Расчет размеров ванны основного покрытия

Расчетная часть

Расчет времени для нанесения покрытия

Общее время обработки детали в ванне основного покрытия определяется по формуле:

,(3)

где - продолжительность процесса, мин;

- вспомогательное время, мин.

При электрохимическом осаждении (мин) определяется по формуле:

(4)

где - толщина покрытия, мкм;

- плотность металла, г/см³;

С – электрохимический эквивалент, г/А ч;

I_k - плотность тока, А/дм²;

- выход по току, %

τ₁=

Вспомогательное время τ₂ зависит от типа оборудования. При непрерывной работе оборудования оно составляет 1-2 минуты.

τ=

Определение единовременной загрузки

Площадь детали составляет м². Ванна кадмирования имеет одну катодную штангу с подвеской размером мм. Площадь подвески будет равна:

Sподв =

Средняя норма загрузки на 1 м² площади, ограниченной контурами подвески для средних деталей составляет м² (b).

Единовременная загрузка деталей определяется по формуле:

У= b*S_подв. (5)

У=

Расчётный темп выхода Т_р определяется по формуле:

Т_р = Ф_в * 60 * У / Р_год (6)

где Ф_в – действительный фонд времени работы оборудования, ч;

У – единовременная загрузка деталей в ванну, м² ;

Р_год - годовая программа, м² .

Т_р =

Расчёт числа ванн покрытия определяется следующим образом:

n = τ / Т_р (7)

где τ – общее время обработки деталей в ванне основного покрытия, мин;

Т_р – расчётный темп выхода, мин.

n =

При расчётном n меньше количество ванн принимаем за , если n больше , то округляем до большего целого числа:

n₁ ≈ ванн покрытия

(…… линии ………., имеющие по ……. ванны основного покрытия)

Темп выхода при 100% загрузки ванн покрытия равен отношению продолжительности процесса обработки τ к принятому числу ванн n₁:

Т= τ/ n₁ , (8)

где τ – продолжительность процесса обработки, мин;

n₁ – принятое число ванн покрытия в одной линии, шт

Т = мин

Потребное число автоматов m, определяется отношением принятого темпа, к расчётному

m = Т / Т_р , (9)

где Т – темп выхода, мин;

Т_р – расчётный темп выхода, мин.

m =

Принимается m₁ = (……. линии ……………)

Часовая производительность автомата рассчитывается по формуле:

Q = 60У/Т (10)

где У - единовременная загрузка, м² ,

Т – темп выхода, мин.

Q = м² /ч

Коэффициент загрузки автомата рассчитывается по формуле:

К = m / m₁, (11)

где m – потребное число автоматов

m₁- принятое число автоматов

К =

Так как продолжительность остальных технологических операций меньше выхода подвески, принимается для каждого процесса по одной ванне.

Расчет размеров ванны основного покрытия

Расчет основных параметров оборудования начинается с определения габаритных размеров ванны основного покрытия.

Длина ванны определяется по формуле:

L_вн = n₁ L₁ + (n₁ – 1) L₁ + 2L₃, мм (12) где L₁ – размер подвески по длине ванны, мм;

L₁ – расстояние между подвесками, мм;

L₃ – расстояние между торцевой стенкой и краем подвески, мм;

n₁ - число загружаемых на одну штангу подвесок, шт.

L_вн = мм.

Внутренняя ширина ванн для проведения электрохимических процессов определяется по формуле:

B_вн=n₂B₁+2n₂B₂+2B₃+n₃d, (13)

где В₁ – максимальный размер детали по ширине ванны, мм;

В₂ – расстояние между анодом и ближайшим краем детали, мм;

В₃ – расстояние между внутренней стенкой продольного борта ванны и анодом, мм;

n₂ – число катодных штанг;

n₃ – число анодных штанг;

d – толщина анода, мм.

Расстояние между анодом и деталями принимается равным 100-150 мм для плоских деталей и 150-200 мм для деталей сложной конфигурации. Расстояние между внутренней стенкой ванны и анодом при наличии на стенке змеевика берется равным 80-100 мм, в остальных случаях – 50 мм. При толщине анодов 10-15 мм они в расчет не принимаются.

В_вн= мм

Внутренняя высота ванны определяется по формуле:

Н _в.н. = Н₁ + Н₂ + Н₃ + Н₄ , (14) где Н₁ - высота подвески (без подвесного крючка), мм;

Н₂ – расстояние от дна ванны до нижнего края детали, мм;

Н₃ – высота электролита над верхнем краем подвески, обычно 50 мм;

Н₄ – расстояние от поверхности зеркала электролита до верхнего края

бортов ванны, мм.

Н _в.н. = мм.

Определив внутренние размеры ванны, следует откорректировать их в соответствии с размерами нормализованных ванн. В соответствии с ГОСТ 23738-79 «Ванны автооператорных линий для химической и электрохимической обработки поверхности и получения покрытий. Основные параметры и размеры.», выбираются стандартные размеры ванны: по длине – ……мм.; по ширине – ……..мм.; по высоте – ……. мм.

Объём электролита определяется по формуле:

V = L_вн * В_в.н. (Н _в.н. - Н₄), (15)

где все размеры берутся в дм, а объём в литрах.

V =

Широкие функциональные возможности автооператоров (движение в прямом и обратном направлениях, передача обрабатываемого груза в поперечном направлении, перемещение по радиусу и др.) создали предпосылки для большого разнообразия компоновок автооператорных линий. Наибольшее распространение получили компоновки: однорядная прямолинейная, двухрядная овальная и двухрядная прямолинейная.

Данным курсовым проектом предлагается использовать однорядную прямолинейную компоновку, которая выгодно отличается от других компоновок экономичностью по занимаемой площади. Загрузку- выгрузку деталей можно производить как с одного конца линии, так и с противоположных концов. Линии с однорядной компоновкой удобны при монтаже, обслуживании и ремонте. Эта компоновка позволяет применять любой тип автооператоров – подвесной, портальный, консольный. В данном случае предлагается использовать подвесной автооператор. Линии с однорядной компоновкой хорошо вписываются в общий технологический поток обработки изделий. В однорядных автооператорных линиях могут быть использованы следующие варианты компоновок:

· Загрузка- выгрузка, сушка, заключительные операции, основные операции, подготовительные операции;

· Загрузка- выгрузка, сушка, заключительные операции, подготовительные операции, основные операции;

· Загрузка, подготовительные операции, основные операции, заключительные операции, сушка, выгрузка и т.п.

Число автооператоров определяется как отношение времени, необходимого на все перемещения, паузы, подъемы и опускания автооператора, к темпу выхода подвески. Ориентировочно один автооператор с двумя движениями (подъем-опускание и передвижение) обслуживает 6-8 позиций, автооператор с тремя движениями (подъем-опускание, горизонтальное перемещение и поворот)- 11-13 рабочих позиций. При выборе компоновки ванны располагаются таким образом, чтобы автооператор имел наименьшее число холостых ходов и после выполнения очередной операции кратчайшим путем возвращался в исходную позицию. Компоновка ванн представлена на рисунке 3

Загрузка - выгрузка	Сушка	Финишные	Основные	Подготовительные

Рисунок 5. Компоновка ванн

По предложенному технологическому процессу, количеству позиций составляется предварительная схема компоновки линии.

Рисунок 6. Расположение ванн в линии …………………

Расстояние между ваннами зависит от типа сопряжения: I – без вентиляционного отсоса; II – с односторонним вентиляционным отсосом; III – с двусторонним вентиляционным отсосом; IV – вентиляционный отсос у последней ванны.

Определив компоновку ванн требующих вентиляцию необходимо установить бортовые отсосы, которые необходимы в ваннах с вредными выделениями и нагревом воды свыше 60 ⁰С.

Длина линии определяется по формуле:

L_л = nL_вн + L_с + L_з.с + ∆l_з.с. + n₀ ∆l₀ + n₁ ∆l₁ + n₂ ∆l₂ + ∆l_б , мм. (16)

где n – число ванн одного типа размера, шт;

L_вн – внутренняя ширина ванны, мм;

L_с – внутренняя ширина сушильной камеры, мм;

L_з – ширина загрузочно-разгрузочной стойки, мм;

∆l_з.с. – зазор между сушильной камерой и загрузочно-разгрузочной

стойкой, мм;

n₀ – число сопряжений ванн без бортовых отсосов;

∆l₀ – зазор между стенками ванн без бортовых отсосов, мм;

n₁ – число односторонних бортовых отсосов;

∆l₁ – зазор между стенками ванн с односторонним бортовым отсосом, мм;

n₂ – число двусторонних бортовых отсосов;

∆l₂ – зазор между стенками ванн с двусторонними бортовыми отсосами, мм;

∆l_б – расстояние от наружной поверхности бортового отсоса до стенки ванны, мм.

L_л = мм.

Ширина линии равна:

В_л = L_вн + В₁ + В₂, (17)

где L_вн – внутренняя длина ванны, мм;

В₁ – расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости опорной стойки для подвесных автооператоров, равное 655 мм;

В₂ – расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости площадки обслуживания, равное 1165 мм.

В_л = мм.

Высота линии Н_л зависит от внутренней высота ванны, способа обработки деталей (подвеска или барабан) и типа автооператора. Если внутренняя высота ванны 1250 мм и линию обслуживает подвесной автооператор, высота равна 4700 мм.

Габариты линии:……*……..*………. мм

Для питания гальванических ванн постоянным током используют полупроводниковые выпрямители, а в отдельных случаях электрические машинные генераторы. Выбор источников постоянного тока производится на основании потребляемой силы тока и напряжения на ванне. На каждую ванну устанавливают отдельный выпрямитель; если потребляемая сила тока превышает мощность выпрямителя, устанавливают два и более выпрямителей.

Сила тока рассчитывается исходя из плотности тока и единовременной загрузки деталей в ванну, выраженной в дм².

I=i_r*у_з (18)

Расчетная сила тока I_Р должна быть увеличена на 15-20%

I_Р=I*1, 2 (19)

Для правильного выбора источников тока необходимо знать напряжение на ванне, которое зависит от состава элемента, режима работы и межэлектродного расстояния_. Для большинства электрохимических процессов рекомендуемое номинальное напряжение выпрямителя составляет 6-12 В.

Напряжение на ванне можно вычислить по формуле:

U= , (20)

где α – коэффициент, учитывающий потери напряжения в электричестве за счет газонапряжения;

β – коэффициент, учитывающий потери напряжения в контактах и проводниках первого рода;

E_a,E_k – анодный и катодный потенциал, В;

I – сила тока, А;

R – электрическое сопротивление элемента, Ом.

Электрическое сопротивление электролита рассчитывается по формуле:

(21)

где l – межэлектродное расстояние, см;

- удельная электрическая проводимость, Ом^-1_, см^-1;

R=……….. Ом

При расчете напряжения на ванне вместо силы тока подставляем значение плотности тока, а в случае несовпадения анодной и катодной плотностей тока - среднеквадратичную плотность тока i_ср.= √i_ai_k

Для питания гальванических ванн разработана серия преобразователей типа Т (ТЕ, ТВ, ТЕР, ВР, ТВИ) с улучшенными характеристиками.

Исходя из данных расчетов, выбираем тиристорные преобразователи для ванн обезжиривания…………, для ванн…………..

Типовое обозначение данного агрегата рассматривается следующим образом: Т – вид выпрямителя; Е - естественное охлаждение; Р – реверс

Первая цифра указывает класс перегрузочной характеристики, вторая – номинальную силу тока, третья – номинальное постоянное напряжение; Т-О – тропическое исполнение.

Так как при прохождении электрического тока через электролит выделяется теплота, необходимо проверять объемную плотность тока.

Объемная сила тока рассчитывается по формуле:

(22)

где i_V- объемная плотность тока, А/л;

V – объем электролита, л.

Таблица8-Техническая характеристика тиристорных преобразователей

Наименование операций	Тип агрегата	Номинальный ток	Номинальное напряжение	КПД%	Тип тиристора
Обезжиривание
……………….

2.4 Расчёт расхода пара , сжатого воздуха, воды и электроэнергии

В гальванических цехах обычно нагревают электролиты и воду для промывки деталей паром. В данном курсовом проекте нагревают электролит обезжиривания (до 80⁰С), производится промывка в теплой воде (до 60⁰С). При расчёте расхода пара необходимо учитывать расход на разогрев воды и электролитов и расход пара на поддержание рабочей температуры. Время разогрева зависит от объёма ванн и давления пара и принимается примерно за 1 час. Расход пара на разогрев рассчитывается по формуле:

Р₁ = Р_р * t_р ; (23)

где Р_р – норма расхода пара на разогрев раствора в ванне заданного размера до рабочей температуры, кг/ч;

t_р – время разогрева, ч.

Расход пара на поддержание рабочей температуры:

Р₂ = Р_р.п. * t_р.п. ; (24)

где Р_р.п. – норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, кг/ч;

t_р.п. – время работы ванны (за исключением времени разогрева), ч.

Определив расход пара, исходя из вышеперечисленных норм рассчитывают годовой расход пара

Р_год = (Р₁ + Р₂) Т, (25)

где Т – число рабочих дней в году.

Расход пара на ……. линии ………….. составляет

Р_{год.общ.}= т

Полученные данные по расходу пара сводятся в форму 2.

Расчёт расхода сжатого воздуха

В гальванических цехах сжатый воздух расходуется, в основном на перемешивание растворов и электролитов, а также воды. Кроме того сжатым воздухом производят обдувку деталей. На обдувку расход сжатого воздуха при давлении 0,2-0,3 МПа составляет 15-20 м³/ч.

Расход сжатого воздуха на перемешивание 1 л раствора или электролита составляет (л/мин): 0,5 при слабом перемешивании, 1,0 – при среднем, 1,5 – при сильном. Объем сжатого воздуха рассчитывается по формуле:

V_{сж.возд.} = V_эл.*К*τ*n/1000 , (26)

Где V_эл – объём электролита, л;

К- коэффициент перемешивания;

τ - время работы ванны, мин;

n – количество ванн, шт

Данным дипломным проектом принимается:

слабое перемешивание (а=0,5) для ванн;

среднее перемешивание (а=1) для ванн;

сильное перемешивание (а=1,5) для ванн.

Объем сжатого воздуха для ванн со слабым перемешиванием равен:

V_{сж.возд слаб}= м³

Объем сжатого воздуха для ванн со средним перемешиванием:

V_{сж.возд.травл...}= м³

Объем сжатого воздуха для ванн с сильным перемешиванием:

V_{сж.возд.актив....}= м³

Объём сжатого воздуха для сушки:

V_{сж.возд.суш} = м³

Годовой объем сжатого воздуха равен:

V_{сж.возд.год}=м³

На ….. линии …………. V_{сж.возд.год}=

Вода расходуется в основном на промывку деталей. Расход воды на составление растворов является периодическим и составляет небольшую часть

общего расхода. Вода после промывки попадает в канализацию, поэтому целью промывки является не только удаление растворов с поверхности деталей, но и их минимальное попадание в сточные воды. Существует две схемы промывки: одноступенчатая и многоступенчатая. Одноступенчатая промывка применяется в тех случаях, когда растворы имеют низкую концентрацию или после какой - то операции не требуется тщательной промывки, например между химическим и электрохимическим обезжириванием, осветлением и пассивированием, между дополнительной активацией в цианидном растворе и т.д. Многоступенчатую промывку применяют после химического или электрохимического обезжиривания, перед нанесением покрытий в кислых электролитах, после анодного окисления, химического оксидирования стали, электрохимического полирования, в других случаях. Многоступенчатая промывка делится на прямоточную и противоточную. Методы промывки могут быть различными: погружной, струйный и комбинированный. При обработке деталей на подвесках, имеющих пазы, углубления и т.п., а также при обработке деталей насыпью применяется погружной способ; при обработке деталей сложной конфигурации без пазов и углублений и после обработки в трудносмываемых растворах – комбинированный. Каждая из схем промывки может иметь ванну улавливания. Минимальная продолжительность промывки 20 сек.

Расход воды (л/м²) для любой схемы промывки в соответствии с ГОСТ 9.305 – 84 определяется по формуле:

Q^p_N = q ⁰·F, (27)

где q – удельный вынос электролита (раствора) из ванны поверхностью деталей, л/м²;

N – число ступеней (ванн) промывки;

К⁰ – критерий окончательной промывки деталей;

F – промываемая поверхность загрузки ванн, м²/ч (соответствует производительности линии).

Для одноступенчатой промывки расход воды определяется по формуле:

Q = q·K₀·F (28)

Для двуступенчатой промывки расход воды определяется по формуле:

Q = q ₀·F (29)

Критерий окончательной промывки К₀, показывающий, во сколько раз следует снизить концентрацию основного компонента электролита (раствора), выносимого поверхностью деталей до предельно допустимых значений в последней ванне промывки, определяют по формуле:

К₀ = С₀/С_п, (30)

где С₀ – концентрация основного компонента в электролите, применяемом для операции, после которой производится промывка, г/л;

С_п – предельно допустимая концентрация в воде после операции промывки, г/л.

В данном курсовом проекте предусматривается комбинированная промывка деталей :

Критерий окончательной промывки для процесса обезжиривания равен:

К₀ =

После процесса ……..до процесса ………. расход воды равен:

Q ₁= л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса ………. равен:

К₀ =

После процесса…….до……….. расход воды равен:

Q ₂= л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса ……… равен:

К₀ =

После процесса …….до……………. расход воды равен:

Q ₃= л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса …………. равен:

К₀ =

После процесса …….до………… расход воды равен:

Q ₄= л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса ………. равен:

К₀ =

После процесса …………… до процесса сушки расход воды равен:

Q ₅= л/ч

Если перед промывкой имеется одна ванна улавливания, удельный расход воды уменьшается введением коэффициента К₁ =0,4. При комбинированной промывке в расчет годового расхода воды вводится коэффициент 0,5. Расчетный расход воды увеличивается в 1,5 раза на случай падения напора в водопроводной сети.

Годовой расход воды равен:

Q_год= (Q₁+ Q₂+Q₃+Q₄ + Q ₅)*Ф_в*К*1,5 (31) Q_год = л = м³

Расход воды на ……. линии ……….. составляет м³

Все данные по расходу воды сводятся в форму 3

Вследствие большого количества вредных веществ, которые выделяются во время химической и электрохимической обработки, гальванические цеха относятся к категории вредных производств.

Для создания нормальных условий труда цеха должны иметь приточно–вытяжную вентиляцию. Кроме того, многие ванны должны быть оборудованы местными бортовыми отсосами, обеспечивающими отвод вредных примесей с зеркала электролита или раствора. Бортовые отсосы устанавливаются по длине ванны. Бортовые отсосы могут быть одно – и двусторонними. По конструкции их делят на простые (щелевое окно расположено перпендикулярно к зеркалу электролита) и опрокинутые (щель расположена параллельно зеркалу).

Расчет объема воздуха, отсасываемого от зеркала ванн, производят по формуле:

L = L₀·K_Δt·K_T·K₁·K₂·K₃·K₄, (32)

где L₀ – удельный объем воздуха, отсасываемого от ванн, м³/ч;

K_Δt – коэффициент, учитывающий разность температур раствора и помещения, табличное значение;

K_T – коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ, табличное значение;

K₁ – коэффициент, учитывающий тип отсоса, для двухбортового отсоса без поддува и однобортового с поддувом K₁ = 1,0, для однобортовых отсосов без поддува K₁ = 1,8,для двухбортового с поддувом K₁ = 0,5;

K₂ – коэффициент, учитывающий воздушное перемешивание раствора, барботаж, принимается равное 1,2;

K₃ – коэффициент, учитывающий укрытие зеркала электролита плавающими телами;

K₄ – коэффициент, учитывающий укрытие зеркала электролита путем введения ПАВ.

Так как в данном курсовом проекте зеркало ванны не укрывается плавающими телами, а также не вводятся ПАВ, коэффициенты вводимые при вышеуказанных условиях не используются.

Удельный объем отсасываемого воздуха L₀ определяется по следующим формулам:

для отсосов простых и опрокинутых без поддува

L₀ = 1400·(0,53·(В_вн/В_вн + L_вн) + Н₁)·0,66· В_вн, (33)

где В_вн, L_вн – внутренние ширина и длина ванны, м;

Н₁ – расстояние от зеркала электролита до борта ванны, обычно равное 0,2 м;

для отсосов, опрокинутых с поддувом,

L₀ = 1200·В_вн^1,5 ·L_вн·К_t·К₁, (34)

Данным курсовым проектом предлагается установить двухбортовые опрокинутые отсосы без поддува на ванны………………. На ванны ………………устанавливаются двухбортовые опрокинутые отсосы с поддувом.

Компенсацию оттока воздуха, уходящего в вытяжную вентиляцию, обеспечивает приточная вентиляция. Объем приточного воздуха должен быть на 5% меньше объема вытяжного воздуха.

V_{прит.возд.}= 0,95V_{выт.возд.} (35)

Определив тип бортовых отсосов и системы воздухопроводов, подсчитываются суммарный объем воздуха, отсасываемый от системы, и подбираются соответствующие вентиляторы. Для выбора вентилятора приточной вентиляции суммируют расход воздуха всех систем вытяжной вентиляции и умножают его на коэффициент 0,95, после чего подбирают соответствующий вентилятор.

V_{прит.возд}= м ³/ч

В связи с этим выбирается соответствующий вентилятор

Таблица 9 – Техническая характеристика вентилятора

Марка вентилятора	Производительность тыс., м3/ч	Полное давление, Па	КПД	Мощность, кВт	Габаритные размеры, мм

Нагрев воздуха в приточных вентиляционных установках осуществляется калориферами; в зависимости от теплоносителя они бывают водяные – ВНВ и паровые – ВНП. Площадь поверхности нагрева определяется по формуле :

F = Q/K·θ_ср, (36)

где Q – тепловая нагрузка теплообменного аппарата, Вт;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/м²·град;

θ_ср – средний температурный напор, ⁰С.

Тепловая нагрузка теплообменника определяется по формуле :

Q = L·C_возд·(t₁-t₀), (37)

где L – количество нагреваемого воздуха, м³/с;

t₀, t₁ – начальная и конечная температура нагревания воздуха в калорифере, град;

C_возд – удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг·град.

Для пластинчатых калориферов с паровым обогревом коэффициент теплопередачи определяется по формуле :

К = 1,162(2+√ω_к), (38)

где ω_к – скорость движения воздуха в калорифере.

Определяем тепловую нагрузку:

Q = Вт

Определяем коэффициент теплопередачи :

К = Вт/м²·⁰К

Определяем площадь поверхности :

F = м²

Определив общую площадь нагрева, подбирается калорифер, поверхность нагрева которого не меньше, полученной по расчету.

Данным курсовым проектом предлагается использовать калорифер КСк3 с площадью нагрева 50 м².

Потребителями электроэнергии являются:

1.Источники постоянного тока

2.Электродвигатели;

3.Сушильные агрегаты;

4.Вентиляторы;

5.Лампы для освещения.

Расход электроэнергии на работу источников постоянного тока

W₁= Р_вК_обnФ_в/ή, (39)

Где Р_в – мощность выпрямителя, кВт

К_об – коэффициент использования оборудования

Ф_в- действительный фонд работы оборудования, ч

N – число источников постоянного тока

ή – КПД источника постоянного тока

Расход электроэнергии на работу электродвигателей определяется по формуле:

W₂ = n·P_э·К_об·Ф_в , (40)

где P_э – мощность электродвигателя, кВт;

n- число электродвигателей

К_об- коэффициент использования оборудования

Ф_в –действительный фонд времени, ч

Расход электроэнергии на сушильные агрегаты:

W₃ = n·P_с·К_об·К_с·Фв, (41)

где P_с – мощность сушильного агрегата, кВт;

n – число сушильных агрегатов;

К_с – коэффициент использования сушильного агрегата; в автоматических линиях К_с=К_об.

Расход электроэнергии на работу вентиляторов:

W₄ = Р_в·n·Ф_в/η, (42)

где Р_в – мощность электродвигателя вентилятора, кВт;

n – число электродвигателей;

Ф_в – действительный фонд времени оборудования, ч;

η – КПД выпрямителя.

Расход электроэнергии на освещение

W₅ = 0,015·S_уч·Ф_в·К_осв, (43)

где 0,015 – удельная норма мощности освещения, кВт/м²;

S_уч – площадь участка, м²;

К_осв – коэффициент, учитывающий время, необходимое на освещение.

W_год = W₁+W₂+W₃+W₄+W₅ (44)

W_год =