ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Комплекс для обвязки бунтов проволоки и сортового проката большой массы».

Рекомендуемая область пременения

Черная металлургия
- выполнение работ по упаковке сортового проката и бунтов проволоки.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – разработка современных агрегатов реализующих новые технологии по обвязке некруглых сечений проволокой с формированием высокопрочных узлов.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В настоящее время операция обвязки по сечениям сортового проката, рулонов штрипса и бунтов проволоки выполняется на агрегатах имеющих невысокую производительность, занимающих значительные площади и имеющих большое энергопотребление. По некоторым изделиям, бунтам проволоки большой массы (более 1 тонны), обвязка производится вручную или лентой. В последнем случае имеет место значительные дополнительные затраты. Ручная обвязка не обеспечивает требуемой плотности и прочности соединения, что приводит к потере товарного вида готовой продукции при значительных перемещениях.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Комплекс предназначен для обвязки сечений: шириной 200…400 мм; высотой 800…2500 мм. Диаметр обвязочной проволоки  - 5…7  мм. Время обвязки (сечения 250 * 2000) - 24 сек. Формируемый тип узла - «оплетка».

Рис.1. Схема направляющей проводки

Обвязываемое сечение готовой продукции современных сортовых и проволочных станов характеризуется высоким коэффициентом Кс, равного отношению большего из размеров к меньшему по главным осям обвязываемого сечения Кс = в /а (рис.1).

Кроме того, пространство вокруг обвязываемого сечения крайне ограничено. Это обусловлено наличием паллет или консолей, на которых формируются бунты, прижимных лап пресса. При этом ограничено пространство как внутри сечения, так и вокруг него.

При величине Кс больше 3 единиц наиболее приемлемой является направляющая, которая в плоскости обвязываемого сечения имеет О–образную форму (рис.1).

Направляющая представляет собой сочетание прямолинейных и криволинейных участков. Основной особенностью является значительное удаление друг от друга точек приложения движущего усилия и внешних нагрузок на обвязочную проволоку.

При движении по направляющей обвязочная проволока подвергается изгибу при различных условиях нагружения.

Специфика конструкции и условий движения обвязочной проволоки определила разработку специальной методики расчета усилий для ее задачи.

В общем случае в процессе движения обвязочной проволоки усилие со стороны устройства задачи затрачивается: на изменение ее формы, преодоление инерционных нагрузок и сил трения.

Каждая из перечисленных составляющих является функцией кинематических параметров и параметров направляющей проводки.

Всю направляющую, по которой движется обвязочная проволока, следует разделить на участки. Под участком понимается часть направляющей, в пределах которой характер нагружения обвязочной проволоки имеет постоянный характер.

Характер нагружения обвязочной проволоки на одном и том участке направляющей может меняться в зависимости от этапа ее задачи.

Кроме того, число участков будет определяться местом ввода проволоки в направляющую.

Наиболее рациональным местом ввода является точка, лежащая на внешнем контуре обвязываемого сечения.

О-образная направляющая имеет восемь участков. Участок I представляет собой прямолинейный участок направляющей (рис.1), расположенный за точкой ввода обвязочной проволоки. В пределах этого участка происходит свободное движение проволоки по направляющей без деформаций. На начальном этапе движения переднего конца проволоки по участку I силовые воздействия на обвязочную проволоку практически отсутствуют.

На установившемся этапе движения на участке I возникает силовое взаимодействие между обвязочной проволоки и направляющей.

Участок II располагается на направляющей от точки А до точки К. Участок существует на первом этапе. Точка А есть точка перехода с прямолинейного участка в криволинейный. Положение точки К определяется пересечением продолжения внутреннего контура прямолинейного участка с внешним контуром криволинейного участка направляющей. В пределах участка происходит деформация переднего конца. Характерным для движения обвязочной проволоки после участка II является наличие недеформированного, прямого переднего участка.

Участок III начинается в точке А и заканчивается в точке Н. Участок III существует на установившемся этапе движения. В пределах участка происходит упругопластическая деформация обвязочной проволоки. В пределах этого участка на обвязочную проволоку действуют распределенные по длине: инерционная нагрузка, сила трения, реакция со стороны направляющей.

Участок IV имеет начало в точке Н и продолжается до точки Л. В пределах участка IV происходит движение упругодеформированной обвязочной проволоки по направляющей. На проволоку действуют распределенные по её длине: инерционная нагрузка, сила трения, реакция со стороны направляющей. Проволока не подвергается дополнительной пластической деформации.

После прохождения обвязочной проволокой точки Л начинается деформация проволоки в противоположном направлении. Этот процесс происходит на участке V протяженностью от точки Л до точки П. На обвязочную проволоку на участке V действуют сосредоточенные поперечные силы со стороны направляющей и силы трения.

Участок VI идентичен участку III. В его пределах обвязочная проволока упругопластически деформируется. Отличительной особенностью является величина деформации. После прохождения участка V в обвязочной проволоке сохраняются остаточные деформации.

Участок VII и VIII аналогичны соответствующим участкам IV и V. При этом подобие этих участков полное.

Как отмечалось ранее, при движении обвязочной проволоки могут реализовываться различные этапы движения, для которых характерно определенное сочетание реализуемых участков. Возможны следующие варианты, представляющие интерес с точки зрения формирования методики расчета:

1. Начальный этап движения. Сопротивления присутствуют на участке I – II.

2. Установившийся этап движения. Сопротивление движению существуют на участках I, III – VIII.

Сопротивление движению обвязочной проволоки зависит и от формы поперечного сечения.

Форма поперечного сечения направляющей для  проводки не постоянна по длине. В процессе движения обвязочная проволока не должна выходить за пределы проводки. После обвода сечения обвязочная проволока должна беспрепятственно выйти из направляющей. Данное условие выполняется за счет того, что проводка имеет открытую форму.

В направляющей проводке обвязочная проволока получает деформацию в плоскости обвязываемого сечения. В связи с этим открытая часть профиля рабочего канала на прямолинейных участках ориентирована в направлении, перпендикулярном плоскости обвязываемого сечения. Это исключит ее выход при движении по прямолинейным участкам.

На криволинейных участках проволока контактирует только с внешней относительно обвязываемого сечения стороной рабочего канала. Это обусловлено тем, что проволока деформируется упругопластически. В силу этого открытая часть рабочего канала обращена к обвязываемому сечению. В этом случае упрощается конструкция проводок и облегчается выход из них проволоки. Отпадает необходимость выполнения движений по замыканию поперечных профилей рабочих каналов. Все это обеспечивает более простую механическую систему по сравнению с аналогичной продукцией Шведской фирмы «Sund Birsta».

Основными требованиями, предъявляемыми к узлам, соединяющим концы обвязочной проволоки, являются: прочность, компактность, отсутствие выступающих концов, простая конструкция для его формирования. Узел типа «оплетка» является наиболее приемлемым. Такой тип узла наилучшим образом соответствует перечисленным требованиям и предъявляемым, в частности, к экспортной продукции.

Особенность работы традиционной вязальной головки заключается в том, что в начальной фазе формирования узла, соединяемые ветви входят в соприкосновение по образующим на всей длине связываемого участка. Узел начинает формироваться с шагом, равным длине участка. По мере увеличения угла поворота шаг узла уменьшается. Это происходит за счет «уплотнения» ранее сформированной части. Такая схема формирования узла ведет к значительному увеличению напряжений в частях проволоки, прилегающих к вязальной головке, и может привести к разрушению обвязочной проволоки.

Данная особенность не позволяет получить узел по прочности, равный прочности основной проволоки, т.к. для этого необходимо обеспечить 2,5 – 3 оборота вязальной головки (в зависимости от расстояния между торцом вязальной головки и точкой фиксации конца проволоки). Однако при этом вероятность разрушения узла резко возрастает. В связи с этим на практике формируется узел максимум в два оборота вязальной головки, что соответствует 1,5 – 1,7 шага на узле.

Предлагается использовать новую конструкции вязальной головки (рис.2).

Рис.2. Схема контакта ветвей с усовершенствованной вязальной головкой

Принципиальным отличием является образование сектора не двумя, а тремя плоскостями, расположенными особым образом. При этом положение ветвей связываемых проволочек определяется параметрами: ? - углом наклона контактирующей поверхности, e - расстоянием от оси до точки начала контактирующей поверхности, l - шириной паза, ОВ - кратчайшим расстоянием от оси вращения вязальной головки до оси обвязочной проволоки. При использовании вязальной головки в составе машины для обвязки металлопроката большой массы ветви обвязочной проволоки изначально располагаются на некотором удалении друг от друга и оси вращения головки. Это обеспечивает начало формирования узла от точки крепления проволочек в зажимах с последующим его ростом в направлении вязальной головки.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Пакетирование и упаковка – заключительные операции в прокатном производстве. Качественное выполнение их определяет сохранность готовой продукции при погрузке, транспортировке, облегчает их складирование и хранение. Одним из основных факторов, обеспечивающих увеличение рынка сбыта готовой продукции черной металлургии, наряду с улучшением ее качества, является правильная и рациональная обвязка и упаковка.

В связи с этим особую остроту приобретают вопросы соответствия качества обвязки и упаковки современным требованиям. Следует отметить, данные вопросы не решены в полном объеме даже на передовых предприятиях черной металлургии, таких как ОАО «ММК» и ОАО «Белорецкий металлургический комбинат». В приказах генерального директора ОАО «ММК» №429 от 30.07.2002 г. «О результатах предварительной аудиторской проверки системы менеджмента качества» и №569 от 04.10.2002 г. «О развитии системы менеджмента качества» отмечается несоответствие в полном объеме стандарту ИСО 9001 : 2000 в части пунктов 4.2.4, 7.5.3 и 7.5.5, определяющих требования к идентификации, погрузочно – разгрузочным работам и упаковке.

С целью приведения в соответствие с требованиями ИСО 9001 : 2000 на заседании технического совета ОАО «ММК» от 14.11.2002 г. принята «Программа по идентификации, взвешиванию и упаковке металлопродукции в ОАО «ММК», в соответствии с которой признано необходимым совершенствование системы упаковки готовой продукции с целью доведения ее до требования стандарта ИСО.

Аналогичным образом обстоит дело с упаковкой и на других предприятиях, производящих прокатную продукцию.

Экономически и технологически целесообразно производить обвязку непосредственно в технологической линии. В этом случае минимизируется перемещение не обвязанной продукции. Как следствие, уменьшается доля брака, обусловленная дополнительными движениями и перекладками. Уменьшается площадь, занимаемая оборудованием. Однако, в этом случае повышаются требования к выполнению операции обвязки. В первую очередь, накладываются жесткие требования по времени обвязки. Особенно это проявляется при производстве катанки и рулонов штрипса.

Использование предлагаемых разработок позволит наладить выпуск комплекса, не выпускаемого в РФ, и обеспечивающего обвязку сортового проката и бунтов проволокой в технологической линии. Качество обвязки по сечениям соответствует лучшим образцам выпускаемых за рубежом. При этом за счет использования новых технических решений стоимость комплекса, комплектуемого из оборудования выпускаемого в России, составит 400 – 500 тыс. рублей за каждую машину. Стоимость аналогичной машины выпускаемой фирмой «Sund Birsta» (Швеция) 150 – 180 тыс. $.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Высокая производительность. Для обвязки одного сечения (сечения 250 * 2000) требуется 24 сек.

Безлюдная технология. 100% автоматизация на основе гидроприводов и микропроцессорных средств.

Новые потребительские свойства продукции

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Упаковка готовой продукции соответствует требованиям ISO.

Стадия и уровень разработки

Предлагаемые инвестиции

0,5 млн. руб.

Рынки сбыта

Строящиеся сортовые и проволочные станы. Для каждого из которых необходимо 8-10 комплексов.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализации не имеет аналогов в России и способна заменить лучшие образцы производимые в Швеции для всех Европейский производителей сортовых станов.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

24.01.2007