МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский государственный технический
университет
В.Б. Бочаров, А.И. Болдырев
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Учебное пособие
Воронеж 2002
УДК 621.757.006.3.001.66(075.8)
Проектирование машиностроительного производства: Учеб. пособие / В.Б. Бочаров, А.И. Болдырев, К.В. Бородкин. - Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2002. - 176 с.
Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 651400 «Машиностроительные технологии и оборудование» (рег. номер 273 тех/дс, приказ Министерства образования Российской Федерации от 02 марта 2000 г. № 686) к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по подготовке инженеров специальности 120100 «Технология машиностроения», цикл «Специальные дисциплины» (СД.03.), дисциплина - проектирование машиностроительного производства.
Изложены общие сведения и даны основные понятия по проектированию промышленных предприятий, промышленных зданий и элементов промышленного строительства, а также изложены теоретические основы проектирования цехов машиностроительных заводов.
Учебное пособие предназначено для преподавателей и студентов всех форм обучения специальности 120100.
Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD 97, содержится в файле МСП1.doc, объем файла 4,3 Мб.
Табл. 29, ил. 45, библиогр.: 8 назв.
Научный редактор - канд. техн. наук В.Б. Бочаров
Рецензенты: кафедра автоматизации производственных процессов Воронежской государственной лесотехнической академии;
канд. техн. наук И.Т. Коптев
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета.
Бочаров В.Б., Болдырев А.И.,
Бородкин К.В., 2002
Оформление. Воронежский
государственный технический
университет, 2002
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение является основой технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства. В настоящее время повышаются требования к качеству продукции машиностроения, ее разнообразию. Интенсивное развитие технических средств вызвало необходимость совершенствования методики проектирования и создания на ее основе новых высокоэффективных предприятий. При этом особое значение придается реконструкции действующих производств при использовании современного оборудования и средств управления всеми этапами производственного процесса. Основой проекта участка, цеха в целом является детально разработанная технологическая часть, что определяет главную роль инженера-технолога в процессе проектирования механосборочных производств. Решение вопросов всех остальных частей проекта (строительной, энергетической, санитарно-технической и др.) подчинено требованиям технологического процесса, который и определяет содержание задания для разработки этих частей проекта.
Основная цель данного курса состоит в подготовке специалистов к реализации разработанных производственных процессов при внедрении нового оборудования, техническом перевооружении, реконструкции производства и создании новых цехов.
Круг задач, стоящий перед проектировщиком, не ограничивается только умением проектировать технологические процессы; он должен решать весь комплекс вопросов, связанных с построением производственного процесса: хорошо разбираться в экономике, организации и управлении производством, в вопросах технического, материального, инструментального и ремонтного обслуживания и др. Необходимость разрешения таких вопросов возникает как на заводе, так и в проектных организациях.
Задачи проектирования участков и цехов весьма обширны, сложны и многообразны, особенно если учесть масштабы современного производства и уровень техники. Это требует от проектировщика широкого кругозора и глубоких знаний различных дисциплин.
Для этого необходимо знать современные методы проектирования механосборочного производства, основанные на последних научных и технических данных, а также принципы построения автоматизированных производственных процессов, обеспечивающих высокую производительность и технико-экономическую эффективность. При проектировании производственного процесса, протекающего в механосборочных цехах, особое внимание следует уделять взаимосвязи этапов, в результате которых получается готовое изделие, количественных и качественных изменений объекта производства, а также основных и вспомогательных производственных систем и совокупности итераций при проектировании.
В данном учебном пособии представлены общие сведения и основные понятия по проектированию машиностроительного производства в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 651400 «Машиностроительные технологии и оборудование» (рег. номер 273 тех/дс, приказ Министерства образования Российской Федерации от 02 марта 2000 г. № 686) к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по подготовке инженеров специальности 120100 «Технология машиностроения», цикл «Специальные дисциплины» (СД.03.), дисциплина - проектирование машиностроительного производства.
1.1. Организация капитального строительства.
Капитальное строительство - отрасль материального производства, включающая в себя проектные и научно- исследовательские организации; заводы, производящие строительные конструкции и механизмы; строительные и монтажные организации, занимающиеся строительством и вводом в действие новых или реконструируемых заводов промышленности.
Строительство промышленного предприятия ведется отдельными этапами. В начале проводятся изыскательные, геологоразведочные и научно-исследовательские работы, на основе которых разрабатывается проектно-сметная документация. Затем осуществляется строительство предприятия, включающее в себя прокладку автомобильных и железных дорог, возведение объектов и дополнительных строительных баз. Заканчивается строительство вводом в эксплуатацию нового предприятия.
В нашей стране существуют два способа ведения строительства хозяйственный и подрядный. При хозяйственном способе строительство ведется силами самих заводов, а при подрядном – силами специальных строительно-монтажных организаций.
Хозяйственным способом строительство ведется, как правило, при относительно небольшой реконструкции завода или строительстве новых цехов. Подрядный способ обладает большими возможностями, так как специализированные строительные организации располагают более квалифицированными кадрами, разнообразной строительной техникой и имеют значительный опыт строительства.
Ведение строительства возможно лишь при наличии технического проекта (ТП), определяющего объем строительства и его стоимость. Разработка ТП на строительство новых и реконструкцию действующих предприятий осуществляется отраслевыми государственными проектными и научно-исследовательскими институтами с учетом технико- экономических обоснований (ТЭО).
Решения о проектировании и строительстве предприятий и сооружений принимаются исходя из схем развития и размещения соответствующих отраслей народного хозяйства и промышленности, схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам, а также на основе ТЭО, подтверждающих экономическую целесообразность и хозяйственную необходимость проектирования и строительства предприятий.
На проектные организации возлагается ответственность за обеспечение высокого технического уровня и экономической эффективности предприятий.
1.2. Выбор места для строительство завода.
Выбор места (площади) для строительства завода осуществляется на основе документа «Положения о порядке выбора района и пункта строительства новых промышленных предприятий и об основных показателях технико-экономического обоснования размещения предприятий» в соответствии со схемами развития народного хозяйства, в частности авиационной техники.
Для выбора площадки создается комиссия, состоящая из представителей всех заинтересованных учреждений и ведомств. Прежде чем выбрать площадку, комиссия знакомится с предварительными данными о проектируемом предприятии, а именно: с предполагаемой стоимостью и масштабом строительства, с расчетным количеством будущего завода, с потребностями в сырье, энергии и транспорте, с параметрами жилого массива и т.п. Ознакомившись с материалами, комиссия намечает несколько возможных площадок для строительства предприятия.
Проектируемые предприятия следует размещать в промышленном узле (в группе предприятий) с организацией для них общих объектов вспомогательных производств и хозяйств, инженерных сооружений и коммуникаций. Расположение площадки, а следовательно, и будущего предприятия, должно предусматривать возможность расселения рабочих и служащих в городе или поселке. При этом время, затрачиваемое на дорогу от места жительства до работы, не должно превышать 45 минут.
Особое внимание должно быть уделено вопросам охраны окружающей среды. При выборе площадки для нового завода составляют специальный план местности, выполняемый на топографической основе. На план наносят варианты площадок с привязкой их к географическим координатам, транспортные пути, акватории и пристани, линии электропередач, теплотрассы, населенные пункты, реки, озера и др.
Необходимо также учитывать климатические и топографические условия, инженерно-геологическую характеристику территории, возможность очистки сточных вод, наличие источников водоснабжения и сетей энергоснабжения, обеспечение железнодорожным, автомобильным, водным и даже авиационным транспортом.
Климатические условия местности характеризуются максимальными, минимальными и средними температурами каждого месяца года, а также направлением, повторяемостью и скоростью ветра в разные периоды года, т.е. так называемой «розой ветров» (см. рис. 1.1).
Рис. 1.1. «Роза ветров»: а) – зимой; б) – летом.
Знание климатических условий необходимо для расчета отопления и вентиляции новых зданий. В целях обеспечения проветривания внутризаводских проездов предприятия целесообразно располагать продольной осью параллельно направлению господствующих в зимний период ветров или под углом к ним не более 20 - 45°. Наиболее предпочтительная форма площадки - прямоугольник с соотношением сторон 1:2 или 2:3.
Рельеф и инженерно-геологическая характеристика местности должны отвечать следующим требованиям:
1) максимальный уклон территории - 5%; минимальный - 0.3% (для обеспечения стока атмосферных вод);
2) максимальный уклон территории в направлении, параллельном направлению железнодорожных путей - 0, 5% (при большем уклоне резко возрастает объем земляных работ и усложняется организация межцехового транспорта);
3) грунты на территории выбранной площадки должны быть (во всяком случае, предпочтительно) однородного геологического строения с нормативным давлением не менее 15 Н/см2;
4) среднее превышение поверхности площадки над отметкой наивысшего уровня грунтовых вод должно быть не менее 7 м (для устранения возможности затопления подземных сооружений предприятия);
5) промышленные площадки необходимо располагать выше расчетного горизонта паводковых вод не менее чем на 0, 5 м (за расчетный горизонт принимают наивысший уровень воды с вероятностью повторения один раз в 100 лет).
Особое внимание при выборе площадки под строительство уделяется транспорту. Различают внешний и внутризаводской транспорт. Внешний транспорт обеспечивает связь предприятия с местами получения сырья и деталей, отправку готовой продукции и удаление отходов производства. Внутризаводской транспорт выбирают из расчета мощности грузооборота и характера перемещаемого груза.
При выборе площадки учитывают внешний транспорт и условия примыкания подъездных путей к железнодорожным путям и автомобильным дорогам общего пользования. Кроме того, тщательно изучают энергетическую базу района строительства. В результате всестороннего рассмотрения всех вариантов площадок под строительство предприятия останавливается на одном - оптимальном.
1.3. Генеральный план завода и грузопотоки.
Генеральный план завода представляет собой чертеж, выполненный в масштабе 1:2000 или 1:1000. На чертеже должно быть изображено расположение всех зданий и сооружений завода, рельсовых и безрельсовых дорог, подземных и наземных инженерных сетей, увязанных с рельефом и благоустройством территории предприятия и ситуационным планом района строительства. Генеральный план завода является основным документом, в соответствии с которым в процессе строительства осуществляется размещение всех производственных и вспомогательных зданий и сооружений. Генеральные планы заводов разрабатываются на основе инструкции СНиП 11-М 1-71 с учетом добавлений, изложенных в постановлении Госстроя СССР от 29 декабря 1973 г. В генеральном плане должно найти отражение рациональное решение горизонтального и вертикального расположения зданий и сооружений.
Для правильной разработки генерального плана завода необходимо знать функциональную связь между всеми его подразделениями. С этой целью составляют технологическую схему производства, которая позволяет определить последовательность производственного процесса и установить рациональное расположение сооружений и направление грузовых потоков. Технологическая схема генерального плана должна учитывать перспективу развития технологического процесса, организации производства и транспорта, а также возможность дальнейшей реконструкции завода в целях поддержания его производства на высоком техническом уровне.
В зависимости от технологического процесса, вида продукции и выбранной площадки застройки применяют продольную, поперечную и комбинированную схемы грузопотоков.
Продольная схема предусматривает движение грузов (материалов и полуфабрикатов) вдоль длинной оси последовательно расположенных в соответствии с технологическим процессом зданий цехов и требует удлиненных площадок.
При поперечной схеме грузы перемешаются перпендикулярно длинной оси зданий, установленных в соответствии с технологическим процессом, с помощью безрельсового и подвесного межцехового транспорта Поперечная схема требует квадратных или достаточно широких площадок.
Комбинированная схема предполагает движение грузов в поперечном и продольном направлениях. Это наиболее распространенная схема.
Для наглядности грузопотоки завода представляют в виде схемы, показывающей их направление и перемещение и позволяющей определить потребность в конкретных видах транспортных средств (см. рис. 1.2.).
Рис. 1.2. Схемы грузопотоков:
а) – продольная; б) – поперечная; в) – комбинированная.
Решения генерального плана должны быть обоснованы соответствующими технико-экономическими показателями: плотностью застройки, коэффициентами использования территории, озеленения и др.Плотность застройки площадки завода определяется в процентах как отношение площади застройки к общей площади завода в ограде с включением в нее площади, занятой веером железнодорожных путей. Для промышленного объекта плотность застройки составляет 45-60% и может быть уменьшена не более чем на 1/10 согласно существующим положениям.
Коэффициент использования территории есть отношение площади, занятой зданиями, сооружениями, открытыми складами, навесами, специальными бассейнами, железными и автомобильными дорогами, тротуарами, к общей площади завода.
Коэффициент озеленения - отношение площади зеленых насаждений к общей площади завода.
При проектировании генерального плана завода обязательно составляется план размещения инженерных сетей с выбором способа их прокладки (наземный, надземный или подземный). Инженерные сети должны по возможности занимать наименьшую часть территории завода и находиться в общих коллекторах, траншеях, каналах и эстакадах.
Одновременно с разработкой горизонтальной планировки генерального плана выполняют сплошную вертикальную планировку или выборочную – по главным объектам, для чего используют топографические карты площадки застройки с нанесенными на них через 1,0 или 0, 8 м горизонталями. Схемы генерального плана завода и вертикальной планировки показаны соответственно на рис.1.3. и рис.1.4.
Задачей вертикальной планировки является приведение рельефа выбранной площадки под строительство завода в соответствие с требованиями проекта. Вертикальная планировка должна предусматривать возможность сохранения естественного рельефа местности, минимум объема земляных работ, обеспечение оптимальных уклонов поверхности для нормальной работы транспорта и осуществления технологического процесса.
1 – агрегатно-сборочный цех и цех окончательной
сборки; 2 – испытательная станция; 3 – комплекс
подготовки производства; 4 – заготовительные цехи;
5 – механические и механосборочные цехи;
6 – комплекс цехов трубопроводов;
7 – брызгательный бассейн; 8 – компрессорная
станция; 9 – КБ и ЦЗЛ; 10 – склад химреактивов;