CC BY
11где -Nycr — установленная мощность оборудования, кВт; ' ? - _ коэффициент, учитывающий расход электроэнергии, (0,95.. .0,97); "z : j _ годовой действительный фонд времени работы оборудования, ч; —.. _ цена за 1 кВт/ч электроэнергии, тыс. руб.; . ■ ■■: — количество однотипных установок одинаковой мощности, ед.
Формула (1) является универсальной. Её можно использовать для расчёта энергопотребления установок различного типа: ручных дисковых пил; полуавтоматических установок термической резки; установок пакетирования металлолома и т.д. Различаться будут заявленная мощность установки, фонд времени её работы и количество однотипных установок.
В настоящее время наиболее распространенным способом разделки судов на лом является термический ручными газовыми резаками. Поэтому наиболее существенной частью себестоимости судоразделки являются затраты на горючий газ и кислород.
Расчёт объёма газа, необходимого на разделку металлического корпуса судна, можно рассчитать:
.'■V =Lq, м3, (2)
где L - длина реза, п.м; q - расход газа на погонный метр разрезаемого металла (зависит от толщины разрезаемого металла и вида горючего газа), м3/пог.м.
В зависимости от используемого для резки газа его стоимость можно определить:
:'="■.. ■ , тыс. руб., (3)
где — стоимость 1 м3 горючего газа, тыс. руб.
Кроме тепловой резки, возможно, использование механической резки дисковыми пилами. В частности, для разделки секций до металлургического куска либо дорезки перемычек при отделении секций от корпуса судна или блока. Для определения нужного количества абразивных отрезных кругов, необходимо определить общую длину реза, толщину и марку разрезаемого металла.
Работа дисковых пил характеризуется скоростью вращения круга и скоростью перемещения пилы. При этом известно, что толщина разрезаемого металла должна составлять не более 15 % от диаметра круга, а скорость перемещения пилы должна находиться в пределах (0,2.0,8) м/мин. Тогда при резке листового металла дисковыми абразивными пилами длину реза, которая может быть прорезана одной дисковой пилой, можно рассчитать по формуле:
где ¿ — длина, которая может быть прорезана одним кругом, м;
s — толщина разрезаемого металла, мм;
f?o — начальный радиус круга, мм;
f?i — радиус максимально изношенного круга, мм;
■^нпрм — нормативный коэффициент шлифования по ГОСТ 21963-82 (^НПрГ1:= 1.8 - для
отрезных кругов о180 и о230 мм; -^нпри =1-9 - для кругов оЗОО; 400; 500 мм).
Время, затрачиваемое на резку одним абразивным кругом:
1 1 1-Я-ИГл
:;т: - .. , мин, (5)
где 1-п: — скорость реза (0,2...0,3) м/мин;
N — число резов, которое можно произвести одним кругом данного типоразмера; ^нсп — коэффициент использования машины с абразивными армированными кругами на демонтаже секций (кнсп:=0.2).
Для расчёта сменной потребности в абразивных кругах при резке листового металла можно использовать следующую формулу:
где ^сиек — продолжительность рабочей смены, мин; - - _ общая длина реза, пог. м.
Помимо определения требуемых энергетических ресурсов и расходных материалов необходимо обеспечить производство необходимым количеством технологического оборудования требуемой производительности. Количество единиц средств технологического оснащения (СТО) зависит, главным образом, от уровня механизации производства Ум. Кроме того, стоимость оборудования, как правило, включается в себестоимости разделки судна.
Применяемое на разных этапах судоразделки оборудование отличается производительностью, надёжностью, эргономичностью, ремонтопригодностью, необходимостью в обеспечении расходными материалами и проч. Все эти показатели в совокупности формируют ценовую категорию СТО. Как показывает анализ областей использования специальных СТО на различных этапах судоразделки, самое дорогостоящее оборудование используется на заключительном этапе (дробилки, установки пакетирования и прессования металлолома и т.п.). Портативные же установки, применяемые на начальных этапах разделки (газовые резаки, ручные дисковые пилы и др.), имеют примерно одинаковую стоимость. На начальном этапе подготовки производства, когда рассматриваются несколько вариантов технологических процессов разделки судов, необходимо определить требуемые капитальные вложения на приобретение СТО. С целью уменьшения трудоёмкости расчётов капитальных вложений на СТО в зависимости от проектного уровня механизации авторами выполнен анализ существующего технологического оборудования и его ценовых характеристик. По результатам данного анализа была выявлена корреляционная зависимость между капитальными вложениями и уровнем механизации производства. В общем случае она имеет следующий вид:
где Ккап - капитальные вложения на приобретение оборудования;
а, Ь, с - коэффициенты корреляции;
Ум - уровень механизации производства, %;
принятое количество технологического оборудования на различных этапах судоразделки, ед.
При судоразделке возможны варианты технологических процессов, когда разделка осуществляется в два или даже один этап. В этом случае стоимость СТО отсутствующих этапов не учитывается.
Проектный уровень механизации работ У необходимо рассчитывать с целью определения объёма работ, выполняемых механизированным способом. Определение У^ производится для каждого конкретного этапа. Определение объёма работ, выполняемых на каждом этапе механизированным способом, выполняется по формуле:
" пог. м, (8)
где П; — планируемая производительность резки корпусных конструкций, пог.м.
Объём работ, выполняемых на каждом этапе ручным способом, можно определить как разность между планируемой производительностью и объёмом работ, выполняемых механизированным способом:
=11,- If
пог. м.
Чистое время работ для каждого этапа определится по формуле:
— г
; : ■- >
(9)
(10)
где Р; — производительность конкретного вида резки, пог.м/мин, а время резки с учётом затрат на непредусмотренные потери (время фактическое), определяется:
где к - коэффициент неучтённых затрат времени, (к=1,2).
(11)
С учётом отмеченного, общий уровень механизации производства определится как среднее значение уровней механизации на отдельных производственных площадках (участках), задействованных в технологическом процессе, т. е.:
V
■ - ... ,
(12)
где 71, — количество производственных площадок, задействованных для разделки судна.
Для расчёта необходимого количества оборудования можно использовать известную формулу:
V. -
1 " и,
(13)
где £факт ~~ фактическое время работы оборудования, ч; фонд времени работы оборудования, ч.
При получении дробного Лт, его необходимо округлять в сторону большего целого значения и для дальнейших расчётов принимать .
Загрузку данного оборудования можно определить как:
(14)
а время его простоя, соответственно, как:
■г.: = ■ Г; ч. (15)
В случае увеличения продолжительности судоразделки и при повышении уровня механизации можно сэкономить на дополнительных капитальных вложениях путём эксплуатации имеющегося оборудования на выполнении максимально большого числа технологических операций. В связи с этим, необходимо разрабатывать технологические процессы с возможностью использования одних и тех же СТО на различных этапах судоразделки. В этом случае возможно не только изменение продолжительности технологического процесса, но и, как следствие этого, производственного цикла. В связи с этим требуется определение дополнительных затрат от увеличения продолжительности технологического процесса. Основным фактором в данном случае является увеличение стоимости аренды производственных площадей (судораз-делочной площадки). В общем виде изменение стоимости аренды можно рассчитать по формуле:
тыс. руб., (16)
изменение стоимости аренды, вследствие изменение продолжительности
производственного цикла, тыс. руб.; &ар стоимость аренды 1 м- производственных площадей в сутки, тыс. руб./м2-сут.;
■^[li — сумма производственных площадей, задействованных под судоразделку, м2; изменение продолжительности производственного цикла, сут.
Продолжительность технологического процесса судоразделки составит:
п — количество одновременно (параллельно) разделываемых судов, ед; tj — трудоёмкость разделки на У-ом этапе, н-ч; 5 — количество смен;
Ц — ежедневный фонд времени работы оборудования, ч; f — коэффициент перевода рабочих дней в календарные (/ = 0,699); in ~~ количество операций на каждом этапе; £ип — время межоперационных перерывов =0,17), ч; i;T — время протекания естественных процессов (остывание нагретых конструкций), ч.
Зависимости капитальных затрат (К"кап) от уровня механизации производственных процессов (Ум) на различных этапах судоразделки, полученные авторами по результатам компьютерного моделирования в программной среде Microsoft Office Excel 2007, можно представить в графическом виде (см. рис. 2-4).
Рис. 2. Зависимость капитальных вложений на СТО от уровня механизации производства на первом этапе разделки судна (отделение от корпуса крупных блоков)
Рис. 3. Зависимость капитальных вложений на СТО от уровня механизации производства на втором этапе разделки судна (разделка блоков на секции)
Рис. 4. Зависимость капитальных вложений на СТО от уровня механизации производства на третьем этапе разделки судна (резка секций на металлургический кусок)
Уравнения регрессии, представленные в табл. 2, отражают зависимость капитальных вложений на новые СТО от уровня механизации производства.
Таблица 2
Уравнения регрессии капитальных вложений на внедрение новых СТО от уровня механизации на различных этапах судоразделки
№ п/п Этап разделки корпуса судна на лом Уравнение регрессии
1 Первый этап КДаГ_ = (-196914,2-Ун! + 192913 ■ Ун - 3471,2;
2 Второй этап ^доп = (-264145,4-Ун2 + 320333,4' Уи - 6900,5;
3 Третий этап КДаГ_ - (-3512811;В ■ Унг + 4706614 -Ун - 64009,1)
Для удобства использования и анализа уравнения представлены в дискретном виде. Они позволяют предварительно (что особенно важно для ранних стадий подготовки производства) определить затраты на СТО (Сыто) в зависимости от планируемой продолжительности технологического процесса, производительности установок и их планируемой загрузки на каждом этапе разделки судна. В итоге, это позволит определить размер требуемых инвестиций, а также уровень рентабельность производства [3]. Это важно при рассмотрении нескольких вариантов технологий разделки. Используя данные уравнения можно снизить трудоёмкость и продолжительность расчёта капитальных вложений на СТО сведя его к расчёту формулы:
::::: = - :: - - : ::г, тыс. руб., (18)
^ЬПО ~~ затраты на обеспечение судоразделочного производства СТО, тыс. руб.; 3; — затраты на материальное и энергетическое обеспечение производства, тыс. руб.; дополнительные капитальные вложения на новые СТО, тыс. руб.
При технико-экономическом обосновании того или иного варианта технологии судоразделки, необходимо рассчитать экономический эффект от применения данной технологии:
-V = - " ^-п- , (19)
Э,ф. — экономическая эффективность применения определённой технологии разукрупнения судна до металлургического куска, тыс. руб.; Р - доход от реализации металлолома, тыс. руб.;
Ссеб- себестоимость разделки судна на лом с учётом затрат на материально-
технические средства, аренду площадей и т.д., тыс. руб.; Жсуд - количество разделанных за расчётный период судов, ед.;
Ен - нормативный коэффициент эффективности дополнительных капитальных вложений на новые СТО (Ен = 0,15); Ккап.ип. - капитальные вложения на новые средства технологического оснащения, тыс. руб.
Так как при подготовке производства рассматривается несколько вариантов осуществления технологического процесса разделки судов, имеется необходимость сравнения нескольких вариантов по экономическим показателям. При этом себестоимость разделки по каждому варианту технологии будет являться определяющим показате-
99
лем. Тогда экономический эффект от судоразделки в общем виде можно рассчитывать как:
-:нГ_ - -:нГ; ■':■.:" ^ (20)
где
С - себестоимость разделки судна при применении базовой технологии разделки судна, тыс. руб.;
C2 - себестоимость разделки судна (с дополнительной прибылью) при применении
рекомендуемой технологии разделки судна, тыс. руб.; ^кап.кпл,2 - капитальные вложения на новые средства технологического оснащения в базовой и рекомендуемой технологии, тыс. руб.
Как следует из формул (18-20) при подготовке производства к разделке судов на лом и формировании соответствующей материально-технической базы немаловажным фактором является масштаб производства и его специализация. Для бесперебойного функционирования предприятия, необходимо в полной мере и в установленные сроки обеспечить производство запасами сырья, материалов, топлива, инструмента и т.п. Важнейшим вопросом является и обеспечение производства технологическим оборудованием. При этом для выполнения производственной программы часто приходится решать вопрос о дооснащении производства дополнительными СТО. В этом случае следует иметь в виду несколько принципиальных путей существенного снижения капитальных вложений на приобретение новых СТО:
1. Увеличение продолжительности технологического процесса. В этом случае увеличения количества дорогостоящих СТО, как правило, не требуется. Продолжительность технологического процесса может увеличиться (на 10.25)%;
2. В соответствие с принципом «унификации СТО», использовать уже имеющиеся СТО не только на «расчётном» этапе, но и на других этапах судоразделки;
3. Аренда СТО вместо покупки нового. Это оправдано, если предполагаемая загрузка данного оборудования составит не менее (65 .70)%.
Вывод:
Материально-техническое обеспечение производства является важным условием нормального функционирования судоразделочного предприятия. Затраты на материально-техническое обеспечение судоразделки составляют около (65.70) % от себестоимости судоразделки в целом. Поэтому одним из путей сокращения затрат и, как следствие, увеличения прибыли от судоразделки, является сокращение затрат на материально-техническое обеспечение производства: определение необходимых видов ресурсов; определение точного количества ресурсов, оперативное регулирование запасов и т.д. [4]. Представленная выше схема (см. рис. 1) структурирует необходимые ресурсы по группам. Это позволяет не выполнять пересчёт всех затрат на материально-техническое обеспечение при изменении технологии судоразделки. Достаточно выполнить пересчёт лишь по той группе, которую непосредственно затрагивает изменение технологии. Применяя изложенную в данной статье методику, можно проводить оценочные расчёты затрат и варьировать их в зависимости от используемых технологий разделки судов на лом.
Список литературы:
[1] Студнев С.В. Математические методы воспроизведения геометрии судовой поверхности при подготовке производства к разделке судов на лом / С.В. Студнев, Е.Г. Бурмистров // Судостроение. - 2014. - №1. С. 70-73.
[2] Мирзоева С.А. Организация материально-технического обеспечения на машиностроительных предприятиях [Электронный ресурс] / С.А. Мирзоева : - Режим доступа : http://www.rppe. ru/wp-content/uploads/2012/12/mirzoeva-sa.pdf.
[3] Медведева С.А. Основы технической подготовки производства : Учебное пособие / С.А. Медведева. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. - 69 с.
[4] Захаров М.Н., Николаев П.А. Определение подходов к выбору уровня надёжности логистических систем промышленного производства [Электронный ресурс] / М.Н. Захаров, П.А. Николаев // Гуманитарный вестник, 2013, вып. 10: Режим доступа : http://hmbul.bmstu.ru/catalog/ есопот /^/109.Мт1.
THE CALCULATION METHOD FOR DETERMINING THE NEED FOR MATERIAL AND TECHNICAL RESOURCES FOR DISMANTLING OF SHIPS FOR SCRAP
S.V. Studnev, E.G. Burmistrov, T.A. Mikheeva
Keywords: cutting ships for scrap, logistics work, adorablely, technological equipment, equipment for sadarangani, the level of mechanization of works, capital expenditure of a HUNDRED.
In this paper we consider the problem of logistics cutting ship hulls for scrap, effective solution which is associated with the account of industrial, technological, economic and environmental factors. Calculation of the required amount of material, technical, technological and financial resources will enable the early stages ofpre-production - determined level of share its profitability, as well as the financial costs of the enterprise Executive sudorazdelki.
УДК 669.018.539.4
В.С. Феоктистов, к.т.н., доцент Самарского филиала ФГБОУ ВО «ВГУВТ» А.А. Фирсов, студент Самарского филиала ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 443099, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 62/64
СИЛОВОЙ ЗАМОК ФИКСАТОР
Ключевые слова: фиксатор, механизм, память формы, инструмент.
Представлен компактный механизм с силовым приводом из сплава с памятью формы для жесткой фиксации технологического инструмента работающего в ограниченном пространстве.
В настоящее время в различных областях техники, в том числе, при ремонте и техническом обслуживании судов различного назначения начинают использовать механизмы основанные на новых физических принципах и явлениях. Во многих случаях это позволяет получить существенный технический и экономический эффект. Одним из ярких представителей такого рода физических явлений является эффект памяти формы. Разработано большое количество материалов, которые в разной степени реализуют эффект памяти формы, но наиболее часто на практике применяется сплав ни-келид титана ТН-1. Важное его достоинство заключается в возможности развивать рабочие напряжения до 500-600 МПа, а деформация может достигать 8-10% от рабочей длины элемента/.
Одно из условий стабильной работы солового элемента из материала с памятью формы - термоупругость его прямого и обратного мартенситного превращения, т.е. напряжения, наводимые в объёме материала, не должны превышать предела текучести данного материала на весь период рабочего цикла.
Для анализа полей напряжений и деформаций цилиндрического силового элемента из сплава ТН-1 авторами была разработана математическая модель функционирования элемента в стабильном режиме в процессе преодоления им значительных по величине рабочих нагрузок [1].
Решение этой математической задачи получено в виде простых аналитических зависимостей, устанавливающих взаимосвязь между технологическими параметрами силового элемента:
и Г) = £ Г(г+ц ^ -2ц )гЛгГ-Ш^+1Г Ф+^^ г! (1 + ц) г * 1 -ц г • 1-ц г
V -ц
Е
(1 + ц)
^--1Г(1+ц)(1 - ц гь
Е г г Г (1 -ц)Е
+ е
О 2 Г
1Г
Г ц
-1 ц
гйг -
1 Г Р1 + Р г(Гг - Ы^) }
г
X 1
ц
г
ц
■ + ■
E
1 — ц 1 — ц
1 + ц е0 Е
2 (е0 -р2 -цр 1)
+
1 - ц 1 - ц
- (Рх +Р2)
Е
1-ц
- а - а
(1)
(2)
(3)
(4)
где Щ(г) - радиальная компонента вектора перемещений;
аг; а0; а2 - радиальная тангенциальная и осевая компоненты тензора напряжений; Е = Е (Т (г,/)) - модуль Юнга; ц = ц (Т (г,/)) - коэффициент Пуассона;
Р1 = Р1 (Т (г,/)) и р2 = р2 (Т (г,/)) - диагональные компоненты ортотропного тензора структурной и температурной деформации.
С
аг =
а е = с
Используя соотношения (1) и (4), а так же уравнение распределения температуры по сечению элемента и экспериментально найденные значения Е, ц, Д и Д2, можно определить деформации силового элемента, а также распределение напряжений и температуры. Расчёты показали, что при нагреве или охлаждении, в зависимости от диаметра элемента, температурного градиента по его сечению и внешней рабочей нагрузки, напряжения в силовом элементе изменяются в широком диапазоне, а их интенсивность может достигать предела текучести материала.
Поэтому, при разработке механизмов различного назначения на основе материала с памятью формы необходимо провести по предложенной методике предварительные расчёты, устанавливающие взаимосвязь геометрических размеров силового элемента с максимальными развиваемыми усилиями и максимальным градиентом температуры по его сечению.
Рис. 1. Замок-фиксатор с силовым приводом из сплава с памятью формы
4
Рис. 2. Принципиальная схема силового замка-фиксатора с силовым приводом из сплава с памятью формы (незафиксированное положение): 1 - цанга, 2 - гайка, 3 - обойма, 4 - пружина, 5 - площадка фиксации, 6 - сферическая головка, 7 - внутренная поверхность обоймы, 8 - привод, 9 - возвратная пружина, 10 - подпятник, 11 - втулка, 12 - винт
При выполнении целого ряда работ необходимо жестко зафиксировать инструмент в определенном пространственном положении. Кроме того, возникает необходимость надежного закрепления на время осмотра и технического обслуживания судов, а также отдельных узлов и агрегатов судовых механизмов различного назначения. Авторами статьи разработан, изготовлен и испытан на практике компактный силовой замок-фиксатор с реверсивным силовым приводом из сплава с памятью формы ТН-1 (рис. 1 и рис. 2) [2]. В рабочем (зафиксированном) положении цилиндрический силовой привод 8 через подпятник 10 усилием пружины 4 прижимает сферическую головку 6 площадки фиксации 5 к внутренней поверхности обоймы 3. Усилие фиксации определяется силовыми возможностями пружины 4 и составляет 1000-1200 кг. Этого усилия достаточно для надежного закрепления в любом положении инструмента или части механизма соединенного с площадкой 5.
При необходимости изменения пространственного положения площадки 5 привод 8 нагревается электрическим нагревателем напряжением 12 В до температуры деформации сплава ТН-1 (90 °С) привод 8 сжимается ослабляя натяг между деталями 6 и 3. Оператор свободно перемещает инструмент с площадкой крепления 5 в нужное положение. Мощность электрического нагревателя составляет 70-100 Вт, время дефор-
