автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Обоснование параметров и создание оборудования и линий для производства арматурных изделий сборного железобетона

11--OZ-5/ill 5-х

Арендное предприятие 4- "Институт Типрострси&аш"

Волков Лев Алексеевич

Обоснование параметров и создание оборудования и линий для производства арматурных изделий сборного железобетона

Специальность - 05.02.13 - Машины и агрегаты (промышленность строительных материалов и КОНСТРУКЦИЙ)

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Президиум ВАК России^

'решение от " " г., № ^

присудил ученую степень ДОКТО?

Начальник утШ^е^ВАК РоссиГ i

Работа выполнена в Арендном предприятии -"Институт,,Гипростроммаш".

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Борщевский А.А.

член-корреспондент Российской

Академии Наук, доктор технических

наук, профессор Гусев Б.В.

доктор технических наук Николаев С.В.

Ведущее предприятие: ОАО "Промгруппа "Строммаш?

Защита состоится "hJjffib 2000 г. в часов на

заседании диссер1, 09 при Московском

государственном ' адресу: 129337, Москва, Ярославс

:) адресу:

С диссертв в библиотеке Mot -ситета.

да можно ознакомиться строителшнощ у^нивер-

Диссертащ» доклада рак.

№ -5-0Z

XX) г.

Ученый секретарь диссерт, Совета, кандидат техничеи наук, профессор

Тотоюш П.Е.

Общая характеристика работы. Актуальность■ Отечественными и зарубежными учеными:В,В.Михайловым, К.В.Михайловым, Н.Е.Носенко, Б.В.Прыкиным, Н.М.Богиным, Я.М.Якобсоном, И.Й.Дыганковым,- С.А.Мадатяному Н.А.Маркаровым, Э.Г.Ратцем, В.А.Ли, А.С.Квартенко, А.А.Борщевским, А.С.Ильиным, Ф.Леонгардтом, Г.Мань-елем, Г.Меллем и, другими исследовались'технология и оборудование' по арматурным работам для железобетона, трудоемкость которых составляет 25...30% от общей трудоемкости изготовления железобетонных изделий на заводах крупнопанельного домостроения (КОД) и железобетонных изделий (ЖБИ), арматура используется и в монолитном строительстве. Это предопределяет актуальность дальнейших исследований и конструкторских разработок по созданию зконо>лически , эффективного оборудования для' механизации и автоматизации арматурных pa6dT по многим технологическим переделам. г '

Цель работы.. Разработка ! методов исследования и конструирования

арматурного оборудования заводов КОД Iи ЖБИ и определения и обоснования его*параметров. Создание на ik основе эффективных машин и линий для производства арматурных изделий железобетона.

1 Научная/новизна работы.

- разработаны методы конструирования малин и линий для изготовления арматурных изделий сборного железобетона на заводах КГЩ и ЖБИ с обоснованием их'конструкции и основных параметров в зависимости от параметров арматурных изделий, производственных, экшлуатацион-ных и других ранжируемых факторов и ограничений:

- на основе предложенного метода, с синтезом новых конструкций (сделано 40 изобретений) созданы: правильно-отрезной станок, отрезные станки (ножницы); универсальные станки, станки-автоматы и линия гибки арматурных стержней; поточные автоматические и полуавтоматические линии и машины для иаговпялвим^ гт™™..,, -------ранок гибки

'арматурных jx изделий;

: КНИГА ИМЕЕТ >дваритель-_---—---г-- )е оборудо-

турного цеха и соответствующих конструкций оборудования, в том числе отечественных и зарубежных аналогов, с учетом условий его эксплуатации на заводах КПД и ЖБИ, технологических возможностей заводов-изготовителей машин и других ранжируемых факторов.

На основе обработки статистических данных по экспериментам, испытаниям и эксплуатации оборудования и его аналогов, определялись их фактическая производительность,надежность и другие параметры и проводились конструкторские разработки, с синтезом принципиально новых решений для нового или модернизированного оборудования, с определением параметров машин расчетным путем.

Критерием оптимальности варианта оборудования и его параметров принимались сравнительные расчетные приведенные затраты на единицу производительности или другого определяющего параметра, в сфере производства оборудования Зп и его эксплуатации Зэ: Зп = Сп + Е-Кп -> min. Зэ = Сэ + E-Ks -> min, где Сп и Сэ - себестоимость изготовления оборудования и его годовой эксплуатации, Кп и Кэ - единовременные вложения в производство и эксплуатацию оборудования, Е -коэффициент экономической эффективности капитальных вложений. Использовалось также и сравнение, при прочих равных условиях, по техническим показателям (производительность, металлоемкость и др.) о аналогами оборудования.

Проверка конструктивных решений, с замерами фактических параметров машин, проводились на экспериментальных механизмах, а также при приемочных и контрольных испытаниях опытного и серийного арматурного оборудования в условиях заводов КОД и ЖБИ.

При применении общих методов конструирования машин и определении их оптимальных параметров использовались труды К.В.Фролова, О.Б.Ба-лашкина, Т.Н.Бобровникова, В.В.Болотина, С.В.Бондаренко, В.И.Павлова, М.й\Платова, А.С.Проникова, Е.Н.Мовшина, А.П.Ковалева, Б.Ф.Ха-зова, Б.А.Дидусева, П.И.Орлова, В.И.Баловнева, Д.П.Волкова, С.Н.Николаева, Е.М.Кудрявцева, М.И.Гальперина, М^Г.Домбровского, Д.Диксона, Я.Дитриха, Э.Уелкера и других.

Согласно рекомендациям К.В.Фролова и М.И.Ипзтова (см, "Конструирование машин", 1 том, М., Машиностроение, 1994 г.), система показателей.. влияющих на экономическую эффективность машин, может быть принята согласно схеме, представленной нами на рио.1, а принципиальная схема многовариантного техннко-экономичеокого анализа (ТЭА) проектируемой машины схемой по рис.2.

При ятам, в нашей работе проводился конкретный анализ по выделе-

- з -

нию и определению "прочих параметров и показателей" (рис.1) и "удовлетворение требований заказчика" (рис. 2), а такие специфических требований к конструкции и параметрам машин, их производству и эксплуатации применительно к исследуемому и разрабатываемому комплексу и отдельным видам арматурного оборудования заводов КПД и КЕН.

Практическая значимость работы.

На основе проведенных соискателем исследований и проектно-конструкторских работ,в институте Гипростроммаш, под непосредственным руководством автора,по государственным планам были разработаны и машиностроительными заводами Минстройдормаша освоены в производстве: отрезные станки (Ж-322, СШ-172Б, СЖ-133А, СМЕ-175А; универсальный гибочный станок СШ-173А; станки гибки отроповочных петель СШ-212 и сеток СМ-ЗБЗА; автоматические линии для оеток 7247СВ, 7247СЕ, 7728А/3, 7728А/4, 7934/1, 7934/2, 7975/1, 7975/2,7880/1, 7880/2, 7971, 7850 и входящие в них машины; универсальные установки и автоматические линии для каркасов плоскостных железобетонных изделий СШ-54В, CMS-56В, СМЖ-286Е, 7972; установки для каркасов колонн СМЖ-331, СЖ.-493, 7973 (CMS-767 и СШ-768); установки для каркасов железобетонных труб СШ-117В, СЖ-165, СЖ-420, гидродомкраты 6130С и 6338С для натяжения проволочной арматуры на длинных стендах и другое оборудование.

Согласно разработанным соискателем технико-технологическим требованиям и определенным параметрам, на заводах Минстройдормаша были также разработаны и освоены в серийном производстве правильно-отрезной станок СМ?-357; отрезной станок CMS-322В, ножницы СШ-214, гибочный станок СМЖ-179А, а на заводах Минэлектротехпрша - многоточечные машины сварки сеток АТМС14х75-7-2,МТМ-33, МТМ-35, КТС-06, МГМ-74, МТМ-160, МТМ-160-1, МТМ-166, МТМ-207, МТМ-244, МТМ-289, входящие в состав автоматических линий для сеток и подвесные сварочные машины МТП-1110, МТП-1111 с клещами КТП-8-4 и КТП-8-6, входящие в универсальные установки для сборки и оврки каркасов..

Большая часть машин и линий эксплуатируется на заводах КЦЦ и ЯШ не толы® Российской Федерации и стран Содружества, но и ,более, чем в 20-и странах дальнего зарубежья. К,,последним по срокам/ поставки относятся линии для/сеток 7975/1 в ФРГ (г.Мкшхен, 1993 г.) и линий 7975/1 И 7971 в Польшу (г.Ченстохов, 1998 г).

Монографии, статьи, учебники, оправочники и другие труды автора используются в учебном процессе в технических ВУЗ-ах.

Рис.1. Система показателей, определяющих экономическую эффективность машины.

Рис.2. Укрупненная схема проведения ТЭА машины на стадиях проектирования.

- Б -Апробация работы.

Результаты работы докладывались на конференциях, совещаниях, семинарах и технических ооветах: IV-й Воеосшэной конференции по строительству (Киев,, 1976 г.); Всесоюзном совещании по |развитию электросварочного оборудованию и его автоматизации (Ленинград, 1981 Г.); Всесоюзном совещании по новым видам арматуры, и ее,сварке (Волгоград, 1982 г. >; IX Всесоюзной конференции по "бетону и железобетону (Ташкент, 1983 г.), Всесоюзной научно-технической! конференции по экономииресурсов за счет .внедрения нового оборудования и технологических процессов (Ленинград, 1984 г.); научно-технических семинарах по арматурному оборудованию в ЭДЦНТП (Москва, 1977, 1978, 1981, 1987 гг.); Всесоюзном научно-техническом совеп^нии "Пути индустриализации жилщио-гражданского строительства" (Свердловск, 1987 г.); X Всесоюзной конференции по бетону и железобетону (Казань, 1989 г.); на совещании секции "Машиностроение" Российской инженерной академии (Москва, 1999, г.);, на 8-ой конференции межрегиональной ассоциации "Железобетон" (Москва, НИИХБ, 1999 г.); на ваоедании расширенного научно-технического Совета института Гипроотроммаш (Москва, 1999 г.); на совещании предприятия "ОАО Промгруппа "Строммаш" (Москва, 1999 г.).

Соискатель за создание арматурного оборудования награжден 2-я золотыми, 4-мя серебряными и 1-й бронзовой медалями ВДНХ СССР.

8а исследования, конструирование и внедрение арматурного оборудования, в теш числе для сеток аффективного армирования, в 1982 г. соискателю присвоено звание Лауреата Премии Совета Миниотров СССР.

Публикации; по теме работы опубликовано более 160 работ, из них 107 основных работ приведены в диссертации,в том числе: 10 монографий, 3 учебника и учебных пособия, 8 руководящих материалов, ГОСТов и СНиПов, 2 справочника, 44 статьи, 40 авторских свидетельств и патентов на внедренные изобретения, общим объемом 88 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация в виде научного доклада состоит из введения и 8-и глав, содержит 107 наименований библиографии, изложена на 80 страницах машинописного текста, включает в себя 41 рисунок и 12 таблиц.

На защиту выносятся следующие основные положения дисоертации в виде научного доклада.

1. Методы исследований и проектирования комплекса, линий, рядов и отдельных видов арматурных машин заводов КВД и Ш&, с обоснованием модернизации или создания нового оборудования и определением зависимости конструкции технических параметров машш и аатомагичас-

гсих линии от параметров иэготавляемых арматурных изделий, производственных, эксплуатационных и других факторов и ограничений.

Z. Методика оптимивации конструкции и параметров различных видов арматурного оборудования, с критериальной оценкой вариантов и в сравнении с аналогами по техническим показателям и приведенным затратам, учитывающим капиталовложения и эксплуатационные расходы, с разрешением технических противоречий и синтезом принципиально новых решений посредством изобретательства.

3. Методика расчета производительности и других, параметров арматурных машин и линии и влияния требуемой эксплуатационной производительности на определение конструкции и оптимизацию их показателей.

4. Методика силовых и прочностных расчетов арматурного оборудования при его конструировании.

5. Методика классификации поточных лиинй для изготовления ар-мутрных сеток, в зависимости от способов подачи арматуры, степени автоматизации технологического процесса, совмещения во времени технологических операций и их влияния на конструктивное исполнение, производительность и другие параметры линий и входящих в них машин.

6. Новый эффективный способ и оборудование для натяжения проволочной арматуры при изготовлении предварительно-напряженных железобетонных изделий на длинных протяжных стендах.

7. Обоснованные конструкция и основные параметры, разработанных на основании указанных методик и 40 изобретений соискателя, машин и линий для изготовления арматурных изделий железобетона.

Содержание работы.

1. Анализ технологического процесса и оборудовали для изготовления арматуры железобетонных изделий на заводах КПД и ЖБИ.

1.1. Анализ номенклатуры арматурных Изделий и технологического процесса их изготовления.

Технологический процесс и производительность комплекса и отдельных машин арматурного производства [34; 50] определяются номенклатурой и количеством изготовляемых на заводе армированных железобетонных изделий, т.е. (без учета товарной арматуры) потребностями формовочного производства [8;34;49;50;51;55]. Процесс носит комплексный характер, стадийные технологические процессы ai...ai, bi...bj и др. (рис.4) которого во многом взаимосвязаны С34;373.

На завод (рио.З и 4) арматурная сталь поставляется в Виде стержней 1 или мотков 2. Из стержней заготовляют мерные стержни 3 (прочее ai на отрезных станках). Из мотков изготовляют: мерные стержни

(ag, правильно-отрезные станки); строповочные петли Б (аз, станки автоматы и линии); пространственные арматурные конструкции плоскостных 6, линейных и трубчатых 9 изделий (as, автоматические линии; 34, автоматические и другие установки); плоские сетки 7 (as, автоматические линии). Стержни 3 - для изогнутых стержней 4 (В4, универсальные станки), каркасов 6 и 9 (вз.вб универсальные установки или линии), плоских сеток 7 (bi, поточные автоматические линии). Сетки 7 - для изогнутых сеток 8 и каркасов 6 и 9 (Qi,Q2,Qs)- Арматурные изделия направляются в формовочный цех или на промежуточный склад (транспортные операции Cg, Кь Оз, вв, £1,1з> Q1.T2)*

Производство арматурных изделий в арматурном цехе заводов КЦЦ или ЖЕИ или на централизованном арматурном заводе опреледяется для конкретных условий, с учетом технико-экономической эффективности, стоимости изготовления изделий требуемой номенклатуры и условий их транспортирования и сбыта С8;48;Е7],

По исследованиям изготовления арматурных изделий на централизованных заводах [573 и проектным разработкам института "Гипростром-маш", установлена целесообразность изготовления на них в основном полуфабрикатов: прямых и изогнутых стержней, сеток, закладных деталей и транспортирования их на расстояние не более 50. ..80 км на заводы КЩ и ЖВИ, где производить оборку арматурных каркасов.

Изготовление закладных арматурных деталей исследовано ранее другими авторами, нами [34; 104] и в данной работе не освещается.

1.2. Определение и ранжирование факторов, влияющих на конструкцию и параметры арматурного оборудования и критериев оценки их оптимальности и технического уровня. Аналитическими исследованиями и обобщением опыта эксплуатации машин арматурного цеха определены факторы Ф1..Ф1, имеющие причинно-следственные связи, влияющие на определение рациональной конструкции машин и их оптимальные параметры (диапазон характеристик изготовляемых изделий, производительность, типы и мощность приводов, рабочие органы и их скоростные характеристики, масса, габаритные размеры, степень механизации и автоматизации работы и др.).

Факторы ранжируем в зависимости от их значимости. Главный фактор Ф1 - параметров изготовляемых арматурных изделий: габаритные размеры (Bi, Lj, Hi), диаметры арматурных стержней (di), расстояния (шаги) между ними (Sj), допуски на размеры (Д4), масса (mi) и другие.

Следующие по значимости факторы: - обеспечение арматурой бесперебойной работы формовочных цехов завода, о созданием запасов ар-

t l с

матуры на 8 часов их работы; Фз -требования безопасности, санитарные, экологические и эргономические. Далее факторы ранжирются в зависимости от типа оборудования: Ф4 - условия установки и эксплуатации оборудования в арматурном цехе (в том числе отдельно или в комплексе с другими машинами); Ф5 - допускаемые цены занимаемых площадей, энергии; Фб - технологические возможности завода-изготовителя машин, 'характеристики комплектующих стандартных изделий; Ф? -требования надежности и ремедеопригодности в условиях заводов ЯВИ; ®8 - требования по обеспечению патентоспособности или патентной чистоты; Фд - необходимая технологическая гибкость оборудования, возможность его переналадки для изготовления арматурных изделий с различными параметрами; Фю - простота наладки и эксплуатации оборудования С44; 46]; Фц - наличие и технические характеристики аналогов и другие факторы.

Технический уровень и качество машин оцениваем согласно методике, разработанной институтом "Гипростроммаш" применительно к оборудованию для производства сборного железобетона в соответствие о ГОСТ 2.116-84 и ОСТ 22.1622-84 по группам основных показателей, в функциях от факторов назначения: П1 » f(®i,®2,®8i®9.®io); экономного использования сырья, материалов и энергии П2 = f(Ф4,Ф5,Фб); надежности Пз = f(®g,®4,®5,®7); эргономических П4 = f(Фз,®4); эстетических П5 « f(Фз.Фб); технологичности Пб = f (®5,Фб); стандартизации и унификации П7 .= f(®5.®6); патентоправовых Пв » f (Фд); безопасности Пд в f(®3.®4.®7.®io). экономических Пю - f(Ф1...Ф10. ®ii).