IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Модернизация процесса удаления закладных элементов при производстве цинковых блоков
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В настоящий момент операции по удалению закладных элементов из однотонных и двухтонных блоков на Челябинском цинковом заводе выполняются вручную путем обычного ручного выбивания из блоков закладных элементов (конусов) кувалдой. Механизация ручного труда в двадцать первом веке является одним из самых актуальных вопросов на предприятиях такого типа.
В нынешней ситуации, когда конус выбивается вручную, при неточном попадании по ударной поверхности конуса, происходит его деформация и образование сколов. При этом изготовление и ремонт конусов обходится не дешево, от 140-150 тысяч рублей в месяц, что при данном количестве деформируемых конусов неприемлемо.
Таким образом, перед нами стояла задача найти или предложить устройство, которое бы частично заместило или полностью устранило ручной труд. Решений данной проблемы в интернете найти не удалось, потому как похожих предприятий достаточно мало, а в России оно единственное. В связи с этим нам предстояло разработать такое устройство.
Что и было сделано нашей командой.
Актуальность
Данная работа актуальна для плавильного отделения цеха «Комплекс электролиза цинка» ПАО «Челябинский Цинковый Завод» (Приложение 1, Рисунок 1) необходима для замены ручного труда и удешевления стоимости работ.
Цель: целью данной работы является поиск или создание механизма, способного заменить ручной труд по выбиванию из цинковых блоков закладных элементов (конусов) в плавильном отделении цеха «Комплекс электролиза цинка» на Челябинском цинковом заводе.
Для достижения цели работа была поделена на этапы:
Этап первый. Исследования.
На этом этапе были поставлены две задачи:
1. Исследовать текущую ситуацию по удалению закладных элементов в плавильном отделении цеха «Комплекс электролиза цинка» ПАО «Челябинский Цинковый Завод».
2. Ознакомиться со всеми технически возможными методами решения проблемы. Оценить мировой опыт и применяемое оборудование.
1. Удаление закладных элементов в комплексе электролиза цинка Челябинского Цинкового завода.
Удаление закладных элементов в комплексе электролиза цинка Челябинского цинкового завода производится вручную (Приложение 1, Рисунок 2).
2. Методы решения проблемы и применяемое оборудование.
Нами были рассмотрены 4 вида решения проблемы:
A. Замена материала закладных элементов на менее чувствительный к температурным воздействиям (карбон).
B. Применение охлаждающих элементов при извлечении закладных элементов.
C. Применение ультразвуковых частот при извлечении закладных элементов.
D. Применение гидравлических прессов при извлечении закладных элементов.
Каждый рассмотренный метод имеет свои положительные и отрицательные стороны:
Замена материала закладных элементов на менее чувствительный к температурным воздействиям:
При использовании закладных элементов из материала, который менее подвержен температурному расширению будет достаточно небольшого механического воздействия, чтобы извлечь закладной элемент, потому что цинк, как и ранее, будет подвергаться расширению при высоких температурах и при остывании сжиматься, сжимаясь цинковый блок будет выдавливать закладные элементы.
Этот способ не исключает ручной труд полностью, но уменьшает его объёмы.
Применение охлаждающих элементов при извлечении закладных элементов:
Установив элементы Пельтье на закладные элементы, можно предотвратить температурное расширение конусов и они, сужаясь, будут под собственным весом выпадать из расширившегося цинкового блока.
При выпадении из блока закладные элементы будут взаимодействовать со стенками блока, в связи с чем они будут деформироваться и с каждым использованием трение между блоком и конусом будет выше.
Применение ультразвуковых частот при извлечении закладных элементов:
Данный метод решения проблемы заменяет ручной труд полностью, так как закладной элемент будет извлекаться под воздействием ультразвуковых колебаний, но, как и в предыдущем варианте при длительной работе данным методом поверхность закладного элемента будет изнашиваться и будет увеличиваться сила трения между закладным элементом и блоком, в результате чего ультразвукового воздействия будет недостаточно при извлечении закладного элемента
Применение выдавливающих механизмов при извлечении закладных элементов:
Данный вид решения проблемы, так же, как и предыдущей, полностью исключает ручной труд, а при износе закладных элементов мощности гидравлических прессов будет достаточно для извлечения, что и делает данный метод наиболее практичным и действенным.
Этап второй. Выбор наиболее приемлемых вариантов.
Замена материала конусов на более устойчивый к механическому и тепловому воздействию:
В качестве такого материала мы выбрали карбон, имеющий по сравнению со сталью более низкий коэффициент температурного расширения. Но применение карбона в условиях производства не представляется возможным из-за неблагоприятных условий на самом производстве, вследствие чего карбон будет достаточно быстро изнашиваться, хоть и имея более прочную структуру, чем у стали. Но мы до конца не исключаем возможность использования карбона как варианта альтернативного или сопутствующего основному.
2. Установка устройства, автоматически оказывающего механическое давление на закладной элемент:
Данное устройство может быть установлено как на специальную портативную установку, так и на уже существующий механизм, предназначенный для поднятия блоков (Приложение 1, Рисунок 2).
Такой способ решения проблемы оказался самым действенным, так как он:
Облегчает ручной труд, что является одной из главных задач нашей работы.
Уменьшает деформацию конуса при механическом воздействии, за счёт плавного вдавливания.
Этап третий. Проработка оставшегося варианта.
На данном этапе работы нам предстояло определить дальнейшую реализацию идеи выдавливающих устройств.
Выдавливающие механизмы можно было расположить отдельно от остальных механизмов, передвигая их на нужное место при помощи вагонетки, или расположить их на уже существующие механизмы.
Было принято решение совместить траверсу, предназначенную для перемещения блоков и выдавливающие механизмы, так как это делало установку практичнее и решало проблему источника электроэнергии, так как при отдельном использовании выдавливающих механизмов приходилось бы оснащать установку аккумулятором или подводить к ней провода, которые делали использование установки менее практичным.
Но для удаления закладных элементов при помощи пневматических или гидравлических прессов (Приложение 1, Рисунок 4) на траверсу помимо выдавливающих элементов следовало установить захваты, как показано на рисунке.
Таким образом, мы до конца сформировали и выбрали способ решения проблемы, которым являлась модернизация существующей траверсы путём установки на неё выдавливающих элементов.
Этап четвёртый. Изготовление макета будущего устройства.
На данном этапе нашей командой при помощи наставника был изготовлен макет модернизированной траверсы, функции выдавливающих механизмов в котором выполняли домкраты. Также для наглядности был изготовлен из папье-маше и покрашен макет цинкового блока и закладных элементов.
На макете траверсы был установлен трёхфазовый выключатель, при нажатии на который траверса выдавливала из блока закладные элементы и возвращалась в исходную позицию.
Заключение.
1. Наиболее удовлетворяющим способом решения нашей проблемы является модернизация существующей траверсы, путём установления устройства, автоматически оказывающего механическое давление на закладной элемент, и захватов для фиксации цинкового блока. Такое решение уменьшает затраты на ремонт закладных элементов, не требует дополнительных центров управления, так как устанавливается на существующую траверсу, и, что самое главное, она исключает ручной труд.
2. Замена материала на конус из карбона или покрытые карбоном, хоть и могут справиться со своей задачей облегчения ручного туда, но как основной метод решения проблемы этот метод проигрывает предыдущему по долговечности и экономической целесообразности.
3. На данный момент внедрение нашего решения на производство одобрено Челябинским цинковым заводом.
Список использованных источников и литературы.
Каменев Е.И., Мясников Г.Д., Платонов М.П. Применение пластических масс. Справочник. – Ленинград: Издательство «Химия», 1985. - 448 с.
Киселёв Б.А. Стеклопластики. - М.: «Госхимиздат», 1961. – 237 с.
Петрова А.П. Термостойкие клеи. – Москва: Издательство «Химия», 1977.
Справочник по композиционным материалам: в 2-х кн. Книга 1. (Handbook of composites) Справочное издание. Под редакцией Дж. Любина. Перевод с английского А.Б. Геллера, М.М. Гельмонта. Под редакцией Б.Э. Геллера. - Москва: Издательство «Машиностроение», 1988.
Справочник по композиционным материалам: в 2-х кн. Книга 2. (Handbook of composites) Справочное издание. Под редакцией Дж. Любина. Перевод с английского А.Б. Геллера, М.М. Гельмонта. Под редакцией Б.Э. Геллера. - Москва: Издательство «Машиностроение», 1988.
Стрелов К.К., Мамыкин П.С. Технология огнеупоров. 3-е изд., перераб. - М., Металлургия, 1978 г. - 376 с., илл.
Приложение 1
Рисунок 1 – Вид Челябинского цинкового завода
Рисунок 2 – Выбивание конусов из однотонных блоков
Рисунок 3 – Общий вид траверсы с закрепленным на ней блоком
Рисунок 4 – Ударный пневмоцилиндр Camozzi