют процессы с несгораемыми продуктами. Жесткость требований к несгораемости возрастает от категории Д к категории А.

По конструктивному и архитектурному решению различают здания: каркасные; с несущими стенами и комбинированными; одноэтажные, многоэтажные и многопролетные; со светоаэрационными фонарями и бесфонарные; с мостовыми кранами и бескрановые.

Здание цеха исполнено в сборном железобетоне, фундамент под колонны приняты железобетонные стаканного типа. Стены сборные, железобетонные. Они упираются на фундаментные балки из железобетона. Колонны железобетонные, сборные. Фундаменты двух соседних колонн соединены фундаментальными балками, имеющими тавровое сечение. Кровельное покрытие - холодное, состоит из несущей части, гидроизоляцией защитного поверхностного слоя.

Кровля над бытовыми помещениями имеет теплоизоляционный слой из пенобетона. Несущая часть покрытия состоит из настила, выполненного из железобетона. Водоизоляционный слой состоит из трех слоев рубероида, который с помощью битумных мастик наклеивается на настилающий слой утеплителя. Поверх слоя гидроизоляции укладывают защитный слой из гравия на кровельной мастике. Выбранный размер пролета обусловлен выгодным расположением грузопотоков, габаритами оборудования, шириной проходов и требованием техники безопасности.

Высота цеха определена на основании высоты оборудования, находящегося в цехе и габаритами мостовых кранов.



4.2 Административно - бытовые помещения

Административно-бытовые помещения предназначены для санитарно-гигиенического обслуживания, управления производством, технических служб, учебных занятий и массовых мероприятий.

Вспомогательные здания и помещения проектируют исходя из необходимости обеспечения наименьшего влияния на работающих вредных выделений. Высота этих помещений составляет 3,3 м. У нагружных входов в помещения делают тамбур глубиной не менее 1,2м.

Уровень пола первого этажа вспомогательных зданий расположен не менее, чем на 0,15 м выше уровня тротуара у входа в здание. Ширина коридоров вспомогательных помещений составляет 1,4 м, ширина навесных дверей 0,8-0,9 м.

В помещениях с постоянным пребыванием производственного персонала предусмотрено естественное освещение, солнцезащитные устройства на окнах и звукоизоляция стен.

Гардеробные блоки должны обеспечивать раздельное хранение рабочей и повседневной одежды в двух отдельных шкафах в одном или разных помещениях. Типовые шкафы для одежды имеют высоту 1,65 м, ширину и глубину 0,5 м. Расстояние между рядами шкафов со скамейками составляет 2 м. инструментальный прутковый гидропресс профиль

Число мест в гардеробных принимают равным списочному составу рабочих.

Умывальные комнаты размещены в помещениях смежных с гардеробами. Расстояние между кранами настенных умывальников составляет 0,65 м, ширина прохода между рядами умывальников 2 м и 1,5 м между рядом умывальников и стеной. Число кранов определено из расчета - один кран на 15-20 человек или 0,15-0,20 м помещения на одного работающего.

Душевые сделаны групповыми. Кабины открытого душа в плане составляют 0,9x0,9 м; число кабин определено из расчета - одна кабина на 3-5 рабочих.

В последнее время проектируют сборные конструкции индивидуальных кабин размером 1,2x0,9x1,8 м. Такие блоки полностью укомплектованы сантехническим оборудованием на заводе-изготовителе.

Площадь гардеробно-душевого блока укрупнено определяют из расчета 1,8-2,0 мІ на одного работающего. Для 80 рабочих площадь гардеробно-душевого блока можно рассчитать как:

80*1,8=144 мІ

Санузлы размещены на расстоянии не более 85 м от рабочих мест и предусмотрены из расчета один прибор на 15 женщин и 30 мужчин по наиболее многочисленной смене. Проход между рядами кабин равен 2 м, размер кабин в плане составляет 1,2x0,9 м.

Помещения для личной гигиены женщин сделаны смежными с женскими туалетами.

4.3 Эстетическое оформление зданий

В последние годы, согласно временной инструкции о составе и оформлении строительных рабочих чертежей зданий и сооружений (СН 460-74), в основной состав рабочих чертежей включают самостоятельный комплект чертежей марки АИ-интерьеры. Стоимость разработки проектов интерьеров составляет 5-15% стоимости разработки архитектурно-строительной части проекта цеха.

При проектировании интерьера цеха учитывалась технологическая последовательность производства, конструкция здания, характер освещения и транспортного обслуживания, расположения встроенных помещений, условия связи с внешней средой и т.д.

В цехах ОЦМ, как правило, нет членения цеха по пролету на отдельные помещения. Перегородки применяют лишь для выделения помещений с вредностями или с повышенными требованиями к освещению, звукоизоляции, пожароопасное и т.д.

Оптимальное цветовое решение как часть общего архитектурного решения интерьера производственных участков и административно-бытовых помещений является сложной задачей, решение которой связано с характером производства, освещения, размерами оборудования и здания цеха. Неудачная окраска не только способствует утомляемости, но и часто бывает причиной высокого брака, так как создает неудовлетворительную видимость и снижает работоспособность.

Функционально цвета могут способствовать созданию оптимальных условий для зрительной работы, являться архитектурным решением интерьера и средством снижения неблагоприятного влияния окружающей среды. Кроме того, цвет служит средством сигнализации и информации.

В то же время роль цвета состоит в том, чтобы исключить резкие контрастные переходы, вызывающие утомление глаз.

Нельзя забывать, что кажущаяся яркость и пестрота цветовой гаммы не всегда способствует проектной ясности и выразительности интерьера проектируемого цеха. Так, яркая окраска трубопроводов иногда вступает в противоречие с цветовым единством интерьера. Однако во всех случаях следует соблюдать требования ГОСТ по окраске устройств и установок аварийных служб.

Красный цвет, будучи сильным физиологическим раздражителем, особенно на зеленом фоне, используют как сигнал об опасности. В красный цвет окрашивают аварийные рычаги, выключатели, вентили, тормоза, средства пожаротушения, запрещающие знаки, противопожарные трубопроводы, баллоны и емкости с легковоспламеняющимися горючими и взрывоопасными веществами.

Сигнально предупреждающая окраска элементов здания, оборудования, транспортных средств и т.д. должна проводиться в соответствии с ГОСТ 1548-70 «Цвета и сигнальные знаки безопасности для промышленных предприятий».

Желтый цвет различим даже дальтониками, хорошо заметен и при недостаточном освещении и поэтому в сочетании с черными полосами используется для движущихся предметов (мостовые краны, автокары и т.д.). Желтым цветом окрашивают кромки оградительных устройств и предупреждающие знаки. Оранжевый - вспомогательный цвет, его используют для ограждения травмоопасных элементов оборудования.

Синий цвет - пассивный, но привлекает внимание, поэтому его используют для производственно-технической информации. Этим цветом окрашивают также холодильные установки и агрегаты.

Белый цвет служит для обозначения нейтральных зон и маршрутов безопасного прохода для людей.

В цехах ОЦМ высока интенсивность труда, имеются участки с горячим производством, поэтому для окраски оборудования следует использовать пассивные, малонасыщенные цвета из средневолнового участка спектра (зеленый, синий, серый или их сочетание). Кроме того, эти цвета ослабляют шумовое воздействие на организм человека. Для участков повышенной влажности наиболее приемлемы охристые цвета окраски, которые создают ощущение сухости.

Для окраски трубопроводов и емкостей применяют следующий цветовой код: вода - зеленый, пар - красный, воздух - синий, газы - желтый, кислоты - оранжевый, щелочи - фиолетовый, прочие жидкости - серый.

Кроме того, на трубопроводах делают предупреждающую маркировку кольцами различного цвета: красного - для легковоспламеняющихся, огнеопасных и взрывоопасных веществ, желтого - для ядовитых, токсичных и химически активных веществ.

Правильно и грамотно разработанная архитектурно-строительная часть позволяет сократить расходы на строительство и эксплуатацию цеха, снизить травматизм в цехе, улучшить условия работы.

Наружная отделка фасада достигается с помощью слоя из мраморной кромки. Так как в цехе нет сильных выделений, все металлические изделия покрываются масляной краской холодных тонов на два слоя, стены до высоты 1,5 метров белятся. Проходы, проезды, складские помещения - бетононизированные. Перегородки в цехе приняты разборные, отопление воздушное, совместное с вентиляцией.

В проектируемом цехе освещение естественное и искусственное. Цех имеет свою подстанцию.



5. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Размеры заготовки: Диаметр D=215 мм, длина a=900 мм, конечная температура нагрева поверхности t₀=480 ⁰C, допустимый перепад температур по сечению заготовки ?t=10⁰C. Одновременно в индукторе находится одна заготовка (n=1).

Введем обозначения: индекс «1» относится к параметрам индуктора, индекс «2» - к параметрам заготовки.

5.1 Выбор частоты

Заготовки из алюминиевых сплавов, как правило, нагревают токами промышленной частоты, т.е. 50 Гц.

5.2 Определение времени нагрева

Время сквозного нагрева заготовки зависит от допустимого (заданного) перепада температуры ?t между ее поверхностью и серединой сечения. Это время зависит от частоты тока, размеров и формы сечения, свойств материала, абсолютного значения температуры поверхности, а также от особенностей режима нагрева.

При сквозном нагреве обычно критерий Фурье F₀>0,2, тогда время нагрева может быть рассчитано по формуле:

; (27),

где k - поправочный коэффициент (для алюминия k=1);

t₀ - температура поверхности заготовки, ⁰C;

?t - перепад температуры в заготовке, ⁰C;

а = л/(с*с) - коэффициент теплопроводности нагреваемого металла, м/с².

(для алюминиевых сплавов а=92,5*10^-5м²/с);

с - удельная теплоемкость, Дж/(кг*К);

л - коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К);

с - плотность материала, кг/м³ ( для алюминиевых сплавов с = 2,7*10³);

S(б,в,F₀) - функция, характеризующая распределение температуры по сечению заготовки;

б=1-е/R₂ - относительная глубина активного слоя: для цилиндрических заготовок е=?k, если ?k?0,2D₂, е=0,2*D₂, если ?k>0,2D₂;

где ?k - «горячая» глубина проникновения тока в материал заготовки, м.

; (28)

с₂ - удельное электросопротивление, Ом*м (для алюминиевого сплава с₂=4,2*10^-8 Ом*м);

f - частота тока.

м

Сравним ?k с 0,2*D₂, (1,46*10^-2<0,043), тогда е=?k = 1,46*10^-2м.

При этих значениях относительная глубина активного слоя равна:

При F₀>0,2, б=0,864 и в=1 имеем S(б,1) = 0,09, при в=0 S(б,0) = -0,12

Время нагрева:

с

Проверяем значение F₀ при полученном значении ф:

Это действительно больше 0,2, пересчета не требуется.

Количество заготовок в индукторе:

; (29)

где Р - производительность, кг/с, принимаем Р=0,5 кг/с,

- масса одной заготовки, кг; (30)

кг,

n=0,5*1248/88,18=7

Принимаем количество заготовок в индукторе n=7

5.3 Определение полезной мощности

Полезную затраченную мощность определяем как

, Вт; (31),

где - средняя в интервале температур теплоемкость материала заготовки, Дж/(кг*К), принимаем Дж/(кг*К), ⁰С

Р_т=88,18*7*935*475/1248=219664 Вт

5.4 Определение геометрии индуктора

Для получения равномерного нагрева по поверхности заготовки длина индуктора определяется следующей зависимостью, м:

, (32)

где ?а - величина заглубления заготовки в индукторе, которая может быть принята при нагреве алюминия ?а=5~8 см во всем диапазоне D₂=70~450 мм.

м

Диаметр индуктора D₁ с учетом толщины изоляционных слоёв и достижения максимального КПД установки равен, м:

, (33)

где - толщина внутреннего слоя футеровки (шамота 0,01~0,025 м);

- толщина теплоизоляционного слоя (асбеста 0,025~0,003 м);

- величина воздушного зазора между заготовкой и футеровкой, м.

м,

В диаметр индуктора D₁ входит футеровка из шамота (=20мм), тепловая изоляция из асбеста (=2,5 мм) и воздушный зазор

мм.

5.5 Электрический расчет индуктора

Цель расчета - найти напряжение U_н и силу тока J_и в индукторе, коэффициент мощности cos ц и КПД индуктора з_и, подведенную мощность Р и емкость конденсаторной батареи С.

При расчете параметров системы индуктор - деталь необходимо привести параметры детали к параметрам индуктора. Коэффициент привидения параметров:

, (34)

где б - поправочный коэффициент;

щ - число витков индуктора.

Расчет ведется сначала для одного витка индуктора. Тогда при щ=1 =б,

, (35)

где К_м=f(D₁/A₁; А₁/А₂) - поправочный коэффициент;

К₂=f(D₁/A₂) - поправочный коэффициент;

- расчетный коэффициент.

Для нагреваемой заготовки

,

,

К_м=0,85;

,

К₂=0,898;

,

А=0,13;

Согласно полученным данным,

Приведенные сопротивления нагреваемой заготовки равны:

- Активное сопротивление

Ом; (36)

Реактивное сопротивление

, (37)

где - расчетный коэффициент, принимаем В=0,14,



Ом

Активное сопротивление индуктора:

, (38)

где К_r - поправочный коэффициент;

r_1П - омическое сопротивление индуктора, Ом;

, (39)

где - толщина стенки трубки индуктора (выбирается из условия ?1,3*?₁), м;

- глубина проникновения тока в медь, (для меди с₁=2*10^-8 Ом*м; м=1, тогда ), (40)

, если д>1,5*?₁, м.

g = (0,7~0,9) - коэффициент заполнения.

м,



д₁?1,3*0,01=0,013м = 13 мм, принимаем д₁=13 мм

1,5*?₁ = 1,5* 0,01 = 0,015 м, т.е. д₁<1,5*?₁

м

д₁/?₁=0,013/0,01=1,3 принимаем К_r=1,2 [15]

Ом

С учетом полученных значений

r₁ = 1,2*0,16*10^-6 = 0,02*10^-5 Ом

Реактивное сопротивление индуктора:

, (41)

где К_х - Поправочный коэффициент, принимаем К_х = 1,0

Ом

Эквивалентное сопротивление системы «индуктор-изделие» равно:

- активное

Ом

- реактивное;

Ом

- полное;

Ом;

Коэффициент полезного действия индуктора:

Коэффициент мощности индуктора:

Далее переходим к расчету многовиткового индуктора.

Для расчета необходимо определить потребляемую мощность, напряжение и ток на индукторе.

Потери теплоты нагреваемой детали происходят теплопроводностью и излучением (конвекцией в воздушном зазоре из-за его малости можно принебречь).

Потери теплоты излучением, Вт:

, (42)

где е_м, е_ф - степени черноты нагреваемого металла и внутренней поверхности футеровки индуктора (можно принять е_м = 0,057, е_ф =0,45);

F_м, F_ф - соответственно, площади их боковых поверхностей, м ;

T_м - средняя от начала до конца нагрева температура поверхности

металла, К;

Т_ф - температура внутренней поверхности футеровки индуктора, К.

F_M = р*D₂*а2 = 3,14*0,215* 0,9 = 0,668м² ,

Р_ф =р*D₂*a₁ =3,14*0,366*6,44 = 7,4 м².

Средняя температура металла

К

и поверхности футеровки

К

Тогда

Вт, (43)

Потери теплоты теплопроводностью в воздушном зазоре, Вт:

, (44)

где л - коэффициент теплопроводности воздуха, принимаем л = 0,036 при средней температуре воздуха Т = 425,5 К [15, прил.9].

Вт, (45)

Вт, (46)

Сила тока в одновитковом индукторе:

А

Напряжение на одновитковом индукторе:

Мощность подведенная к индуктору:

Вт, (47)

Число витков индуктора:

, (48)

где U_u - напряжение на индукторе (при нагреве заготовок из алюминиевых сплавов обычно U_u = 380В ).

Ширина индуктирующей трубки по длине индуктора:

м = 61 мм, (49)

Далее переходим к расчету многовиткового индуктора. Для этого производим пересчет сопротивлений индуктора с учетом количества витков.

Эквивалентные сопротивления многовиткового индуктора:

Ом

Ом

Ом

Сила тока в многовитковом индукторе:

А, (50)

Активная мощность установки:

Вт, (51)

Реактивная мощность установки:

квар, (52)

Коэффициенты полезного действия, характеризующие установку, будут следующими:

- тепловой КПД



, (53)

- электрический КПД

, (54)

- полный КПД

, (55)

Емкость конденсаторной батареи, необходимой для полной компенсации реактивной мощности:

, (56)

где U_к=U_u - напряжение на конденсаторах, В.

мкФ

o Расчет охлаждения индуктора

Индуктирующая трубка нагревается за счет протекающего по ней электрического тока и за счет тепловых потерь нагреваемой заготовки, поэтому вода, протекающая по трубке, должна отвести тепловой поток.



Вт, (57)

Требуемое количество воды для охлаждения индуктора:

, (58)

где t_eыx - температура воды на выходе из индуктора, принимаем

t_eыx =45°С; t_вх - температура воды на входе в индуктор, принимаем t_ex=15°C.

м³/с

При этом нижняя граница t_вх устанавливается из условия исключения отпотевания индуктора, что может привести к нарушению прочности электроизоляции индуктора и к пробою, а верхняя граница предусматривает снижение образования накипи на стенках канала охлаждения, предотвращения местного парообразования и перегорания индуктора.

При таком расходе и допустимой скорости течения воды (W= 1,5м/с) поперечное сечение трубки:

см²

Этой площади поперечного сечения соответствует эквивалентный диаметр:

см = 0,023 м, (59)

Делаем проверку возможности отвода всей потерянной теплоты:

, (60)

Здесь площадь охлаждения

м²

средняя температура воды

°С,

Температуру индуктора принимаем t_u - 50°С .

Для нахождения коэффициента теплоотдачи конвекцией a_k определяем режим течения воды:

, (61)

где Re_e - число Рейнольдса; v_e - коэффициент кинематической вязкости, принимаем при =30°C v_e=8,05*10 ^-7 M²/c.

, т.е. >10 000

Режим турбулентный, что и рекомендуется для интенсификации теплоотвода.

При Re_е > 10000 принимаем критерий Нуссельта:



, (62)

где Pr_в - критерий Прандтля для воды, принимаем Pr_в =5,5.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

, (63)

где л_в - коэффициент теплопроводности воды, принимаем л_в = 0,619 Вт/(м²*К)

Вт/(м²*К)

Отвод потерянной теплоты:

Р_отв=7570,3*(50-30)*2,67=404254 Вт

Р_отв > Р_охл, т.е. отвод теплоты будет обеспечен.

Охлаждение индуктора чаще всего осуществляется подводом воды из магистрали. В этом случае перепад давления АР на входе и выходе из индуктора не должен превышать 202,6 кН/м².

Проверяем перепад давления по длине трубки, Н/м²:



, (64)

где л_тр - коэффициент трения;

К_м - коэффициент, учитывающий шероховатость внутренней поверхности трубки (К_м =2 ~ 3);

ц_пов - коэффициент сопротивления поворота, принимаем ц_пов =0,0657; с_в - плотность воды, с_в = 1*10³ кН/м³.

Н/м?Р<?P_крит,

т.е. 148,552<202,6 кН/м². Число секций охлаждения оставляем прежним, m=1.



6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

6.1 Общие сведения об автоматизации

Автоматика - наука об общих принципах и методах построения автоматических систем, то есть систем, выполняющих поставленные перед ними цели без непосредственного участия человека.

Использование принципов автоматики, а так же технических средств, реализующих эти принципы, в различных отраслях народного хозяйства называется автоматизацией.

Автоматические системы подразделяются на два основных класса: циклические или разомкнутые, действующие по жесткой программе (например, станки с ЧПУ, станки - автоматы, поточные линии) и ациклические или замкнутые, действующие на основе обратной связи.

Наибольший интерес представляют замкнутые автоматические системы. Первые автоматические системы, использующие принцип обратной связи были предложены русским изобретателем Ползуновым в 1765 году для регулирования уровня воды в котле и англичанином Джеймсом Уаттом в 1784 году для регулирования паровых машин.

Автоматическая система регулирования (АРС) - представляет собой наиболее эффективный принцип автоматики при частичной автоматизации, когда технические средства автоматики осуществляют простые функции, связанные с изменением, контролем различных физических величин и отработкой решений, принятых оператором в виде установок, программ или других сигналов управления.

Таким образом, АСР включает в себя объект управления и автоматический регулятор. АСР используется в системах частичной автоматизации.

Сейчас на смену частичной приходит комплексная автоматизация, используемая для создания автоматизированных производств, цехов, технических процессов.

Это приводит к тому, что для координации действий отдельных АСР уже недостаточно использования человека, возникает необходимость в автоматической координации, то есть автоматическом управлении действиями отдельных АСР. Такие задачи решает система автоматического управления (САУ), которая состоит из нескольких уровней автоматизации.

В настоящее время САУ создается с использованием ЭВМ в контуре управления. Созданием таких САУ занимается кибернетика - наука об управлении.

При создании АСР основными являются следующие проблемы: устойчивость, управляемость, наблюдаемость, качество переходных процессов, динамическая точность, автоколебания, оптимизация, синтез и индикация.

6.2 Автоматизация цеха

Развитие важнейших отраслей промышленности края требует непрерывного увеличения объема производства и повышения качества профилей.

Повышение производительности труда в прессовых цехах требует решения многих проблемных задач, связанных с созданием новых приборов систем автоматического управления технологическими процессами.

В проектируемом цехе будет установлены автоматические гидравлический пресс новой модели усилием 25МН. Автоматизация этих процессов позволяет значительно повысить производительность труда и увеличить ассортимент выпускаемых профилей.

Заготовки для прессования в цех поставляют на склад заготовок из литейного цеха в стеллажах. Перед прессованием слитки нагревают в индукционной установке. Загрузка слитков в индукционную печь и её разгрузка автоматизирована. Температура нагрева слитков регламентируется по данным диаметров фотопирометров. Пресс входит в состав автоматизированной линии. Отпрессованное изделие закаливается, правится,.режется на мерные длины и формируется в пакеты. Затем пакеты кран-балкой передаются на промежуточный склад.

При нагреве прессового инструмента в камерах сопротивления контроль температуры в рабочем пространстве печи осуществляется потенциометром ДИСК - 250 класс точности 0,5 со шкалой 0-600; 0-800С или ДИСК - 250 класс точности 0,5 со шкалой 0-600; 0-800С ГОСТ 7164-78.

При использовании индукционного нагревателя, применяемого для скоростного нагрева, контроль технологического процесса производится гибкой термопарой и автоматическим потенциометром ДИСК - 250-ПУ-3 ГОСТ7164-78 со шкалой о-600С класс точности 0,5.

Нагрев заготовок из алюминиевых сплавов АД 31 осуществляется в индукционных установках типа I ИНМ-75- II-24/80НБ. Контроль температуры нагрева в этих установках производится штырьевой термопарой градуировки ХА ГОСТ 30-44-84 длиной 800мм и стационарным потенциометром ДИСК - 250 ГОСТ 7164-78 со шкалой 0-600 или 0-800С класс точности 0,5; давления воды в системе охлаждения индукционных установок замеряется с помощью электроконтактного манометра ЭКМУ-1У со шкалой 0-6кг с/см² с классом точности 1,5 ГОСТ 13717-84. Для регулирования температуры воды в системе охлаждения применяется температурное реле РТ 2304 с термодатчиком ТД Пу-232 у ТУ 25-07-239-67.

Прессование полуфабрикатов из сплава АД31 методом прямого прессования ведется на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 25 МН с применением агрегата непрерывного прессования литой заготовки неограниченной длины. Рабочее давление жидкости в главном цилиндре пресса замеряется манометром МГНОШ1-160*600 тип П ГОСТ 2405-80.



6.3 Автоматическое регулирование скорости прессования

Прессование - это процесс придания обрабатываемому металлу заданной формы посредством выдавливания его из замкнутого объема через канал, образуемый прессовым инструментом.

В процессе прессования тепло деформации иногда весьма существенно изменяет первоначально заданный температурный режим. Изменение температурных условий в течение процесса может влиять непосредственно на физико-химическое состояние металла, величину и характер распределения прочностных и пластических свойств и, следовательно, на силовые и скоростные условия процесса.

Скорость истечения отпрессованного профиля непосредственно на выходе его из канала матрицы обычно не измеряют из-за сложностей с конструированием датчика. Однако, эта скорость с достаточной точностью может быть измерена по величине скорости перемещения пресс-штемпеля с учетом вытяжки. Таким образом, регулирование скорости пресс-штемпеля в процессе прессования является одной из важнейших задач при получении высококачественных пресс-изделий.

Для реализации системы прямого цифрового управления скоростью прессования необходимо осуществлять контроль и регулирование скорости пресс-штемпеля. Контроль скорости можно производить датчиком скорости пресс-штемпеля ДС, а регулирование скорости - меняя давление в гидросистеме пресса с помощью дроссельных заслонок Др и шаговых двигателей ШД. Для анализа информации о процессе и выработки команд управления предлагается использовать ремиконт К. Для контроля начала истечения металла из очка пресс-матрицы будем использовать бесконтактный радиоизотопный датчик положения металла РИД. Рассмотрим структурную схему системы прямого цифрового управления скоростью прессования.

Процесс прессования начинается с подачи слитка в контейнер, затем пресс-штемпель подводится к слитку, происходит - распрессовка, и в момент времени, когда начинается истечение металла из очка пресс-матрицы, радиоизотопный датчик РИД подает импульс (сигнал “а”) в систему включения датчика скорости ДС на ремиконт К. РИД расположен в месте выхода металла из канала матрицы, когда металла нет в зоне излучателя, его излучение практически полностью принимает приемник излучения и преобразует в электрический сигнал, определенного уровня. Когда пресс-изделие перекрывает излучение излучателя, большая часть излучения будет поглощена металлом и на приемник попадет небольшая доля излучения. Это приводит к резкому снижению выходного напряжения. Этот сигнал и используется для определения момента включения датчика скорости пресс-штемпеля. Ремиконт вырабатывает сигнал А включения датчика ДС. Этот датчик преобразует скорость пресс-штемпеля в импульсное напряжение, частота которого пропорциональна скорости. В качестве датчика скорости пресс-штемпеля предлагается использовать датчик ДИПС - 1, разработанный институтом Уралпроектмонтажавтоматика. Датчик ДИПС - 1 состоит из ротора (1), статора (2), усилителя (3), фазовращателя (4), логического блока (5). Сигнал с датчика скорости ДС поступает в контроллер, где сравнивается с заданием по скорости пресс-штемпеля. Если между этими величинами имеется рассоглосование , контроллер вырабатывает управляющий сигнал Б, воздействующий на систему питания шагового двигателя ШД. Система питания ШД содержит преобразователь 1, который по сигналу управления кантроллера Б подключает через усилитель 2 питание (ИП) к обмоткам управления ШД. При этом положение ротора ШД меняется на определенный угол, а вместе с ротором ШД осуществляется поворот дроссельной заслонки Др гидросистемы пресса. Тем самым можно регулировать подачу рабочей жидкости в систему гидропривода пресса. Изменение давления в гидросистеме пресса приведет к изменению скорости прессования.

Использование системы регулирования скоростью пресс-штемпеля позволит улучшить качество изделий и повысить производительность пресса.

Рисунок 6 - Структурная схема системы прямого цифрового управления скоростью прессования

6.4 Датчик состояния пресс-изделий

В цех заготовки поступают в виде столбов длиной 6м.

Этот датчик служит для контроля сплошности (наличие трещин) материала пресс-изделий. Анализ сплошности материала ведется путем использования шумоподобных зондирующих сигналов. Распознавание трещин по выходным сигналам датчика осуществляется с помощью акустооптических устройств, которые позволяют относительно просто реализовать многоканальное устройство распознавания сигналов.

Рассмотрим структурную схему устройства распознавания трещин с токовихревым датчиком состояния пресс-изделий.

Рисунок 7 - Схема устройства для контроля сплошности материала пресс-изделий:

1 - генератор импульсов с частотным заполнением; 2 - возбуждающая катушка датчика; 3 - датчик; 4 - измерительная катушка датчика; 5 - избирательный усилитель; 6-акустооптическое устройство распознавания; 7 - полосовые фильтры; 8 - линейные детекторы; 9 - решающая схема.

Генератор 1 вырабатывает импульсы с частотным заполнением, которые поступают на возбуждающую катушку 2 датчика 3. Эти сигналы пропускают через контролируемое пресс-изделие и на измерительной катушке 4 датчика наводится напряжение, усиливаемое избирательным усилителем 5. Оно поступает на вход акустооптического устройства распознавания 6.

В этом преобразователе заранее записаны характерные образцы (эталонные сигналы) трещин. В устройстве распознавания сигнал с избирательного усилителя сравнивается с записанными сигналами, являющимися образами различных дефектов. Тот образец, который наиболее близок реальному сигналу, возникающему в пресс-изделии с трещиной, сравнивается с реальным сигналом, дополняется отличиями реального сигнала и подается с помощью полосовых фильтров и линейных детекторов на решающею схему и затем на ЭВМ идентификатора. На экране дисплея появляется изображение о наличии или отсутствии трещины, ее описание в соответствии с данными идентификатора.

Вывод: применяемые в проектируемой технологии датчики и автоматические системы позволяют повысить качество прессуемых изделий и обеспечить контроль за технологическим процессом.

7. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

Производство прессованных полуфабрикатов определяет развитие многих отраслей народного хозяйства. Однако в процессе производства возникают опасные и вредные факторы производственной среды. На производстве должны быть созданы благоприятные условия труда - совокупность факторов производственной среды, оказывающих влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда.

В проектируемом цехе установлено основное и вспомогательное оборудование, движущиеся части и узлы, которые представляют определенную опасность, так как непредусмотренный контакт с ними может вызвать травмы. Цех включает:

- прессовый участок;

- участок термических агрегатов;

- участок упаковки и обработки продукции;

- вспомогательные службы.

Перемещение грузов в цехе осуществляется кран-балками и электротележками. Оборудование в цехе установлено последовательно, что позволяет избежать возвратных и перекрестных грузопотоков. Анализ вредных производственных факторов цеха аналога представлен в таблице 8.1

Таблица 17

Анализ вредных производственных факторов цеха

Наименование производственного участка	Наименование оборудования	Вредные факторы	Единицы измерения	Величина фактора	Нормативная величина	ГОСТ
Прессовый	Пресс,	Шум	дБА	85	80	12.1.003-99
Термических агрегатов	ПСО, индукционная печь, вентиляторы	Шум, избытки тепла	дБА Вт/м2	76 415	80 348	12.1.003-99 12.1.005-07
Упаковки и обработки продукции	Пилы, ПРМ, ЦКБ-40	Шум, Запылен-ность	дБА мг/м3	92 1,25	80 2,0	12.1.003-99 12.1.005-07
Вспомогательные службы	станки	вибрация	дБ	66	92	12.1.012-96

7.1 Технические и организационные мероприятия

На основе анализа влияния опасных и вредных производственных факторов на работающих, и для создания благоприятных условий труда на всех рабочих местах технологического процесса, разработаны различные мероприятия и меры защиты от вредного влияния различного рода факторов (Меропиятия по охране труда на производстве с Федеральным Законом № 181-ФЗ от 17.07.99 «Об основах охраны труда в РФ» № 116-ФЗ от 21.07.97 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», Постановлением Правительства РФ №843 от 26.08.95 «О мерах по улучшению условий и охраны труда» и других нормативно-технических документов.).

К числу основных технических мероприятий, обеспечивающих безопасность труда, относятся, прежде всего, автоматизация и механизация тяжелых работ. При этом устраняется тяжелый физический труд, уменьшается количество рабочих, занятых ручным трудом. Все эти меры являются действенными средствами ликвидации травматизма.

Техническими мероприятиями, способствующими улучшению условий труда, являются:

ограждение токоведущих частей электрического оборудования и опасных зон, создаваемых движущимися частями машин и механизмов;

сигнализация, предупреждающая об опасности;

автоматическая блокировка, служащая для остановки агрегата при аварии; - достаточный запас прочности при сооружении агрегата;

установка электрооборудования в отдельном помещении;

- защита от перехода напряжения на не токоведущие металлические части оборудования по средствам заземления;

-установка пультов и центров управления агрегатом в непосредственной близости от объекта управления, для обеспечения хорошей видимости всех объектов управления и систем измерения, регулирования,визуализации и регистрации на базе современных технических средств.

7.1.1 Электробезопасность

Проектируемый цех по электроопасности относится к II категории, так как в нем имеются токопроводящие пыли и токопроводящие полы.

Контрольно-измерительные приборы, устройства автоматики, искусственное освещение производственных помещений питаются от электрической сети.

Внутрицеховая электрическая сеть изготовлена из изолированных проводов и кабелей. Отводы от магистральных линий из изолированных проводов, проложенных в металлических трубах. Кабели внутри цеха расположены по стенам, потолкам и металлическим конструкциям здания цеха и надежно прикреплены скобами, хомутами и специальными креплениями. Каналы для прокладки кабелей предусмотрены глубиной 40-60 см. Расстояние между силовыми кабелями, проложенными в полу, не менее 85 см.

Троллейные провода кран-балок располагаются на высоте не менее Зм от уровня пола и на всем протяжении их надежно ограждают предохранительной сеткой. Главные троллеи мостовых кранов расположены ниже подкрановых путей. Для их осмотра и ремонта установлены специальные смотровые площадки с перилами.

В проектируемом цехе используются сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралью (ГОСТ 12.1.030-96). Защита от поражения электрическим током в применяемых электроустановках достигается следующими путями:

недопущение прикосновения к токоведущим частям, обеспечение их надежной изоляции (ограждения, кожухи, крышки);

устранение перехода напряжения на корпус и токоведущие части электрического и технологического оборудования (применение защитного заземления);

применение устройств защитного отключения при перегрузках и возникновении токов короткого замыкания;

применение индивидуальных средств защиты (резиновые перчатки, сапоги и другое) (ГОСТ 12.4.045-87; ГОСТ 12.4.013-97; ГОСТ 12.4.032-77).

7.1.2 Защита от тепловых выделений в цехе

При производстве прессованных изделий в цехе имеет место выделение тепла от технологического оборудования. Основным источником выделения является печь старения и отжига (ПСО).

Для обеспечения благоприятных условий труда пульты управления расположены на удалении от оборудования.

При нормальных метеорологических условиях на теплый период времени температура воздуха рабочей зоны производственных помещений равна +15+22°С (ГОСТ 12.1.005-01). Для обеспечения достаточного притока воздуха с обеих сторон предусмотрены вытяжные проемы. Приток свежего воздуха обеспечивается через оконные проемы в стенах здания цеха.

Для обеспечения благоприятных условий труда рабочих в цехе предусмотрены различного рода системы вентиляции.

7.1.3 Вентиляция

Для обеспечения нормальных условий и параметров микроклимата цеха предусмотрены устройства естественной и искусственной вентиляции (СНиП 2.04.05-97).

Естественная вентиляция осуществляется при помощи приточных проемов в цехе.

Общая и местная искусственная вентиляции в проектируемом цехе осуществляется с помощью систем стационарной вентиляции, вентиляторов, втяжных зонтов и так далее.

Местная вентиляция предусмотрена для улавливания загрязненного воздуха и вредных выделений непосредственно у источников образования. Для устранения газообразных и парообразных выделений у оборудования предусматриваются местные вентиляционные системы, а также аварийная вентиляция. Все технологические выбросы удаляются из атмосферы вытяжной вентиляцией. Содержащиеся ядовитые пары и газы перед выбросом их в атмосферу подвергаются очистке до норм, предусмотренных в ГОСТ 12.1.005-07.

7.1.4 Мероприятия по защите от вредных факторов

В процессе производства на разных участках цеха наблюдается выделение различных вредных веществ. Для защиты от этих вредных воздействий предусмотрены следующие мероприятия:

применение устройств вытяжной и приточной вентиляции;

применение комплексной механизации и автоматизации процессов,

дистанционное управление;

- для предотвращения выделения пыли предусмотрено ее пневматическое удаление, установка пылеулавливающих приспособлений;

- применение индивидуальных средств защиты (ГОСТ 12.4.045-87, ГОСТ12.4.013-97, ГОСТ 12.4.032-77):

а) костюм хлопчатобумажный с огнезащитной пропиткой;

б) наушники и беруши;

в) рукавицы суконные;

г) респиратор;

д) очки защитные;

е) каска;

ж) сапоги резиновые.

7.1.5 Организационные мероприятия

К числу организационных мер относятся, прежде всего, регламентированные условия труда и установление обязательных мер к проведению безопасности. Для каждого вида работ составлены инструкции по технике безопасности и систематическое обучение и проверка знаний по технике безопасности.

Технический уровень установленного в цехе оборудования дает возможность до минимума сократить вспомогательное время, а также и время технического и организационного обслуживания, что способствует наиболее высокому использованию фонда рабочего времени. Обязательным видом технической документации на оборудование является инструктаж по его эксплуатации и обслуживанию, инструкция по технике безопасности при работе на нем, нормативно-техническая документация. Введено обязательное предварительное обучение правилам техники безопасности. Инструктаж рабочего персонала включает ряд этапов:

вводный инструктаж каждого вновь поступившего, при оформлении документов их проводит инженер по технике безопасности;

инструктаж на рабочем месте каждого вновь прибывшего, проводит непосредственный руководитель работ на соответствующем участке с целью ознакомления с организацией труда и особенностями его охраны при выполнении работ, требованиями безопасности при ее проведении.

После первичного инструктажа вновь принятый рабочий прикрепляется к опытному рабочему для приобретения практических навыков безопасной работы на период длительности 10 дней. Повторный инструктаж проводится периодически раз в 6 месяцев. Внеплановый инструктаж производится при изменении технологии, при выявлении, незнании инструкции, после несчастных случаев. Целевой инструктаж при работах, на которых оформляется наряд-допуск.



7.2 Мероприятия по производственной санитарии

7.2.1 Питьевое снабжение

В условиях повышенных тепловыделений на территории здания цеха располагаются автоматы с газированной водой. Их расположение предусмотрено с учетом того, что расстояние от рабочего места и ближайшей питьевой точки составляет не более 75 метров.

7.2.2 Санитарно-бытовые помещения

Административно-бытовые помещения предназначены для санитарно-гигиенического обслуживания, управления производством, технических служб и отдыха (СНиП 2.09.04-87).

Данные помещения расположены в административно-хозяйственной пристройке цеха. В ней располагаются: мужские и женские гардеробы, туалеты и душевые, буфет, медицинский кабинет, конторские помещения. Гардеробные блоки обеспечивают раздельное хранение рабочей и повседневной одежды в предусмотренных отдельных шкафах.

7.2.3 Производственное освещение

Для наилучшего светового климата и условий работы в цехе предусмотрены следующие мероприятия (СНиП 23-05-95).

Для освещения помещения в цехе используются естественное и искусственное освещения. Естественное освещение осуществляется через световые проемы на. наружных стенах, т.е. в светлое время суток используется естественный свет.

Искусственное освещение предусмотрено таким образом, чтобы условия зрительной работы в ночное и вечернее время были максимально приближены к естественному. Так как в цехе стены мало участвуют в отражении света, для общего освещения применяют светильники прямого и отраженного света, газоразрядные лампы, а также светильники прямого света типа ДРЛ.

Кроме основного освещения в цехе используется аварийное освещение, которое обеспечивает:

продолжение работы;

возможность эвакуации персонала и т.д. в случае выхода из строя рабочего освещения.

В таблице 18 приведены нормы освещенности различных участков проектируемого цеха при искусственном освещении.

Таблица 18

Нормы освещенности

Наименование рабочего места	Разряд зрительной работы	Система освещения	Норма освещенности	Тип светильника
Линия пресса	VII	Общее	200	ДРЛ-400
ПСО	V	Общее	200	ДРЛ - 400
ОТК	V	Комбинированное Общее	300 200	ДРЛ -400

7.2.4 Определение коэффициента естественной освещенности

Естественное освещение в помещении регламентируется нормами СНиП 23-05-95.

Для оценки качества естественного освещения необходимо расчетное значение коэффициента естественной освещенности е_р сравнить с нормированным.

Нормированное значение коэффициента естественной освещенности (КЕО) определяется по формуле:

, (65)

где е_табл- табличное значение КЕО, при VII разряде зрительной работы и боковом освещении принимаем е_табл =1%;

т - коэффициент светового климата, для г. Красноярска т = 0,9:

е_н =1*0,9 =0,9% .

Расчетное значение КЕО при боковом освещении определяется из формулы:

где S₀ - площадь окон, м²: сорок восемь окон 2,5х5,4м, S₀ = 648 м²;

- площадь пола, = 96х36 = 3456м²;

ф₀ - общий коэффициент светопропускания, ф₀ = 0,5;

з₀ - световая характеристика окна, принимаем з₀ =10;

r₁ - коэффициент, учитывающий влияние отраженного света при боковом освещении, r₁ = 2,0;

К_зд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями,

К_зд = 1,4;

К₃ - коэффициент запаса, К₃ =1,3.

%

Расчетный коэффициент запаса естественного освещения достаточен, так как при расчетах выполняется условие е_р > е_н.

7.2.5 Расчет воздухообмена

Вентиляция является эффективным средством обеспечения необходимых гигиенических условий воздухообмена, соответствующих требованиям санитарных норм ГОСТ 12.1.005-91. Необходимое количество воздуха для вентиляции определяется понятием кратности воздухообмена (К), т.е. сколько раз в час воздух должен в помещении изменится для того, чтобы разбавить вредные вещества, пыль, влагу или тепловыделения до предельно допустимой концентрации или нормативов.

Местная вентиляция основана на удалении вредных веществ у источника их образования, количество которых указано в таблице 8.3.

Таблица 19

Количество воздуха, удаляемого местными отсосами

Наименование оборудования	Количество оборудования, шт.	Количество удаляемого воздуха, м3/с
Пресс	1	3
Пила	1	12
Итого:	2	15

Общее количество теплоты Q_я, поступающей в цех, вычисляем по формуле, кВт:

Q_я = Q₁ + Q₂+Q₃+Q₄; (66),

где Q₁, - тепловыделения от оборудования, приводимого в движение от электродвигателя, кВт;

Q₂ - тепловыделения от нагревательных устройств, кВт;

Q₃ - тепловыделения от остывающего металла, кВт;

Q₄ - количество теплоты, поступающей в помещение от солнечной радиации, кВт.

Q₁ =Nу*м₁*м₂* м₃*м₄ , (66)

где N_y - установочная мощность оборудования пресс, N_y =415 кВт;

м₁ - коэффициент использования установочной мощности, м₁ = 0,8;

м₂ - коэффициент загрузки оборудования, м₂ = 0,9;

м₃ - коэффициент одновременности работы оборудования, м₃ = 0,5;

м₄ - коэффициент перехода тепла в помещение, м₄ =0,15.

Q₁= 415 * 0,8 * 0,9 * 0,5 * 0,15 = 22,41 кВт,

Q₂=N*a*n, (67)

где N - мощность одной печи, кВт (индукционной N=750 кВт, ПСО N=850 кВт); а - коэффициент, принимаемый для индукционных печей а= 0,5 ,

для электрических - 0,7;

п - количество печей.

Q₂ = 750 * 0,5 + 3(850* 0,7)= 2160 кВт.

, (68)

где G_м - часовая производительность цеха, G_M = 1200 кг/ч;

С_м - теплоемкость металла при средней температуре, при t_cp=250°C С_м=0,940кДж/(кг*К);

t_н, t_к - соответственно, начальная и конечная температуры остывающего металла,

t_H = 480°C, t_k =20° С.

кВт

, (69)

где q_ocm - величина радиации через 1м² остекленной поверхности, q_ocm = 186 Bm /м²;

F_ocm - площадь поверхности остекления, F_ocm = 648 м²;

А_жт - коэффициент остекления, А_жт = 0,8.

Q₄ = 186 *648*0,8*10^-3 =96,4 кВт,

Q_я =22,41+2160+144+96,4=2423 кВт.

Количество воздуха, удаляемого общеобменной вентиляцией и местными отсосами определяем по формуле, м³/с:

, (70)

где т - коэффициент, т = 0,25;

р_в - плотность воздуха, р_в = 1,29кг /м³;

С_в - теплоемкость воздуха, С_в = 1,005 кДж/(кг * К);

t_{p 3} - температура рабочей зоны, t_{p 3}= 27° С;

t_np - температура приточного воздуха, t_np = 20° С;

- количество воздуха, удаляемого местными отсосами, м³/с (см. таблицу 8.3).

м³/с

Количество необходимого приточного воздуха, м³/с:

, (71)

где t_yx - температура удаляемого воздуха, t_yx = 48°С.



м³/с

Кратность воздухообмена, 1/ч:

, (72)

где V_ц - объем цеха, м³. V_ц =96х36х8=27648 м³

1/ч

7.3 Мероприятия по пожарной безопасности

Противопожарные мероприятия, предусмотренные в проектируемом цехе, представляют собой целый комплекс средств по предупреждению возникновения пожара. В соответствии со СНиП 23-05-95 данный цех относится к категории "Г"

- (пожароопасный), так как в нем обрабатывают несгораемые вещества (металл) в горячем состоянии, и имеет II степень огнестойкости зданий.

В проектируемом цехе предусмотрены следующие противопожарные мероприятия:

наличие противопожарных разрывов между цехом и другими зданиями и свободный проезд к нему пожарных машин;

оборудование снабжено локальными установками автоматического пожаротушения углекислым газом;

в цехе предусмотрен пожарный сквозной проезд, который обеспечивает доступ в любую точку производственного помещения;

для защиты строительных конструкций здания выполнены системы автоматического пожаротушения;

оборудование снабжено пожарной сигнализацией, автоматической остановкой при возникновении очага возгорания;

также предусмотрены огнетушители, пожарные щиты, пожарное водоснабжение, песок, пожарные рукава длиной 20 м.