3. Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования

3.1 Расчет автоматической линии

Для расчета автоматической линии используются следующие данные:

• общая производительность линии: S_год = 100000 м²/год

• коэффициент неисправимого брака:  = 3 %;

• число праздничных дней в году: t_п = 9 дней;

• число выходных дней в году: t₀ = 104 дня;

• продолжительность работы оборудования за сутки:  = 16 ч;

• число предпраздничных дней в году: t_пп = 9 дней;

• количество часов, на которое сокращается рабочий день в предпраздничные дни: _ср = 2 часа;

Для определения габаритных размеров автоматической линии необходимо определить размеры основных и вспомогательных ванн, размеры позиций загрузки-разгрузки, сушки.

Для того, чтобы определить количество деталей, которые необходимо единовременно обрабатывать, чтобы обеспечить заданную производительность линии, произведём следующие расчёты:

(3.1.1)

где - площадь единовременно обрабатываемых деталей, м²;

- годовая производительность, м²;

- коэффициент учитывающий потери от брака;

- ритм выдачи, мин;

- эффективный фонд времени, ч;

Годовой фонд работы оборудования Т₀, ч:

Т₀ = (365 – t₀ – t_п) – t_пп (3.1.2)

Т₀ = (365 – 104 – 9)16 – 9  2 = 4014 ч.

Действительный фонд работы оборудования Т_д, ч:

(3.1.3)

где k_пр – коэффициент простоя оборудования (для 2 смен принимаем 0,08)

Рассчитываем эффективный фонд работы оборудования по формуле:

где τ_{техн.цикла} – время технологического цикла (принимаем равным 60мин).

Принимаем, что оборудование будет работать 2 смены в сутки по 8 часов.

Длительность гальванических операций определяется из закона Фарадея:

τ_эл =( ∙ ∙60)/( ∙ ∙ ) (3.1.5)

где - толщина наносимого слоя, м;

- плотность Ni, г/м³;

- плотность катодного тока, А/м²;

- электрохимический эквивалент, г/А;

- катодный выход по току.

Электрохимический эквивалент рассчитаем по формуле (3.1.6):

q_Ni (3.1.6)

q_Ni г/Ач

Толщина наносимого покрытия составляет 6 мкм, катодный выход по току 96%, катодная плотность тока – 120 А/м² [26].

Зная время электролиза, определим количество основных ванн для нанесения покрытия по формуле (3.1.7):

(3.1.7)

где - время электролиза, мин;

- вспомогательное время для обслуживания ванны (1-2 мин);

Задаемся предполагаемым R и рассчитываем количество ванн. Рассчитанное количество ванн округляем до большего целого числа и определяем коэффициент использования ванн К_исп, %

где – принятое количество ванн.

Полученные данные о количестве ванн и коэффициенте использовании ванн сводим в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Выбор ритма выдачи

Никелирование (25мин)	R, мин	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Никелирование (25мин)	nрасч	6	5	4	4	3	3	3	3	3	2	2
Никелирование (25мин)	Kисп, %	90	90	96	84	100	90	81	75	69	96	90
Обезжиривание (12мин)	nрасч	3	3	2	2	2	2	2	2	2	1	1
Обезжиривание (12мин)	Kисп, %	93	77	100	87,5	77	70	63	58	53	100	93
Сушка (12мин)	nрасч	3	3	2	2	2	2	2	2	2	1	1
Сушка (12мин)	Kисп, %	93	77	100	87,5	77	70	63	58	53	100	93

Выбираем ритм выдачи 15 с коэффициентом использования 90,00%

Рассчитываем площадь единовременной обработки деталей по формуле (3.1.9).

где S_годов. – годовая производительность линии, м²/год;

α – коэффициент исправимого брака, %;

R – ритм выдачи.

Расчет габаритных размеров барабана

Детали засыпаемые в барабан – это блочки. Они имеют габариты представленные в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Габариты блочки Б-55

Название	Диаметр основания,см	Диаметр отверстия,см	Высота ножки,см	Площадь, м2
Б-55	1,2	0,7	0,57	0,00037

Определим количество деталей при единовременной загрузке:

где S_дет – площадь покрываемой поверхности одной детали (0,00037), м²;

Определим объем единовременной загрузки деталей в барабане:

где ρ_нас–плотность материала деталей,

m – масса одной детали, кг.

K_нас. – насыпной коэффициент (K_нас.=3-10), принимаем 3.

Единовременная загрузка барабана составляет 25 - 40 % объема барабана, откуда объем барабана равен, принимаем 35 %:

где – объем единовременной загрузки деталей в барабане;

– единовременная загрузка барабана;

Принимаем барабан шестигранной формы, тогда его объем определяется по формуле:

где R – радиус описанной окружности барабана, м;

l_б – длина барабана (l_б = (3 ÷ 5)∙R), м. Принимаем l_б = 3∙R.

Преобразовав выражение, получим:

Тогда получаем, длина барабана

Внутренний диаметр барабана:

Найдем высоту барабана:

Определим радиус вписанной окружности:

Высота загрузки деталей в барабане:

Внутренний и внешний диаметры отличаются между собой на 50-100 мм., тогда:

Внутренняя и внешняя длина отличается между собой на 100 – 200 мм.,

Выбираем барабан размером 300 500 мм.

Расчёт габаритных размеров ванн

Габаритные размеры ванн электрохимической обработки.

Внутренняя длина ванны:

где l_б – длина барабана, мм;

l₁ – расстояние между барабаном и торцевыми стенками ванн (100 – 200 мм), мм.

_{Внутренняя ширина ванны:}

где D_нар – наружный диаметр барабана, мм.;

B₁ – расстояние между анодом и барабаном (100-200 мм.), мм.;

B₂ – расстояние между анодом и ближайшей стенкой ванны (50-100 мм.), мм;

D – толщина анода (5 – 20 мм.), мм.

Внутренняя высота ванны:

где Н₁ – расстояние от дна ванны до нижнего края барабана (150-300 мм.), мм;

Н₂ – расстояние от зеркала электролита до верхней части барабана (100-200 мм.), мм;

Н₃ – расстояние от зеркала электролита до верхнего края ванны (150-300 мм.), мм.

Согласно ГОСТ 23738 – 85 выбираем ванну электрохимической обработки: 800×630×900 мм.

Определяем габаритные размеры ванн химической обработки.

Внутренняя длина ванны рассчитывается по формуле (3.1.22):

где l_б – длина барабана, мм;

l₁ – расстояние между барабаном и торцевыми стенками ванн (100 – 200 мм), мм.

Внутренняя ширина ванны:

где d – расстояние между барабаном и ближайшей стенкой ванны (100 – 200 мм), мм.

Внутренняя высота ванны определяется по формуле:

Согласно ГОСТ 23738 – 85 выбираем ванну химической обработки: 800 × 630 × 900 мм.

Далее рассчитаем габаритные размеры линии нанесения никелевого покрытия. Схема линии указана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Линия никелирования

Длина линии определяется по формуле:

L = Σ(n · B_нар) + B_c + Δl_з/с + B_з/р + n₀ · Δl₀ + n₁ · Δl₁ + n₂ · Δl₂ + n₃ · Δl₃ (3.1.24)

где n – количество ванн одного типоразмера;

B_нар – наружная ширина ванн одного размера, мм.;

В_с – наружная ширина сушильной камеры, мм.;

Δl_з/р – расстояние между позицией загрузки-разгрузки и сушильной камерой, мм.;

В_з/р – ширина позиции загрузки-разгрузки, мм;

n₀ – количество ванн без бортовых отсосов;

Δl₀ – зазор между стенками ванн без бортовых отсосов, мм.;

n₁ – количество ванн с односторонним бортовым отсосом;

Δl₁ – зазор между стенками ванн с односторонним бортовым отсосом, мм.;

n ₂ – количество ванн с двухсторонним бортовым отсосом;

Δl₂ – зазор между стенками ванн с двухсторонним бортовым отсосом, мм;

n ₃ – количество ванн со сливным карманам;

Δl₃ – ширина сливного кармана, мм.

L = ( 2 • 630 + 17• 630) + 600 + 200 + 600 + 7 • 160 + 6 • 290 + 2 • 390 + 6 • 80 = 17490 мм

Ширина линии рассчитывается по формуле:

В_АОЛ = L_вн + В₁ + В₂ (3.1.25)

где В₁ – расстояние от наружной стенки ванны до наружной плоскости опорной стойки (В₁ = 200), мм;

В₂ – ширина площадки обслуживания (В₂ = 1000 - 1100), мм.

В_АОЛ = 800 + 200 + 1100 = 2200 мм.

Высота линии зависит от внутренней высоты ванн, от способа обработки деталей и от типа автооператора. На линии используется подвесной автооператор, детали обрабатываются в барабанах, высота ванн составляет 900 мм.

Выбираем подвесной тельферныйгибкотяговый манипулятор, технические характеристики которого представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Технические характеристики манипулятора

Грузоподъёмность, кг	400
Скорость горизонтального перемещения, м/с	0,5
Скорость вертикального перемещения, м/с	0,2
Наибольшая длина обслуживания ванн, мм	2240
Масса, кг	260–276
Габариты манипулятора	1160×840×3670

Высота линии:

Н_АОЛ = 2*H_{ванныс бара} + 500 + 1500, (3.1.26)

Н_АОЛ = 2*900+ 500 + 1500 = 3800мм

Принимается линия: 17490×2200×3800.

Так как в линии используется подвесной автооператор, детали

Необходимое число автооператоров:

(3.1.27)

где Т₁ – суммарное время горизонтального перемещения, с:

, (3.1.28)

где l_ср–среднее расстояние перемещения автооператора между рядом стоящими позициями (l_ср = 940 мм);

n₁ – количество позиций в линии (n₁ = 21);

₁ – скорость горизонтального перемещения автооператора, ( ₁ = 0,5 м/с), м/с.

Т1 = 0,94 * (21-1)/0,5 = 37,6сек

Т₂ – суммарное время на подъем и опускание, с:

, (3.1.29)

где – среднее время подъема и опускания, с:

, (3.1.30)

где h – геометрическая высота подъема (h = 0,99 м), м;

₂ – скорость вертикального перемещения ( ₂ = 0,2 м/с), м/с;

сек

n₂, n₃, n₄ – количество позиций с однократным, двукратным, трехкратным обслуживанием ванны соответственно (n₂ = 21, n₃ = 0, n₄ = 0).

Т₂ = 2·4,98·(21 + 0 + 0) = 209,16 сек

Т₃ – суммарное время пауз, сек.:

Т₃ = Т^’₃ [(n^’₁ - 1) + 3 · (n^’₃ - 1)], (3.1.31)

где Т^’₃ – время паузы (Т^’₃ = 2 с), с;

n^’₁ – число позиций с длительностью менее 60 с (n^’₁ = 2);

n^’₃ – число позиций с длительностью более 60 с (n^’₃ = 19).

Т₃ = 2 · [( 1 – 1 ) + 3 · ( 20 – 1 ) ] = 57 сек.

Т₄ – суммарное время простоя автооператора над позициями, сек:

Т₄ = Т^’₄ ( n₂ + 2 · n₃ + 3 · n₄ ) (3.1.32)

где Т^’₄ – время выстоя над позициями для стекания электролита, сек. (Т^’₄ = 10)

Т₄ = 10·(21 + 0 + 0) = 210 сек

Т₅ – суммарное время простоя автооператора над позициями с опущенными деталями, длительность которых не превышает 60 сек.

Т₅ = 1·60 = 60 сек

Принимаем 1 автооператор.

Построение циклограммы работы автооператора

Циклограмма – это графическое или табличное изображение функциональных перемещений автооператора при выполнении им последовательности переноса технологических спутников по позициям с соблюдением заданной длительности технологических операций. Термин «циклограмма» означает, что по истечении времени, равного длительности цикла перемещения автооператора, последовательность ходов автооператора полностью начнет повторяться.

При построении циклограммы были использованы следующие условные обозначения:

▬▬ – рабочий ход автооператора – перемещение автооператора с технологическим спутником;

▬ ▬ – холостой ход автооператора – перемещение автооператора без технологического спутника;

► – разгрузка позиции;

◄

– загрузка позиции;

• - время выстоя автооператора над позицией.

При построении циклограммы вначале необходимо определить длительность цикла работы автооператора:

t_ц = R · n = 15 · 2 = 30 мин.,

где R – ритм выдачи;

n – количество позиций с максимальной длительностью операции.

Цикл работы автооператора состоит из подциклов, каждый из которых равен ритму выдачи. Цикл работы автооператора включает время, в течение которого автооператор должен выполнить операции по обслуживанию ванн, находящихся в зоне его действия, и вернуться на исходную позицию.

Построенная циклограмма позволяет определить следующие параметры:

1. уточненный ритм выдачи;

2. последовательность выполнения технологических операций;

3. последовательность выполнения транспортных операций;

4. фактическую длительность технологических операций

Описание кинематической схемы.

Грузоподъемная траверса, имеющая на концах ограничительные ролики, вертикально перемещается по двум направляющим с помощью двух вертикальных цепных контуров. Каждый контур состоит из ведущей грузовой звездочки, цепи и оборотной звездочки. Грузовые ветви каждого цепного контура разъединены и присоединены к траверсе. Звездочка насажена на вал. На другом конце этого вала закреплена звездочка, составляющая со звездочкой, цепью и натяжной звездочкой горизонтальную цепную передачу. Звездочка закреплена иа валу. На другом конце этого вала одно из зубчатых колес закреплено жестко и входит в зацепление с другим колесом, установленным на валу. Оба они составляют зубчатую передачу, служащую для синхронизации вращения грузовых звездочке обоих вертикальных цепных контуров. Крутящий момент в механизме подъема груза от электродвигателя через шкив-муфту передается червячному редуктору, а от него — через карданную передачу и зубчатую пару звездочкам. Для натяжения горизонтальных цепных передач служат звездочки. Горизонтальное перемещение манипулятора осуществляется посредством четырех колес — ведущих и ведомых. Привод горизонтального перемещения состоит из двухскоростного электродвигателя, шкива-муфты, червячного редуктора и колес. Шкивы- муфты обоих приводов охвачены колодками электромагнитных тормозов.

Циклограмма работы автооператора представлена в приложении Б