Как оборудовать кирпичные заводы для различных годовых мощностей

На протяжении четырех десятилетий ОАО "НИИстроммаш" (ранее Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по машинам для промышленности строительных материалов "ВНИИстроммаш") является головной организацией в области исследований и конструкторских разработок технологических комплексных линий, машин и оборудования для промышленности строительных материалов, в том числе для производства керамического кирпича. Институт расположен в городе Гатчина Ленинградской области. У института большой опыт создания новых и реконструкции действующих кирпичных заводов. Это касается главным образом технологического оборудования, компоновок технологических линий, систем управления на любой элементной базе. Опыт института обобщает гл. специалист, к.т.н. А.Б. Обливанцев.

Из всего набора оборудования линии кирпичного завода основное внимание уделяется наиболее сложной ее части — комплексу оборудования резки, укладки сырца, комплектования, садки, транспортирования изделий. За базовый комплекс принят комплекс СМК-560 — как наиболее легко поддающийся разнообразным изменениям применительно к различным строительным частям.

Базовый комплекс оборудования резки, укладки сырца, комплектования, садки, пакетного транспортирования изделий представляет собой набор технологического оборудования включая системы автоматического управления для автоматизации и механизации операций отрезки мерного бруса, резки его на изделия, укладки изделий на сушильную оснастку, комплектования, садки, пакетного транспортирования изделий.
Комплекс предназначен для использования в составе технологической линии годовой мощности до 12 млн штук условного кирпича по выпуску кирпича размерами 250х120х65 мм, кирпича утолщенного 250х120х88 мм, камня 250х120х138 мм. Эта производительность обеспечивается при условии соблюдения других факторов, например, наличия накопителя шихты перед прессом для исключения простоев линии, не зависящих от работы комплекса.

Показатели назначения комплекса СМК-560:
— Производительность, тыс. шт. усл. кирпича в час — 5.
— Установленная мощность, кВт, не более — 34.
— Масса, кг, не более — 32.000.

Комплекс оборудования резки, укладки, комплектования, садки и транспортирования изделий СМК-560 (рис. 1):
1) стол приемный;
2) автомат резки и укладки сырца;
3) конвейер подачи рамок (груженых);
4) элеватор;
5) перегружатель;
6) элеватор (разгрузчик);
7) автомат-комплектовщик изделий;
8) автомат-манипулятор сад-ки изделий;
9) конвейер подачи рамок (порожних);
10) захват вилочный и/или грейферный;
11) сборочные единицы и детали к комплектации комплекса;
12) система автоматического управления оборудованием комплектования и садки изделий;
13) система автоматического управления оборудованием резки и укладки сырца.

Автомат резки и укладки сырца осуществляет прием бруса от пресса, его резку на мерные куски с последующей разрезкой на изделия, укладку сырца на рамки и транспортирование груженых рамок на конвейер подачи рамок. Механизмы резки объединены в резчике, механизмы раздвижки, подачи рамок, укладки на них изделий и транспортирования рамок с изделиями к конвейеру подачи рамок — в укладчике. Оба устройства — резчик и укладчик — имеют унифицированную электроразводку, соединяемую с помощью штепсельных разъемов, что обеспечивает быстрый монтаж в технологической линии. Привод механизмов автомата электромеханический.
Конвейер подачи груженых рамок предназначен для приема груженых рамок от автомата резки и пошаговой подачи рамок на элеватор. Конвейер состоит из приводной и конечной секций. Подача рамок осуществляется замкнутыми цепями с электромеханическим приводом и электромагнитной муфтой. Дополнительные устройства обеспечивают согласованность работы конвейера с автоматом резки и укладки сырца.
Конвейер подачи порожних рамок предназначен для приема порожних рамок и подачи их в автомат резки и укладки сырца. Конструкция конвейера аналогична конструкции конвейера подачи груженых рамок.
Элеватор-накопитель предназначен для приема груженых рамок от конвейера и подачи рамок и накопления их на полках при пошаговом подъеме полок с рамками. Элеватор состоит из электромеханического привода, рамы и цепного подъемника. Для точности и надежности фиксации каждый из двух ведущих валов подъемника снабжен храповым механизмом.
Элеватор-разгрузчик предназначен для приема рамок (груженых) от перегружателя и выдачи рамок в автомат-комплектовщик при пошаговом снижении полок с рамками. Конструкция элеватора аналогична конструкции элеватора-накопителя, но вместо храповых механизмов ведущие валы снабжены тормозами.

Перегружатель предназначен для выгрузки рамок из элеватора, транспортировки и загрузки их в сушила, выгрузки и транспортирования из сушил и загрузки в элеватор. Перегружатель состоит из вилочного загрузчика и передаточной тележки. Загрузчик обеспечивает загрузку рамок в элеватор и камерные сушила, выгрузку их из элеватора и сушил, а также транспортирование рамок в пределах канала сушила. Он представляет собой самоходную консольную вагонетку с колесными парами, на которой предусмотрены неподвижная рама с приводом подъема, подвижная рама с десятью парами вил, кабина оператора, электроразводка и устройство для подвески кабеля. Тележка для транспортирования загрузчика к месту загрузки и выгрузки рамок состоит из платформы, опирающейся на колесные пары, на которой размещены рельсовый путь для загрузчика и приводы перемещения тележки. Работой перегружателя управляет оператор с пульта, находящегося на загрузчике.
Автомат-комплектовщик изделий предназначен для выгрузки рамок из элеватора, выравнивания при необходимости рамок по торцам и расположенных на них изделий по внешним плашковым граням для обеспечения ширины слоя в соответствии с рисунком садки, раздвижки и комплектования груженых рамок. Автомат состоит из конвейеров загрузки и выгрузки рамок, комплектовщика и накопителя.
Конвейер выгрузки рамок и комплектовщик выполняют операции выгрузки груженых рамок из элеватора, выравнивания рамок и изделий, раздвижки рамок для обеспечения попадания рабочих органов комплектовщика и автомата-садчика между строками изделий, комплектования груженых рамок в соответствии с рисунком садки и подачи порожних рамок на конвейер загрузки.
Комплектовщик содержит два приводных рычажных устройства, выполняющих по программе комплектование рамок при подъеме упоров устройств в верхнее положение.

Конвейер загрузки рамок осуществляет прием порожних рамок от комплектовщика, подачу их на накопитель (при его верхнем положении), выравнивание, прием рамок от накопителя после его опускания. Конвейеры выгрузки и загрузки рамок и комплектовщик унифицированы с конвейерами подачи рамок.
Накопитель включает две опоры для рамок, принудительно поворачивающиеся вокруг неподвижной оси в верхнее или нижнее положение. В верхнем положении на него подаются порожние рамки до контакта между собой. После опускания в нижнее положение рамки укладываются на конвейер загрузки.
Автомат-манипулятор садки изделий предназначен для съема высушенных изделий с рамок, находящихся на автомате-комплектовщике, и формирования из изделий (по программе) пакета в соответствии с рисунком садки.
Автомат состоит из тележки, привода для ее перемещения, захвата, эстакады и электрооборудования. Тележка представляет собой раму, передвигающуюся на двух колесных парах по направлению эстакады.
На раме установлен привод для подъема и опускания захвата, подвешенного на цепях к тележке и содержащего зажимное устройство и механизм его поворота на 90 градусов.

Групповой захват — неприводной механизм, подвешиваемый на грузоподъемном средстве и обеспечивающий съем пакетов с поста садки, загрузку (выгрузку) их в печь или на вагонетку и установку пакетов на поддоны.
Работой захвата управляет оператор. Предусмотрено два типа захватов: вилочный, состоящий из рамы, вил с зажимными щеками для захвата изделий первого слоя (ножки) и рычажной системы для приведения в действие зажимных щек, и грейферный, состоящий из рамы, четырех двуплечих силовых рычагов, попарно насаженных на каждую из двух осей, смонтированных на раме, траверсы, двух прижимов и автоматического фиксатора, управляющего смыканием и размыканием прижимов при подъеме и опускании захвата.
Система автоматического управления оборудованием резки и укладки сырца обеспечивает работу оборудования в следующей последовательности. Формуемый прессом брус подается на стол приемный и далее в автомат резки и укладки сырца. Последний разрезает экструдат на мерные брусы, которые после ускоренной подачи на позицию многострунной резки режутся на изделия (с образованием облоя в конце каждой строки). В процессе укладки изделий на рамки обеспечиваются технологические зазоры, необходимые для сушки и последующего обжига. Затем уложенные на рамки строки (каждая строка равна длине и ширине обжигового пакета) подаются на конвейер подачи рамок, выполняющий пошаговую подачу строк с рамками в элеватор (накопитель). Последний осуществляет накопление строк с рамками на 10 уровнях (по 4 строки на каждой паре полок в горизонтальной плоскости) путем пошагового подъема полок.

После полного заполнения элеватора гружеными рамками перегружатель выполняет выгрузку рамок из элеватора, их транспортирование и загрузку в блок камерных сушил, выгрузку из сушильных каналов рамок с уже высушенными изделиями, транспортирование их и загрузку в элеватор (разгрузчик).
Система автоматического управления оборудованием комплектования и садки изделий обеспечивает работу оборудования в следующей последовательности. Элеватор выполняет выдачу высушенных изделий с рамками на автомат-комплектовщик изделий. Далее последний осуществляет раздвижку и комплектование (в соответствии с рисунком садки) груженых рамок, а также загрузку порожних рамок (после снятия с них изделий захватом) в накопитель, который затем сплачивает их группами по 6 штук с последующей выдачей рамок в конвейер подачи рамок и далее в автомат резки и укладки. Также в автоматическом режиме осуществляются съем высушенных изделий с рамок и установка их на тележку передающего устройства захватом автомата-манипулятора.
Сформированные пакеты групповым захватом передаются на конвейер для транспортировки пакетов и на участок накопления пакетов для последующей загрузки печи. Обожженные пакеты устанавливаются на поддоны, расположенные на эстакадах участка упаковки готовой продукции, обвязываются лентой или фиксируются иным способом и вывозятся за пределы производственного корпуса под разгрузку с помощью автопогрузчика (или иным способом).

Сборочные единицы и детали к комплектации комплекса — набор упоров для тележек и загрузчиков перегружателей, конечные выключатели, установленные на фундаменте и дающие сигналы в системы управления при воздействии на выключатели машин и механизмов.
Годовая производительность завода может быть увеличена (вариант 2 на рис. 2) путем монтажа дополнительного буферного элеватора 18 (накопителя груженых рамок с конвейером 19). Накопленный в результате отказов или простоев последующего оборудования запас груженых рамок используется для заполнения элеватора 4, взаимодействующего с загрузчиком перегружателя, в случае простоя автомата резки и укладки сырца, пресса, конвейера, питающего сырьем пресс, или питателя с бункером.
Между автоматом 7 (рис. 2) и конвейером 9 может быть предусмотрен второй дополнительный буферный элеватор 17 (накопитель порожних рамок). Накопленный в результате отказов последующего оборудования запас порожних рамок используется для обеспечения работы автомата 2 в случае простоя автоматов 7, 8, элеватора 6 или перегружателя 5.
Для увеличения производительности и исключения работы оператора в сушильной камере (согласно технике безопасности) может быть применен перегружатель СМК-465.50 (поз. 5), загрузчик которого работает в автоматическом режиме (без участия оператора) при загрузке сушил рамками и выгрузке их из сушил (авт. свид. 173134).

Автоматизированный перегружатель СМК-465.50 всесторонне испытан в стендовых условиях НИИстроммашина (подобный перегружатель в упрощенном варианте длительное время эксплуатируется на Алексинском кирпичном заводе).
При соответствующей структуре строительной части в случае необходимости увеличения годовой мощности базовый вариант 1 дополняется двумя элеваторами, одним перегружателем, передающим устройством или конвейером подачи пакетов. Полученный вариант 3 (комплекс СМК-465) представлен на рис. 3.
При необходимости дополнительного увеличения производительности за счет уменьшения простоев и увеличения надежности работы машин между конвейером 3 и элеватором 4 (вариант 3) устанавливается буферный элеватор 20 и дополнительный конвейер подачи рамок 21. Тем самым вариант 3 преобразуется в вариант 4 (рис. 4).
Возрастает потребность в мини-заводах годовой мощности до 3 млн штук усл. кирпича. В этом случае к столу 1, автомату 2, конвейеру 3, элеватору 4, перегружателю 5, элеватору 6, конвейеру 9 (из варианта 1) добавляется несколько простых машин: конвейер цепной 17, толкатель рамок 21, конвейер 22, а также электропогрузчик. Тем самым вариант 1 преобразуется в вариант 5 (рис.5).
При создании заводов средней мощности (до 40 млн штук усл. кирпича) линия составляется из двух технологических потоков (авт. свид. 1643151), каждый из которых обслуживается комплексом СМК-465. Технологические потоки снабжены передвижными мостами для обеспечения перемещения загрузчиков перегружателей от одного потока на другой, а также двумя дополнительными элеваторами, автоматом-комплектовщиком изделий, автоматом-манипулятором садки изделий. Каждый технологический поток выполняет операции резки, укладки сырца на сушильные рамки, установку групп рамок с изделиями в камерные сушила, их разгрузку, формирование пакета изделий для обжига, возврат порожних рамок под загрузку, а машины одного технологического потока в случае остановки машин другого потока выполняют их функции на время остановки благодаря применению передвижных мостов.

Таким образом скомпоновано 6 основных вариантов комплексов (не считая производных), рассчитанных на широкий диапазон по годовой мощности (от 3 до 37 млн шт. усл. кирпича). Учитывая корреляцию (см. выше) между массами комплексов и их производительностью (годовой мощностью), определим производительность каждого варианта по его массе, заимствованной из рабочей документации.
По базовому варианту 1 определяется удельная металлоемкость m (относительный параметр насыщенности комплекса оборудованием) как частное от деления массы м (кг) оборудования на годовую мощность комплекса Q (тыс. шт. усл. кирпича): m = м/Q = 30300/12000 = 2,5.
Производительность выбирается на основании стендовых испытаний или замеров на месте эксплуатации кирпичного завода.
С учетом изложенного параметр m принимается и для других вариантов при определении ориентировочной годовой мощности.
Вариант 2: Q = м/m.
После подстановки численных значений Q = 413000/2,5 = 16500 тыс. шт. усл. кирпича.
Вариант 3: Q = 45500/2,5 = 18000 тыс. шт. усл. кирпича.
Вариант 4: Q = 50500/2,5 = 20000 тыс. шт. усл. кирпича.
Вариант 5: для мини-заводов (годовая мощность до 3 млн шт. усл. кирпича) приведенная последовательность определения производительности непригодна, т.к. операции садки изделий выполняются вручную, что означает невысокую производительность по сравнению с автоматической садкой.
Вариант 6: Q = 934000/2,5 = 37000 тыс. шт. усл. кирпича.

Таким образом, из одинаковых блоков (машин и механизмов) можно составить различные варианты комплексов, которые могут быть применены для различных структур строительных частей. Очевидно, что создание комплексов на известной единой машинной базе экономичнее создания таких комплексов из новых машин и механизмов, т.к. исключаются большие затраты на проектно-конструкторские работы, освоение производства нового оборудования, его испытания и доводку в условиях кирпичного производства.
Кроме того, учтены предложения ряда западных фирм по расширению производства кирпича путем дополнения действующих производств целыми линиями (технологическими потоками). Поэтапное расширение производства возможно, например, по мере получения прибыли от реализации готовой продукции. Изначально в проектах заводов целесообразно предусматривать возможность расширения, причем таким образом, чтобы капитальные затраты при его реализации были минимальными.

Подготовил Вячеслав ГИЛЕВИЧ,фото сайта gatchina.ru