Разработка технологии упрочнения железнодорожных колес

Введение

Актуальность дипломного проекта. Железнодорожный транспорт Казахстана по своей протяженности и объемам перевозок занимает третье место в СНГ после России и Украины. При Советском Союзе ежегодно заводами выпускалось три млн. тонн колес, из них 200 тыс. тонн выделялось Казахской железной дороге.

На Нижнетагильском металлургическом комбинате по проекту индустриализации предусматривается выпуск ежегодно 205 тыс. тонн железнодорожных колес. Этого будет достаточно для республики.

Научная новизна и практическая значимость. 19 июня 2009 года в рамках межрегионального инвестиционного форума в Усть-Каменогорске АО «Казахстан Темир Жолы» (КТЖ) и KSP Steel подписали долгосрочный договор о гарантированной закупке рельсов.

Согласно условиям договора, предприятие с 2012 года будет поставлять железной дороге 100 тысяч тонн рельсов в год. До этого срока отечественный производитель обязан подготовить производственные мощности, приобрести необходимое оборудование, получить соответствующие сертификаты качества и выпустить рельсы согласно общепринятым мировым техническим характеристикам.

Договор заключен в рамках программы увеличения доли казахстанской составляющей в объеме товарно-материальных ценностей, закупаемых для нужд КТЖ и дочерних предприятий на 2009-2013 годы. Предусмотрено увеличение заказов с 16,6 миллиарда тенге в 2009 году до 174 миллиардов тенге к 2013 году. При этом доля казахстанского содержания увеличится с 70% до 95%. Всего в рамках программы заключено 54 меморандума с крупными промышленными предприятиями и предпринимательскими организациями республики.

Оценка современного состояния решаемой научной проблемы. Сейчас АО «Казахстан Темир Жолы» приобретает железнодорожные колеса в России. Однако, по словам господина Султанова (вице-президент КТЖ), с этим имелись проблемы - их снабжали по остаточному принципу и по достаточно дорогой цене. Если это производство будет запущено, спрос на его продукцию будет обеспечен, считают в «КТЖ»: во-первых, железная дорога Казахстана - достаточно развитая сеть, во-вторых, рассматривается новый проект «Восток - Запад», это строительство двух новых веток по направлению Жезказган - Бейнеу. С другой стороны, отечественные рельсы будут иметь конкурентоспособную цену. Главное, подчеркнул вице-президент «КТЖ», они соответствуют техническим спецификам, а это - основное условие, то есть рельсы будут конкурентоспособны и по качеству. И в этом случае национальная компания может проводить прямые закупки у отечественных предприятий, ведь цель меморандума, подписанного областью и «КТЖ», - увеличение казахстанской доли в закупаемой компанией железнодорожной продукции.

Производство железнодорожных и других типов рельсов сосредоточено на специализированных рельсобалочных станах.

Предлагаемая технология производства железнодорожных рельсов обеспечивает заметное повышение их конструкционной прочности, а следовательно, и эксплуатационной стойкости. Он применим для изготовления рельсов всех типоразмеров. Способ может быть реализован на существующем оборудовании металлургических предприятий без больших перестроек и капитальных вложений и без снижения производительности их изготовления.

Цель, задачи и объект дипломного проектирования. Целью дипломного проектирования является производство железнодорожного профиля.

Задачами дипломного проектирования является:

разработка схемы расположения основного оборудования колесобандажного стана;

кинематический расчет двигателя;

расчет выбора подшипника проектируемого узла;

расчет энергосиловых параметров и кинематических параметров;

разработка основных мероприятий по охране труда и безопасности жизнедеятельности в рельсобалочном цехе;

технико-экономическая оценка предлагаемых проектных решений.

Объектом дипломного проектирования является участок колесобандажного цеха, профиль железнодорожных колес.

Теоретическая и методологическая основа. При расчете калибровки прокатных валков использовались основные положения теории прокатки, как раздел механики деформируемого твердого тела. Расчет усилий осуществлялся по формулам Целикова А.И. и Чекмарева А.П.

Практическая база. За практическую базу написания дипломного проекта взята технология производства рельсов ОАО «Нижнетагильского металлургического комбината» - одного из крупнейших металлургических комплексов России, крупнейшее в мире предприятие по производству различного вида железнодорожных рельс.

1. Организационная часть

.1 Общее описание цеха

вагонный колесо упрочнение подшипник

Колёсобандажный цех

В колесобандажный цех входят колесопрокатный и бандажный станы. Проектная мощность колесопрокатного стана- 205 тысяч тонн проката в год. Его специализация - производство цельнокатаных железнодорожных колес и заготовок колес для тепловозов, электровозов, вагонов метрополитена, железных дорог узкой колеи, кранов, тележки другого оборудования.

Проектная мощность бандажного стана- 148 тысяч тонн проката в год. Специализация - производство бандажей для локомотивов, вагонов для железных дорог широкой колеи, вагонов метрополитена, трамваев, а также различных колец простой и сложной конфигурации для машиностроения.

Колесобандажный цех представляет собой комплекс в составе двух отдельных станов: колесопрокатного и бандажного.

Специализация - выпуск цельнокатаных железнодорожных колес и заготовок колес для подвижного состава и кранового машиностроения.

Исходная заготовка - круглая непрерывно-литая заготовка диаметром 430 мм.

Состав оборудования:

заготовительный участок с шестью пильными установками для порезки на штучные заготовки, обеспечивает заготовками колесопрокатный и бандажный станы;

печной участок в составе двух кольцевых печей с вращающимся подом;

прессо-прокатный участок в составе пресса усилием 3000 т для обжатия и калибровки заготовки, пресса усилием 500 т для прошивки отверстия, пресса усилием 7000 т для формирования ступицы с отверстием и прилегающей к ней части диска, семивалкового прокатного стана для выкатывания обода с гребнем и прилегающей к ободу части диска, пресса усилием 3000 т для калибровки колеса, выгибки диска и нанесения маркировки;

в 2005 году введен новый прессо-прокатный участок производительностью 630000 тысяч колес в год в следующем составе:

установка для гидрослива окалины

три пресса с суммарным усилием 19 тыс. тонн

колесопрокатный стан

маркировочная машина

система автоматического замера геометрических параметров и регулировки режимов обработки;

С освоением нового прессо-прокатного участка оборудование старого ППУ будет выведено из эксплуатации.

участок термической обработки в составе двух кольцевых печей с вращающимся подом для нагрева под закалку, шести закалочных горизонтальных столов, 48 колодцевых отапливаемых печей для отпуска колес садкой по 6 колес в стопе;

участок механической обработки колес в составе станков модели 1В502, 1В503, М153, VDM 120-12;

в 2005 году введен в эксплуатацию участок полнопрофильной механической обработки колес с производственной мощностью 180 000 шт. в год в следующем составе:

две роботизированные линии, включающие 7 станков полнопрофильной обработки колеса

станки для балансировки колес и расточки отверстия в ступице;

участок приемки колес в составе двух стендов с установками УЗК, стенды вихретокового контроля.

в 2004 году введена вторая линия выходного контроля колес производительностью 300 тысяч штук в год в следующем составе:

оборудование для дробеструйной обработки

оборудование для замера твердости

установка ультразвукового контроля колес

участок покраски колес;

Бандажный стан

Специализация - выпуск бандажей для подвижного состава и заготовок колец различной конфигурации для машиностроения.

Исходная заготовка - круглая непрерывнолитая заготовка диаметром 430 мм.

Состав оборудования:

печной участок в составе методической и двух камерных печей для нагрева заготовок;

прессо-прокатный участок в составе пресса усилием 3200 т для осадки заготовки и прошивки отверстия, чернового стана для предварительной раскатки заготовки, чистового стан для раскатки бандажей и колец до требуемых размеров и формы, пресса усилием 400 т для нанесения маркировки;

участок замедленного охлаждения для противофлокенной обработки бандажей и колец из флокеночувствительной стали;

участок термической обработки в составе 16 печей шахтного типа для нагрева под закалку и отпуск, специальных закалочных баков;

два стенда ультразвукового контроля бандажей.

Производственная мощность, тыс.т в год:

колесопрокатного стана - 205

бандажного стана - 148

По пропускной способности заготовительного участка цеха в составе 6 пильных установок производственная мощность цеха составляет 235 тыс. тонн в год.

1.2 Технология упрочнения железнодорожных колес

Содержание водорода в жидкой колесной стали может достигать 7-8 см3/100г металла. В этой связи колесный металл является флокеночувствительным. Приведена макроструктура обода и ступицы колеса, пораженных флокенами. Противофлокенная термическая обработка осуществляется как специальная операция в общем технологическом процессе производства колес.

В мировой практике производство железнодорожных колес технология противофлокенной термической обработки вводиться к необходимости изотермической выдержки различной продолжительности при субкритических температурах с последующим замедленным охлаждением. Протифлокенная термическая обработка заключается в переохлаждении колес после их изготовления до температуры интервала, обеспечивающего протекание превращения переохлажденного аустенита на феррито-цементитную смесь, растворимость водорода при этом значительно уменьшается в связи с изменением кристаллической решетки- ГЦК в ОЦК.

Этот интервал составляет 450-550 ºС. Для повышения диффузионной подвижности водорода колеса нагревают до субкритических температур (650ºС) и выдерживают при этой температуре не менее 4,5 ч. Продолжительность изотермической выдержки должна определиться содержанием водорода в данной плавке.

Новые прессо-прокатные линии оборудованы конвейерными печами для осуществления противофлокеной термической обработки. Длина туннельной печи 125 м. Колеса, подвешенные на крюки, проходят через печь с определенной скоростью, что и обеспечивает необходимую изотермическу выдержку.

На диффузионную подвижность водорода большое влияние оказывает величина водопроницаемости. Проницаемость и коэффициент диффузии водорода в значительной степени при постоянной температуре определяются структурным состоянием, степенью ее дефектности, природой и характером распределения неметаллических включений, и , наконец, плотностью материала, т.е. наличием пористости. Все это имеет принципиальное значение при разработке режимов противофлокенной термической обработки железнодорожных колес.

Экспериментальные данные по изменению потока водорода в зависимости от температуры раздельно для проницаемости, осуществляемой через объем зерен (транскристаллитная диффузия), и по их границам (межкристаллитная диффузия). Полученные результаты свидетельствуют о том, что во всех опробованных вариантах водопроницаемость колесной стали обусловлена преимущественным развитием межкристаллитной диффузии.

Анализ результатов свидетельствует о существенном влиянии температуры предшествующей термической обработки на различную меру развития диффузии по транс- и межкристаллитному механизму.

Величина зерна исследованной стали после нагрева до температуры 760, 850 и 1000ºС, выдержки при этих температурах 30 минут и охлаждение до 700ºС с печью составила соответственно 6-8,6-7, и 2- балла. С повышением температуры аустенитизации увеличивается общее количество и толщина сетки структурно свободного феррита, расположенного по границам зерен.

Максимальное значение проницаемости за счет развития транскристаллитной диффузии наблюдается для стали, предварительно нагретой до 850ºС, а минимальное в случае нагрева стали до 1000ºС.

Межкристаллитная диффузия и ее вклад в значения суммарной проницаемости усиливается по мере снижения температуры аустинитизации изменяется аналогично проницаемости, реализуемой по границам зерен.

Технологических температур в зависимости от структурного состояния стали. Зависимость изменения коэффициента диффузии водорода (интегрального) в функции температуры представлена. Различия в коэффициенте диффузии водорода для трех состояний стали начинают существенно проявляться с температуры 550-500 ºС и коэффициента диффузии водорода в колесной стали получены после предварительной аустинитизации при температуре 760ºС.

Приведенные выше результаты легли в основу разработки нового режима противофлокенной обработки колес. На настоящий момент не существует единой точки зрения на физику процесса вскрытия внутренней полости. По разному трактуются эпюры осевых, радиальных и тангенциальных (раскручивающих, направленных по касательной) напряжений. Согласно одной теории в основе лежит твердое (хрупкое) разрушение внутреннего слоя давлением внешних слоев, согласно другой теории в основе физики процесса лежит пластическая деформация.

Наибольшее распространение получили прошивные станы(рабочие клети) с бочкообразными валками. Двухопорное крепление валков на таких станах позволяет применять их для получения гильз не только мелких размеров (диам. до 140 мм), для прокатки которых используют также станы с дисковыми и грибовидными валками, но и для гильз более крупных профилей с максимальным диам. до 630 мм. Прошивка гильз больших размеров сопровождается высокими давлениями на валки и консольное крепление валков не может быть надежным. Конструкция рабочей клети прошивного стана в значительной мере определяется конкретным назначением стана. В случае использования его только для получения толстостенных гильз рабочая клеть оборудована двумя вспомогательными холостыми валками или одним вспомогательным валком и неподвижной проводкой (линейкой). При необходимости получения на стане тонкостенных гильз клеть имеет две неподвижные проводки - линейки, плотно прилегающие к рабочим валкам. В этом случае необходимость плотного прилегания линеек к рабочим валкам диктуется тем, что тонкостенные гильзы характерны малой устойчивостью по поперечному сечению и металл может затекать в щель между рабочие валком и инструментом, ограничивающим поперечную деформацию. Если этим инструментом является вспомогательный валок, то щель оказывается значительной; применение линеек позволяет избежать больших зазоров. В то же время прошивка толстостенных гильз вследствие их большой жесткости по поперечному сечению может протекать успешно даже при значительных зазорах между рабочим и вспомогательным валком.

Применение вспомогательных валков целесообразно, так как это обеспечивает меньшее осевое скольжение металла. Кроме того, заметно сокращается расход инструмента, особенно при прокатке высоколегированной стали, когда стойкость линеек невелика. Важной характеристикой рабочей клети прошивного стана является возможность изменения угла подачи применением разного наклона рабочих валков. В станах старой конструкции этот угол не регулировался и находился в пределах 4°30'-6°30\ В рабочих клетях, созданных в более поздний период, как правило, предусматривается регулирование угла подачи. Это хотя и усложняет конструкцию рабочей клети, но целиком оправдывает себя, так как значительно повышает маневренность стана, необходимую при широком сортаменте труб как по размерам, так и по маркам стали. Современные рабочие клети прошивных станов (рис. 24) имеют массивную литую станину коробчатой формы со съемной крышкой. Внутрь станины закладываются пустотелые цилиндрические барабаны с проемами, в которых помещаются подушки рабочих валков. Барабаны могут поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной оси прошивки, изменяя тем самым угол подачи. При- вод для поворота барабанов может применяться разных конструкций. В зарубежных конструкциях для поворота барабанов

Упрощенно, причинами образования внутренней полости является возникновение растягивающих напряжений, действующих в направлениях перпендикулярных сжимающим усилиям валков. Внешние слои, удлиняясь под обжимающим действием валков (овализация), утягивают за собой и внутренний центральный слой, а вращение заготовки приводит к тому, что напряжения в сердцевине металла становятся знакопеременными, что и приводит в конечном счете к разрушению сердцевины. Согласно одной из теорий, разрушение происходит тогда, когда нормальные растягивающие усилия достигают предела хрупкой прочности, согласно другой теории, разрушение возникает тогда, когда в осевой зоне разность растягивающих напряжений превышает предел текучести. При прошивке заготовки обжатие должно быть меньшим критического, для предотвращения самопроизвольного вскрытия полости перед оправкой.

Известны три способа окончательной термической обработки: нормализация с отпуском, закалка поверхностного катания с отпуском и объемная закалка, предусматривающая упрочнение всех элементов колеса с последующим отпуском. Необходимо отметить, что выбор той или иной технологии окончательной термической обработки должен определиться конкретными условиями эксплуатации.

За рубежом колеса подвергают в основном двум видам окончательной термической обработки: нормализации с отпуском или закалке с отпуском. Нагрев осуществляется до 800-860ºС в функции состава стали с последующим регулируемым охлаждением. Охлаждение, как правило, на спокойном воздухе обеспечивает получение пластинчатого сорбита во всех элементах колеса. Дисперсность карбидной фазы определяется фактической скоростью охлаждения элемента колеса. Чем тоньше сечение (диск), тем интенсивнее идет охлаждение на спокойном воздухе, тем при более низких температурах происходит распад переохлажденного аустенита, тем тоньше продукты распада. Охлаждение на спокойном воздухе также обеспечивает более ил менее равномерное охлаждение всего колеса, что приводит к значительному уменьшению остаточных напряжений.

Закалка с отпуском колес за рубежом осуществляется по различным вариантам: закалка обода путем спрейерного обрызгивания водой одновременно всей поверхности катания вращающегося в горизонтальной плоскости колеса; прерывистое охлаждение части обода путем обрызгивания при вращении колеса в горизонтальной плоскости, или путем погружения части обода в бак с водой при вращении колеса в вертикальной плоскости и, наконец, объемная закалка погружением в масляный бак.

Чаще закалку осуществляют путем спрейерного охлаждения водой. Для объемного упрочнения цельнокатаных колес характерна большая разница в скорости охлаждения различных элементов колеса - в наибольшей степени при этом упрочняется диск, а известно, что условия эксплуатации требует более значительного упрочнения обода.

В СНГ цельнокатаные железнодорожные колеса подвергают прерывистой закалке и последующему отпуску.

В настоящее время на Нижнеднепровском трубопрокатном заводе им. К. Либкнехта успешно применяют прерывистую закалку цельнокатаных колес, вращающихся в вертикальной плоскости. Колеса нагреваются под закалку в кольцевых печах до 800-850ºС.

С целью снижения остаточных напряжений цельнокатаные колеса после закалки подвергают отпуску в интервале 400- 600ºС. Исследования, проведенные ИЧМ, показали, что оптимальным режимом отпуска является температура 480-520ºС, продолжительность выдержки 2 часа с последующим охлаждением на воздухе или более замедленным.

Механические свойства стали ободов колес, подвергнутых упрочняющей термической обработке, должны соответствовать следующим нормам. Стали Ст1: а=90-110 МПа; 5=12%;?=21%(не менее); твердость на глубине 30 мм составляет НВ 248; для стали Ст2: о=93-113МПа; 5-8%; твердость на глубине 30 мм составляет НВ225.

Ударная вязкость стали дисков колес при температуре 20ºС должна быть не менее 0,3 МДж/м2 для стали Ст1 и 0,2 МДж/м2 для сталиСт2.

Средний балл неметаллических включений в стали ободов и дисков (кроме недеформирующихся силикатов) по ГОСТ 1778-70 не должен превышать 4, оксидных строчечных включений - не более 1.

Каждое колесо подвергают внешнему осмотру, а также проверке размеров. Колеса сдают партиями, партию составляет колеса одного назначения, изготовленные из стали одной плавки. От каждой партии, принятой по внешнему осмотру (поверхность колес должна быть без плен, закатов, трещин, раскатных загрязнений, окалины), отбирают одно колесо для проверки макроструктуры и механических свойств стали ободов и ударной вязкости дисков при температуре 20ºС. Места отбора проб для изготовления различных образцов и определения твердости.

Твердость обода колес проверяют на колесах, выдержавших испытание на растяжение. Проверку качества стали дисков на растяжение, ударной вязкости при температуре -60ºС и твердости ободов на глубине 50 мм проводят на образцах диаметром 15 мм и расчетной длинной 60 мм, дисков колес на образцах диаметром 10 мм и расчетной длинной 50 мм. Твердость ободов колес проверяют на поперечном темплете. Ударную вязкость обода определяют на образцах типа 1 по ГОСТ 9454-78.

.2.1 Стали для железнодорожных колес

В СНГ для производства цельнокатаных колес применяют углеродистую сталь в соответствии с ГОСТ 10791-81, химический состав которой следующий, %:

,444-0,52 С; 0,8-1,20 Мп; 0,404-0,60Al; 0,08-0,15 V; не более 0,035 Р

,55-0,65 С; 0,50-0,90 Мп; 0,20-0,42 Ш; не более 0,048 для стали Ст2.

Допускается отклонение по содержанию углерода ±0,02; допускается содержание никеля, хрома и меди - не более 0,25% каждого.

При выборе химического состава необходимо иметь в виду, что повышение содержания углерода, с одной стороны, обеспечивает необходимую износостойкость и контактную выносливость а, с другой стороны, снижает термостойкость.

Необходимо отметить, что используя в настоящее время для производства цельнокатаных колес углеродистая сталь не в полной мере отвечает перспективным условиям эксплуатации. Для колес грузовых вагонов с высокими осевыми нагрузками особо важной является проблема износа и контактной прочности. Металл для производства таких колес должен обладать удовлетворительной термостойкостью.

В СССР разработаны стали для перспективных условий эксплуатации; сталь 65ф для колес грузовых вагонов с повышенными нагрузками на ось и Сталь 45ГСФ для производства колес вагонов скоростных поездов.

Наличие ванадия позволило существенным образом повысить по сравнению с углеродистой сталью сопротивление хрупкому разрушению и термостойкость.

Сталь 45ГСФ имеет повышенное сопротивление термическим и термомеханическим воздействиям, а также менее склонна к хрупкому разрушению. Контактная прочность стали 45ГСФ находиться на уровне стандартной гостированной углеродистой стали с содержанием углерода 0,55%.

Сталь для производства железнодорожных колес выплавляют в основных мартеновских печах с сифонной разливкой.

Широкое применение получили методы изготовления колес путем горячей штамповки и прокатки.

Колеса изготавливают из стали различных марок (табл. 1): Из стали марки 1 осуществляется выпуск колес для пассажирских вагонов локомотивной тяги, пассажирских локомотивов, пугевых машин, немоторных вагонов электро- и дизель-поездов,

Из стали марок 2 и 3 производятся колеса для грузовых вагонов, маневровых и грузовых локомотивов.

Колеса из стали марки 2 с содержанием углерода не более 0,63% изготавливают по требованию потребителя для пассажирских вагонов и немоторных вагонов электро- и дизель-поездов.

Колеса должны быть изготовлены из спокойной стали, полученной мартеновским, кислородно-конвертерным или электросталеплавильным способом. Сталь должна быть подвергнута внепечной обработке инертным газом.

Сталь может подвергаться вакуумированию. Для вакуумированной стали массовая доля водорода не должна превышать 0,0002%.

При изготовлении колес из слитков для гарантии отсутствия усадочных раковин и чрезмерных ликваций от каждого конца слитка отрезают часть, достаточную для удаления этих дефектов.

Химический состав колес по ковшевой пробе должен соответствовать нормам. указанным в таблице I. раковин и чрезмерных ликвации от каждого конца слитка отрезают часть, достаточную для удаления этих дефектов.

Химический состав колес по ковшевой пробе должен соответствовать нормам, указанным в таблице 1.

Примечания:

В стали допускается отклонение от массовой доли углерода ±0,02%.

Массовая доля никеля, хрома и меди не должна быть более 0,30% каждого элемента, молибдена - более 0,08%.

При использовании непрерывно-литой заготовки массовая доля серы не должна превышать 0,020%.

В готовых колесах: предельные отклонения по массовой доле ванадия - не более ±0,02%.

.2.2 Варианты упрочнения

Закалка с самоотпуском. В том случае, если при прерывистой закалке быстрое охлаждение, например в воде, провести таким образом, чтобы температура на поверхности изделия опустилась ниже точки начала мартенситного превращения, а сердцевина осталась горячей и затем выдать изделие на воздух, то тепло, сохранившееся в центральных объемах детали, перераспределится на поверхность и повысит ее температуру. При этом произойдет частичный распад мартенсита, обеспечив протекание процессов отпуска. При этом обеспечивается сочетание высокой твердости и износостойкости при низком уровне остаточных напряжений. Такая технология носит название закалки с самоотпуском.

В настоящее время закалку с самоотпуском применяют при закалке ТВЧ, а также для сорбитизации в качестве операции термического упрочнения проката, головок железнодорожных рельсов и ободов ходовых стальных колес для железнодорожного транспорта, грузоподъемных кранов и др.

Установки для сорбитизации сортового проката и железнодорожных рельсов чаше всего устанавливаются в потоке прокатки на технологической линии прокатного стана на в виде душирующего охладительного устройства заданной длины что при известной скорости перемещения изделия в потоке прокатки, обеспечивает строго регламентированную длительность охлаждения его поверхности с температур окончания горячей прокатки, до температур развития мартенситного превращения в поверхностных слоях при сохранении горячей сердцевины.

Сорбитизация ходовых колес осуществляется в специальных закалочных установках (рис. 2), позволяющих предельно снизить уровень возникающих закалочных напряжений в период закалочного охлаждения за счет использования многократного пикового циклического охлаждения закаливаемой поверхности обода колеса, чередующегося с отогревами ее в каждом цикле за счет тепла сердцевины.

Рисунок 2 - Схема для сорбитизации ходовых колес

Для сорбитизации колеса нагревают объемно в печи, производят выдержку, достаточную как для прогрева его но всему сечению, так и для завершения фазовых превращений при нагреве, а затем устанавливают колесо на вращающийся приводной ролик таким образом, что колесо при вращении попадает ободом под слой воды и затем на воздух, где обод частично отогревается до следующего попадания под слой воды.

Время вращения колеса 2-3 минуты, после чего колесо выдается на воздух и устанавливается в металлический короб, а затем подвергается дополнительному отпуску для снятия напряжений.

Индукционный способ закалки токами высокой частоты получил в настоящее время наиболее широкое распространение благодаря его многочисленным преимуществам перед другими способами поверхностной закалки. Такими преимуществами являются:

высокая производительность процесса;

возможность точной регулировки температурно-временных режимов нагрева и охлаждения и, следовательно, глубины закалки;

возможность организации процесса закалки с самоотпуском; относительно простая система механизации и автоматизации процесса и возможность встраивания агрегата закалки токами высокой частоты (т.в.ч.) в линию механической обработки деталей, что исключает излишнюю транспортировку деталей;

незначительное коробление деталей при закалке;

отсутствие обезуглероживания поверхности и незначительное ее окисление;

получение твердости на 1,5 - 2,0 ед. HRC выше, чем при объемной печной закалке.

Теоретической основой закалки т.в.ч. является то, что в изделии, помещенном в переменное электромагнитное иоле, индуктируются вихревые токи (токи Фуко), концентрирующиеся вблизи поверхности изделия. Причем, чем выше частота переменного электромагнитного поля, тем в более тонком слое концентрируются вихревые токи и тем выше плотность тока, протекающего в приповерхностных слоях детали.

Для создания электромагнитного поля используется индуктор, представляющий собой в большинстве случаев одновитковый или многовитковый контур из медной трубки, через который пропускается переменный электрический ток (рис. 3). Индуктор изготавливается из трубки в связи с тем, что его необходимо постоянно охлаждать проточной водой для предотвращения его нагрева при пропускании через него электрического тока. Форма индуктора определяется формой детали. Деталь при нагреве располагают в индукторе с небольшими, строго определенными зазорами, что определяет требуемую скорость нагрева и равномерность нагреваемого слоя по всей поверхности. На острых кромках деталей в связи с чрезмерной концентрацией вихревых токов может возникать местный перегрев. Для исключения опасности перегрева или даже оплавления в этих участках увеличивают зазоры между поверхностью детали и индуктором.

Питание индуктора электрическим током производится от генераторов разного типа, обеспечивающих различную частот)' тока: машинных с частотой то- ка2500 - 8000 Гц, тиристорных- 10 - 70 кГц, ламповых - 60 - 250 кГц. При этом оказывается возможным получать различную глубину закаленного слоя в зависимости от частоты: 2,5 кГц - 3 - 8 мм; 8 кгц - 2 - 3 мм; 67 кгц - 1,0 - 2,5 мм и при 250 кГц-0,3- 1,5 мм.

Рисунок 3 - Принципиальная схема индукционного нагрева деталей токами высокой частоты: 1 - индуктор; 2 - деталь; 3 - охлаждающая вода

Плазменное упрочнение гребней локомотивных и вагонных колес

Экспериментальные исследования. В результате экспериментальных исследований были получены оптимальные режимные параметры упрочнения гребня локомотивных колес: ток электрической дуги 250 А, напряжение 110 В, скорость обработки 1 см·с-1. Эти режимы использовались в производственных условиях.

Макроструктура гребня колеса после плазменной обработки вынесенной электрической дугой, управляемой магнитными полями при ширине упрочненного слоя от 25 до 30 мм, глубине упрочненного слоя до 3...3,5 мм

На рисунке 4 представлена макроструктура гребня колеса после плазменной закалки вынесенной электрической дугой. Представлены геометрические характеристики упрочненного слоя и изменения твердости по его глубине, полученные при оптимальных режимах обработки. На макрошлифе видно, что упрочненный слой распространяется по всей рабочей поверхности гребня (включая выкружку) и глубина его составляет 3,0 мм, что важно, так как упрочненный слой дольше сохраняется от обточки до обточки колеса при его эксплуатации. Гребень колеса с более тонким закаленным слоем (менее 1 мм [5]) будет значительное время эксплуатироваться (от обточки до обточки) без упрочненного слоя.

Рисунок 4 - Зависимость величины микротвердости от расстояния по срезу упрочненного слоя после плазменной обработки вынесенной электрической дугой, управляемой магнитными полями

Поскольку максимальное значение твердости в закаленном поверхностном слое гребня не превышает 500 HV, то, соответственно, и микроструктура слоя не содержит мартенсит, а представлена троостомартенситом и отпущенным мартенситом в поверхностном слое, троостосорбитом и сорбитом разной степени дисперсности в средней части и на границе с основным металлом. Наличие мартенсита в упрочненном слое, которое наблюдается при использовании других плазменных технологий, приводит к образованию значительных остаточных напряжений в зоне закаленного слоя и, соответственно, к повышенной вероятности образования микротрещин в этой области. Следовательно, эксплуатация железнодорожных колес с плазменным упрочнением вынесенной электрической дугой более безопасна.

Практическая реализация технологии и оборудования. Плазменная технология и оборудование по упрочнению гребней бандажей локомотивных колес внедрены в 1997 году в трех депо Дальневосточной железной дороги (Смоляниново, Вяземская, Тында). Износ гребней бандажей локомотивных колес сократился в 1,5...3,0 раза в зависимости от участка эксплуатации, времени года и др. Экономический эффект от плазменного упрочнения по данной технологии с 1999 по 2002 г. составил около 6,1 млн. руб., или около 2500 руб. на одну колесную пару. Технология и оборудование защищены патентами РФ.

Выводы. 1. Теоретические исследования процесса плазменного упрочнения показали целесообразность использования плазменных генераторов, обеспечивающих относительно «мягкий» нагрев поверхности.

. Для реализации оптимальных тепловых потоков на поверхности при упрочнении железнодорожных колес целесообразно использование плазменного генератора с вынесенной электрической дугой, управляемой магнитными полями.

. Экспериментальные исследования плазменного упрочнения с использованием данной технологии показали возможность получения оптимальных характеристик упрочненного слоя, как геометрических, так и структурных.

. Практическая реализация технологии в условиях Дальневосточной железной дороги показала экономическую эффективность использования технологии и оборудования и снижение износа гребней бандажей локомотивных колес в 1,5...3,0 раза.

2. Конструкторская часть

.1 Кинематический расчет привода

Варианты кинематических схем с геометрических рядом чисел оборотов связаны двух основных задач привода: настройки чисел оборотов в пределах заданного диагноза Д, уменьшения (редукций или увлечения ) (мультипликаций) числа оборотов главного вала.

При проектирований привода станка необходимо строится, чтобы при заданном числе Z ступеней частоты вращения шпинделя и заданном диапазоне регулирования привод имел:

)минимальные число всех передач;

)минимальные число групп передач;

)минимальные габариты;

)минимальный вес;

Зная частоты вращения для разных режимов термообработки, проектируем кинематическую схему. Главное требование к кинематическим цепям - максимально возможно обеспечить совпадение расчетных частот вращения с частотами вращения, полученными в результате подбора передаточных отношений. Передаточные отношения (числа зубьев ведущего и ведомого колес) подбираются согласно графикам частот вращения.

Для вычерчивания кинематической схемы принимаем конструктивно модуль для всех зубчатых колес мм, знаменатель ряда частот вращения .

По известным значениям наибольшей и наименьшей частоты вращения определяем диапазон регулирования:

Структурная формула коробки скоростей будет иметь вид:

Z = 11*31*23*11*11

Рассчитаем все частоты вращения:

Для построения графика чисел оборотов необходимо в каждом из соотношений выбрать одно передаточное число; тогда определяются и все остальные значения. График чисел оборотов строим также в логарифмическом масштабе. Каждому валу отвечаем вертикальная линия графика. Горизонтальные линий имеют отметки чисел оборотов соответствующего вала или шпинделя в пределах от минимального да максимального числа оборотов. Передаточные отношения передач выражаются лучами. Для ускорительной передачи передаточное отношение и луч направляем вверх, для за медлительной передачи передаточных отношений и луч направляем вниз. При передаточном отношении луч направляется горизонтально.

Выбор передаточных отношений i следует производить так, чтобы их значения не выходили за допускаемые пределы.

Ограничения передаточных отношений предельными значениями применяется во избежание чрезмерно больших диаметров ведомых колес и увеличения по этой причине радиальных габаритов привода.

Рисунок 3 - График частот вращения.

По графику частот вращения определяем передаточные отношения:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

.2 Расчет чисел зубьев

Число чисел зубьев колес групповых передач обуславливается межцентровым расстояние а, которое остается постоянным для данной группы. Числа зубьев определяем по таблице 6 [2, с. 102].

Учитывая передаточные отношения находим числа зубьев каждого колеса по таблице 6 [2, с. 102]:

для

для

для

для

для

для

для

.3 Расчет модулей зубчатых передач

При расчете на прочность зубьев зубчатых колес рассчитываются модули по контактным напряжениям и по напряжениям изгиба.

Расчет зубчатых передач для коробок скоростей ведут для модуля, исходя из прочности по напряжениям изгиба и контактным напряжениям по формулам:

Модуль по изгибу:

Модуль по контактным напряжениям:

Z - число зубьев меньшего зубчатого колеса в группе передач

Z = 20

- наименьшая частота вращения вала, при которой передается наибольшая установленная мощность

= 1453,9 об/мин - мощность, принимаем N = 7 кВт.

- ширина зубчатого колеса

- модуль (предварительно берем значение модуля, равного 2)

-допускаемое напряжение по изгибу, определяем по таблице 2.2 [3, с. 9]:

-допускаемое напряжение по усталости поверхностных слоев, определяем по таблице 2.2 [3, с. 9]:

- коэффициент формы зуба

- динамический коэффициент, учитывает дополнительные нагрузки, возникающие при входе зубьев в зацепление, которые возникают в результате удара.

- окружная скорость зубчатого колеса.

- межосевое расстояние

- погрешность окружного шага, определяется в зависимости от степени точности.

- коэффициент концентрации, учитывает распределение эпюры давлений по длине зуба.

- коэффициент режима работы, учитывает то обстоятельство, что коробка скоростей работает не только при номинальной нагрузке, но и на других режимах.

Тогда рассчитываем модули:

мм

Берем

Рассчитываем модуль следующей группы передач

Модуль по изгибу:

Модуль по контактным напряжениям:

Z - число зубьев меньшего зубчатого колеса в группе передач

Z = 24

- наименьшая частота вращения вала, при которой передается наибольшая установленная мощность

= 354 об/мин - мощность, принимаем N = 7 кВт.

- ширина зубчатого колеса

- модуль (предварительно берем значение модуля, равного 2)

-допускаемое напряжение по изгибу, определяем по таблице 2.2 [3, с. 9]:

-допускаемое напряжение по усталости поверхностных слоев, определяем по таблице 2.2 [3, с. 9]:

- коэффициент формы зуба

- динамический коэффициент, учитывает дополнительные нагрузки, возникающие при входе зубьев в зацепление, которые возникают в результате удара.

- окружная скорость зубчатого колеса.

- межосевое расстояние

- погрешность окружного шага, определяется в зависимости от степени точности.

- коэффициент концентрации, учитывает распределение эпюры давлений по длине зуба.

- коэффициент режима работы, учитывает то обстоятельство, что коробка скоростей работает не только при номинальной нагрузке, но и на других режимах.

Тогда рассчитываем модули:

Берем

Рассчитываем модуль у группы передач в шпиндельном узле:

Модуль по изгибу:

Модуль по контактным напряжениям:

Z - число зубьев меньшего зубчатого колеса в группе передач Z = 20

- наименьшая частота вращения вала, при которой передается наибольшая установленная мощность

= 367,84 об/мин

- мощность, принимаем N = 7 кВт.

- ширина зубчатого колеса

- модуль (предварительно берем значение модуля, равного 2)

-допускаемое напряжение по изгибу, определяем по таблице 2.2 [3, с. 9]:

-допускаемое напряжение по усталости поверхностных слоев, определяем по таблице 2.2 [3, с. 9]:

- коэффициент формы зуба

- динамический коэффициент, учитывает дополнительные нагрузки, возникающие при входе зубьев в зацепление, которые возникают в результате удара.

- окружная скорость зубчатого колеса.

- межосевое расстояние

- погрешность окружного шага, определяется в зависимости от степени точности.

- коэффициент концентрации, учитывает распределение эпюры давлений по длине зуба.

- коэффициент режима работы, учитывает то обстоятельство, что коробка скоростей работает не только при номинальной нагрузке, но и на других режимах.

Тогда рассчитываем модули:

Берем

Рассчитываем диаметры валов:

- допускаемое напряжение при кручении для валов из среднеуглеродистой стали.

Тогда диаметр

- допускаемое напряжение при кручении для валов из среднеуглеродистой стали.

Тогда диаметр

- допускаемое напряжение при кручении для валов из среднеуглеродистой стали.

Тогда диаметр

- допускаемое напряжение при кручении для валов из среднеуглеродистой стали.

Тогда диаметр

- допускаемое напряжение при кручении для валов из среднеуглеродистой стали.

Тогда диаметр

Произведем еще расчет dшп

Проверочный расчет зубчатого зацепления

При проектировании коробки предварительно были приняты модуль зубчатого зацепления мм и делительные диаметры зубчатых колес. Ширина зубчатого венца принимается в пределах . Ширину зубчатого венца окончательно принимаем

для m = 3 мм.

для m = 4 мм.

Для зубчатых колес принимаем материал сталь 40Х.

Вид термической обработки - улучшение.

.4 Размеры зубчатых колес

m = 3:для Z1 = 20

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z2 = 40

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z1 = 25 Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z2 = 35

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z1 = 30

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z2 = 30

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z1 = 25

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z2 = 35

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z1 = 20

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z2 = 40

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z1 = 20

m=4:

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z2 = 56

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z1 = 20

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

для Z2 =56

Делительный диаметр зубчатого колеса

мм

Диаметр окружности вершин зубьев зубчатого колеса

мм

.5 Выбор подшипников проектирующего узла

В качестве опор валов применяются подшипники качения, так как они лучше воспринимают различные нагрузки в широком диапазоне скоростей и при частого пусках и остановках. При воздействий на узел только радикальной нагрузки то есть когда вал передает крутящий момент при помощи прямозубых колес применяют радикальные подшипники.

Исходные данные d = 30 мм - диаметр под подшипник, R1=1176 H, R2 = 837H,nІІІ = 250 мин, режим напряжения - І ( 9,0.83)

Находим эквивалентные нагрузки

Где - коэффициент эквивалентности (Кt=0,8 [9, с. 8])

1)Предварительные шариковый радикальный подшипник мягкой серий №206

)Для этих подшипников из табл. 24.10 находим что базовая динамическая грузоподъемность Cr=15,3 kH, а базовая статическая грузоподъемность Cor=10,2kH

)Находим эквивалентную динамическую радикальную нагрузку

Где V - коэффициент вращения (V = 1[9, c. 83])

X - коэффициент (X=1 [9, c. 84])

Y - коэффициент (y=0 [9, c. 83])

- коэффициент безопасности

KT - температурный коэффициент (КТ=1 [9, c. 84])

4)Определяем требуемую динамическую грузоподъемность подшипника

(4.28)

где - время работы станка, ч

(4.29)

где L - время работы станка в годах (L=10 [9, c. 11])

коэффициент суточной загрузки (Kr =0,9 [9, c. 12])

коэффициент годовой загрузки (Kc=0,3)

5)Так как Стр < Cr (8318<15300H),то предварительно выбранной подшипник подходит

3. Специальная часть

.1 Технические требования

Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 октября 2004 г. No 32-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 10791-2004 введен в действие в качестве национального стандарта Республики Казахстан с 1 июля 2005 г.

Равномерность твердости по периметру обода колеса определяют по ГОСТ 9012 на четырех поперечных темплетах. вырезанных равномерно по окружности обода.

За твердость колеса принимают среднее значение твердости в точках 1-3. показанных на рисунке 1.

Рисунок 1 - Точки измерения твердости обода колеса

Равномерность твердости по периметру обода колеса определяют по ГОСТ 9012 на четырех поперечных темплетах. вырезанных равномерно по окружности обода.

За твердость колеса принимают среднее значение твердости в точках 1-3. показанных на рисунке 3.

Ударную вязкость колес определяют:

при температуре плюс (20 ± 10) °С - по ГОСТ 9454 на образцах типа 1 для диска и типа 8 - для обода по среднему значению, полученному в результате испытания трех образцов:

при температуре минус (60 ± 10) °С - на образцах размером 10 х 10 х 55 мм с надрезом радиусом 5 мм и глубиной 2 мм по минимальному значению результатов испытаний трех образцов.

Отбор проб для определения ударной вязкости - по ГОСТ 7564. Образцы вырезают из диска в месте перехода диска в ступицу в радиальном направлении в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - Место вырезки образца для определения ударной вязкости из диска в месте перехода в ступицу

Допускается вырезать образцы из диска в месте перехода его в обод.

Отбор проб и изготовление образцов для контроля макроструктуры - по ГОСТ 10243. Оценку макроструктуры колес проводят после травления темплетов. Допускается проводить оценку макроструктуры по Бауману.

Проверку макроструктуры стали колес проводят по нормативно-технической документации, согласованной с потребителем.

Ультразвуковой контроль ободьев колес проводят в двух направлениях (радиальном и осевом). Зоны цельнокатаных колес, которые должны подвергаться ультразвуковому контролю, а также типы и размеры эталонных отражателей и стандартных образцов регламентируют в нормативно-технической документации, согласованной с потребителем.

Неразрушающий контроль поверхности колес магнитопорошковым. вихретоковым либо другими методами проводят по нормативно-технической документации, согласованной с потребителем.

Контроль загрязненности стали колес неметаллическими включениями проводят по ГОСТ 1778 (метод Ш1) по среднему баплу отдельно по каждому виду включений. Контроль проводят на шести шлифах, отобранных из двух радиальных поперечных сечений обода в соответствии с рисунком 3. Площадь каждого шлифа - не менее 200 мм2, расстояние центров шлифов от поверхности катания и друг от друга должно соответствовать показанным на рисунке 3 с предельным отклонением ± 5 мм.

Контроль напряженного состояния колеса проводят методом разрезки. Для этого наносят две метки на сторону обода, противоположную гребню, на середине толщины обода на расстоянии 100 мм друг от друга. Радиальный разрез должен быть произведен посредине между двумя метками в направлении от гребня к отверстию в ступице. Ширина реза должна быть не менее 5 мм. Допускается огневая резка колеса.

Рисунок 3 - Расположение шлифов по отношению к поверхности катания

Технические требования

Химический состав

Химический состав колес должен соответствовать требованиям, установленным ГОСТ.

При отсутствии других соглашений между изготовителем и потребителем результаты анализа материала изделий могут предусматривать их замену результатами анализа ковшевой пробы разливаемого металла.

Внешний вид и отсутствие дефектов

Общие требования

Структура колес должна быть плотной; колеса не должны иметь дефектов, ухудшающих их эксплуатационные свойства.

Механически необработанные участки поверхности колеса должны плавно переходить в обработанные.

Чистота обработанных поверхностей должна, если иное не указано в заказе, соответствовать ИСО 1005-8.

Магнитопорошковый контроль

Проведение магнитопорошкового приемочного контроля по ИСО 6933 и оценка наличия нарушений однородности порошка магнитных частиц - по ИСО 6933. который согласуют с потребителем при заказе. Следует учитывать расположение, форму, размер, ориентацию и распределение неоднородностей. а также условия движения, для которых предназначено колесо. Ультразвуковой контроль

Проведение ультразвукового приемочного контроля- по ИСО 5948 (если иное не согласовано при запросе и заказе).

Припуски на механическую обработку и допуски на размеры

Припуски на механическую обработку и допуски на размеры - по ИСО 1005-8.

Остаточный дисбаланс

Результат проверки остаточного дисбаланса должен удовлетворять требованиям ИСО 1005-8, значение дисбаланса маркируют.

Маркировка

Каждое колесо маркируют, как указано в заказе или в прилагаемых к нему документах.

При отсутствии других указаний на каждом колесе маркируют:

фабричное клеймо изготовителя;

номер плавки либо номер партии, который может быть идентифицирован с конкретной плавкой:

марку стали и вид термической обработки включая категорию по испытаниям и (или) категорию допусков, если требуется;

дату изготовления (месяц и две последние цифры года изготовления);

клеймо контролера, если колесо принимают в соответствии с 7.9;

положение дисбаланса, если следует провести проверку статического дисбаланса и (если требуется) значение статического дисбаланса:

длину окружности колеса, если ев требуется измерить.

знаки, относящиеся к перечислениям а) - в), наносят штамповкой на наружную поверхность ступицы, если иное не оговорено в заказе. Использовать клейма остроугольной формы не допускается знаки, соответствующие перечислениям а) - d) для литых колес, могут быть отлиты, клеймо контролера наносят штамповкой на задней (т.е. внутренней) поверхности диска. Если при запросе и заказе оговорены испытания на балансировку колес, положение дисбаланса отмечают краской радиальной полосой шириной около 15 мм. В случае необходимости допускается указывать значение дисбаланса в грамм-метрах с нанесением цифр краской ниже этой полосы.

Если при заказе оговорено измерение окружности колеса, размер окружности наносят краской на диск знаками высотой не менее 25 мм.

Поверхность колеса не маркируют в местах, не указанных в заказе или предлагающихся к нему документах.

4. Экономическая часть

.1 Планирование производственной программы цеха

Производственная программа представляет собой систему плановых заданий по выпуску продукции установленной номенклатуры и ассортимента. Максимально возможная производительность агрегата при нормальном ходе технологического процесса определяется наблюдением за их работой в условиях бесперебойного действия оборудования. Если в процессе исследований выясняется, что значения тех или иных факторов не соответствует техническим инструкциям, то разрабатывается и внедряется мероприятия, позволяющие соблюсти все требования инструкций. При проведении исследований должно быть обеспечено квалифицированное обслуживание агрегатов.

Технически обоснованная производительность агрегата должна соответствовать максимальной производительности труда, т.е. такому наибольшему количеству продукции, которое производится при минимальных затратах на переработку каждой ее единицы с учетом качества получаемых продуктов и потерь материалов в процессе переработки.

Определение штата обслуживающих агрегат рабочих производится путем сравнения трудоемкости работ, которые должны быть выполнены в течение сметы, количества установленного и эксплуатируемого оборудования. Численность обслуживающих рабочих устанавливается при сравнении технических норм времени агрегата и технической нормы обслуживающих рабочих. Снижение численности работников может быть за счет пересмотра норм обслуживания, внедрения передовых методов и приемов работы, лучшего использования фонда рабочего времени. В дипломном проекте рассчитаны экономический эффект при внедрении технологии прокатки рельсов.

4.2 Расчет часовой производительности цеха

Часовая технически возможная производительность колесобандажного цеха для заданного профиля РТВ , т/ч, рассчитывается по формуле

(по годному)

где - вес заготовки, т; - единый такт работы производственной системы (технически возможный), т/ч.

Часовая технически возможная производительность рельсобалочного цеха для заданного профиля РТВ , т/ч,

Часовая нормативная производительность (Р Н), т/ч цеха для заданного профиля рассчитывается по формуле

где Q - вес заготовки, т; T_H^TB- единый такт работы производственной системы (нормативный), т/ч.

Часовая нормативная производительность цеха для заданного профиля

В данном случае подробно рассчитывается профиль Р65 из заготовки размерами 950х810х185х190х130 мм из марки стали. Часовая производительность остальных профилей определяется через K_TP.

Средняя фактическая производительность стана (цеха) РФСР, т/ ч, рассчитывается по формуле

где - фактический выпуск проката, т (из «Технического отчета»);

- фактическое время работы стана по отчетным данным цеха, ч.

Рассчитывается фактическая часовая производительность цеха по основному заданному профилю ,т/ч, через коэффициенты трудности по сортаменту и с учетом средней производительности по формуле

где - доля каждой i - той заготовки (блюма) в общем производстве, %;

- коэффициенты трудности каждой i -той заготовки.

Рассчитывается фактическая часовая производительность цеха по основному заданному профилю через коэффициенты трудности по сортаменту и с учетом средней производительности.

Определяется фактическая часовая производительность по всему сортаменту с учетом и коэффициентом трудности .

Фактическая производительность для остальных размеров заготовок определяется с учетом коэффициентов трудности

Аналогично рассчитываются производительности остальных профилей.

Фактический такт работы производственной системы по заданному (основному) профилю , с, определяется по формуле

где - масса заготовки заданного профиля, т;

- расходный коэффициент металла, т/т.

Фактический такт работы производственной системы по заданному (основному) профилю , с,

На основании проведенных расчетов составлена таблица.

Таблица (1) - Расчет часовой производительности цеха

Профили, ммКоэф. трудностиЧасовая производительностьВыпуск прокатаФакт.Норма-планТех. Возм.ФактическийПланируемыйт/чт/чт/чт%т%Р651,000182,74303,7373,75446 42336,30474 68336,50Р500,990220,89238,30294,2894 6967,70101 4397,80ОР651,090200,62216,40267,3138 72311,28145 65611,20РК651,050208,27224,64277,557 8014,7066 7165,13КР1001,013215,87232,85287,648 8243,9758 5234,50КР801,012216,09233,08287,925 2112,0526 6602,05[ №241,250174,94188,70233,0715 3731,256 1120,47[ №401,200182,23196,56242,7846 1183,7548 6393,74100х1000,900242,98262,09323,7191 23615,55188 57314,50ДН650,950230,19248,29306,6779 3236,45100 9197,76СД650,950230,19248,29306,6786 0877,0082 5826,35Итого----1229816100,001300 500100,00Среднее значение1,037210,19235,7291,02----

4.3 Расчет производственной мощности цеха

Производственная мощность является надежным ориентиром при планировании производства и технико-экономической оценке деятельности цеха.

Производственная мощность цеха определяется интенсивной нагрузкой, выражаемой технической нормой производительности в единицу времени и экстенсивной нагрузкой, определяющей продолжительность работы стана в планируемом периоде. Под производственной мощностью понимается максимально возможный выпуск продукции при заданных номенклатуре и ассортименте с учетом наилучшего использования всех ресурсов, имеющихся в цехе.

В общем виде производственная мощность цеха ПМ, т/год, определяется по формуле

где - техническая норма производительности стана, т/ч;

- максимально возможный фонд времени работы ведущего оборудования, ч.

На основании проведённых расчётов производственная мощность цеха составит

Анализ интегрального использования оборудования:

Коэффициент интегральной нагрузки оборудования обобщает два показателя: интенсивности и экстенсивности, и характеризует использование производственной мощности.

Коэффициент интегральной нагрузки оборудования, КИНТ , в долях единицы, рассчитывается по формуле

где - коэффициент интенсивности, в долях единицы; - коэффициент экстенсивности, в долях единицы. Рассчитывается коэффициент интегральной нагрузки оборудования Величина данного коэффициента показывает, что в цехе имеются резервы для повышения производства в среднем на 26,55 %.

.4 Расчет технико-экономических показателей работы колесобандажного цеха

В связи с предлагаемой реконструкцией колесобандажного цеха определяется коэффициент увеличения выпуска продукции с учетом проведенных мероприятий и производится пересчет себестоимости продукции по каждой ее статье с учетом условно-постоянных (А) и условно-переменных (Б) затрат.

Коэффициент увеличения выпуска продукции колесобандажного цеха КПР, т/т, определяется по формуле

где - проектный выпуск продукции колесобандажного цеха, т;

- фактический выпуск продукции колесобандажного цеха, т.

Коэффициент увеличения выпуска продукции определяется по формуле (95)

Далее производится пересчет себестоимости, которая характеризует влияние роста объема производства, по каждой статье затрат по формуле:

где и - плановая и проектная себестоимость единицы продукции по статьям затрат;

и - доли условно-постоянных и переменных затрат в себестоимости.

На основании плановой калькуляции себестоимости рассчитывается проектная себестоимость единицы проката рельсобалочного цеха по следующим статьям:

1. «Топливо технологическое в условном»:

. «Энергетические затраты»:

«электроэнергия»

«пар производственный»

«вода техническая»

«воздух сжатый»

«кислород»

Итого «Энергетические затраты»:

. «Вспомогательные материалы»:

. «Заработная плата производственных рабочих»:

. «Отчисления на социальные нужды»:

. «Сменное оборудование»:

. «Ремонтный фонд»:

. «Амортизация основных средств»:

где - сумма капитальных вложений, тнг.;

- срок службы вводимого оборудования, лет.

. «Содержание основных средств»:

. «Работа транспортных цехов»:

. «Прочие расходы по цеху»:

ИТОГО «Расходы по переделу»:

«Общие заводские расходы»:

«Потери от брака по металлу»:

Итого «Производственная себестоимость цеха»:

На основании «Анализа себестоимости цеха» составляется таблица.

Таблица - Калькуляция себестоимости единицы проката рельсобалочного цеха в сравнении с рельсобалочным станом Нижнетагильского металлургического комбината.

Статьи затратДоли условно, %Сумма затрат, тнг/тпостоянныепеременныеЗАО «НТМК»Разработ. технологияЗадано в прокат, т010017819,815546,4Отходы, т0100321,9321,9Задано без отходов, т010017497,915224,5Расходы по переделу: 1.Топливо технологическое (в условном)406010791,712. Энергетические расходы: - электроэнергия, тыс. квтч010032,1532,15- пар, Гкал40607,95,97- вода техническая, тыс .куб. м100036,7523,58- воздух сжатый, тыс. куб. м010018,6517,5- кислород, тыс .куб. м01003,23,2Итого энергозатрат:97,6582,43. Вспомогательные материалы703013,110,854. Заработная плата производственных рабочих9010253,35164,125. Отчисления на социальные нужды901095,567,176. Сменное оборудование80206,25,857. Ремонтный фонд8020432,85309,428.Амортизация основных средств100039,4123,89. Содержание основных средств1090100,1597,7310. Работа транспортных цехов010010,4510,5411. Прочие расходы по цеху802056,6541,38ИТОГО РАСХОДОВ ПО ПЕРЕДЕЛУ:1212,31005Общезаводские расходы100044,830,37Потери от брака010059,259,8Производственная себестоимость18814,216317,65

4.5 Оценка экономической эффективности проекта

Эффективность - это способность достижения намеченных целей по основным технико-экономическим показателям, которые характеризуют результативность работы цеха.

Определяется условно годовая экономия от проведенных мероприятий , тнг., по формуле

где и - производственная себестоимость единицы продукции соответственно плановая и проектная, тнг./т;

- объем производства проектный, т/год.

Определяется условно годовая экономия от проведенных мероприятий

Месячная экономия составит:

тнг.

где - дисконтный множитель; - процент денежных средств;

- число периодов (лет) на которое берется кредит.

Рассчитывается за первый месяц дисконтный множитель на примере денежных поступлений от месячной экономии при цене за капитал по условиям кредита

Сумма дисконта по простому проценту определяется по формуле

где - конечная сумма вклада, обусловленная условиями инвестирования, тнг; - продолжительность инвестирования;

- процентная ставка.

Настоящая стоимость денежных средств с учетом рассчитанной суммы дисконта определяется по формуле

где - настоящая стоимость денежных средств с учетом рассчитанной суммы дисконта, тнг

При расчете суммы простого процента в процессе наращения вклада используется следующая формула

где - сумма простого процента, тнг;

- первоначальная сумма инвестиций, тнг.

Будущая стоимость вклада с учетом начисленной суммы процента определяется по формуле

где - будущая стоимость вклада с учетом начисленной суммы процента, тнг.

Нормативный срок окупаемости капитальных вложений (инвестиций), ТОКН с определяется по формуле

Расчетный (фактический) срок окупаемости капитальных вложений по мероприятию с учетом взятия кредита, КВЛ, лет, определяется по формуле

где - сумма предоставленного кредита с учетом процентов за пользование, тнг.; - годовая экономия, млн. тнг.

Расчетный (фактический) срок окупаемости капитальных вложений по мероприятию без учета цены за заемные средства (без дисконтирования)

Рассчитанный (фактический) коэффициент сравнительной экономической эффективности (с учетом дисконтирования):

Предлагаемые мероприятия для цеха будут эффективными, если:

и

и

Данный проект исходя из вышеприведенных нормативных показателей является эффективным.

5. Охрана труда

.1 Выписка из Трудового Кодекса Республики Казахстан

Данный кодекс регулирует трудовые отношения и иные отношения непосредственно связанные с трудовыми; отношения социального партнерства и по безопасности и по охране труда. Кодекс направлен на защиту прав и интересов сторон трудовых отношений; установление минимальных гарантий прав и свобод в сфере труда.

Статья 59. Прекращение трудового договора при отказе работника от продолжения трудовых отношений.

. Трудовой договор с работником подлежит прекращению при отказе работника от продолжения трудовых отношений в случаях:

) отказа работника от перевода в другую местность вместе с работодателем;

) отказа работника от продолжения работы в связи с изменением условий труда;

) отказа работника от продолжения работы при реорганизации работодателя - юридического лица;

) отказа работника от перевода на другую работу при получении в связи с исполнением трудовых обязанностей производственной травмы, профессионального заболевания или ином повреждении здоровья, не связанном с производством.

. Прекращение трудового договора допускается только при письменном отказе работника от продолжения трудовых отношений.

. Не допускается прекращение трудового договора в период временной нетрудоспособности работника (в том числе по беременности и родам) и отпуска.

5.2 Методы и средства защиты от вибрации

Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин; отстройка от резонансных частот; вибродемпфирование; виброизоляция; виброгашение, а также индивидуальные средства защиты.

Снижение виброактивности машин (уменьшение Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены, например, заменой клепки сваркой; хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности, например, шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых; заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.

Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с например установкой ребер жесткости или изменения массы системы (например путем закрепления на машине дополнительных масс).

Вибродемпфирование - это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение,- мягких покрытий (резина, пенопласт ПХВ-9, мастика ВД17-59, мастика «Анти-вибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов.

Виброгашение (увеличение массы системы) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).

Повышение жесткости системы, например путем установки ребер жесткости. Этот способ эффективен только при низких частотах вибрации.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника к защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи КП, равным отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта, или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации. Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, когда КП < 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция.

Профилактические меры по защите от вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и на пути распространения, а также в применении индивидуальных средств защиты, проведении санитарных и организационных мероприятий.

Уменьшения вибрации в источнике возникновения достигают изменением технологического процесса с изготовлением деталей из капрона, резины, текстолита, своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой деталей; уменьшением зазоров в сочленениях. Передачу колебаний на основание агрегата или конструкцию здания ослабляют посредством экранирования, что является одновременно средством борьбы и с шумом.

В качестве вибропоглощающих покрытий обычно используют мастики № 579, 580, типа БД-17 и простейшие конструкции (слои рубероида, проклеенные битумом или синтетическим клеем).

Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять, то используют средства индивидуальной защиты. В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву.

Длительность работы с вибрирующим инструментом не должна превышать 2/3 рабочей смены. Операции распределяют между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного действия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15...20 мин. Рекомендуется делать перерывы на 20 мин через 1...2ч после начала смены и на 30 мин через 2 ч после обеда.

Во время перерывов следует выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры - ванночки при температуре воды 38 °С, а также самомассаж конечностей.

Если вибрация машины превышает допустимое значение, то время контакта работающего с этой машиной ограничивают.

Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминную профилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В, никотиновую кислоту), спецпитание.

.3 Требования безопасности обслуживания технологического оборудования

Технологическое оборудование, изготавливаемое для металлургической промышленности, должно иметь максимально механизированное управление, а также обеспечивать безаварийную работу, автоматический контроль и автоматическое регулирование технологического процесса.

Непосредственно у агрегатов или у мест нахождения обслуживающего персонала должны быть вывешены четко выполненные схемы расположения и технологической связи агрегатов и трубопроводов (газа, воды, воздуха, пара, мазута и т.п.). Запорные устройства должны быть пронумерованы и иметь указатели крайних положений (открыто - закрыто). Номер запорного устройства и другие обозначения в схеме должны соответствовать номерам и обозначениям в технологической инструкции.

Оборудование, перерабатывающее или перемещающее пылящие или газовыделяющие материалы, должно быть герметизировано. В местах пересыпки таких материалов с агрегата на агрегат должны быть предусмотрены аспирационные установки.

Эксплуатация и обслуживание технологического оборудования должны производиться в соответствии с инструкцией, утвержденной главным инженером предприятия.

Пускать в работу агрегаты, машины и механизмы, а также управлять ими разрешается только лицам, имеющим на это право.

Перед пуском в работу оборудования должен быть подан звуковой предупредительный сигнал продолжительностью не менее 10 с. После первого сигнала должна предусматриваться выдержка времени не менее 30 с, после чего перед пуском оборудования должен подаваться второй сигнал продолжительностью 30 с. Пусковые устройства механизмов и оборудования должны быть сблокированы так, чтобы полностью обеспечивалось соблюдение указанной выдержки.

В местах с повышенным уровнем шума должна также предусматриваться дублирующая световая сигнализация. При смешанном (ручном и автоматическом) управлении пуск оборудования с пульта управления должен производиться после получения ответных сигналов по двусторонней системе сигнализации от работников, подтверждающих безопасность пуска оборудования в работу на закрепленных за ними участках.

С порядком подачи сигналов перед пуском оборудования должны быть ознакомлены все работники предприятия.

Инструменты и приспособления, используемые для обслуживания оборудования, должны соответствовать характеру выполняемой работы.

Все эксплуатируемое оборудование, а также используемые инструменты и приспособления для его обслуживания должны быть исправными. Работа на неисправном оборудовании, а также использование неисправных приспособлений и инструментов запрещается.

На рабочих местах инструменты и приспособления должны находиться, в отведенных для этого местах или в специальных инструментальных шкафах.

Инструменты и приспособления, используемые в помещениях с взрывопожароопасными производствами, не должны давать искры при работе и при ударе.

При использовании механизированного инструмента должны соблюдаться требования, указанные в паспорте и инструкции завода - изготовителя.

Присоединение шлангов пневматических инструментов к штуцерам воздуховодов и разъединение их должно производиться только после прекращения подачи воздуха. Закрепление шлангов на штуцерах трубопроводов и инструментах должно производиться специальными зажимами, исключающими их срыв. Применять для крепления шлангов проволоку запрещается.

Система смазки трущихся частей механизмов должна быть герметичной. Все труднодоступные, а также часто смазываемые узлы оборудования должны иметь централизованную подачу смазки.

Ручная смазка действующих машин и механизмов разрешается только при наличии специальных приспособлений, обеспечивающих безопасность.

Температура нагретых поверхностей аппаратов, оборудования, трубопроводов и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45 0С. При невозможности по техническим причинам достигнуть указанной температуры вблизи источников значительного лучистого и конвекционного тепла (обжиговых и плавильных печей, конверторов и мест выпуска расплавленных продуктов) должны быть предусмотрены мероприятия по защите работающих от возможного перегревания (экранирование, водо-воздушное душирование и др.).

Уровни шума, а также общей и локальной вибрации на рабочих местах не должны превышать величин, предусмотренных ГОСТами. Для ручных машин и органов управления вибрации не должна превышать значений.

Ведение взрывных работ, а также хранение, выдача и учет взрывчатых веществ и средств взрывания должны соответствовать требованиям. Единых правил безопасности при взрывных работах.

Взрывные работы допускаются только при наличии проекта взрывных работ, утвержденного директором (главным инженером) предприятия, и разрешения местных органов госгортехнадзора.

Эксплуатация оборудования, генерирующего электромагнитные волны радиочастот (ВЧ, УВЧ, СВЧ), должна соответствовать требованиям Правил безопасности при эксплуатации установок повышенной и высокой частоты и Санитарных правил при работе с источниками электромагнитных полей высокой и ультравысокой частоты. При вводе в эксплуатацию указанного оборудования должна измеряться интенсивность электромагнитных полей радиочастот и провериться эффективность средств защиты.

Резервуары, технологическое оборудование, трубопроводы, сливо-наливные устройства и другое оборудование, связанное с приемом, переработкой и перемещением жидкостей, паров и сыпучих веществ, являющихся диэлектриками, должны быть защищены от статического электричества в соответствии с требованиями Правил защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

В местах повышенной опасности, а также у оборудования и механизмов, представляющих опасность травмирования людей, должны быть вывешены предупредительные плакаты, знаки безопасности или устроена звуковая и световая сигнализации. Предупредительные плакаты и знаки безопасности должны заменяться, а сигнализация проверяться на ее действие.

Общие требования к безопасному ведению технологических процессов

Технологические процессы должны осуществляться в соответствии с технологическими инструкциями, утвержденными главным инженером предприятия.

Технологическое оборудование, аппараты и трубопроводы, предназначенные для работы с взрывопожароопасными и вредными парами, газами и пылью, должны быть герметичными, а в случае невозможности полной герметизации места, где возможны вредные выделения, должны быть оборудованы местными отсосами. Герметизирующие устройства должны систематически осматриваться. Нарушение герметизации должно немедленно устраняться.

Опытные работы на действующем технологическом оборудовании допускаются только при наличии разработанной и утвержденной главным инженером предприятия инструкции, в которой должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие безопасность.

Меры безопасности при проведении указанных работ на объектах, подконтрольных госгортехнадзору, должны быть согласованы с местными органами госгортехнадзора. В помещениях, в которых расположены взрывопожароопасные производства, устройство опытных установок и проведение экспериментальных работ запрещается.

5.4 Причины пожаров на промышленных предприятиях

Причины пожаров технического характера, возникающих на промышленных предприятиях, и соответствующая им частота случаев (%) следующие:

Нарушение технологического режима (33)

Неисправность электрооборудования (короткое замыкание, перегрузки и большие переходные сопротивления) (16)

Плохая подготовка оборудования к ремонту (13)

Самовозгорание промасленной ветоши и других материалов, склонных к самовозгоранию (10)

Несоблюдение графика планового ремонта, износ и коррозия оборудования (8)

Неисправность запорной арматуры и отсутствие заглушек на ремонтируемых или законсервированных аппаратах и трубопроводах (6)

Искры при электро- и газосварочных работах (4)

Конструктивные недостатки оборудования (7)

Ремонт оборудования на ходу (2)

Реконструкция установок с отклонением от технологических схем (1)

Эти данные показывают, что основной причиной пожаров на промышленных предприятиях является нарушение технологического режима. В известной мере это связано с большим разнообразием и сложностью технологических процессов. Они, как правило, помимо операций механической обработки материалов и изделий включают процессы очистки и обезжиривания, сушки и окраски, связанные с использованием веществ, обладающих высокой пожарной опасностью. Анализ зарегистрированных крупных пожаров на промышленных предприятиях показал, что при пожарах на этих предприятиях создается сложная обстановка для пожаротушения, поэтому требуется разработка комплекса мероприятий по противопожарной защите. Этот комплекс включает мероприятия профилактического характера и устройство систем пожаротушения и взрывозащиты.

Если в технологическом процессе применяют горючие вещества и существует возможность их контакта с воздухом, то опасность пожара и взрыва может возникнуть как внутри аппаратуры, так и вне ее, в помещении и на открытых площадках. Так, большую опасность представляют аппараты, емкости и резервуары с горючими жидкостями, так как они не бывают заполнены до предела и в пространстве над уровнем жидкости образуется паровоздушная взрывоопасная смесь. Опасны в пожарном отношении малярные участки и цехи предприятий, где в качестве растворителей используют легковоспламеняющиеся жидкости.

Причиной взрыва или пожара может послужить наличие в помещении горючей пыли и волокон.

Различают тепловые, химические и микробиологические источники зажигания - импульсы. Наиболее распространен тепловой импульс, которым обладают: открытое пламя, искра, электрические дуги, нагретые поверхности и др. Для воспламенения горючей смеси газов и паров с воздухом достаточно нагреть до температуры воспламенения всего 0,5...1 мм3 этой смеси. От открытого пламени почти всегда зажигается горючая смесь.

Искрой обычно называют точечный источник воспламенения. Искры могут образовываться при трении, ударе или вызываться электрическим разрядом. К источникам их образования относятся операции механической обработки (шлифование), а также заточка инструмента и т. п.

Источники открытого огня - технологические нагреватели печи, аппараты и процессы газовой сварки и резки, установки для сжигания отходов и т. п.

Пожары могут возникнуть от электроустановок, в которых присутствуют нагревающиеся проводники электрического тока и горючее вещество (изоляция этих проводников). При коротких замыканиях электрические проводники быстро разогреваются до высоких температур. Во избежание возникновения пожаров курить разрешается только в специально отведенных местах.

Химический импульс обусловлен тем, что температура повышается за счет экзотермических химических реакций взаимодействия тех или иных веществ, а микробиологический - связан с жизнедеятельностью микроорганизмов, влияющих на увеличение температуры. Их отличительная особенность заключается в том, что процессы, обусловливающие эти импульсы, начинаются при обычных температурах и приводят к самовозгоранию.

Особую опасность представляют промасленные специальная одежда и обтирочные материалы, сложенные в кучи. При условии плохого теплоотвода нагревание, начавшееся при нормальной температуре, через 3...4 ч может закончиться самовозгоранием.

Пожаро- и взрывоопасность веществ, т. е. сравнительная вероятность их горения в равных условиях, определяется их свойствами: горючесть и температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения.

По горючести все вещества подразделяются на:

негорючие;

трудногорючие;

горючие.

Негорючие вещества - это те, которые не способны гореть в воздухе нормального состава при температуре до 200oС.

Трудногорючие вещества могут загораться под действием источника зажигания в воздухе нормального состава, но не способны гореть самостоятельно. Негорючие и трудногорючие вещества представляют опасность лишь как источники токсических и горючих газов. Некоторые из них при разложении могут выделять большое количество теплоты.

Горючие вещества способны загораться от источника зажигания в воздухе нормального состава и продолжать гореть после его удаления. Они, в свою очередь, подразделяются на:

легковоспламеняющиеся - способны воспламеняться от кратковременного воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламени спички, искры и т.п.);

средней воспламеняемости - от длительного воздействия источника зажигания с низкой энергией;

рудновоспламеняющиеся - только под действием мощного источника зажигания.

Горючие жидкости обычно более пожароопасны, чем твердые горючие вещества, так как они легче воспламеняются, интенсивнее горят, образуют взрывоопасные паровоздушные смеси и плохо поддаются тушению водой.

Температурой вспышки называется наименьшая температура, при которой образующиеся над поверхностью горючего вещества пары и газы вспыхивают на воздухе от источника зажигания, но не образуют устойчивого горения из-за малой скорости их образования.

Температурой воспламенения называется температура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.

Температурой самовоспламенения называется наименьшая температура, при которой резко увеличивается скорость экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

.5 Расчет искусственного освещения в производственных помещениях

Искусственное освещение - освещение помещений и других мест, где недостаточно естественного освещения.

Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть двух видов - общее и комбинированное. Систему общего освещения применяют в помещениях, где по всей площади выполняются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают общее равномерное освещение (световой поток распределяется равномерно по всей площади без учета расположения рабочих мест) и общее локализованное освещение (с учетом расположения рабочих мест).

При выполнении точных зрительных работ (например, слесарных, токарных, контрольных) в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени или рабочие поверхности расположены вертикально (штампы, гильотинные ножницы), наряду с общим освещением применяют местное. Совокупность местного и общего освещения называют комбинированным освещением. Применение одного местного освещения внутри производственных помещений не допускается, поскольку образуются резкие тени, зрение быстро утомляется и создается опасность производственного травматизма.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на рабочее, аварийное, охранное, дежурное, общее, местное и комбинированное. При необходимости часть светильников рабочего или аварийного освещения используется для дежурного освещения.

Рабочее освещение обеспечивают во всех помещениях, а также на участках открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения и с разными режимами работы, предусматривается раздельное управление рабочим освещением.

Аварийное освещение - освещение объектов различного назначения, не прекращающееся или автоматически вводимое в действие при внезапном отключении рабочих (основных) источников света. Предназначено для обеспечения эвакуации людей или временного продолжения работы на объектах, где внезапное отключение освещения создает опасность травматизма или недопустимого нарушения технологического процесса. Подразделяется на освещение безопасности и эвакуационное освещение. Освещение безопасности - освещение, предусматриваемое на случай аварийного отключения рабочего освещения, в результате чего возможны: длительное нарушение технологического процесса; нарушение работы таких объектов, как электрические станции, узлы радио- и телевизионных передач и связи, диспетчерские пункты, насосные установки водоснабжения, канализации и теплофикации, установки вентиляции и кондиционирования воздуха в производственных помещениях, где недопустимо прекращение работ, и т.п.

Охранное освещение (при отсутствии специальных технических средств охраны) предусматривается вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время. Могут использоваться любые источники света, за исключением случаев, когда охранное освещение автоматически включается только при срабатывании охранной сигнализации или других технических средств. В таких случаях применяются лампы накаливания.

Дежурное освещение - освещение в нерабочее время. Область применения, величины освещенности, равномерность и требования к качеству не нормируются.

Общее освещение - освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение). Местное освещение - освещение, дополнительное к общему, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах.

Комбинированное освещение - освещение, при котором к общему освещению добавляется местное.

Совмещенное освещение - освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным. Эвакуационное освещение - освещение для эвакуации людей из помещений при аварийном отключении нормального освещения. Такое освещение (в помещениях или в местах производства работ вне зданий) следует предусматривать:

в местах, опасных для прохода людей;

в проходах и на лестницах, служащих для эвакуации людей, при числе эвакуирующихся более 50 человек;

по основным проходам производственных помещений, в которых работают более 50 человек;

на лестничных клетках жилых зданий высотой 6 этажей и более;

в производственных помещениях с постоянно работающими в них людьми, где выход людей из помещения при аварийном отключении нормального освещения связан с опасностью травматизма из-за продолжения работы производственного оборудования;

в помещениях общественных и вспомогательных зданий промышленных предприятий, если в помещениях могут одновременно находиться более 100 человек;

в производственных помещениях без естественного света.

Источниками искусственного освещения являются газоразрядные лампы и лампы накаливания.

Газоразрядные лампы предпочтительнее для применения в системах искусственного освещения. Световой поток от газоразрядных ламп по спектральному составу близок к естественному освещению и поэтому более благоприятен для зрения. Однако газоразрядные лампы имеют существенные недостатки, к числу которых относится пульсация светового потока. При рассмотрении быстро движущихся или вращающихся деталей в пульсирующем световом потоке возникает стробоскопический эффект, который проявляется в искажении зрительного восприятия объектов (вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажаются направление и скорость движения).

В системах производственного освещения применяют люминесцентные газоразрядные лампы, имеющие форму цилиндрической стеклянной трубки. Внутренняя поверхность трубки покрыта тонким слоем люминофора, который преобразует ультрафиолетовое излучение газового электрического разряда в видимый свет. Люминесцентные газоразрядные лампы в зависимости от применяемого в них люминофора создают различный спектральный состав света. Различают несколько типов ламп: дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), холодного белого (ЛХБ), теплого белого (ЛТБ) и белого света (ЛБ).

Кроме люминесцентных газоразрядных ламп (низкого давления), в производственном освещении применяют газоразрядные лампы высокого давления:

- лампы ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные);

галогенные лампы ДРИ (дуговые ртутные с йодидами);

ксеноновые лампы ЛКсТ (дуговые ксеноновые трубчатые), которые в основном применяются для освещения территорий предприятия;

натриевые лампы ДНаТ (дуговые натриевые трубчатые), используемые для освещения цехов с большой высотой (в частности, многих литейных цехов).

Применяются для освещения производственных помещений также лампы накаливания, в которых свечение возникает путем нагревания нити накала до высоких температур. Они просты и надежны в эксплуатации. Недостатками их являются низкая световая отдача (не более 20 лм/Вт), ограниченный срок службы (до 1000 ч), преобладание излучения в желто-красной части спектра, что искажает цветовое восприятие.

В осветительных системах используют лампы накаливания различных типов:

- вакуумные (НВ);

газонаполненные биспиральные (НБ);

биспиральные с криптоноксеноновым наполнением (НБК);

зеркальные с диффузно отражающим слоем и др.

Все большее распространение получают лампы накаливания с йодным циклом - галоидные лампы, которые имеют лучший спектральный состав света и хорошие экономические характеристики. Качественные показатели освещения в производственных помещениях во многом определяются правильным выбором светильников, представляющих собой совокупность источника света и осветительной арматуры. Основное назначение светильников заключается в перераспределении светового потока источников света в требуемых для освещения направлениях, механическом креплении источников света и подводе к ним электроэнергии, а также защите ламп, оптических и электрических элементов от воздействия окружающей среды.

Условия эксплуатация освещения на промышленных предприятиях оказывает большое влияние на зрительную работоспособность, физическое и моральное состояние людей, а следовательно, на производительность труда, качество продукции и производственный травматизм.

Искусственное освещение может быть двух систем: общее и комбинированное. При комбинированном освещении к общему добавляется местное освещение, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах. Искусственное освещение подразделяется также на рабочее, аварийное, эвакуационное и охранное.

При выборе системы освещения необходимо учитывать, что капитальные вложения и эксплуатационные вложения и эксплуатационные расходы при комбинированном освещении ниже, чем при общем.

Расчет освещения участка ремонты футеровки электродуговых печей, сталеплавильного цеха. Длина участка 78 м, ширина - 20 м, высота - 14 м. Разряд зрительной работы VII, коэффициенты отражения ?пот=50%, ?ст=30%, ?пол= 10%.

Так как здание высокое, то следует применить систему общего освещения с использованием источников света с большой единичной мощностью. Принимаем лампы ДРЛ.

Нормируемая освещенность 200 лк. Коэффициент запаса 1,8. Высота свеса светильников 2 м, рабочая поверхность находится на высоте 1 м над полом. Расположение светильников общего освещения в помещении определяется: H - высотой помещения, h - высотой подвеса над рабочей поверхностью, ? - расстояние между соседними светильниками или рядами люминесцентных светильников, l - расстояние от крайних светильников или рядов светильников до стены.

Определяем расчетную высоту по формуле:

где, - расстояние от светильника до перекрытия;

- высота рабочей поверхности над полом.

Так как применяются светильники большой мощности, то принимается значение ?=?с=0,6.

Тогда расстояние между соседними светильниками составит

Расстояние от стены до ближайшего светильника:

Примем 3 ряда по 12 ламп в каждом ряду. Расстояние между светильниками 6 м, расстояние от крайнего светильника до стены 1,8 м.

Находим индекс помещения по формуле:

где -длина цеха;

- ширина цеха;

- расчетная высота.

По индексу найдем коэффициент использования, по табличным данным равен ?=53%

По полученным данным находится световой поток лампы по формуле

где - заданная минимальная освещенность;

- коэффициент запаса;

- освещаемая площадь, м2;

- коэффициент неравномерности освещения, равный 1,1-1,2;

- число светильников.

При напряжении 220 В лампа мощностью 700 Вт дает световой поток 35000 лм. Окончательно принимаем 36 ламп ДРЛ в 3 ряда по 12 ламп в каждом, световой поток каждой лампы 35000 лм, мощность - 700 Вт.

Заключение

Краткие выводы по результатам дипломного исследования.

.В дипломном проекте была разработана технология упрочнения железнодорожных колес.

.Приведены технологические характеристики изделия и его свойства.

3.Выполнен расчет камерной электрической печи сопротивления

.Приведен новый метод для закалки железнодорожных колес.

5.Были рассмотрены основные аспекты по охране труда: опасные и вредные производственные факторы, требования безопасности при обслуживании печного оборудования, а так же средства пожаротушения. Произведены расчеты необходимых экономических параметров и сделан краткий вывод по полученным данным. Оценка полноты решений поставленных задач. В ходе дипломной работы была разработана технология окончательной термической обработки деталей. Следовательно, поставленные задачи решены полностью. Конкретные рекомендации по изученному объекту исследования. Предлагаемый способ нагрева деталей позволяет повысить комплекс механических свойств в требуемых точках сечения путем создания оптимальной структуры, которая обеспечивается оптимальным соотношением параметров процесса охлаждения - плотности орошения водовоздушной смесью и продолжительностью охлаждения.

Применение предлагаемого способа закалки позволяет повысить комплекс механических свойств в сечении поковок в целом на 10-20% по сравнению с закалкой в масло.

При выборе места установки оборудования цеха, нужно учитывать желательные для него условия. К этим условиям можно отнести: большую земельную площадь, отсутствие высоких препятствий, возможность прокладки линии энерго- и водоснабжения.

Список использованной литературы

1. .Мастрюков Б.С Теория, конструкция и расчеты металлургических печей. Расчеты металлургических печей. М.: Металлургия, 1978. 272с.
2. Башнин Ю Ушаков Б Секей Технология термической обработки стали М. Металлургия. 1986 г. 424 с.
3. Баскаев Х., Самохоцкий А. Металловедение и термическая обработка металлов. М. Машгиз. 1966г. 191с..
4. Сорокин В.Г. - Марочник сталей и сплавов - М.: Металлургия, 1989 г. - 640 с.
5. В. А. Авдеев, В. М. Друян, Б. И. Кудрин Основы проектирования металлургических заводов: М.: Инжиниринг, 2002. - 464 с.
6. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов 3-е издание. М.: "Машиностроение", 1983 г. - 359 с.Учебник для металлургических специальностей.
7. Кудрин В.А.Теория и технология производства стали Учебник для вузов. - М.: «Мир», ООО «Издательство ACT»,2003. - 528с.
8. Мастрюков Б.С.Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. Том 2. Расчеты металлургических печей М, Металлургия, 1978, 272с.
9. Рустем С.Л. Оборудование термических цехов М. Машиностроение 1971г. 287с
10. Новиков И.И. Теория термической обработки Учебник. Изд. 3-е, испр. и доп. Новиков И. И. М., «Металлургия», 1978. 392 с.
11. Лахтин Ю.М., Рахштадт А.Г. Термическая обработка в машиностроении Справочник. Под редакцией д-ра техн. наук проф. Ю. М. Лахтина и д-ра техн. наук проф. А. Г. Рахштадта. Москва "Машиностроение" 1980 г. 783 с
12. Фиргер И.В. Термическая обработка сплавов Машиностроение : 1982 г. 304с