Питання підвищення якості машин і зниження їхньої металомісткості

Якість металургійних машин і агрегатів, створених за останні роки, істотно покращилася. Про це свідчать наведені вище характеристики машин доменних печей, нових конвертерів, машин для безперервного лиття, прокатних і трубних станів, а також вісепрокатних та інших деталепрокатних станів і, разом із цим, більш стислий термін освоєння їхньої проектної продуктивності. Велика заслуга в рішенні цієї проблеми належить конструкторам, їхнім творчим здатностям, знанням і активній участі у виготовленні й налагоджувальних роботах.

Сучасність параметрів машини є одним з основних показників її якості й неодмінною умовою підвищення виробничої ефективності, як машини нового покоління.

Становлячи технічне завдання, як підставу для проектування машини або агрегату, необхідно завжди враховувати не тільки світові досягнення в даній області, але також і хід технічного прогресу. Параметри агрегату, наприклад, його потужність або швидкість прокатки, повинні бути обрані такими, щоб через кілька років, які будуть потрібні на розробку креслень, виготовлення, будівництво будинку, прокладку комунікацій і монтаж, агрегат до моменту його пуску по своєму технічному рівню був найбільш передовим у світовій практиці.

Тому в індивідуальному або дрібносерійному виробництві машин, яким є металургійне машинобудування, головна увага при забезпеченні високої якості машин і агрегатів повинна бути приділена технічному рівню проектно-конструкторської документації.

Підвищення якості машин, тобто їхньої конкурентоспроможності й надійності, рівнозначно зниженню витрат на експлуатацію, збільшенню продуктивності машин і праці обслуговуючого персоналу, поліпшенню інших економічних показників. Успішне вирішення цих питань, що є головними для всіх галузей машинобудування й основою технічного прогресу народного господарства, залежить, насамперед, від конструкторів. Однак ця роль конструктора, а вона особливо значна в умовах заводу індивідуального або дрібносерійного машинобудування, на заводах металургійного машинобудування, недооцінюється й не є провідною на всіх етапах створення машини, включаючи її виготовлення, випробування й здачу замовникові. Експериментальні цехи в більшості випадків не перебувають у підпорядкуванні головного конструктора.

Для підвищення надійності й збільшення ресурсу машин необхідно вивчення їх в умовах експлуатації й організація правильного ремонту. У наш час ремонт металургійного устаткування все ще здійснюється замовником, але надалі намічений розвиток централізованого ремонту машин і устаткування, для чого повинні бути організовані спеціальні служби, тобто фірми для ремонту машин. Досвід свідчить, що найкращі результати по якості й вартості ремонтних робіт досягаються, коли ці фірми носять галузевий характер і перебувають у віданні тих підприємств, де виготовляються машини даного призначення.

Для виконання цього завдання необхідно на заводах металургійного машинобудування створювати відповідні потужності й служби.

Економія металу шляхом зниження конструктивної металоємності, тобто маси машини, без зменшення її надійності більш ефективна, ніж зниження технологічної металоємності. Відходи металу при виробництві у вигляді скрапу можуть бути знову швидко використані. Метал же, витрачений на машини, вертається тільки після вичерпання терміну її експлуатації (який у деяких випадках досягає 50 років і більше).

З огляду на те, що на створення нового виробництва сталі або чавуну потрібні значні капіталовкладення, зниження металоємності машин стає однієї з актуальних проблем народного господарства.

Крім того, зменшення маси машин важливо не тільки по міркуваннях економії вихідних матеріалів. Воно веде до поліпшення якості машин, зменшенню габаритів і транспортних витрат, полегшенню монтажу, зниженню вантажопідйомності необхідних кранів і полегшенню будівлі.

Найпоширеніший спосіб зниження конструктивної металоємності – це підвищення продуктивності або одиничної потужності машини. Наприклад, трубопрокатний стан типу Штифеля продуктивністю 100 тис. т/рік важить близько 4 тис. т, тобто питомий випуск труб у рік з 1 т встановленого устаткування становить 25 т. Стан 30-102, створений ВНДІметмашем і ЕЗТМ і працюючий на Первоуральскому новотрубному заводі продуктивністю більше 600 тис. т, важить 11 тис. т. Випуск труб з 1 т встановленого устаткування становить у цьому випадку 54 т, тобто він більш ніж у два рази вище, ніж на станах типу Штифеля.

Таких прикладів багато й в інших підгалузях металургійного машинобудування.

Найбільший ефект у зниженні питомої металоємності дає інтенсифікація технологічних процесів, наприклад, у доменних печах – поліпшення к.в.к.о., у конвертерах – прискорення продувки й виконання допоміжних операцій, у машинах для безперервного лиття – підвищення швидкості виходу злитка, у прокатних і трубних станах – збільшення швидкості прокатки й зварювання.

Крім підвищення одиничної потужності, конструктори використовують й інші різноманітні шляхи зниження металоємності машин, вирішуючи цю проблему на базі застосування вихідних матеріалів більше високої якості й економічних профілів прокату, новітніх засобів зміцнення й оптимальних систем і конструкцій машин.

Ефективним напрямком зниження металоємності й габаритів машин є також їх гідрофікація. Застосування гідравлічних механізмів замість зубчастих, гвинтових, важільних і інших чисто механічних елементів дозволяє спростити конструкцію, підвищити її мобільність і зменшити масу. Для реалізації цього напрямку необхідна якнайшвидша організація централізованого виготовлення відповідного гідравлічного устаткування.

Істотне зниження металоємності може бути також досягнуто зміцненням зубів зубчастих передач, що виготовляються. Щорічно заводи металургійного машинобудування виготовляють близько 30–35 тис. т редукторів. Застосовувані при цьому зубчасті колеса характеризуються відносно низкою твердістю зубів – у середньому не вище НВ 280, у той час як при сучасному рівні техніки виробництва зубчастих коліс зуби коліс повинні бути цементованими із твердістю не менш HRC 56, тобто приблизно у два рази вище. Зі збільшенням твердості робочих поверхонь зубів відповідно можуть бути зменшені габарити редуктора. Приблизно можна вважати, що маса редуктора обернено пропорційна квадрату твердості робочих поверхонь зубів при передачі того самого крутного моменту. Отже, при застосуванні редукторів із твердістю робочих поверхонь зубів удвічі більшої, масу редуктора можна зменшити в 4 рази. У цьому випадку загальна річна маса виготовлених редукторів для металургійних агрегатів могла б бути знижена з 30–35 тис. т до 8–10 тис. т.

Зменшення маси редукторів можна ще досягти шляхом застосування зварених коліс, у яких бандаж з високолегованої сталі, виконаний розкочуванням, приварюють безпосередньо до стінок – спицям (рис. 16.1). Такі колеса характеризуються моментом інерції, меншим в 2,5 рази, ніж бандажовані, майже вдвічі меншою масою. При цьому вони приблизно в 1,5 рази дешевше. Але зварювання бандажа й спиць потрібно виконувати в підігрітому стані в спеціальних печах. На деяких заводах такі нагрівальні печі й сама технологія зварювання добре відпрацьовані для коліс діаметром до 3000 мм, і цей досвід поширюється на інші заводі. Впровадження навіть цих двох перерахованих вище заходів дозволить не тільки знизити металоємність редукторів, але й скоротити обсяг виробництва редукторів і запасних частин до них. І в галузі ця міра повинна дати можливість майже втроє знизити вартість передачі редуктором 1 тс·м крутного моменту, радикально вирішити проблему працездатності редукторів і шестеренних клітей головних приводів прокатних станів та інших металургійних машин. Особливо ефективним напрямком зниження металоємності є більш широке застосування легких зварених

Рисунок 16.1 – Зварене зубчасте колесо з розкатаним бандажем з високолегованої сталі, привареним до спиць

і зварено-штампованих конструкцій і деталей замість виливків. У середньому така заміна знижує масу деталі на 25–40%; при цьому зменшуються трудомісткість виготовлення й капітальні витрати на організацію самого виробництва. Цікаві результати в цій економії отримані на ЕЗТМ, де група литих деталей загальною масою 5036 т була замінена звареними, маса яких виявилася 3738 т, тобто на 26% менше. Трудомісткість виготовлення виробів при цьому скоротилася з 503 000 до 343 000 людино-годин, тобто більше ніж на 30%.

Про зниження вартості виготовлення можна судити й за собівартістю: собівартість 1 т сталевих виливків становить у середньому близько 300 грн., а зварених – близько 200 грн. Наскрізні капітальні витрати на виробництво 1 т сталевих виливків у рік становлять близько 450 грн., а зварених – близько 400 грн. на 1 т/рік.

Така ж економія виходить і при заміні чавунних виливків зварено-штампованими. У цьому випадку, у порівнянні із заміною сталевих виливків, небагато знижується економія витрат праці на виготовлення, але досягається більший ефект від зниження маси.Незважаючи на більш високу витрату металу при використанні виливків замість зварених деталей, у СРСР частка виливків у загальному обсязі споживаного металу в металургійному машинобудуванні становила 55%, а в USA 25–35%.

Таке невигідне співвідношення було наслідком того, що в СРСР відношення виробництва виливків до прокату становило 25% і воно було менш вигідно, ніж в економічно розвинених капіталістичних країнах, де становило в середньому 18–20%.

Результатом був подвійний збиток: не тільки збільшувалась вага машини, але й підвищувалися капітальні витрати в машинобудуванні, тому що на виробництво 1 т сталевих і чавунних виливків витрати вище, ніж на виробництво 1 т зварених конструкцій, включаючи капітальні витрати на виробництво прокату.

Однак було б неправильно вважати, що зварювання й штампування у всіх випадках вигідніше лиття. Застосування лиття може бути досить ефективним, коли воно є прецизійним методом, по виплавлюваним або спалюваним моделям, що здійснюється, або електрошлаковим методом. Але, на жаль, частка виливків, одержуваних цими методами в металургійному машинобудуванні, дуже мала.

Із сказаного випливає, що зниження металоємності машин багато в чому залежить також і від якості прокату, особливо листового як по його сортаменту, так і по механічних властивостях.

Через відсутність необхідних профілів прокату конструкторові доводиться застосовувати профілі іншої форми або розміру, наслідком чого є підвищена маса або додаткова обробка різанням, що викликає також втрати металу. При цьому, однак, варто враховувати, що сталевий прокат – один із самих економічних вихідних матеріалів у машинобудуванні, тому що він відрізняється найбільшою питомою міцністю, віднесеною до вартості одиниці об'єму. Тому заміна прокату виливками невигідна, за рідкісним винятком, коли вона супроводжується зниженням маси машини.

Більш широке застосування прокату стає особливо ефективним, якщо при цьому використовувати зміцнені види прокату й, зокрема, холоднодеформований.

Цікавим прикладом щодо цього може служити розроблений ВНДІметмашем і Коломенським верстатобудівним заводом спосіб створення важко навантажених деталей шляхом обмотування їх стрічкою або дротом. Цей спосіб набув широкого застосування при виготовленні станин гідравлічних пресів і їхніх контейнерів.

Загальновідомо, що міцність металу, особливо при розтяганні, сильно зростає зі зменшенням перетину. Тому доцільно навантаження на великі силові деталі передавати не самим деталям, а декільком шарам стрічки або дроту малих перетинів, що працюють на розтягання. Створені на цій основі силові деталі мають невеликі розміри й значно меншу металоємність.

Наприклад, маса преса для синтезу алмазів зусиллям 2000 тс (рис. 16.2) 8 т, а для преса звичайної конструкції 30 т. Понад 100 таких пресів успішно експлуатуються протягом багатьох років.

Масу преса для гідропресування зусиллям 6500 тс удалося знизити з 400 до 60 т, а преса для синтезу алмазів зусиллям 16000 тс – з 1000 до 450 т. Аналіз показує, що створення пресів з попередньо напруженими станинами скорочує витрати металу в 2–7 разів у порівнянні із пресами, виконаними із традиційними колонами або рамами. Матеріалом для обмотування станин і контейнерів здебільшого служить плющений дріт звичайно марки 65Г перетином 4×10 мм. Вартість цієї стрічки близько 300 грн./т, тобто нижче вартості 1 т оброблених деталей.

Рисунок 16.2 –Преси для синтезу алмазів зусиллям 2000 тс

На цьому принципі створені також станини робочої кліті прокатного стана. Результати випробування такого стану свідчать про доцільність застосування станин, обмотаних плющеним дротом. Металоємність станин знижується в цьому випадку в 2 рази. Виникаюче при цьому зменшення жорсткості станин повністю компенсується тим, що конструкція робиться напруженою, подушки стиснуті зусиллям, що перевищує тиск металу на валки, і, таким чином, деформація станини не впливає на точність прокатки.

Дата добавления: 2015-10-21