ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ

РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР И РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОГО СОСТАВА ОБОРУДОВАНИЯ И ОСНАСТКИ

Оборудование и оснастка для выполнения производст­венного процесса, предусмотренного в проекте цеха (отделения, участка), являются одними из основных элементов проектируе­мого производства. Поэтому при разработке проекта необходимо установить рациональный качественный и количественный состав оборудования и оснастки.

В соответствии с принятыми (п. 12) технологическими спосо­бами изготовления деталей, сборки и сварки сборочных единиц и в целом заданных изделий при детальной разработке технологии производства (п. 13 и 14) уточняют первоначально намеченные типы оборудования и оснастки для выполнения всех видов работ в проектируемом цехе.

Основными критериями для окончательного выбора рациональ­ных типов оборудования и оснастки должны служить их следую­щие признаки: техническая характеристика, наиболее отвечающая всем требованиям принятой в разрабатываемом проекте цеха тех­нологии операций, подлежащих выполнению на данном оборудова­нии или посредством данной оснастки; наибольшая эксплуатацион­ная надежность и относительная простота обслуживания; наиболь­ший КПД и наименьшее потребление энергии при эксплуатации; наименьшие габаритные размеры оборудования, обусловливающие минимальную необходимую площадь для размещения его в цехе; наименьшая возможная масса, что обычно характеризует относи­тельно прямо пропорциональную ей стоимость оборудования; наи­меньшая сумма первоначальных затрат на приобретение и монтаж в цехе данного оборудования либо оснастки, обеспечивающая ми­нимальный возможный срок их окупаемости.

Для подбора рациональных современных типов оборудования и оснастки, соответствующих перечисленным выше признакам, следует пользоваться новейшими данными справочной и информа­ционной литературы, специальными руководствами по оборудова­нию для отдельных видов технологии, учебными пособиями и учеб­никами по специальным курсам сварочного, сборочного, подъемно­транспортного и другого технологического оборудования и оснаст­ки, а также проспектами и каталогами, издаваемыми отдельными ведомствами машиностроительной промышленности, в которых приведены описания, технические характеристики и стоймость ш дельных типов оборудования и оснастки, возможных для ис­пользования в проектах сборочно-сварочных цехов. При этом осо - fи 10 внимание следует уделять наиболее прогрессивным процессам сварочной техники и необходимым для их выполнения типам обо­рудования и оснастки, отличающимся высокой производитель­ностью. Выбор такого оборудования, как правило, обеспечивает максимальную пропускную способность проектируемого цеха (отделения, участка) и минимальные сроки окупаемости капи­тальных затрат на его приобретение.

В последнее время практическим опытом доказана наибольшая прогрессивность новых направлений развития сварочного произ­водства путем использования плазменной обработки металлов и сплавов. Применение низкотемпературной плазмы позволяет осу­ществлять термическую резку, сварку и наплавку углеродистых и низколегированных сталей, а также меди, алюминия и сплавов па их основе. Исследования ВНИИЭСО и др. показали, что сравни­тельно с другими методами термической резки и сварки плазма по своим технологическим параметрам уступает только лучу ла­зера и электронному лучу, но отличается от них более широким диапазоном применения. Последнее обстоятельство обусловлено разработкой и применением в плазменной обработке новых типов электродов, которые можно использовать не только в нейтральных (аргон, азот, гелий), но и в химически активных средах (кислород, углекислый газ, воздух).

Разработаны необходимые типы оборудования (плазмотронов) для выполнения этой новой технологии и организовано их серий­ное производство. Производительность труда при резке металла в 4—10 раз выше, чем при обычной кислородной резке при одинако­вой удельной себестоимости. Чистота поверхности реза, выпол­ненного с помощью плазмотрона, не требует дополнительной до­водки. Кроме того, удалось вместо применения дорогостоящих нейтральных газов использовать сжатый воздух, что стало воз­можным в результате замены вольфрамовых и циркониевых элек­тродов сравнительно дешевыми гафниевыми. Воздушно-плазмен­ная резка находит все более широкое применение. Ее используют для скоростной разделительной резки в поточных линиях произ­водства труб, а также для прецизионного раскроя металла посред­ством фотокопировальных машин и машин с программным управ­лением и для разделки лома черных и цветных металлов.

Другое, не менее важное направление — плазменная сварка. Ее технология проста и не требует высокой квалификации опера­торов. Нет необходимости в предварительной разделке кромок свариваемого металла и последующей очистке поверхности от брызг. Плазмотроны успешно применяют для сварки алюминия и его сплавов. Гарантированная прочность сварных соединений со­ставляет 90% прочности основного металла, что позволило умень­шить толщину металла изготовляемых конструкций и тем самым

Снизить их металлоемкость. Плазмотроны с гафниевыми электро­дами хорошо зарекомендовали себя при сварке конструкций из Низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекис­лого газа. Плазму применяют и для прецизионной сварки в прибо­ростроении и других отраслях.

Большой эффект обещает дать плазменная наплавка металлов на постоянном токе обратной полярности, обеспечивающая сни­жение расхода дефицитных наплавочных материалов более чем на 50% и увеличение производительности в 2—3 раза с одновре­менным повышением качества наплавки.

При окончательном составлении перечня выбранных для проек­тируемого цеха типов оборудования и оснастки следует включать в него не только технологическое основное и вспомогательное обо­рудование, устройства и оснастку всех видов, но также требуемое оборудование для всех звеньев запроектированного производствен­ного процесса и контроля качества продукции цеха. В этот пере­чень следует включать также оборудование общецеховых устройств и производственный инвентарь, необходимые для обеспечения нормальных условий работы в проектируемом цехе.

Количественный состав окончательно выбранных для проекти­руемого сварочного производства различных типов сборочных стен­дов (рабочих мест), сварочных установок и прочего оборудования и оснастки устанавливают путем следующих несложных расчетов. Требуемые для выполнения заданной производственной программві числа сборочно-сварочных рабочих мест или стендов пм и станоч­ного оборудования или сварочных установок п0 каждого типа опре­деляют по формулам

«м = Ты/Фк = Тч/орФ п0 = Ть/Фс,

где Тм — количество место-часов; Тч — количество человеко-ча­сов; Тс — количество станко-часов соответственно трудоемкости работ (на годовую программу), закрепленных за сборочно-свароч­ным рабочим местом или станочным оборудованием каждого данного типа; ор — плотность работ, человек/рабочее место; Фм и Фс — действительные годовые фонды времени рабочих мест и оборудования, определяемые по табл. 5.

Равным образом для определения по тем же формулам требуе­мого числа постоянных (стационарных) рабочих мест технического контроля качества продукции и необходимого числа испытатель­ных стендов следует при подсчете трудоемкости работ на годовую программу учитывать принятые для каждой контрольной опера­ции значения процентов выборочное™.

При детальном проектировании цехов поточного производства изделий требуемые числа одинаковых рабочих мест (единиц обо­рудования) для выполнения каждой операции или группы опера-

ним, закрепленных за рабочим местом (оборудованием) каждого данного типа, определяют по формулам

где тм и tM — определяемые нормированием трудоемкость и чис­ленно равная ей продолжительность выполнения указанных выше групп операций по сборке (сварке) одного изготовляемого изделия либо тс и tc — по обработке комплекта деталей и сборочных еди­ниц на одно изделие заданной программы, включая в эту продол­жительность также необходимое время на контроль качества (на данном рабочем месте) и на передачу изготовленных комплектов па следующее рабочее (или складочное) место; t — такт выпуска, определяемый по формуле (15).

В случае получения по формулам (39)—(42) дробных числовых значений искомых величин их округляют до ближайшего большего целого значения. Делением расчетных значений (ям и п0) на при­нятые округленные (пп-м и пп, 0) определяют проектные коэффи­циенты загрузки k3 этих рабочих мест и оборудования

А’з пи . пп. м или А’.., п0. tiUm 0.

Примеры расчетов требуемого числа рабочих мест для сборочно­сварочной поточной линии приведены в табл. 16 (п. 21).

К изложенному выше следует добавить, что при определении общего числа рабочих мест (стендов) в сборочно сварочных отде­лениях проектируемого цеха особо рассматривают и решают во­прос об определении числа дополнительных рабочих мест для ис­правления пороков сварной продукции, выявленных средствами технического контроля в процессе ее изготовления, а также при окончательной приемке-сдаче готовой продукции. Возможное число таких рабочих мест не может быть регламентировано в ка­ком-либо Общем виде. Его устанавливает проектант в каждом кон­кретном случае сообразно со степенью ответственности изготов­ляемых изделий, характером производственного процесса, обеспе­чивающего определенную степень однородности качества изделий, и требованиями технических условий на их изготовление и при­емку.

При практическом решении рассматриваемой задачи необхо­димо учитывать, что организация исправления брака, обнаружен­ного в процессе изготовления отдельных сборочных единиц и ком­плектов сварных изделий, а также при окончательных испытаниях последних имеет свои отличительные особенности, зависящие от типа производства.

В единичном производстве брак продукции исправляют на рабочих местах рабочие, допустившие брак.

В массовом производстве, отличающемся поточным характе­ром выполнения работ с принудительным ритмом выпуска про­дукции, сборочные единицы, комплекты и целые изделия немед­

ленно после обнаружения в них брака снимают с рабочих мест, расположенных на потоке, и отправляют на особые рабочие места вне потока, предназначенные исключительно для работ по исправ­лению пороков продукции цеха специальными бригадами рабочих. Такая организация исправления брака не нарушает существенно общей стройности поточного производства и является единственно правильной в поточном производстве.

Что касается серийного производства, то в зависимости от большего или меньшего приближения проектируемого производ­ства к типу поточного организация исправления брака продукции может быть осуществлена одним из указанных способов.

Таким образом, при проектировании единичных и непоточных серийных сварочных производств исправление пороков продукции предусматривают за счет соответствующего повышения загрузки сборочно-сварочных рабочих мест цеха (отделения, участка).

В случаях проектирования массовых и серийных поточных производств требуемое число рабочих мест для исправления свар­ной продукции назначают в соответствии со степенью ответствен­ности изготовляемых изделий, однородности их качества и в зави­симости от жесткости технических условий на их изготовление и приемку. Практически в конце каждой поточной линии преду­сматривают по одному резервному стенду для внепоточного ис­правления пороков изготовляемой сварной продукции.

Количество различной оснастки для сборочно-сварочных рабо­чих мест (стендов) и стандартного оборудования (например, раз­ного рода приспособлений, рольгангов, склизов, стационарных консольных кранов и других местных подъемно-транспортных устройств) назначают исходя из практической потребности в них на рабочем месте каждого данного типа. При этом учитывают воз­можность в некоторых случаях использования этих устройств для обслуживания от двух до четырех рядом расположенных рабочих мест (станков).

Иначе выбирают и подсчитывают требуемое количество средств общего транспорта (электрокаров, автокаров, мостовых кранов и т. д.), обслуживающих пролет или отдельные его участки. При выборе этих средств внутрицехового транспорта необходимо ра­ционально сочетать работу различных видов транспортных уст­ройств и максимально использовать напольные транспортные сред­ства (электрокары, автокары, козловые либо портальные краны и т. п.), поскольку применение мостовых кранов, в особенности большой грузоподъемности, обусловливает существенное увеличе­ние веса колонн, несущих подкрановые пути, чтй влечет значи­тельное удорожание строительных конструкций здания цеха.

Указанные' выше предпосылки должны быть приняты во вни - мание^при'выборе средств общего транспорта, получившего наи­большее применение в проектах сварочных производств единич­ного и серийного типа, в то время как в проектах крупносерийного и особенно массового производства преимущественное примене - иие получают специализированные средства внутрицехового транспорта — различные типы конвейеров, причем нередко авто­матизированные. При этом из напольных средств общего транс­порта следует предпочитать безрельсовые (электрокары и авто­кары) как обладающие большей степенью свободы перемещений и не загромождающие площадь цеха устройством рельсовых путей и поворотных кругов.

Выбор типов средств общего внутрицехового транспорта (см. приложение 3) непосредственно связан с распределением грузо­потоков по отдельным пролетам цеха, которое вытекает из приня­той специализации пролетов в проектируемом цехе (см. гл. V). Поэтому прежде всего для выяснения условий работы проектируе­мого транспорта в соответствии с разработанным ранее производ­ственным процессом и его планировкой составляют ведомость дви­жения грузов (материалов, полуфабрикатов, деталей, сборочных единиц, изделий) по пролетам цеха (табл. 18).

Такая ведомость должна содержать следующие сведения по каждому пролету проектируемого цеха или отделения (участка): название подъемно-транспортной операции с обозначением ее ха­рактера (перевозка, подача, съем, поворот и т. д.) и повторности в течение одной рабочей смены либо рабочих суток; наименование перемещаемых грузов (материалов, деталей, сборочных единиц и т. п.) с указанием номеров последних; массу и число каждого груза в одной упаковке; род упаковки, ее массу (вес) и габаритные размеры (если грузы предусмотрено перемещать без упаковки, то указывают габаритные размеры перемещаемых грузов без упа­ковки); число складочных мест, куда должны доставляться пере­возимые грузы; указание номеров мест, откуда должен транспор­тироваться каждый груз; требуемое число упаковок каждого груза, необходимое для доставки на каждое складочное место в те­чение одной смены либо одних рабочих суток; подъемно-транспорт­ные средства, которыми предусмотрено в разработанном произ­водственном процессе выполнение погрузки, транспортировки и разгрузки каждого из указанных грузов в упаковке или без нее, и прочие сведения в зависимости от специфических особенностей проектируемого производства.

Как видно из приведенного выше перечня, указанные в подоб­ных ведомостях сведения составляют краткую характеристику грузопотока по каждому пролету проектируемого цеха, отделения или участка, выраженную в цифрах, и предварительный выбор типов подъемно-транспортных средств. Пользуясь этими данными о грузопотоке и разработанным (см. гл. V) технологическим пла­ном и разрезами здания проектируемого сборочно-сварочного цеха, приступают к расчетам по определению требуемого числа единиц подъемно-транспортного оборудования каждого из наме­ченных его типов.

Методика упомянутых расчетов для наиболее распространен­ных в сборочно-сварочных цехах видов общего безрельсового вну-

трицехового транспорта — самоходных тележек — заключается в следующем.

Требуемое число п. ф единиц транспортного оборудования (те­лежек) и число рейсов Np для перевозки грузов, закрепленных за данным видом транспортных средств, определяют по формулам

„ Аф (2Lp/uTp -|- tCT) /л

"тр— 60/с„(1—0,01 Р3) ’ ^

Wp=10 Y. GJQK,

где — суммарная масса грузов, подлежащих перевозке в те­чение одной смены данным видом транспортных средств, а число 10 — коэффициент перехода от массы (Мг) к силе ее воздействия (кН) на тележку; Q — грузоподъемность самоходной тележки, составляющая для обычных электротележек с неподвижной плат­формой 15 либо 30, либо 50 кН и для электротележек с подъемной платформой (в том числе с вильчатым захватом либо с краном для самопогрузки 4—8 кН) 15 либо 30 кН; kT — коэффициент исполь­зования грузоподъемности тележки, среднее значение которого при расчетах принимают равным 0,8; Lp — средняя длина пробега (рейса) транспортного средства в один конец, определяемая изме­рением на плане проектируемого цеха (отделения, участка), м; итр — средняя скорость движения самоходных тележек в пределах 120—180 м/мин; tCT — средняя продолжительность стоянок само­ходной тележки при погрузке и разгрузке за один рейс, определяе­мая техническим нормированием (посредством экспертной оценки), мин; р3 — потери рабочего времени на смену аккумуляторов либо на заправку автокаров горючим, принимаемые в пределах 3—6%; 4м — продолжительность рабочей смены, ч.

Коэффициент 2 в числителе формулы (43) учитывает возврат самоходной тележки в исходное положение после каждого рейса, а число 60 в знаменателе той же формулы означает приведение величины времени в числителе и знаменателе правой части фор­мулы к одинаковым единицам измерения. Полученное по формуле (43) расчетное число транспортных тележек округляют до ближай­шего целого числа, которое принимают в качестве результата рас­чета.

Наряду с описанным выше расчетом необходимого числа само­ходных тележек, в тех случаях, когда грузоподъемность послед­них недостаточна для перевозки материалов, изготовляемых сбо­рочных единиц либо изделий, определяют необходимое число коз­ловых, портальных либо мостовых электрических кранов (если целесообразность применения последних обоснована). Требуемое число этих средств общего рельсового внутрицехового транспорта устанавливают в соответствии с интенсивностью грузопотоков в каждом пролете проектируемого цеха. При этом на основании опытных данных проектирования сборочно-сварочных цехов для обслуживания одним краном принимают длину пролета 60—80 м

в цеховых складах металла и готовой продукции, 40—60 м в заго­товительном отделении и 30—50 м в сборочно-сварочных отделе­ниях цеха. Кроме того, контрольной цифрой допускаемой интен­сивности работ каждого электрического крана в сборочно-сва­рочных отделениях проектируемого цеха служит число циклов работы крана, которое не должно превышать 20 в час.

В дополнение следует отметить, что при составлении проектов сборочно-сварочных цехов массового или крупносерийного про­изводства с поточной организацией работ взаимную увязку во вре­мени подъемно-транспортных и технологических операций произ­водственного процесса осуществляют на основе построения гра­фиков загрузки и работы общего подъемно-транспортного обору­дования по каждому пролету цеха. Методика построения подобных графиков, обязательных в случаях использования в проекте средств рельсового транспорта, сводится к следующему.

В прямоугольной системе координат (рис. 29) по оси абсцисс в некотором масштабе откладывают время (продолжительность работ в минутах). При этом отрезок оси абсцисс, помещаемый на графике, по величине должен соответствовать продолжительности двух циклов работы рассматриваемых подъемно-транспортных средств в данном пролете цеха. На оси ординат, по направлению к нижнему основанию графика, в некотором линейном масштабе откладывают длину пролета. На ось ординат проектируют распо­ложение всех рабочих и складочных мест, размещенных в данном пролете. Условно все эти рабочие и складочные места изображают в виде жирных точек на оси ординат и обозначают номерами (рис. 29, см. РМ1, PM2 и т. д.) соответственно номерам, указан­ным на плане цеха.

Вместо такого условного нанесения рабочих и складочных мест на ось ординат в некоторых случаях может оказаться более удоб­ным и наглядным вычерчивать параллельно оси ординат схемати­ческий план пролета. В полученной таким образом системе прямо­угольных координат последовательно для каждого подъемно­транспортного устройства изображают жирными горизонтальными отрезками прямых выполнение операций по погрузке, подъему, опусканию и разгрузке в течение отрезка времени, отложенного па оси абсцисс. Простой (бездействие) подъемно-транспортного оборудования изображают тонкими горизонтальными линиями либо штрихом. Перемещение по длине пролета каждой рассматри­ваемой единицы подъемно-транспортного оборудования изобра­жают наклонными жирными отрезками прямых, соединяющими между собой в соответствующих точках описанные выше горизон­тальные отрезки прямых.

Таким образом, работа каждой единицы подъемно-транспорт­ного оборудования в рассматриваемом пролете цеха после построе­ний будет изображена на графике отдельной ломаной, тонкие (либэ штриховые) горизонтальные участки которой будут обозначать простои, наклонные жирные отрезки — перемещение вдоль про­лета, а горизонтальные жирные участки той же ломаной линии покажут время работы данной единицы подъемно-транспортного оборудования в каждом определенном месте рассматриваемого пролета цеха. Каждую такую ломаную обозначают на правой сто­роне графика номером или индексом, соответствующим обозначе­нию того подъемно-транспортного оборудования, работу которого она изображает. Каждый отрезок этой ломаной обозначают по­рядковым номером, соответствующим показанному в прилагаемом к графику описании работ транспортного оборудования.

В этом описании должны быть представлены следующие све­дения: номер единицы подъемно-транспортного оборудования; краткая техническая характеристика этого оборудования; номер складочного места по плану; номер сборочно-сварочного места по плану; номера отрезков графика; краткое описание подъемно­транспортных операций; номер карты технологического процесса; номера операций и переходов по картам технологического про­цесса; загрузка данного подъемно-транспортного оборудования в процентах (последняя для каждой отдельной единицы подъемно­транспортного оборудования определяется путем подсчета отно­шения суммы горизонтальных проекций всех жирных отрезков рассматриваемой ломаной, расположенной в пределах одного цикла работы, к отрезку оси абсцисс, соответствующему общей продолжительности того же цикла).

Очевидно, что для всех единиц рельсового транспорта (козло­вые, портальные, мостовые краны, однорельсовые тали и пр.), перемещающихся вдоль пролета по общим рельсовым путям, не может быть допущено на графике пересечения между собой лома­ных, изображающих работу этих подъемно-транспортных единиц оборудования во времени и в пространстве. В тех же случаях, когда при составлении описываемого графика движения будет обнаружено пересечение этих ломаных линий, следует пересмо­треть распределение подъемно-транспортных операций между от­дельными типами безрельсовых и рельсовых средств общего транс­порта. Необходимо также выяснить возможность выполнения ка­ких-либо подъемно-транспортных операций средствами местного транспорта. В итоге указанного пересмотра распределения подъем­но-транспортных операций необходимо устранить пересечение ли­ний на графике движения подъемно-транспортных средств при сохранении высокого коэффициента загрузки последних.

Таким образом, помимо четкого и наглядного представления о работе предусмотренных проектом подъемно-транспортных уст­ройств, описанные выше графики дают возможность окончатель­ной увязки в работе всего транспорта цеха с запроектированным ходом выполнения технологического процесса производства, уста­новить окончательно необходимый качественный и количествен­ный состав различных типов подъемно-транспортных средств и определить загрузку каждой единицы подъемно-транспортного оборудования.