Tekhn_kompl_keram_NIKITIN - копия / Нові лекції ТК / ТК вибір обл / Методика вибору обладнання

13.4. Методика вибору устаткування

13.4. 1. Вибір головного устаткування ділянок

Орієнтовний перелік головного устаткування комплексу і окремих виробничих ділянок наведений у табл. 13.1. Це може бути устаткування безперервного (шнековий прес, піч, млин, змішувач) або циклічної дії (автоклав). До устаткування безперервної дії можуть бути умовно віднесені циклічно діючої преси, наприклад, напівсухого пресування, або вібропреси, якщо вони мають постійний цикл невеликої тривалості (до 100 с). Для устаткування безперервної дії характерна наявність паспортної годинної продуктивності П_{п год}

Вибір устаткування безперервної дії проводиться таким чином, щоб паспортна годинна продуктивність П_{п год} була більшою, ніж розрахункова годинна продуктивність П_{роз річ}, тобто:

П_{п год} > П_{роз річ}, (13.9)

Розрахункова годинна продуктивність визначається по раніше знай­деній місячної П_{∑міс і} або річний П_{∑річ і} потрібної продуктивно­ сті щодо напівфабрикату або готової продукції:

П_{р год} = К_дод x К_нер x П_{∑міс і} /(720 х К_{в міс}); П_рч = К_дод х К_нер х П_{∑річ і} /(860 х К_{в річ}), (13.10)

де 720 і 860 - повні місячний і річний фонди робочого часу в годинниках; К_нер = 1,05…1,2 - коефіцієнт, що враховує можливість нерівномірного живлення устаткування; К_дод = 1,1…2,0 - коефіцієнт, що враховує відмінність експлуатаційної продуктивності від паспортної, резервування продуктивності, а також втрати від просипу і браку під час роботи головного агрегату. Слід зазначити, що для різних комплексів і типів устаткування ймовірність браку істотно відрізняється, але, як правило, для окремих технологічних агрегатів ця ймовірність становить 1…5 %, а для комплексу в цілому не перевершує 15 %; К_{в міс}, К_{в річ} - відповідні сумарні коефіцієнти використання устаткування протягом місяця і року. При однозмінній роботі окремих виробничих ділянок із тривалістю змін Т_зм = 8 годин згадані коефіцієнти можна вибирати з інтервалу К_в = 0,2…0,3. Більші значення із цього інтервалу характерні для К_{в міс}, нижчі -для К_{в річ}. Двозмінна робота тривалістю 8 годин дозволяє підняти коефіцієнти використання до рівня К_в = 0,4…0,6. Виробничі ділянки багатьох цегельних заводів працюють у дві

323

Таблиця 13.2.

Приклад розрахунку витрат ресурсів на випуск силікатної цегли

комплексом річною продуктивністю П_річ= 50 млн шт

(у перерахуванні на 1 тис. шт. одинарної цегли)

№	Найменування ресурсів	Одиниці виміру	Витрати ресурсів для забезпечення випуску продукції -силікатної цегли (розрахункова одиниця -1000 шт. одинарної цегли)
			На одну розрахункову одиницю X	продуктивність комплексу в розрахункових одиницях
				годинна Ппот год=15 'с	змінна Пзм=100	добова Пдоб=200	Тижнева Птиж=1150	Місячна Пміс=4600	Річна Пріч=50000
1.	Пісок	т	3,0	45	300	600	3450	1380 0	150000
2.	Вапно	т	0,75	11,25	75	140	862,5	3450	37500
3.	Вода	т	0,3	4,5	30	60	345	1380	15000
4.	Гашене вапно	т	0,45	6,8	45	90	5175	2070	22500
5.	В'язке	т	0,8	12	80	160	920	3680	40000
6.	Силікатна суміш	т	3,7	55,5	370	740	4255	17020	185000
7.	Газ природний	1000 М^3	0,13	1,95	130	26	149,5	598	6500
8.	Пара	т	0,4	6	40	80	460	1840	20000
9.	Електроенергія	1000 квт год	0,04	0,6	4,0	8,0	46	184	2000
10,	Стиснене повітря	1000 м^3	0,03	0,45	3	6	34,5	138	1500

324

12-ти годинної зміни. Це дозволяє збільшити вищевказані коефіцієнти використання до 0,7…0,8. Зрештою, для тризмінної (цілодобової) роботи, характерної для печей, сушарок і подібного безперервно діючого устаткування, коефіцієнти місячного і річного використання К_в = 0,8…0,95. Слід зазначити, що нарощування коефіцієнта використання устаткування є одним з вагомих важелів підвищення ефективності виробництва. Аналіз і вибір заходів щодо забезпечення такого нарощування є важливим завданням виробничої діяльності фахівця-механіка.

І паспортна П_{п год}, і розрахункова П_{р год} годинна продуктивність повинні бути визначені в однаковій розмірності: шт/год, т/год, м³/год, м²/год.

У каталогах і паспортах багатьох агрегатів продуктивність вказується в м³/год. Переведення т/год у м³/год проводиться з використанням насипної щільності матеріалу ρ, т/м³ :

П_{р год}(м³/год) = П_{р год}(т/год)/ ρ. (13.11)

Насипна щільність для більшості пухких сировинних матеріалів перебуває в діапазоні ρ = (1,1…1,6) т/м³.

Якщо для виконання технологічної операції продуктивність одного агрегату недостатня, або є ще які-небудь міркування щодо корисності цього заходу, то замість одного можна використати кілька агрегатів безперервної дії. Фактична кількість агрегатів Z_{безп ф} повинне бути більше необхідного Z_6eзп:

Z_{безп ф} > Z_6eзп = П_{р год} / П_{п год} (13.12)

Знайдену в каталозі паспортну продуктивність П_{п год} дробарок, млинів, змішувачів і іншого устаткування в деяких випадках рекомендовано коригувати для обліку конкретної виробничої ситуації. Наприклад, у паспортах дробарок і млинів наведені продуктивності для порід середньої міцності при насипній щільності 1600 кг/м³ і прийнятих середніх значеннях величини і форми матеріалу, що завантажується. У випадку значної відмінності фактичних властивостей матеріалу від цих усереднених варто скористатися перевідними коефіцієнтами.

325

Замість формули (13.10) при визначенні розрахункової годинної продуктивності П_{р год} можна користуватися формулою:

П_{р год} = К_нер х К_дод х П_{пот. річ і} , (13.1.3 )

де П_{пот. річ і} - необхідна годинна продуктивність відповідної виробничої ділянки, що знайдена по формулі (13.8) і занесена в табл. 13.2.

Для деяких агрегатів, наприклад, печей гасіння вапна, у каталогах приводиться паспортна добова продуктивність П_{п доб}. Необхідну для вибору такого встаткування розрахункову добову продуктивність П_{р доб} можна визначити, користуючись знайденою по формулі (13.8) ГІ_{∑доб і} потрібною продуктивністю щодо відповідного ресурсу:

П_{р доб} = К_дод х ГІ_{∑доб і} (13.14)

Приклад: Вибрати кількість печей випалу вапна для комплексу з річною продуктивністю 50 млн. шт. силікатної цегли.

У попередньому розділі по формулі (13.8) підраховані і занесені в табл. 13.2 добові витрати негашеного вапна, які досягають ГІ_{∑доб в} = 90 т/добу. Прийнявши коефіцієнт К_дод = 1,3 для врахування відмінності експлуатаційної продуктивності від паспортної і втрат від просипу, по формулі (13.14) маємо П_{р доб} = 117т/ добу. Якщо орієнтуватися на використання шахтних печей добовою продуктивністю П _{п доб} ⁼ 50 т/ доба, то необхідна кількість печей по формулі (13.12) буде становити Z_печ = 117/50 = 2,34. Приймаємо Z_{печ ф} = 3.

У каталогах для агрегатів циклічної дії, як правило, замість паспортної годинної продуктивності приводяться їхня ємність у м³ або, як це характерно для теплових агрегатів, розміри робочої камери. Тому спочатку треба визначити кількість продукції, що виробляється за один робочий цикл агрегатом циклічної дії, тобто продуктивність за 1 цикл П_{од1 ц}, що виміряється в тоннах, м³, м², штуках продукції (умовних або реальних). Для змішувачів, силосів-реакторів і подібного циклічно діючого устаткування величину П_од1ц треба визначати в тоннах, використовуючи величину щільності матеріалу ρ (т/м³) у стані обробки (ρ = 1,1…1,6 т/м³). Для автоклавів, камерних сушарок, камер ТВО і подібних циклічно діючих теплових агрегатів продуктивність

326

за 1 цикл П_од1ц в облікових одиницях продукції (наприклад, тис шт. одинарної цегли) можна визначити по формулі:

П_{од 1ц} = Z_і х Z_в х К_п, (13.15)

де Z_і - кількість виробів (цегли, блоків), які доцільно розміщати на одній вагонетці (стелажі, піддоні, рамці); Z_B -кількість вагонеток (стелажів, піддонів, рамок), що розміщається в робочій камері циклічно діючих теплових агрегатів; К_п -коефіцієнт приведення фактичних розмірів виробів до розмірів облікової одиниці продукції, що рівняється відношенню відповідних обсягів V_ф і V₀ : К_п = V_ф /V₀. Для стовщеної силікатної цегли висотою h = 88 мм коефіцієнт приведення до одинарної стандартної цегли К_п = 88/65 = 1,35.

Приклад. Визначити П_{0д 1ц}. автоклава довжиною 19 м. В автоклаві довжиною 19 м можуть розміститися 17 уніфікованих вагонеток для силікатної цегли, тобто Z_в = 17. Ємність однієї вагонетки залежить від прийнятої схеми пакета. При виробництві стовщеної цегли на автоклавній вагонетці розміщають 4 ряди і 10 шарів цегли "на ложок", причому для кращого заповнення автоклава верхні шари мають менше цеглин. У кожному з 6 нижніх повних шарів - по 19 х 4 = 76 шт стовщеної цегли, 7 і 8-й шар - по 18 х 4 = 72 шт, 9-й - 13 х 4 = 52 шт, 10-й - 11 х 4 = 44 шт. 16 додаткових цегл на багатьох заводах укладають знизу для заповнення простору між рядами з метою підвищення надійності пакета при розвантаженні вагонетки. Таким чином, усього на вагонетці розміщається 712 шт. стовщеної цегли, Z_і = 712. П_од1ц= 712 х 17 х 1,35 ≈ 16 тис. шт.

Фактична кількість Ж_цф агрегатів циклічної дії повинне бути більшим, ніж необхідно Z_ц, що визначається по необхідній продуктивності за обраний контрольний проміжок часу - місяць (П_∑міс ) або рік (П_∑річ) :

Z_цф / Zц = П_{∑міс і} / П_{од міс} = П_{∑річ і} / П _од._річ , (13.16)

де П_{од іміс}, П_{од річ} - відповідно місячна й річна продуктивності одного агрегату циклічної дії:

П_{од міс} =n_{ц міс} х П_од.1ц; П_{од річ} = n_{ц річ} х П_од.1ц , (13.17)

327

де n_{ц міс}, п_{ц річ} - відповідно, кількість робочих циклів, що виконує устаткування за місяць або за рік з урахуванням відповідних коефіцієнтів використання К_{в міс}, К_{в річ} :

n_{ц міс} =К_{в міс} х 720/Т_ц, n_{ц річ} = К_{в річ} х 8760/Т_ц, (13.18)

де Т_ц - тривалість одного робочого циклу в годинниках, що складається із тривалості t, , t₂,.. .t; окремих операцій :

T_ц = t,+t₂+...t_i... (13.19)

При виборі устаткування можна користуватися як місячною, так і річною продуктивністю - П_∑міс і П_{од міс} або П_∑річ і П_{од річ}. Традиційно рекомендується використання річної продуктивності. Але більше надійні результати можна чекати від використання місячної продуктивності, оскільки комплексам по виробництву стінових матеріалів властиві значні сезонні коливання об’єма продукції, що випускається. У розрахунках доцільно брати до уваги бажану продуктивність найбільш напружених місяців. Слід зазначити, що тривалості робочих циклів циклічно діючого устаткування при виробництві стінових матеріалів значно менше місяця. Навіть найбільш довгий цикл вагонетки комплексу по виробництву керамічної цегли методом жорсткої екструзії, що проходить і сушіння, і обпалювання, триває 6 діб, тобто в місяці реалізується кілька циклів.

Якщо розрахована кількість потрібних агрегатів становить менше одиниці, то доцільно вибрати більш дешеві агрегати з меншою продуктивністю за 1 цикл П_{од 1ц}. У випадку занадто великої кількості - оцінити можливість використання більш потужних агрегатів.

Приклад. Визначити місячну продуктивність П_{од міс} одного автоклава діаметром 2 м, довжиною 19 м, тобто агрегату циклічної дії, що працює разом з іншими в складі виробничої ділянки ТВО комплексу по виробництву силікатної цегли, а також потрібної кількості автоклавів для виробництва на місяць 4,6 млн. шт. цегли (П_∑міс = 4,6 х 10³ тис. шт.).

Відомості по тривалості окремих операцій, необхідні для визначення кількості робочих циклів n_{ц міс}, можна прийняти по технологічній карті діючого базового підприємства. З деякими

328

заокругленнями приймемо такі тривалості: завантаження за допомогою штовхача в автоклав 17-ти вагонеток, перевезених від пресів передатним візком, t₁ = 1,2 год; закривання кришок t₂ = 0,2 год; підйом тиску, у тому числі за рахунок перепуску пари із сусіднього автоклава, у якому витримка під тиском уже завершена (для економії до 25% пари) t₃ = 1,5 год; витримки при тиску 0,8 МПа t₄ = 6 год; випуск пари з перепуском t₅ = 1,1 год; відкривання кришок t₆ = 0,2 год; подача вагонеток із цеглою до автоклава на майданчик відстою t₇ = 0,3 год; чищення автоклава t₈ = 0,2год; простої автоклава t₉ перед завантаженням, які залежать від прийнятого графіка роботи, і можуть рівнятися 1…5 год. Якщо t₉ = 1,3 год, то тривалість одного циклу по формулі (13.19) Т_ц = 12 годин. Якщо режим роботи ділянки ТВО вважати умовно цілодобовим (завантаження всіх автоклавів завершується протягом двох робочих змін на ділянці формування), то коефіцієнт використання автоклава протягом місяця можна прийняти К_{в міс} = 0,75. Тоді по формулі (13.18) за місяць може бути виконане П _{ц міс} = 0,75 х 720/12 = 45 циклів. В автоклаві за 1 робочий цикл розміщується і проходить ТВО П_{од. 1ц} ≈ 16 тис. шт. цегли, як було розраховано вище. Місячна продуктивність одного автоклава по формулі (13.17) П_од._міс = 45x16 =720 тис. шт. одинарної цегли. Кількість циклів і продуктивність можна підвищити на ≈ 30 %, якщо забезпечити можливість цілодобового завантаження автоклавів. При потрібній місячній продуктивності П_{∑міс і} = П_∑міс = 4,6 x 10³ тис. шт. необхідна кількість автоклавів по формулі (13.16) дорівнює Z_ц = П_{∑міс і} /П_{од міс} = 4600/720 = 6,38 ≈ 7, тобто фактично треба встановити Z_цф = 7 автоклавів.

Орієнтовно тривалість циклу циклічно діючого устаткування можна визначити, користуючись так званим коефіцієнтом оборотності К_о6 в одиницю часу (доба, тиждень, місяць), що іноді приводиться в технічній літературі для характеристики агрегатів циклічної дії:

Т_ц = 24/ К_{о6 доб} = 168/К_{об тиж} = 720/К_{о6 міс}. (13.20)

Наприклад, якщо для автоклава K_{o6 доб} = 2, те Т_ц ≈ 12 годин.

13.4.2. Вибір технологічного устаткування ділянок

Головне устаткування комплексу і його виробничих ділянок повинне працювати з повним навантаженням для забезпечення максимальної ефективності, тому все суміжне устаткування варто вибирати таким чином, щоб забезпечувати повне завантаження головного.

При виборі неголовного технологічного устаткування безперервної дії розрахункову годинну продуктивність П_{р год в} можна розрахувати по формулі (13.13) на базі годинних витрат відповідних ресурсів П_{пот год в}, визначених по формулі (13.8) і внесених у табл. 13.2.

У випадку використання декількох головних агрегатів безперервної дії розрахункову годинну продуктивність П_{р год і} доцільно знаходити з урахуванням паспортної продуктивності Пп. _год. головного устаткування і його фактичної кількості Z_{6ecn ф}:

П_{р ч в} =П_{п год} x Z_{6езп ф} x К_дод. (13.21)

При такому підході, наприклад, продуктивність змішувачів і іншого устаткування формувального відділення буде достатньою для забезпечення силікатною сумішшю всіх встановлених у відділенні і одночасно працюючих пресів у випадку, якщо в цьому буде потреба. Те ж саме стосується відділення випалу вапна з декількома печами безперервної дії.

Вибір циклічно діючого устаткування з відносно короткими циклами менше години проводиться таким чином, щоб виконувалася умова:

Z _{ц ф} x П_{од год} > П_{р ч в}, (13.22)

тобто фактична годинна продуктивність всіх агрегатів циклічної дії повинна бути такою, щоб забезпечувати безперебійну спільну роботу головних агрегатів виробничої ділянки (П_{од год} - годинна продуктивність циклічно діючої машини з коротким циклом).

Характерними прикладами циклічно діючого устаткування з відносно короткими циклами є бетонозмішуючі комплекси по виробництву цегли і блоків з бетону, а також різноманітні передаточні візки, які передбачені в складі багатьох комплексів по виробництву стінових матеріалів для перевезення вагонеток, піддонів, стелажів або рамок із цеглою або блоками.

330

Особливістю передаточних візків є те, що паралельна їхня робота в більшості комплексів неможлива, тобто фактична кількість Z _{ц ф} = 1.

Спочатку з каталогу вибирається який-небудь із серійних агрегатів циклічної дії, і для нього по заздалегідь прийнятій методиці визначається годинна продуктивність П_{од год}:

П_{од год} =n_{ц год} x П_{од 1ц.} (13.23)

Кількість робочих циклів п_цгод, які виконуються за годину:

n_{ц год} = 3600/Т_{ц год}, (13.24)

де Т_{ц год} - тривалість одного робочого циклу в секундах, що складається із тривалості t_1,t_2,…t окремих операцій :

Т_{ц год} = t₁+ t₂+…t_і ... (13.25)

У випадку, якщо умова (13.22) не виконується, то або вибирають більше продуктивне устаткування, або передбачають заходи щодо скорочення основних складових робочого циклу.

Приклад. Вибрати передаточний візок для перевезення від 4 пресів до автоклавів вагонеток із цеглою-сирцем, якщо паспортна годинна продуктивність пресів становить П_{п год} = 4 тис. шт. у перерахунку на одинарну цеглу.

Розрахункову годинну продуктивність П_{р год в} знайдемо по формулі (13.21) при К_дод = 1,1: П_{р год в} = 4 x 4 x 1,1 = 17,6 тис. шт. Приймемо передаточний візок , що здатний перевозити Z_B = 4 вагонетки.

Цикл роботи передаточного візка складається з наступних операцій: завантаження 4 вагонеток на візок тривалістю t₁; перевезення вагонеток до автоклава тривалістю t₂; послідовне завантаження 4 вагонеток в автоклав тривалістю t₃; повернення порожнього візка до пресів тривалістю t₄. Умовно, із запасом, можна прийняти t₂ = t₄ = L_b/V_b = 40/0,4 = 100 с, де L_B = 40м - середній шлях від пресів до автоклавів; V_B = 0,4 м/с - середня швидкість пересування візка на ділянці між пресовим і автоклавним відділеннями (за умовами безпеки швидкість пересування на її обгороджених робочих майданчиках не повинна перевершувати 0,5 м/с). Тривалість завантаження 4 вагонеток на візок t₁ = Z _в x t₁₁ = 4 x 60 =

^1

240 с, де t₁₁ = 60 с - тривалість завантаження однієї вагонетки, яка залежить від швидкості штовхачів, наявності пристроїв для точної зупинки візка зі сполученням рейок і стану стиків рейок. Таким чином, підраховується тривалість t₃ = Z_B x t₃₁ = 4 x 70 = 280 с (t₃₁ = 70c - тривалість завантаження в автоклав одієї вагонетки). Тоді Т_{ц год} = t₁ + t₂ + t₃ + t₄ = 240 + 100 + 280 + 100 = 720 с. Кількість робочих циклів, які виконуються за годину: n_{ц год} 3600/720 = 5.

Для розрахунку П_{од 1ц} - кількості продукції, що перевозиться за один робочий цикл, треба знати ємність однієї вагонетки Z_і у штуках одинарних цеглин. За один цикл передаточний візок перевозить 1_од.1ц = Z_і x Z_в = 960 x 4 = 3840 шт. одинарної цегли. За годину вона здатна перевезти П_{од год} = n_{ц годс} x П_{од 1ц} = 5 x 3840 = 19200 шт. одинарної цегли. Знайдена продуктивність вище розрахункової (П_{р год в} = 17,6 тис. шт.), умова (13.22) виконується.

Істотно підвищити годинну продуктивність передаточного возика, якщо буде потреба, можна за рахунок зменшення тривалості завантаження і розвантаження, наприклад, шляхом застосування пристроїв для точної зупинки візка зі сполученням рейок.

13.4.3. Вибір допоміжного і транспортуючого устаткування

Вагонетки, рамки, рейки, піддони, стелажі і інше устаткування. У структурі багатьох комплексів по виробництву стінових матеріалів вагоме місце за вартістю і витратами на обслуговування і ремонт займають різноманітні вагонетки, рамки, рейки, піддони, стелажі і інше допоміжне устаткування, на якому продукція проходить теплову обробку.

Методика розрахунку потрібної кількості такого устаткування аналогічна вищенаведеній методиці для головних сумарно працюючих технологічних агрегатів циклічної дії. На першому етапі варто визначитися з кількістю виробів П_{од 1ц} на одній одиниці устаткування - вагонетці, рамці, піддоні і т.п. П_{од 1ц} виміряється в штуках або в м³, як це характерно, наприклад, для блоків з газобетону і бетону. При визначенні тривалості циклу по формулі 13.19) окремо необхідно передбачити час на вистоювання цього устаткування між циклами роботи. При визначенні кількості робочих циклів n_{ц міс} або n_{ц річ} по формулі (13.18) коефіцієнти

332

використання К_{в міс} і К_{в річ} можна вибирати інші, чим в агрегатів для теплової обробки, разом з якими працює устаткування, що розраховується. Те ж стосується і потрібної продуктивності П_∑міс і П_∑річ, що визначається по витратах ресурсів (табл. 13.2). Місячну і річну продуктивність однієї вагонетки, рамки, піддона або стелажа знаходять по формулах (13.17).

Компресори, парові казани і аналогічне устаткування. Допоміжне устаткування типу компресорів, парових казанів, насосного устаткування, електричних трансформаторних підстанцій може складатися як з єдиного агрегату, так і, частково, з декількох, які працюють паралельно. При виборі такого устаткування для підвищення надійності перевагу віддають спільній роботі, або навіть передбачають наявність резерву.

Вибір перерахованого вище устаткування проводиться з використанням відомостей про необхідність відповідних ресурсів, які підраховані в таблиці ресурсів (табл. 13.2). При розрахунку необхідної продуктивності по формулі (13.13) варто вибирати коефіцієнти К_нер = 1,5…3,0 і К_дод = 1,5…2,5 з урахуванням можливих втрат ресурсу під час транспортування, а також відбору його для сторонніх споживачів.

Наприклад, необхідна для вибору компресора розрахункова продуктивність П_{р хв} у м³/хв визначається аналогічно розрахунковій годинній продуктивності: