Технологические расчеты [8]

2. Технологические расчеты [8]

2.1 Режим работы участка

Эффективный фонд рабочего времени рассчитывается по формуле:

Т_эф = (365 – В – П)*t*с*0,95, (2.1)

где В – число выходных дней;

П – число праздничных дней;

с – число смен в течение суток;

t – длительность смены.

Т_эф = (365 – 102 – 14)*8*2*0,95 = 3785 ч.

Темп выпуска изделий (Т_в) и часовая производительность (П_ч) установки (участка) рассчитываются по формулам:

Т_в = 60*к*Т_эф/А, (2.2)

П_ч = 60/Т_в, (2.3)

где к – коэффициент использования оборудования, к = 0,95;

А – годовая производительность, м².

Т_в = 60*0,95*3785/220000 = 1мин/шт;

П_ч = 60/1 = 60 шт/ч;

Скорость конвейера υ определяется годовой производительностью, эффективным фондом времени и плотностью завески деталей на конвейере.

υ = m*А/(60*к*Т_эф*Р), (2.4)

где m – средний шаг завески подвесок конвейера, м;

Р – коэффициент заполнения конвейера Р = 0,8 – 0,9.

υ = 1*220000/(60*0,95*3785*0,85) = 1,2 м/мин.

2.2 Расчет нормативов расхода материалов

Таблица 2.1

Расходные нормы ЛКМ

Наименование материала	Расход
	г/м2	кг/изделие	кг/час	кг/смену	кг/год
Катофорезный грунт В – ЭП – 0101	32,8	2,6	156	1920	590460
Вода	49,9	4,0	240	1920	908400
Грунт ЭП – 0270	33,3	1,3	78	624	295230
Растворитель	25	1	60	480	227100

Нормы расхода ЛКМ рассчитываются по формуле:

N = 100*δ*D/р*(1 – к), (2.5)

где N – норматив расхода материала, г/м²;

δ – толщина покрытия, мкм;

р – сухой остаток ЛКМ, %;

к – коэффициент потерь.

N_р-ля = N_p – N_и, (2.6)

где N_р-ля – норматив расхода растворителя (воды), необходимое для доведения исходного раствора до рабочей вязкости г/м²;

N_р – норма расхода ЛКМ при рабочей вязкости, г/м²;

N_и – норматив расхода ЛКМ при исходной вязкости, г/м².

а) Расчет нормативов расхода ЛКМ и воды на электроосаждение.

При рабочей вязкости:

N_р = 100*15*1,4/30*(1 – 0,15) = 82,4 г/м²;

При исходной вязкости:

N_и = 100*15*1,4/76*(1 – 0,15) = 32,8 г/м²;

Норматив расхода воды:

N_воды = 82,4 – 32,8 г/м².

б) Расчет нормативов расхода ЛКМ и растворителя на электростатическое распыление.

При рабочей вязкости:

N_р = 100*15*1,4/40*(1 – 0,1) = 58,3 г/м²;

При исходной вязкости:

N_и = 100*15*1,4/70*(1 – 0,1) = 33,3 г/м²;

Норматив расхода растворителя:

N_р-ля = 58,3 – 33,3 = 25 г/м².

3. Технические расчеты

 

3.1. Расчет установки электроосаждения [1]

а) Определение размеров установки.

Длина установки

L_у = L_в + 2*L_т + 2L_пр + L_ст, (3.1)

где L_в – длина ванны осаждения, м;

L_т – длина входного и выходного тамбуров (принимаем L_Т = 1 м);

L_пр – длина зон промывок водой, м;

L_ст – длина зоны стока после ванны электроосаждения (принимаем L_ст = 1 м );

При транспортировании изделий подвесным конвейером L_в вычисляют как сумму длин горизонтальных проекций перегибов конвейера 2L₁, длины горизонтального участка L_г и длины двух карманов 2L_к :

L_в = 2*L₁ + L_г + 2L_к, (3.2)

L₁ = 0,5*(L – l) + (H₁ – 2*H)/tgα, (3.3)

где H₁ – разность высот монорельса конвейера при подъеме и спуске конвейера при подъеме и спуске изделия в ванну электроосаждения;

L, l, H, α определяют по таблице 24 [1, с.189].

При шаге цепи конвейера 0,16 м и угле перегиба ά = 15° L = 2,4 м, l = 0,4 м, H = 0,318 м; тогда разность высот монорельса Н₁ (расчет – см. ниже) составляет 1,9 м, тогда

L₁ = 0,5*(2,417 – 0,4) + (1,9 – 2*0,318)/tg15° = 5,8 м

Значение L_г вычисляют как произведение продолжительности электроосаждения на скорость конвейера (L_г = 2*1,2 = 2,4 м); L_к выбирают из расчета, чтобы объем двух карманов составил 0,1 объема ванны электроосаждения, т.е. L_к ≈ 1 м.

L_в = 2*5,8 + 2,4 + 2*1 = 16 м.

Длина L_пр зоны промывки водой складывается из длины зоны двух стоков (принимают длину одного стока L_ст = 1,5 м) и длины зоны облива, равной произведению скорости конвейера на продолжительность облива (40 – 50 с) :

L_пр = 2*1,5 + 1,2*0,83 = 4 м.

Длина установки

L_у = 16 + 2*1 + 2*4 + 1 = 27 м.

Ширина ванны осаждения

В_в = В_и + 2*b, (3.4)

где В_и – ширина изделия, м;

b – расстояние от изделия до стенки ванны (принимаем b = 0,3 м).

В_в = 1,68 + 2*0,3 = 2,28 м.

Принимаем В_в = 2,3 м.

Ширина В установки в зоне электроосаждения

В = В_в + В₁, (3.5)

где В₁ – расстояние от ванны до внутренней стенки корпуса (для удобства обслуживания ванны принимаем В₁ ≥ 1 м).

В = 2,3 + 1 = 3,3 м.

Ширина установки в зоне промывок водой

В_пр = В_и + 2*b₁, (3.6)

где b₁ – расстояние от изделия до внутренней стенки корпуса с учетом расположения охватывающего контура (принимаем b₁ = 0,4 м ).

В_пр = 1,68 + 2*0,4 = 2,48 м.

Принимаем В_пр = 2,5 м.

Полная ширина установки (с учетом зон обслуживания) В_у = 4,5 м.

Высота ванны осаждения

Н_в = Н_и + 2*h, (3.7)

где Н_и – высота изделия, м;

h – расстояние от низа изделия до зеркала ванны (принимаем h = 0,3 м).

Н_в = 1,42 + 2*0,3 = 2,02 м.

Принимаем Н_в = 2 м. Полная высота ванны осаждения с учетом установки ее на отметке 0,5 м от пола :

Н_вп = Н_в + 0,5; (3.8)

Н_вп = 2 + 0,5 = 2,5 м.

Высотная отметка монорельса при нижнем положении изделия

Н_м.н. = h_н + H_и + h_п, (3.9)

где h_н – расстояние от уровня пола до изделия (принимаем h_н = 0,8 м);

h_п – расстояние от верха изделия до монорельса (принимаем h_п = 1 м).

Н_м.н. = 0,8 + 1,42 + 1 = 3,22 м.

Высотная отметка монорельса при верхнем положении изделия и зазоре, равном 0,2 м

Н_м.в. = Н_вп + Н_и + h_п + 0,2; (3.10)

Н_м.в. = 2,5 + 1,42 + 1 + 0,2 = 5,12 м.

Разность высот монорельса

Н₁ = Н_м.в. – Н_м.н; (3.11)

Н₁ = 5,12 – 3,22 = 1,9 м.

Объем ванны осаждения

V_в = L_в*В_в*Н_в*0,8; (3.12)

V_в = 16*2,3*2*0,8 = 58,9 м³.

Принимаем V_в = 60 м³. Ширина транспортного проема

В_т.п. = В_и + 2*В_з, (3.13)

где В_з – расстояние между изделием и проемом (принимаем В_з = 0,15 м).

В_т.п. = 1,68 + 2*0,15 = 1,98 м.

Высота транспортного проема

Н_т.п. = Н_и + 2*h₁, (3.14)

где h₁ – расстояние по высоте от входного проема до изделия, h₁ = 0,1 – 0,15 м.

Н_т.п. = 1,42 + 2*0,15 = 1,72 м.

Высота установки электроосаждения Н_у = 6 м.

б) Расчет вентиляционных систем.

Объем приточного воздуха за 1 ч, м³ ,

V_пр = n*V_з.ос., (3.15)

где n – кратность обмена воздуха в установке за 1 ч (принимаем n = 50);

V_з.ос. – объем зоны осаждения (над ванной), м³.

V_з.ос. = L_в*(В_в + В₁)*(Н_м.в. – Н_вп); (3.16)

V_з.ос. = 16*(2,3 + 1)*(5,12 – 2,5) = 137,3 м³.

V_пр = 50*137,3 = 6865 м³/ч.

Принимаем вентилятор с напором Р = 700 Па

Выбираем вентилятор Ц 4–70 № 5 со следующей характеристикой [6, с.151]:

Q = 7000м³/ч; Р = 700 Па; η = 0,75; ω = 150 с^-1.

Требуемая мощность электродвигателя

N = Q*P*K_з/3600*1000*η*η_п*η_р, (3.17)

где Q – производительность вентилятора, м³/ч;

Р – давление вентилятора, Па;

К_з – коэффициент запаса;

η, η_п, η_р – соответственно КПД вентилятора, привода и зубчатой передачи.

N = 7000*700*1,1/3600*1000*0,75*0,96*0,95 = 2,18 кВт.

Выбираем электродвигатель типа АО2–22–4 со следующей характеристикой [6, с.173]:

N = 2,2 кВт; n = 1500 мин^-1.

в) Расчет системы перемешивания.

Внешняя система перемешивания.

Подачу насоса для циркуляции V_нц выбирают в расчете на двух- трехкратный обмен лакокрасочного материала в ванне за 1 ч:

V_нц = 2*V_в;(3.18)

V_нц = 2*60 = 120 м³/ч.

Подбираем циркуляционный насос ОХ6–70ГС–2 со следующей характеристикой [9, с.14]:

Q = 132,2 м³/ч;

η = 0,75.

Насос комплектуем электродвигателем АО12–55–8 со следующей характеристикой [9, c.14]:

N_н = 250 кВт; n = 750 мин^-1.

Диаметр нагнетательной трубы от насоса в ванну

d_н = (V_нц/(3600*υ_л*0,785))^0,5, (3.19)

где υ_л – скорость движения лакокрасочного материала по трубе (принимаем υ_л = 2 м/с ).

d_н = (120/(3600*2*0,785))^0,5 = 0,15 м.

Внутренняя система перемешивания. Расчетная производительность V мешалок для лакокрасочного материала зависит от его вида и кратности обмена – минимальный (10) или максимальный (60) за 1 ч. При числе мешалок n = 2

V_min = 10*V_в/n; (3.20)

V_max = 60*V_в/n; (3.21)

V_min = 10*60/2 = 300 м³/ч.

V_max = 60*60/2 = 1800 м³/ч.

Диаметр трубы для слива лакокрасочного материала, м,

d_сл = (8*f*(H_ж)^0,5/(τ*α*π*(2g)^0,5))^0,5, (3.22)

где f – площадь поперечного сечения трапецеидальной ванны, м²;

Н_ж – уровень жидкости в ванне, м;

τ – продолжительность слива, с;

α – коэффициент расхода (принимаем α = 0,62);

g – ускорение свободного падения.

d_сл = (8*22*(2,1)^0,5/(1800*0,62*3,14*(2*9,81)^0,5))^0,5 = 0,128 м.

г) Тепловой расчет зоны электроосаждения.

Количество теплоты, выделяющейся в процессе электроосаждения

Q = q*G_f, (3.23)

где q – количество теплоты выделяющейся в процессе электроосаждения с 1 м² поверхности изделия, q = 0,4…0,8 МДж/ч;

G_f – производительность по окрашиваемой поверхности, м²/ч.

Q = 0,67*4800 = 3216 МДж/ч.

Потери теплоты в зоне осаждения складывается из потерь на нагревание изделия Q₁ и на испарение влаги Q₂

Потери теплоты на нагревание изделия

Q₁ = G_m*c_и*∆t, (3.24)

где G_m – производительность по массе изделий, кг/ч;

с_и – удельная теплоемкость изделия (для стали с_и = 0,48кДж/(кг*°С));

∆t – температура нагрева изделий (принимаем ∆t = 5°С).

Q₁ = 18000*0,48*5 = 43,2 МДж/ч.

Потери тепла на испарение влаги

Q₂ = g_в*F₁*r, (3.25)

где g_в – масса влаги, испаряющейся за 1 ч с 1 м² зеркала ванны (принимаем g_в = 0,18…0,22 кг/м²*ч);

F₁ – площадь зеркала ванны (F₁ = 16*2,3 = 36,8 м²);

r – теплота парообразования воды, r = 2258 кДж/кг.

Q₂ = 0,2*36,8*2258 = 16,6 МДж/ч.

Сумма потерь теплоты при эксплуатации

∑Q_n = (Q₁ + Q₂)*к_з, (3.26)

где к_з – коэффициент запаса, к_з = 1,1 – 1,3.

∑Q_n = (43,2 + 16,6)*1,2 = 71,8 МДж/ч.

Количество теплоты, выделяющейся в процессе электроосаждения без учета потерь теплоты при эксплуатации

Q₃ = Q – ∑Q; (3.27)

Q₃ = 3216 – 71,8 = 3144,2 МДж/ч.

Расход воды на охлаждение лакокрасочного материала

G_в = Q₃/(c*∆t́), (3.28)

где ∆t́ – разность температур воды на входе и выходе из теплообменника (принимаем ∆t́ = 20 – 10 °С);

с_в – удельная теплоемкость воды, с_в = 4,19 кДж/(кг*°С).

G_в = 3144,2*10^-3/(4,19*10) = 75040 кг/ч.

Расчетная поверхность теплообмена

F́ = Q₃/(к*∆t́), (3.29)

где к – коэффициент теплопередачи (принимаем к = 1,17 МВт/(м²*°С)).

F́ = 3144,2/(1,17*10) = 268,7 м².

д) Расчет системы промывки.

Зона первой промывки. Для удаления с изделия избытка лакокрасочного материала и пены в зоне электроосаждения устанавливаем один контур промывки с форсунками типа ФК – 01. Для промывки используем деминерализованную воду, поступающую непосредственно из сети. Вода стекает в ванну электроосаждения. На контуре 14 форсунок (10 запасных). Производительность форсунки 0,54 м³/ч при давлении 0,1МПа

Расход воды через форсунки контура

Q_в = n*q_ф, (3.30)

где n – количество форсунок,

q_ф – производительность форсунки, м³/ч.

Q_в = 4*0,54 = 2,16 м³/ч.

Зона второй промывки. Для подачи ультрафильтрата устанавливаем десять контуров, в каждом по 16 насадков типа НП – 01 производительностью 0,42 м³/ч при давлении 0,07 МПа. Общий расход ультрафильтрата рассчитываем по формуле (3.30)

Q_уф = 0,42*10*16 = 67,2 м³/ч.

Зона третьей промывки.

Для подачи воды устанавливаем десять контуров, в каждом по 16 насадков типа НП – 01 производительностью 0,42 м³/ч при давлении 0,07 МПа.

Общий расход воды рассчитываем по формуле (3.30)

Q_в = 0,42*10*16 = 67,2 м³/ч.

Определим расход свежей воды из расчета 8 л на 1 м² окрашиваемой поверхности (с учетом заданной производительности G_F = 4800 м²/ч):

Q_св.в. = 4800*0,008 = 38,4 м³/ч.