2. Проектирование механического цеха и основного участка

В задании к курсовому проекту содержатся укрупненные исходные данные, на основе которых определяется общий состав цеха. Такие укрупненные исходные данные могут быть заданы в виде общего количества основного оборудования с подразделением по типам станков (табл. 2).

Принимая в качестве исходного задания количество станков, рассчитывают по укрупненным показателям состав вспомогательных отделений цеха (ремонтного отделения, мастерской для ремонта инструментов и приспособлений, заточного отделения и др.). Следует при этом учитывать, что в зависимости от масштаба производства и размера цеха состав отделений может быть различным – некоторые отделения объединяются, а в ряде случаев они предназначаются для обслуживания нескольких цехов. При определении состава цеха следует руководствоваться либо данными литературных источников, либо опытом предприятия, на котором работает студент.

Количество производственных рабочих определяется по числу станков, занятых в основном производстве цеха. При расчетах необходимо учитывать нормы (коэффициент ) многостаночного обслуживания, принятые для различных типов станков:

Токарные многорезцовые, полуавтоматы,

продольно – фрезерные станки 1,5 – 2,0

Многошпиндельные полуавтоматы 1,2 – 1,5

Одношпиндельные автоматы, зубострогальные 3,0 – 4,0

Зубодолбежные, зубофрезерные 4,0 – 5,0

Универсальные токарные,

сверлильные и др. 1,0

Таблица 2

Количество станков по типам производства

Наименование станков	Крупносерийное	Среднесерийное
Токарно-винторезные Токарно-револьверные Токарные автоматы и полуавтоматы Карусельные Расточные Сверлильные Фрезерные Строгальные и долбежные Протяжные Шлифовальные Зубообрабатывающие Специальные, агрегатные, автоматы и полуавтоматы Отрезные Прочие Итого	11,8 5,2 1,0 0,8 5,5 10,9 14,2 2,1 1,3 13,0 5,9 25,0 2,2 1,1 100	18,4 4,5 1,2 2,5 5,9 5,5 10,0 4,1 0,6 11,9 9,0 23,0 1,6 0,8 100

Количество производственных рабочих:

где - годовая программа деталей, шт.; - норма штучно – калькуляционного времени, мин; - число операций технологического процесса; - число наименований деталей, обрабатываемых в цехе; - действительный годовой фонд времени рабочего, ч (табл. 3); - коэффициент многостаночного обслуживания.

Таблица 3

Годовой фонд времени рабочего,ч

,Продолжительность рабочей недели, ч	Основной отпуск, дни	Номинальный фонд времени , ч	Отпуск и невыходы по уважительным причинам, % от	Коэффициент учитывающий отпуск,	Действительный фонд времени , ч
41 41 41	15 18 24	2070 2070 2070	10 11 13	0,9 0,89 0,87	1860 1840 1800

где - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч; при пятидневной рабочей неделе и двухсменной работе для металлорежущих станков , для уникальных металлорежущих станков , для автоматических станочных линий ч при номинальном годовом фонде времени 4140 ч; - коэффициент использования оборудования, для серийного производства , для крупносерийного и массового ; - коэффициент, учитывающий выполнение рабочих норм; - число станков в цехе.

Численный состав остальных категорий персонала, работающего в цехе – рабочие, слесари, вспомогательные рабочие, инженерно – технические работники, служащие и младший обслуживающий персонал – устанавливаются в процентном соотношении от производственных рабочих.

Количество производственных рабочих – слесарей в механическом цехе принимается для единичного и мелкосерийного производства в размере %, для крупносерийного и массового - % от числа станочников ().

Общее количество вспомогательных рабочих в цехе в серийном производстве составляет % от количества производственных рабочих, в мелкосерийном %.

Общее количество вспомогательных рабочих () целесообразно разбить на две группы: обслуживающих оборудование и не обслуживающих его; первые составляют примерно 60%, вторые – 40% от общего количества вспомогательных рабочих.

Младший обслуживающий персонал цеха: уборщики цеховых и бытовых помещений, курьеры, телефонисты – составляют % от общего количества рабочих ().

Общее количество технических специалистов и служащих составляет % от общего количества рабочих, причем технические специалисты составляют %, а остальное количество –служащие.

Общее количество потребных рабочих - производственников, вспомогательных рабочих, младшего обслуживающего персонала и служащих (называемое общим количеством работающих) вписывается в сводную ведомость с указанием процентного отношения этих категорий к числу производственных рабочих и к общему количеству работающих в цехе.

Определение площади цеха следует начинать с производственных отделений, учитывая, что к производственной площади цеха относятся: площадь, занятая производственными станками, транспортными устройствами, слесарными верстаками, разметочными плитами, стендами и другим производственным оборудованием; проходы и проезды между станками, площадки для складывания деталей, находящихся в обработке.

Основным показателем для определения производственной площади являются нормы на один станок или рабочее место (табл. 4).

Таблица 4

Нормативы площади для размещения станков,.м²/ст

Станки	Малые	Средние	Крупные	Особо крупные и уникальные
Удельная общая площадь,	10 – 12	15 – 25	30 – 45	50 – 150
Размеры станка, мм	1800х800	4000х 2000	8000х 4000	15000х6000

Площади вспомогательных помещений рассчитываются по укрупненным нормативам в процентном отношении от производственных площадей. Конторско-бытовые помещения рассчитываются по удельным нормам на одного человека, работающего в цехе [1, 2, 7].

К вспомогательным отделениям и складским помещениям относятся: заготовительное, заточное, контрольное и ремонтное отделения; мастерская для ремонта приспособлений и инструмента; мастерская энергетика цеха; отделение для приготовления и раздачи охлаждающих жидкостей; отделение для переработки стружки; цеховой склад материалов и заготовок; промежуточный склад деталей; инструментально – раздаточный склад; склад приспособлений; склад абразивов, масел и вспомогательных материалов.

В зависимости от масштаба производства и размера цеха, состав отделений может быть различным.

При проектировании цехов некоторые из указанных отделений и складов разрабатываются подробно на основе расчетов, некоторые принимаются по аналогии с существующими на действующих предприятиях.

Рассмотрим расчет площадей некоторых наиболее крупных вспомогательных отделений и складских помещений.

Заготовительное отделение для средних и малых механических цехов находится в помещении цехового склада материалов и заготовок; для крупных цехов – отдельно от других помещений. Площадь заготовительного отделения принимается в размере 10% от - производственной площади.

Заточное отделение. В цехах с числом станков до 200 организуют одно заточное отделение; при большом количестве станков может быть два заточных отделения. Количество заточных станков можно определить по табл.5

Таблица 5

Рекомендуемое число заточных станков

Число металлорежущих станков, обслуживаемых заточкой	Число заточных станков
До 50 До 100 До 200 300	3 4 9 13

Удельная общая площадь на один станок .

Заточные отделения в механических цехах единичного и среднего производства часто располагают в центре площади, занимаемой обслуживаемыми ими участками цеха.

В механических цехах поточного производства заточные отделения располагаются в стороне от производственного потока, в пристройках цеха.

Заточные отделения отделяются от других стеклянными перегородками.

Контрольное отделение располагается в механическом цехе по пути движения деталей в сборочный цех, перед промежуточным складом.

Укрупненно площадь контрольного отделения составляет 3 – 5 % от площади станочного отделения.

Мастерская для ремонта приспособлений и инструмента. Количество станков мастерской определяется из расчета 4 % от 100 – 200 обслуживаемых металлорежущих станков; 1,4 % от 600 обслуживаемых станков. Общая площадь для станков и слесарной работы определяется из расчета 17 – 22 на один станок мастерской.

Цеховой склад материалов и заготовок для достижения прямого и кратчайшего пути движения материалов и заготовок к станкам располагают в начале цеха: поперек пролета здания; в отдельном пролете перпендикулярном к пролетам механического цеха; под эстакадой, примыкающей к зданию цеха, расположенной перпендикулярно его пролетам.

Площадь цехового склада составляет 10 – 15 % от площади станочного отделения. Площадь цехового склада вместе с заготовительным отделением составляет 15 – 20 % от станочной площади.

При расположении склада поперек пролета цеха для подачи материалов и заготовок из склада к станкам, помимо ручных, электрических и автотележек, применяют мостовые краны, которые обслуживают пролеты механического цеха.

Склад готовых деталей и узлов. Площадь склада в среднем составляет 10 % от саночной площади.

Инструментально – раздаточный склад (кладовая). Площадь склада определяется из расчета на один металлорежущий станок обслуживаемого цеха при ремонте в две смены в зависимости от типа производства: для единичного – 0,7 , мелкосерийного – 0,5 , серийного 0,4 , для крупносерийного – 0,3 , массового – 0,25 .

Наиболее удобной формой для склада является вытянутый прямоугольник по длине цеха.

К обслуживающим помещениям цехов относятся административно – конторские и бытовые помещения. Административно – конторские помещения служат для размещения административно – управленческих служб цеха. Бытовые помещения цеха предназначаются для санитарно – гигиенического, медицинского, культурного обслуживания, для служб питания и др.

Административно – конторские и бытовые помещения цеха объединяются в одном здании.

В состав административно – конторских входят помещения технологического, конструкторского, планово – диспетчерского и других бюро, цеховой лаборатории, бухгалтерии, помещение для сменных инженеров, кабинетов начальника и его заместителя и других административно – технических служб цеха.

Площадь конторских помещений определяется из расчета 3,25м² на каждого работающего в наиболее многочисленной смене; площадь для конструкторов и техников – 5 на один чертежный стол. Указанные помещения должны иметь естественное освещение, высота их от пола до потолка должна быть не менее 3,3 м.

В состав бытовых помещений входят гардеробные, умывальные, душевые, здравпункты, буфеты, столовые и т.д.

При укрупненных расчетах общую площадь бытовых помещений определяют исходя из площади, приходящейся на одного списочного рабочего (удельная площадь).

Примерная суммарная полезная площадь на 1 человека, считая полное количество людей в двух сменах для бытовых и административно – конторских помещений составляет 2,7 – 3,0 .

Общая площадь механического цеха определяется как сумма площадей производственных и вспомогательных отделений, складских и конторско-бытовых помещений.

Заводской транспорт делится на три вида: внешний, межцеховой и цеховой. В проекте предусматривается только цеховой транспорт, предназначенный для перемещения грузов между станками, обслуживание сборочных, слесарных рабочих мест и цеховых складских помещений. При обосновании выбранного вида цехового транспорта должны быть учтены следующие факторы: характер изготовляемой продукции, ее масса и размеры, тип производства, грузопоток и расположение оборудования.

Подъемно–транспортные средства должны обеспечить механизацию трудоемких работ по перемещению груза в цехе.

Выбирая тип и размеры зданий, следует учитывать, что ширина пролетов, расстояние между колоннами, высота цеховых помещений унифицированы. Необходимо выполнять требования санитарно – гигиенического характера, которые учитывают объем и площадь, приходящиеся на одного работающего.

Здания для машиностроительных цехов строят преимущественно одноэтажные, так как при этом производстве применяется сравнительно тяжелое оборудование и сама продукция отличается тяжеловесностью и значительными габаритами.

В тех случаях, когда это возможно по характеру изготовляемых изделий и применяемому оборудованию и обоснованию в технико-экономическом отношении, целесообразно использовать многоэтажные здания.

Производственные одноэтажные здания состоят из нескольких параллельных однотипных пролетов, образуемых рядами колонн.

Форма одноэтажных производственных зданий должна быть наиболее простой, в виде прямоугольника или квадрата, так как затраты на строительство здания сложной конфигурации увеличиваются.

Общие размеры и площади цеха определяются на основе планировки оборудования и всех помещений цеха. Каждый пролет цеха характеризуется шириной пролета и шагом колонн или, иначе, сеткой колонн .

Ш ирина пролетов здания определяется на основании планировки оборудования в зависимости от размеров обрабатываемых деталей, применяемого оборудования и средств транспорта. Шириной пролета здания называется расстояние между осями подкрановых стоек или колонн (рис.1).

Рис. 1 Схема пролетов

Шагом колонн называется расстояние между осями двух колонн в направлении продольной оси пролета и принимается равным 6 или 12 м. Согласно стандарту ширина пролета здания находится в установленной размерной зависимости от пролета мостового крана (табл.6).

Таблица 6

Размеры пролетов кранов и зданий

Ширина пролета здания , м	Ширина пролета крана ,м при грузоподъемности кранов
	До 15 т	20 – 75 т	Свыше 75 т
9 12 15 18 21 24 27 30 33	8 11 14 17 20 23 26 29 32	- 10,5 13,5 16,5 19,5 22,5 25,5 28,5 31,5	- - 13 16 19 22 25 28 31

Общая высота здания (рис.1) от пола до нижней выступающей части верхнего перекрытия или до нижней точки стропильной затяжки слагается из расстояния от пола до головки подкранового рельса и расстояния от головки рельса до нижней выступающей части верхнего перекрытия или до нижней точки стропильной затяжки, которое зависит только от конструкции крана и его габаритного размера по высоте, т.е.:

.

Величина слагается из следующих величин:

,

где - высота наиболее высокого станка; если станки невысокие, то этот размер принимается не менее 2,3 м, т.е. несколько выше роста человека;

- промежуток между транспортируемым изделием, поднятым в крайнее верхнее положение, и верхней точкой наиболее высокого станка (оборудования); этот промежуток принимается равным 0,5 – 1,0 м;

- высота наибольшего по размеру изделия в положении транспортирования, м;

- расстояние от верхней кромки наибольшего транспортирования изделия до центра крюка крана в верхнем его положении, необходимое для захвата изделия цепью или канатом и зависящее от размеров изделия; принимается не менее 1 м;

- расстояние от предельного верхнего положения крюка до горизонтальной линии, проходящей через вершину головки рельса; принимается по стандартам электрических мостовых кранов; величина этого расстояния колеблется в пределах от 0,5 до 1,6 м в зависимости от конструкции и грузоподъемности крана.

Вторая часть высоты пролета определяется в зависимости от конструкции и размеров крана: она равна сумме габаритной высоты крана и расстояниям между верхней точкой крана и нижней точкой перекрытия или затяжки стропильной фермы, т.е.:

,м.

Высота электрических мостовых кранов установлена стандартом в зависимости от грузоподъемности кранов. Она колеблется в пределах от 2100 мм (для кранов грузоподъемностью 10 т) до 5200 мм (для кранов грузоподъемностью 250 т).

Расстояние между верхней точкой крана и нижней точкой перекрытия (или затяжки стропильной фермы) должно быть не менее 100 мм (при расположении троллейных проводов сбоку под краном).

Высоту помещений (от отметки чистого пола до низа несущих конструкций покрытия на опорах) в зданиях без мостовых кранов следует назначать:

Для пролетов до 12 м - 3,6; 4,2; 4,8; 5,4 и 6,8 м.

Для пролетов 18 и 24 м – 5,4; 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,6 м.

В зданиях с мостовыми кранами высоту помещений следует принимать по таблице 7

Таблица 7

Высота здания в зависимости от пролета и грузоподъемности крана

Пролет здания, м	Высота помещений , , м	Грузоподъемность крана, т
18; 24 18; 24 18; 24; 30 24; 30	8,4 9,6; 10,8 12,6; 14,4 16,2; 18,0	10 10; 20 10; 20; 30 30; 50

Длина пролета цеха определяется суммой размеров производственных и вспомогательных отделений, последовательно расположенных вдоль пролета. Проходов и других участков цеха.

Основным размером определяющим длину пролета, является длина технологической линии станков, расположенных вдоль пролета.

Длина пролета цеха, определяемая графически на основе планировки оборудования и всех отделений и участков, расположенных вдоль пролета, складывается при типовой схеме компоновки из следующих размеров:

1. ширины цехового склада материалов и заготовок (при единичном и серийном производстве) или складских площадок для заготовок в начале станочных линий (при поточном производстве); цеховые склады обычно располагаются поперек пролетов цеха и только иногда, при направлении производственных потоков перпендикулярно продольным осям пролета, располагаются вдоль пролетов;

2. ширины поперечного прохода между этим складом и станочным отделением (не менее 4 м);

3. длина станочного отделения с поперечными проходами для транспортировании изделий и движения людей (не менее 4 м), если такие проходы предусмотрены планировкой;

4. ширины поперечного прохода перед контрольным отделением (не менее 4 м);

5. ширины контрольного отделения, если оно расположено поперек пролетов здания;

6. ширины промежуточного склада (при обычном расположении его поперек пролетов здания).

Общая длина цеха должна быть кратной величине шага колонн, который для всех цехов и размеров пролетов в настоящее время принимается равным 12 или 6 м.

Если длина цеха по планировке не получилась кратной величине шага колонн, необходимо внести поправку в планировку за счет увеличения или уменьшения размеров участков, расположенных вдоль оси пролета.

Планировка цеха учитывает расположение производственных, вспомогательных, складских и контрольно – бытовых помещений.

Все отделения цеха располагаются по направлению общего производственного потока в следующем порядке:

а) при единичном и серийном производстве цеховой склад материалов и заготовок вместе или смежно с заготовительным отделением размещаются в начале цеха (поперек пролетов цеха или в отдельном пролете, перпендикулярном к пролетам цеха); при поточном производстве складские площадки для заготовок располагаются в начале каждой поточной линии;

б) вдоль склада или складских площадок поперек пролетов цеха устраивается проезд шириной не менее 4 м и более в зависимости от применяемых средств транспорта;

в) далее располагается станочное отделение;

г) в конце станочного отделения поперек всех пролетов устраивается поперечный проезд шириной не менее 4 м;

д) далее располагается контрольное отделение или пункты (при поточном производстве);

е) параллельно контрольному отделению, поперек пролетов, размещается промежуточный склад и смежно с ним – межоперационный;

ж) заточное отделение и инструментально – раздаточный склад при поточном производстве располагаются в стороне от потока; при единичном и серийном производстве они могут занимать в цехе центральное положение по отношению обслуживаемых станочных участков.

Складские помещения в цехе отделяются от станочного отделения металлической сеткой высотой не более 2,0 – 2,5 м, а контрольное и заточное отделение – стеллажной перегородкой.

Административно – бытовые помещения могут располагаться:

• внутри производственных зданий на антресолях, в межколонном пространстве вдоль рядов колонн, в “мертвых” зонах мостовых кранов;

• на специальных опорах – металлических или железобетонных – на высоте 2,5 м и выше; под ними устраиваются проходы и проезды. Высота встроенных помещений должна быть не ниже 2,5 м от пола до потолка;

• в специальном здании, пристроенном к зданию цеха (рис.2)

Ширину пристроек для административно–бытовых помещений при одностороннем освещении следует принимать 12 м. Шаг колонн принимается 6 м; высота этажей – 3,3 м .

Первый этаж занимается умывальными, душевыми, гардеробными помещениями.

Второй и третий этажи используются также для гардеробных и административно – конторских помещений, буфетов, столовых.

Четвертый – преимущественно для производственных и конструкторских бюро и отделов.

Планировка должна отвечать типу производства, принятой организации работ в цехе и обеспечивать прямоточность движения деталей, по возможности исключая возвратные движения и встречные потоки.

Рис.2 Расположение административно – бытовых зданий:

а – с торцовой стороны производственного корпуса; б – с продольной стороны производственного корпуса; в – в отдельно стоящем здании, соединенном переходами – наружными или подземными – с производственным корпусом; г – поперечное примыкание к продольной стороне производственного корпуса торцовыми сторонами; 1 – производственный корпус; 2 – здание административно – бытовых помещений.

Проектирование механического цеха по укрупненным показателям завершается вычерчиванием плана цеха (масштаб 1:100) с соблюдением правил строительного черчения. На плане указываются границы всех производственных, вспомогательных и бытовых помещений и направление грузопотоков. Оборудование на общем плане может не размещаться.

Кроме того, на плане должны быть изображены штрих – пунктирными линиями все проезды и проходы.

В части строительной на плане должны быть изображены:

1. колонны с осями и обозначением номера каждой колонны;

2. очертания оснований колонн и фундаментов штриховыми линиями;

3. наружные и внутренние стены;

4. окна, ворота и двери.

На плане должны быть даны и все необходимые размеры: ширина пролетов; шаг колонн; общая ширина цеха; общая длина пролетов и всего цеха; ширина продольных и поперечных проходов или проездов; ширина, длина и площадь каждого вспомогательного отделения; расстояние от станков до колонн и между станками и рабочими местами, габаритные размеры крупных станков. Все нанесенные на план изображения и размеры должны быть вычерчены в масштабе.

Все станки (приложение 1), автоматические станочные линии и другое оборудование, складские и контрольные площадки, грузоподъемные и транспортные устройства, изображенные на плане, обозначаются порядковыми номерами и вносятся в спецификацию, которая помещается на плане. В спецификации должны быть указаны:

1. номер, обозначенный на плане;

2. наименование оборудования или устройства;

3. характеристика оборудования – основные размеры, грузоподъемность и т.д.

На плане должны быть сделаны надписи с номерами или названиями производственных отделений цеха, производственных участков, вспомогательных отделений.

Кроме плана, должен быть выполнен поперечный разрез здания в масштабе 1:50 или 1:100 с указанием высоты здания .

Условные обозначения строительных элементов, помещаемых на планах цехов, приведены на рисунке 3.

Внутренние перегородки в производственных зданиях бывают разных видов в зависимости от назначения помещения: деревянные оштукатуренные; стеклянные с нижней деревянной частью; из металлической сетки с нижней деревянной частью; металлические застекленные; кирпичные; железобетонные.

Помещение для складов отделяют сетчатыми перегородками с нижней деревянной частью высотой 1 м и общей высотой 2,5 – 3,0.

Для отделений покрытий металлами, окрасочных, термических и т.п. устраивают кирпичные перегородки в 1 –1,5 кирпича или железобетонные толщиной 300мм.

Для отделений заточных, шлифовальных, лекальных, особо точных станков и других устраивают стеклянные перегородки с нижней деревянной частью высотой 1 м и общей высотой 2,5 – 3,0 м.

Деревянные отштукатуренные перегородки ставят в обслуживающих помещениях – бытовых, конторских и др.

Отдельно под общим планом вычерчивается план основного участка (масштаб 1:50) с нанесением габаритов всех рабочих мест, транспортных средств и указанием маршрута движения деталей.

Рис3 Условные обозначения строительных элементов (размеры в мм)

При расстановке станков необходимо руководствоваться нормальными размерами промежутков между станками и размерами проходов, предназначенных для транспортирования материалов и деталей.

Вычерчивание основного участка производится в случае, если специализацией цеха предусматривается создание поточных линий или предметных участков. Если же в проектируемом цехе предусмотрена групповая расстановка станков при их единичном или мелкосерийном типах производства, то отдельно участок не вычерчивается. В этом случае станки размещаются на соответствующих участках общего плана цеха, на этом же плане наносится маршрут движения детали.