|
БАБАКІНА Олена Олексіївна
Факультет:
Экології і хімічної технології
Специальність:
Обладнання хімічниих виробництв і підприємств будівельних материалів
Тема випускної работи:
Оптимізация конструкцій коксових машин на прикладі дверезйомної машини
Науковий керівник:
Топоров Андрій Анатолійович
|
______________________________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________
Вступ
Об'єкт дослідження
Дверeзйомна машина є однією з основних машин по обслуговуванню коксових печей на коксовій стороні батареї.
Дверезйомна машина працює узгоджено з коксовиштовхувачем і гасильним вагоном в суворій відповідності із заданим графіком видачі коксу з печей. Режим роботи дверезйомної машини тризмінний.
Дверезйомна машина складається з двох основних частин: дверес'емной частині і
коксонаправляючої.
Дверезйомна частина машини виконує ті ж основні операції, що і дверезйомний пристрій коксовиштовхувача. Коксонаправляюча служить для напряму коксового пирога в гасильний вагон.
Дверезйомні машини можна розділити на типові, призначені для обслуговування типових коксових печей, і спеціальні, такі, що відрізняються від типових як габаритними розмірами, так і спеціальними вимогами, які до них пред'являються. Габаритні розміри дверезйомних машин залежать як від конструкції їх і компановки механізмів, так і від габаритних розмірів коксових печей.[6]
Таблиця 1 - Габаритні разміри дверезйомних машин у відповідності до габаритних размірів коксових печей.
Найменування показників |
ДМ 21,6 |
ДМ 30 |
ДМ 30,3 |
ДМ 30,9 |
ДМ 35 |
ДМ 41,6 |
Об'єм пічних камер, м3 |
21,6 |
30 |
30,3 |
30,9 |
35 |
41,6 |
Кількість приводів: |
|
|
|
|
|
|
електромеханіч. |
13 |
13 |
13 |
13 |
5 |
14 |
гідравлічний |
|
|
|
|
12 |
|
Ток переменный, В |
380 |
380 |
380 |
380 |
380 |
380 |
Маса, кг |
57 800 |
60 000 |
62 000 |
63 500 |
94 000 |
126 000 |
Габарити, мм |
|
|
|
|
|
|
довжина |
13400 |
14500 |
14600 |
14600 |
19200 |
17500 |
ширина |
3600 |
3800 |
3850 |
3850 |
8325 |
8480 |
висота |
5560 |
7800 |
7850 |
9005 |
9560 |
10650 |
За будовою дверезйомной частини вони розділяються на машини з штанговим і з важільним дверезйомним пристроєм.
До створення дверезйомного пристрою важеля дверес'емная машина була конструктивно самою недосконалою в порівнянні з іншими коксовими машинами. Найголовнішим недоліком конструкції з штанговим дверес'емним пристроєм на відміну від важельного є недостатня стійкість дверезйомної частини машини.
br> При відведенні штанги дверезйомного пристрою в крайнє заднє положення навантаження на задні ходові колеса машини різко зростало, перевищуючи в 4—6 разів навантаження на передні ходові колеса (найближчі до анкерних колон). При такому положенні машина стає малостійкою і потрібне незначне зусилля для її перекидання. Для запобігання перекиданню необхідно застосовувати спеціальну упорну рейку уздовж всієї коксової батареї і упорні ролики, що встановлюються у верхній частині дверезйомной частини машини.
Окрім того, є такі недоліки, як відсутність добрих проходів по машині, незручний підхід до окремих механізмів для їх обслуговування і ремонту, невдале розташування обслуговуючих майданчиків, великі габаритні розміри і велика їх вага.
Дверезйомна машина з важільним дверезйомним пристроєм не має цих недоліків, надійніша в експлуатації і значно зручніше як для обслуговування коксових печей, так і для ремонту її механізмів.
На дверезйомних машинах випуску 1957 р. встановлюються механізм чищення дверей і механізм чищення рам і броней. Останній вмонтовується на окремому візку між дверезйомною частиною машини і коксонаправляючою.
Залежно від розташування коксонаправляючої по відношенню до дверезйомної частини дверезйомні машини можуть бути правого або лівого виконання. Умовилися вважати дверезйомною машиною правого виконання таку, в якої коксонаправляюча розташована праворуч від дверезйомной частини, а дверезйомною машиною лівого виконання таку, в якої коксонаправляюча розташована зліва від дверезйомної частини. Положення коксонаправляючої визначають стоячи, лицем до батареї зі сторони рампи.[6]
Двереpзйомна машина сучасної конструкції може виконувати наступні технологічні операції:
1) пересування по фронту коксової батареї;
2) зняття і установку дверей коксової сторони батареї;
3) пересування коксонаправляючої ванни;
4) чищення дверей з коксового боку батареї
Ці операції повинні виконуватися суворо погоджено з коксовиштовхувачем і гасильним вагоном і обов'язково відповідно до графіка видачі коксу з коксових печей. Якщо відбувається незначний збій в роботі дверезйомної машини, зупиняється робота всієї обслуговуваної батареї, що призводить до виробничих втрат, простою решти устаткування і збою роботи батареї.[5]
Пересування по фронту коксової батареї дверезйомної машини і коксонаправляючої виконується по рейковій дорозі, укладеній уздовж коксовоїї сторони батареї на обслуговуючому майданчику, що знаходиться на висоті 4 - 5 м від рівня землі. Колії дверезйомної машини різні для різних конструкцій машин. При загальній висоті дверезйомной машини близько 6 м розмір колії має велике значення для стійкості всієї машини і, отже, безпечної роботи на ній. Дверезйомні машини мають два привідних ходові колеса, зв'язаних в колісну пару, що сповна забезпечує нормальне пересування без пробуксовування. Безперебійна робота механізму пересування залежить від правильності вибору режиму роботи, потужності двигуна і приводу.
Сучасні дверезйомні пристрої повністю механізують пов'язаний із зняттям і установкою коксових дверей комплекс операцій, який складається з відгвинчування і загвинчування гвинтів ригелів; підйому і опускання ригелів; зриву дверей; відведення (підвода) і підйому пускання) дверей; повороту дверей на 90 для зручності їх чищення. [7]
На сучасних коксових машинах в основному механізовані важкі і трудомісткі роботи, проте окремі механізми вимагають подальшого конструктивного удосконалення.
Актуальність теми і ставлення задачі дослідження
Металлоконструкції дверезйомної машини схильні до впливу агресивних чинників, таких як: корозія, температурна напруга, значні динамічні навантаження.
Недоліки дверезйомної машини: 1.1. Недостатня експлуатаційна надійність пристрою 1.2. Великі енерговитрати на зрив дверей 1.3. Металоємність машини
1. Недостатня експлуатаційна надійність пристрою.
Основним завданням даного розділу є дослідження надійності сучасного коксового виробництва з метою встановлення загальних закономірностей виникнення відмов виробництва і розробки заходів, направлених на підвищення безвідмовності і довговічності виробничої системи.
Надійність устаткування. визначається конструктивними і технічними параметрами машин, а також умовами експлуатації, якості ремонту і технічного обслуговування.
Найбільш об'єктивним методом оцінки надійності устаткування є збір, обробка і аналіз статичних даних, накопичених в процесі експлуатації. При цьому для здобуття об'єктивної картини важливо мати показний статичний матеріал, зібраний на різних коксохімічних підприємствах.[2]
Для створення нового конструктивного оснащення необхідно виявити найслабкіші ланки у вже існуючих конструкціях дверезйомних машин. З цією метою проведений глибший аналіз, визначено розподіл відмов.
Оскільки на різних заводах використовується неоднакова кількість машин, то порівняльний аналіз проведений для середніх значень відмов, що доводяться на одну з них. Дані були зібрані на шести підприємствах, на яких є батареї з печами 41,6 м3. Вибір об'єктів пояснюється тим. Що у міру підвищення одиничної потужності агрегату кількість відмов також зростає і найбільше значення набуває для батарей з печами 41,6 м3 і більше.
Отримані дані зведені в таблицю.
Аналіз показав, що кількість відмов коксових машин не знаходиться в прямій залежності від віку батареї. Набагато більшу роль тут грає їх конструкція і рівень експлуатації.
На основі отриманих даних очевидна необхідність підвищення надійності дверезйомной машини або повної її заміни на сучасніше устаткування.
Таблиця 2 - Розподіл аварійних відмов дверезйомних машин на різних коксохмічних підприємствах.
Найменування підприємств |
Кількість відмов загальна |
Кількість відмов на одну машину |
% |
КХП Нижньо-Тагильського меткомбінату |
97 |
48,5 |
45,5 |
Маріупольский КХЗ |
13 |
6,5 |
28,9 |
КХП Магнітогорського меткомбінату |
59 |
19,7 |
45,5 |
Алтайский КХЗ |
163 |
54,3 |
36,8 |
Авдіївский КХЗ |
254 |
50,8 |
53,2 |
КХП Західно-Сибірського меткомбінату |
57 |
27 |
36,7 |
Надійність процесу видачі коксу визначається мінімальним рівнем вірогідності безвідмовної роботи по кожному виду відмови. Аби відповісти на питання, яка значущість того або іншого вигляду відмови по його вкладу у виникнення аварії виробництва, необхідно визначити вірогідність дії кожного несприятливого чинника по стадіях процесу. Результати такого аналізу приведені в таблиці 3.[10]
Таблиця 3 - Аналіз видів відмов дверезйомної машини по стадиях процесу.
Стадія процесу |
Кількість відмов загальна |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
A6 |
A7 |
A8 |
A9 |
II (S2) |
2 |
3 |
2 |
- |
- |
- |
1 |
1 |
1 |
III (S3) |
- |
- |
2 |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
1 |
IV (S4) |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
- |
- |
- |
Всего |
1 |
5 |
7 |
5 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
Де S2 – завантаження вугільної шихти коксової печі
S3 – процес коксування вугільної шихти до здобуття готового коксу
S4 – вивантаження коксу з печі з його подачею на гасіння
А 1 – відмова механізму пересування машини;
A2 - відмова механізму відведення — підвода дверей;
А3 - відмова механізму повороту дверезйомного пристрою;
А4 - відмова механізму знімання дверей;
A5 - відмова металоконструкції
А6 – відмова механізму пересування корзини коксонаправляючої;
А7 - відмова механізму чищення дверей;
А8 - відмови механізму чищення рам;
А9 - відмови механізму пересування чищення рам.
При побудові дерева відмов в даному випадку не розглядаються вихідні події, пов'язані з відмовами електричної частини, КИПІА, помилками оператора.
«Відмова виробництва» Z, пов'язана з невиконанням основних функцій дверезйомної машини, станеться при настанні однієї з наступних подій:
Т1 - не видається коксовий пиріг;
Т2 - не забезпечується завантаження;
Т3 - не забезпечуються ремонтні роботи.
Може бути представлений у вигляді булевої тотожності:
Подія «не видається коксовий пиріг» Т 1 станеться при настанні проміжної події, коли
F1 - не виконується знімання дверей і
F2 - не забезпечується напрям коксового пирога в коксовозний вагон.
У свою чергу, проміжна подія F1 настане при відмовах наступних механізмів:
A2 - відведення — підвода дверей;
А1 - пересування машини;
А3 - повороту дверезйомного пристрою;
А4 - знімання дверей;
A5 - металоконструкцій
а також при настанні з деякою тимчасовою затримкою події
G1 — «недопустиме зусилля знімання дверей».
Подія G1 станеться, якщо
V1 «не виконується чищення дверей» и
V2 «не виконується чищеня рам»
Вихідною поддією для V1 будуть відмови механизмів
чищення дверей А7,
поворота А3,
відведення— підвода A2
металлоконструкцій A5;
для події V2:
А8 відмови механизмів чищення рам,
А9 пересування чищення рам,
А1 пересування,
A3 поворота,
A5 металлоконструкцій.
Для проміжної події F2 — «не забезпечується напрям коксового пирога» — вихідними подіями слід вважати відмови механізмів
А 1 пересування машини
A6 пересування корзини
A3 повороту
А 5 металоконструкцій.
Таким чином, подію T1 можно представити в вигляді виразу:
Подія Т2 станеться за умови
F3 «неможливо встановити двері».
Т2=F3
Вихідними подіями для F3 будуть події A6, A1, A2, А3, A4, A5, а також подія G2 — «недопустиме зусилля встановлення, дверей», яке станеться з часовою затримкою, тоді подію Т2 можно представити у вигляді тотожності:
Тоді
Подія Т 3 — «не забезпечені ремонтні роботи» — приведе до відмови виробничого процесу в разі, якщо
F4 «не виконується заміна дверей» або
F5 «не виконуються роботи по армуванню».
Подія F4 станеться при настанні проміжних подій
G3 — «невиконується зйом дверей» або
G4 - «не виконується установка дверей».
Початковими для G3 будуть події А1, A2, A3, A5, а для G4—події А1, А2, А4, А5.
Для події F5 початковими будуть А1, А2, А4, А5,А3.
Тоді
Остаточно відмова виробничого процесу виглядатиме так
Дерево відмов дверезйомної машини представлене на малюнку 1.
![](5.jpg)
Малюнок 1- Дерево відмов дверезйомної машини
З отриманого дерева відмов видно, що кінцева подія — «відмова коксового виробництва» — може статися при різному поєднанні вихідних і проміжних подій. Отже, для зменшення вірогідності відмови виробництва
необхідно виявити види відмов найбільш вірогідні і по можливості усунути їх. Це можна визначити за допомогою принципу мінімальних аварійних поєднань[1].
Для даного дерева відмов загальне число знайдених аварійних поєднань 23, шість з яких — поєднання одного механізму, а 17 — поєднання відмов двох механізмів:
яке дозволяє послідовно проаналізувати надійність дверез омної машини з врахуванням кожного конкретного виду відмови механізмів і пристроїв. [11]
У подальшій роботі планується досліджувати роботу дверезйомного пристрою, проаналізувати його надійність, побудувати дерево відмов, розрахувати навантаження на важелі, за допомогою програми КОСМОСУ оптимізувати конструкції важелів, понизивши навантаження і зменшивши масу. У магістерській роботі також буде запропонована нова кинемаїчеськая схема дверезйомного пристрою, використання якої набагато понизить динамічну напругу.
Наукове значення роботи
Проаналізувавши декілька патентів на пристрій для знімання і установки дверей коксової печі можна розглядати можливість підвищення експлуатаційної надійності пристрою за рахунок зменшення динамічних навантажень на деталі пристрою у момент зриву дверей, передачі більшої частини навантаження при зніманні і установці дверей безпосередньо на раму коксової печі і зменшення енерговитрат за рахунок раціональнішого режиму роботи приводу. При використанні такого пристрою динамічні навантаження на кладку печі і металоконструкції пристрою знижуються при зниженні енерговитрат.
Можливо також зниження енерговитрат на зрив дверей, металоємність обслуговуючих машин і підвищення надійності роботи за рахунок розділення зусиль опору дверям при її знятті за часом дії і за напрямом установки у верхній частині дверей чотирьох-шестигранного кулачка, що приводиться в рух від механізму зриву дверей і що віджимає двері від рами печі перед її підйомом. Для досяггнення цілі пристрій може бути оснащений ребрами жорсткості на корпусі дверей і встановленими у верхній частині дверей на ребрах жорсткості валом, оснащеним кулачком у формі багатогранника, жорстко встановленим на валу з можливістю взаємодії з рамою печі, при цьому вал оснащено храповиком і ричагом, що взаємодіє з захватом.
Для підвищення надійності роботи пристрою, що включає поворотну стійку, раму, закріплену на стійці, захвати з упорами, закріплені на рамі за допомогою шарніра і сполучені між собою тягою, робочий кінець кожного захвату оснащено віссю, раму оснащено вертикальними направляючими, шарніри захватів розташовані в направляючих і один з них сполучений з приводом вертикального переміщення, упор має Г-подібну форму і закріплений над віссю захвату. Таке виконання пристрою дозволяє при переміщенні шарнірів захватів в вертикальних направляючих рами для відкриття дверей послідовно і надійно завести робочі кінці захватів у верхню і нижню кишені дверей, стискувати упорами пружини верхнього і нижнього запорів двері для виведення ригелів з крюків рами коксової печі і здійснити рив двері, тобто виконати надійно і ефективно всі операції при відкритті і закриванні дверей коксової печі одним механізмом.
Висновок
При вирішенні завдань оптимізації я пропоную використовувати економічні і техніко-економічні критерії оптимальності. До економічних відносяться: мінімальна собівартість, найменші народногосподарські приведені витрати, найбільший прибуток, рентабельність, мінімальний рівень витрат на виробництво. До техніко-економічних: мінімальна продуктивність, найменший штучний час, основний і допоміжний час, коефіцієнт корисної дії устаткування, надійність роботи системи устаткування або окремих її елементів, станкоємність виробу, стійкість інструменту, физико-хімічні властивості виробів. Також важливими критеріями оптимізації є експлуатаційні, включаючі зносостійкість, втомну міцність, контактну жорсткість і інші показники довговічності виробів.
У основі розробки будь-якого технічного проекту лежать два принципи: технічний і економічний. Відповідно до першого принципу технологічний процес повинен забезпечити виконання всіх вимог на виготовлення виробу, а другий принцип визначає умови, що забезпечують мінімальні витрати праці і найменші витрати виробництва. Ці два принципи якнайповніше відбиваються в групі економічних критеріїв – мінімальною собівартістю, в групі техніко-економічних критеріїв – максимальною продуктивністю.
Вважаю необхідними розробки по оптимізації і удосконаленню металоконструкцій дверезйомної машини, оскільки в коксохімічному виробництві вона активно використовується, але часто вимагає зупинок на планові і позапланові ремонти.
Литература
- Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. - М.: Мир, 1984. - 318 с.
- Муромцев Ю.Л. Безаварийность и диагностика нарушений в химических производствах. М.: Химия, 1990. 144 с.
- Седуш В.Я. Надежность, ремонт и монтаж металлургических машин. -Киев: Вища школа, 1976. 227 с.
- Поникаров И.И., Перелыгин О.А. Машины и аппараты химических производств. М.: Машиностроение, 1989. – 368 с.
- Технология коксохимического производства. Лейбович Р.Е., Яковлева Е.И., Филатов А.Б. Учебник для техникумов. М., «Металлургия», 1982. 360 с.
- Непомнящий И.Л. Коксовые машины, их конструкции и расчеты. М, 1963. – 388 с.
- Оборудование коксохимических заводов. Учебное пособие для техникумов. Ткачев В.С., Остапенко М.А. М.: Металлургия, 1983, 360 с.
- Баничук Н.В. Введение в оптимизацию конструкций. М.: Наука,1986.
- Аверченков В.И. Оптимизация технологических процессов в САПР ТП. – Брянск: БИТМ, 1987.-108 с.
- Отчет о научно-исследовательской работе. Разработка физико-технических основ обеспечения надежности коксовоо призводства и создание новой технологии коксования. А.С. Парфенюк, Л.В. Лукьянченко, Р.В. Карабет. Д.-1992 г. 242 с.
- А.С.Парфенюк, А.А. Булатов, Н.А. Хромов, С.П. Веретельник, Г.А.Власов, Е.П.Романенко Кокс и химия, №2, стр. 28-32, 1990 УДК 662.74.0002.5:044.2 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МЕХАНИЗМОВ КОКСОВЫХ МАШИН НА НАДЕЖНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА
© Бабакіна О.О., ДонНТУ 2009
|