Беляев - Дипломное проектирование (строительная часть)
Министерство образования Российской Федерации Тамбовский государственный технический университет
П.С. Беляев, А.С. Клинков, В.Г. Однолько, Н.А. Чайников
ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ (СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ)
Утверждено Ученым советом университета в качестве учебного пособия
Тамбов • Издательство ТГТУ •
2003
Клинков А.С., Однолько В.Г., Чайников Н.А.
Дипломное проектирование (строительная часть): Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2003.
В учебном пособии представлено типовое содержание раздела дипломного проекта, в котором рассмотрено проектирование цехов и производственных участков по переработке полимерных материалов.
Даны определения основных терминов, применяемых в проектном деле и рекомендации по проектированию строительного раздела дипломного проекта. Приведены примеры основных конструктивных элементов производственных зданий.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 170500 -- Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов (специализаций 170505 и 170507).
ВВЕДЕНИЕ
Производство и потребление полимерных материалов обусловлено высокой эффективностью их применения, выгодным сочетанием технологических и рабочих свойств, эксплуатационной надежностью и взаимозаменяемостью изделий из традиционных материалов.
Все технологические процессы, применяемые в производствах по переработке полимерных материалов в изделия, можно разделить на пять основных стадий:
• Подготовка сырья и материалов. На этой стадии происходит измельчение материалов, классификация измельченных материалов и гранул, сушка, хранение материалов и полуфабрикатов;
• Изготовление композиций и смесей требуемой консистенции с применением соответствующего смесительного оборудования;
• Изготовление полуфабрикатов путем измельчения, гранулирования, таблетирования, шприцевания и др;
• Собственно получение конкретного изделия одним из методов переработки полимерных материалов (прессование, экструзия, литье под давлением, пневмоформование и др.);
• Обработка готовых изделий на токарных, шлифовальных, фрезерных и др. станках, а при необходимости их сварка, склейка, окраска.
Все указанные выше технологические процессы осуществляются на разнообразном оборудовании, которое группируется по типам, видам и размещается в одном или нескольких производственных помещениях (цехе или участке).
Подготовка инженера-механика в области создания и эксплуатации оборудования для переработки пластических масс и резиновых смесей по специальности 170500 предусматривает приобретение студентами значительного объема теоретических и практических знаний, позволяющих решать широкий круг инженерных и прикладных задач.
На заключительном этапе учебного процесса при выполнении дипломных проектов студенты должны показать не только степень усвоения теоретических и прикладных дисциплин, но и умение самостоятельно решать конкретные инженерно-технические или научные задачи.
Целью настоящего учебного пособия является систематизация студентами знаний, полученных при изучении курса «Проектирование предприятий по переработке пластмасс», и применение их в процессе дипломного проектирования при выполнении строительного раздела.
Основанием для выполнения дипломного проекта является задание на проектирование цеха конкретной производительности или участка цеха в составе производства, а также специальное задание на разработку конструкции машины, аппарата или экспериментальной установки.
Необходимые для расчетов материалы (план цеха с размещением оборудования, его тип, производительность и др.) студенты собирают во время прохождения технологической и преддипломной практик.
1 ОБЩИЙ РАЗДЕЛ
Проектирование цеха по переработке полимерных материалов является определяющим разделом в полном объеме дипломного проекта. В нем рассматривают установленное в цехе оборудование, степень механизации и автоматизации технологического процесса в целом, списочный состав работающих на данном производстве, что в итоге предопределяет эффективность (рентабельность) производства. Этот раздел тесно взаимосвязан с экономическим разделом дипломного проекта.
Перед тем как приступить к работе над текстовыми документами проекта разрабатываемого цеха и основного оборудования необходимо обосновать потребность и назначение данного производства, выбор климатического района и пункта строительства, место проектируемого цеха (участка) в составе предприятия, оценить наличие сырьевой базы, возможность обеспечения трудовыми ресурсами и места сбыта выпускаемой продукции.
Раздел состоит из графической и расчетно-пояснительной частей. Графическая часть выполняется на листах формата А1 (ГОСТ 2301--69) и включает в себя фасады, разрезы и планы здания цеха с указанием размещения основного технологического и вспомогательного оборудования и экспликации помещений (общим объемом не более 2 листов).
В случае проектирования многоэтажного здания необходимо представить планы всех этажей. На видах, разрезах и планах должны быть показаны основные конструктивные элементы производственного здания, к которым относятся: фундаменты, стены, колонны, пролетные конструкции, элементы перекрытия и покрытия, подкрановые конструкции. При этом необходимо строго руководствоваться требованиями действующих строительных норм и правил (СНиП) на соответствующие здания, например: «Производственные здания промышленных предприятий» или «Складские здания и помещения общего назначения».
В текстовой части раздела необходимо отметить, что цех -- это подразделение промышленного предприятия, обособленное в административно-хозяйственном отношении, действующее на началах внутризаводского хозяйственного расчета и выполняющее в основном производстве определенные функции либо по изготовлению продукции, либо функцию технического или хозяйственного обслуживания основного производства.
В состав цеха входят: производственные отделения или участки; вспомогательные участки; административно-бытовые помещения.
Производственные отделения и участки предназначены для непосредственного осуществления в них технологического процесса. На производственных площадях цеха размещается основное технологическое оборудование, к которому относят все рабочие машины, станки, аппараты, занятые непосредственно выполнением операций основного технологического процесса. В производственном оборудовании осуществляется изменение формы, состояния или свойств сырья, материалов, заготовок и полуфабрикатов.
Вспомогательные участки (ремонтные, складские) предназначены для ремонта и оснащения оборудования, обслуживания производства, хранения и выдачи основных и вспомогательных материалов, полуфабрикатов, инструмента, приспособлений, запасных частей к оборудованию и т.п.
На вспомогательных площадях цеха размещают оборудование, не участвующее непосредственно в технологическом процессе изготовления готовой продукции. На этом оборудовании выполняются работы по обслуживанию нужд основного производства, например: ремонт и оснащение основного оборудования, инструментов, приспособлений.
К вспомогательному оборудованию можно отнести санитарно-техническое оборудование (отопительные агрегаты, кондиционеры, вентиляторы, насосы т.п.).
Здания цехов, как правило, оснащаются подъемно-транспортным оборудованием, предназначенным для механизации трудоемких подъемно-транспортных и погрузочно-разгрузочных работ. К грузоподъемному оборудованию цехов относят:
− мостовые и поворотные краны; кран-балки; подъемники; домкраты; полиспасты; лебедки; тали; монорельсовые тележки; пневматические подъемники;
− транспортирующие машины и установки наземного безрельсового и рельсового транспорта, установки для непрерывного транспорта (конвейеры с тяговым органом и без него, рольганги, установки пневмотранспорта и гидротранспорта);
− автопогрузчики, передвижные транспортеры, механические погрузчики, штабелеры, укладчики, автокраны.
3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА
ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В расчетно-пояснительной записке дипломного проекта типовые разделы должны быть оформлены в соответствии с требованиями [1].
В задании на дипломный проект указываются наименование и материал изделия, его масса, годовой выпуск изделий (тыс. шт.) или годовая программа по перерабатываемому материалу (т), продолжительность рабочей смены и их число. Задание на проектирование выдается под получение конкретного изделия или материала, поэтому необходимо проектировать полностью или частично автоматизированное производство. Следует иметь в виду, что автоматизированными помимо самого процесса формования должны быть все вспомогательные операции, начиная от приема сырья и заканчивая упаковкой готовой продукции и переработкой отходов производства.
Технологические схемы изготовления изделий из различных полимерных материалов имеют много общего и включают следующие операции:
• завоз сырья на склад и его хранение;
• входной контроль сырья;
• подготовка сырья к переработке и транспортировка его на участок формования;
• формование, механическая обработка и контроль качества изделий;
• упаковка готовых изделий, транспортировка их на склад и хранение;
• переработка отходов производства.
В зависимости от типа производства, вида перерабатываемого материала, конструктивной сложности изделий некоторые из перечисленных технологических операций могут отсутствовать, быть совмещенными друг с другом или их количество увеличено.
Рассмотрим некоторые из перечисленных технологических операций.
Завоз сырья на завод. В соответствии с условиями договора поставки между изготовителями сырья и перерабатывающим предприятием полимерные материалы могут поставляться в контейнерах, мешках, цистернах, емкостях, ящиках и другой таре.
Контейнеры при помощи подъемных устройств разгружаются с полувагонов или платформ и транспортируются на специальную контейнерную площадку заводского склада. Сырье в мешках транспортируется из вагонов транспортерами, укладывается партиями на поддоны и межцеховым транспортом перевозится на заводской склад.
Из цистерн сырье пневмотранспортом подается в силосы (сосуды).
Хранение сырья. Заводской склад необходимо проектировать из расчета 10-15 суточного запаса сырья для выполнения производственной программы. Крупнотоннажные партии сырья, поступающие в цистернах или контейнерах, рекомендуется хранить в силосах (емкостях) объемом не менее
Сырье, поступившее в мешках, хранится партиями в заводском складе. Оптимальным является стеллажный способ хранения сырья на поддонах. Для улучшения использования высоты помещений, установки и выемки пакетированного сырья применяются штабелеры с местным или дистанционным управлением.
При автоматизированных производствах рекомендуется применять и автоматизированные склады хранения сырья, представляющие собой систему силосов, оборудованных указателями уровней. Сырье из силосов подается к месту переработки при помощи пневмотранспорта, включающегося автоматически по вызову при понижении уровня сырья в бункере перерабатывающей машины.
Растаривание сырья. Контейнеры с сырьем с заводского склада подвозятся в отделение растаривания. При помощи грузозахватных устройств контейнер устанавливается на растарочную установку и сырье перетаривается в технологические контейнеры. Аналогичным образом растаривается сырье, поступающее в мешках.
Входной контроль сырья. Сырье, поступающее от предприятий-поставщиков, сопровождается соответствующей документацией, где указываются его технические характеристики. Входной контроль проводится для определения свойств сырья и соответствия этих показателей величинам, указанным в сопроводительном документе. Эти испытания проводятся в заводских лабораториях.
Подготовка сырья. Подготовка полимерных материалов выполняется в зависимости от технических условий по их переработке, требований к качеству готовой продукции, поверхности изделий и их окраске. В отделении подготовки могут выполняться операции сушки сырья и смешения его с концентратами красителей.
Применяют обычно цилиндрические сушилки или устройства для нагрева и подсушки гранул производительностью 100 - 450 кг/ч. Для материалов типа полиамидов и поликарбонатов рекомендуется использовать вакуумные цилиндрические сушилки.
Для смешения исходного сырья с добавками рекомендуется применять скоростные смесители СС- 100 или смесители центробежные СЦ-300. Смешение сырья с красителями производится при помощи устройств, устанавливаемых над загрузочными бункерами.
Формование изделий. В зависимости от вида полимеров формование изделий осуществляется методами прессования, литья под давлением, экструзии, пневмовакуумным формованием и т.д. Листовые полимерные материалы формуются с помощью вальцов и каландров.
Переработка отходов. При изготовлении изделий литьем под давлением, прессованием, вакуумным формованием и др. образуются возвратные и безвозвратные отходы производства. Безвозвратные отходы представляют собой потери в виде газообразных выделений (продукты деструкции полимеров), потери при механической обработке изделий.
К возвратным отходам относят некондиционную продукцию, полученную в наладочном режиме, литники, облой, изделия, подвергающиеся испытанию (техническому контролю). После переработки (дробление, грануляция) возвратные отходы используются в качестве добавок (10 - 15 %) к исходному сырью, если это разрешено техническими условиями, а если нет, то для изготовления неответственных деталей.
Переработку отходов (при использовании их для изготовления тех же изделий) целесообразно организовывать непосредственно у формующей машины. При централизованной переработке отходов рекомендуется дробить их на роторных измельчителях типа ИПР-150 и ИПР-300 и затем гранулировать.
В целом по цеху безвозвратные отходы составляют 4 -- 5 %, а доля возвратных отходов - до 10 % выпуска готовой продукции и зависит от перерабатываемого сырья и требований к готовым изделиям. В рассмотренном разделе студентами может быть использована технологическая схема производства изделий, разработанная ими в курсовой работе по дисциплине «Технология отрасли», если тема дипломного проекта совпадает с темой курсовой работы.
При разработке технологической схемы переработки полимерного сырья в изделия излагается сущность операций и их последовательность, дается описание работы основного и вспомогательного технологического оборудования, транспортных средств и грузоподъемных механизмов.
В качестве примера можно рекомендовать подробное описание технологической схемы производства изделий из полиэтилена методом литья под давлением [2].
3 ВЫБОР И РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Все виды оборудования, находящиеся на промышленном предприятии по назначению подразделяются на четыре группы:
• производственное;
• вспомогательное;
• подъемно-транспортное;
• энергетическое.
К производственному оборудованию относятся все рабочие машины, станки, аппараты, занятые непосредственно выполнением операций основного технологического процесса. В этом оборудовании происходит изменение формы, изменение состояния или свойств сырья, материалов, заготовок и полуфабрикатов.
Вспомогательное -- это оборудование, не участвующее непосредственно в изготовлении готовой продукции, но выполняющее работы по обслуживанию нужд основного производства предприятия.
К вспомогательному оборудованию цеха относится:
• оборудование для ремонта и оснащения основного производственного оборудования, инструментов и приспособлений;
• оборудование заводских лабораторий и для учебных целей;
• санитарно-техническое оборудование (отопительные агрегаты, кондиционеры, вентиляторы, насосы и т.д.).
Подъемно-транспортное оборудование промышленных предприятий подразделяется на общезаводское (внутризаводское), межцеховое и внутрицеховое. Основное его назначение -- механизация трудоемких подъемно-транспортных и погрузочно-разгрузочных работ в производственном процессе предприятия.
К общезаводскому и межцеховому транспорту относят:
• железнодорожный транспорт - заводские локомотивы, вагоны, платформы, цистерны, контейнеры;
• водный транспорт -- заводские баржи, баркасы, катера, паромы;
• безрельсовый автотранспорт -- заводские автомобили, тракторы, тягачи, прицепы, электрокары, автокары, автопогрузчики;
• подъемно-транспортные средства -- краны железнодорожные, автомобильные (на колесном и гусеничном ходу);
• средства непрерывного транспорта: конвейеры, материалопроводы (пневматический и гидравлический транспорт).
К средствам внутрицехового транспорта относятся:
• грузоподъемные машины и устройства -- домкраты, полиспасты, лебедки, тали с ручным и электрическим приводом, краны поворотные, мостовые кран-балки (мостовые краны с электроталью), подъемники;
• транспортирующие машины и установки наземного рельсового и безрельсового транспорта, рельсовые подвесные дороги, устройства для перемещения массовых грузов или обслуживания технологического процесса средствами непрерывного транспорта (конвейеры с тяговым органом и без него, рольганги, материалопроводы).
• вспомогательные устройства -- бункеры, бункерные затворы, питатели, универсальная и специальная оборотная счетная и мерная тара.
К энергетическому оборудованию относят: паросиловые и электросиловые установки; оборудование электрических подстанций, котельных, тепловых пунктов, бойлерных, компрессорных и т.п.
При выборе (из альтернативных вариантов) технологического оборудования необходимо руководствоваться его эффективностью, которая выражается в форме критерия эффективности, учитывающего его особенности и характеристики оборудования [3].
В качестве критериев эффективности используют экономические критерии в виде различных технико-экономических показателей (средняя прибыль, приведенные затраты и т.д.) и технологические критерии (качественные и количественные показатели выпускаемой продукции, энергетические параметры и т.д.). При этом необходимо умело использовать как экономические, так и технологические критерии эффективности (в зависимости от поставленной задачи).
Практика оптимального выбора технологического оборудования показывает, что использование технологических критериев эффективности позволяет исключить уже на первом этапе проектирования существенную часть альтернативных вариантов оборудования как весьма далеких от оптимальных.
Значения критериев эффективности зависят не только от типа выбираемого оборудования, его конструктивных параметров и режимов функционирования, но и от технологических свойств машины или аппарата (чувствительности, надежности, управляемости и сложности). Существуют методы расчета количественных оценок перечисленных свойств.
Чувствительность технологического оборудования -- это свойство объекта изменять характеристики своего функционирования под влиянием малых изменений режимных и технологических параметров сырья, а также внешних возмущающих воздействий. При проектировании предприятий и цехов по переработке полимерных материалов следует выбирать технологическое оборудование, малочувствительное к изменению собственных параметров и внешних возмущающих воздействий.
Надежность технологического оборудования -- это свойство объекта сохранять качество своего функционирования при выполнении заданных условий эксплуатации и ремонта. Понятие надежности тесно связано со способностью оборудования в течение определенного времени сохранять работоспособность (безотказность); приспосабливаться к обнаружению и устранению причин, вызывающих отказы (ремонтопригодность) и к длительной эксплуатации (долговечность). Расчет показателей надежности оборудования (наработка на отказ, интенсивность отказов, вероятность безотказной работы за определенное время и др.) дает возможность разработать мероприятия по обеспечению его требуемой надежности.
Управляемость технологического оборудования -- это свойство объекта достигать определенных техническим заданием целей (производительности, качества продукции и т.д.) при ограниченных ресурсах управления в реальных условиях эксплуатации. При проектировании технологического оборудования возникает задача выбора и соответствующей системы автоматического управления его режимами работы.
Выбор основного и вспомогательного оборудования следует осуществлять в соответствии с технологической схемой производства изделий конкретно на каждой операции.
К основному технологическому оборудованию цехов по переработке полимерных материалов относятся:
• прессовое оборудование, которое используется для прессования изделий из реактопластов или резиновых смесей;
• литьевое оборудование - для литья под давлением изделий из термопластов, реактопластов и резиновых смесей;
• экструзионное оборудование - для изготовления длинномерных изделий (листов, труб, профилей, пленок и т.д.);
• вальцовое и каландровое -- для получения листовых материалов;
• смесительное оборудование -- для смешения и диспергирования материалов.
...