Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование систем повышения эффективности обработки деталей дробью при условии снижения шума и вибрации на рабочем месте оператора. Учебное пособи
.pdf
1
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ
ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ДРОБЬЮ
ПРИ УСЛОВИИ СНИЖЕНИЯ ШУМА И ВИБРАЦИИ
НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ ОПЕРАТОРА
Учебное пособие
Ростов-на-Дону
ДГТУ
2019
2
УДК 629.7.018.4(075.8)
П79
Рецензент
доктор технических наук, профессор А.Е. Литвинов
Авторы:
Б.Ч. Месхи, К.О. Кобзев, В.Г. Лебеденко, А.В. Мозговой, И.М. Чукарина
Проектирование систем повышения эффективности обработки
П79 деталей дробью при условии снижения шума и вибрации на рабочем
месте оператора : учеб. пособие / Б.Ч. Месхи [и др.] ; Донской гос. техн.
ун-т. – Ростов-на-Дону : ДГТУ, 2019. – 84 с.
ISBN 978-5-7890-1745-6
Приведена физическая модель процесса загрязнения воздушной среды
для дробеструйной установки. Рассмотрены основные технологические параметры процесса обработки дробью. Дано теоретическое обоснование системы борьбы с загрязняющими веществами. Приведены результаты экспериментальных исследований и технологические рекомендации для упрочняющей обработки деталей дробью. Изложена методика выбора экономичной
системы борьбы с загрязняющими веществами, позволяющая обеспечить
требуемую эффективность мероприятий.
Предназначено для обучающихся бакалавриата и магистратуры. Может
быть полезным аспирантам, научным и инженерно-техническим работникам,
специализирующимся в области машиностроения и изучающим проблемы
разнохарактерных технологических процессов машиностроительных предприятий.
УДК 629.7.018.4(075.8)
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Донского государственного технического университета
Научный редактор
доктор технических наук, профессор М.А. Тамаркин
ISBN 978-5-7890-1745-6
© Донской государственный
технический университет, 2019
3
ВВЕДЕНИЕ
Качество изделий во многом определяется параметрами поверхностного слоя их деталей, которые формируются на финишных
операциях.
Для получения требуемых характеристик поверхностного слоя деталей широко используется упрочнение поверхностным пластическим
деформированием (ППД). Одним из наиболее эффективных и распространенных методов ППД является обработка дробью (ОД). Этот метод
применяют для упрочнения деталей и инструментов сложной формы,
для обработки деталей, имеющих малую жесткость и для очистки деталей от окалины, нагара, остатков формовочной смеси на отливках,
очистки сварных швов и т. п.
Проектирование технологических процессов ОД затруднено из-за
отсутствия теоретических зависимостей для определения шероховатости обработанной поверхности. Недостаточно полно изучены вопросы
формирования степени и глубины упрочнения поверхностного слоя обработанных деталей, не разработана аналитическая методика расчета
технологических параметров процесса ОД для обеспечения требуемого
качества изделий.
Несмотря на широкие технологические возможности и высокую
эффективность ОД, процесс обработки сухой дробью имеет ряд недостатков. Применение данного метода на операциях очистки сопровождается интенсивным пылеобразованием в рабочей зоне оператора, что
негативно сказывается на состоянии здоровья работников предприятий.
Таким образом, решение задачи аналитического расчета рациональных режимов процесса упрочняющей обработки дробью и обеспечение предельно допустимой концентрации пыли в воздухе дробеструйной камеры являются актуальными.
4
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРИ РАБОТЕ УСТАНОВКИ
ОБРАБОТКИ ДРОБЬЮ
1.1. Построение физической модели процесса
загрязнения воздушной среды для дробеструйной камеры
Для детального анализа особенностей влияния процесса обработки
отливок в дробеструйной камере на загрязнение воздушной среды рассмотрим блок-схему физической модели процесса загрязнения. Технологию очистки отливок дробью примем как совокупность процессов,
в каждом из которых выделены основные объекты, взаимодействие которых вызывает образование, выделение и распространение загрязняющих веществ (ЗВ) в рабочей зоне (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Блок-схема физической модели процесса загрязнения воздушной среды
дробеструйной камеры
В дробеструйной камере источником образования ЗВ1 и выделения
ЗВ2 являются дробь и поверхность детали. Третьей стадией процесса
загрязнения воздушной среды является распространение ЗВ в воздухе
рабочей зоны, которое происходит под воздействием механических,
аэродинамических и других факторов на образовавшийся аэрозоль.
5
В процессе образования и выделения внутри дробеструйной камеры ЗВ2 претерпевают различные количественные и качественные изменения, трансформируясь при этом в ЗВ3. Количественным изменением,
прежде всего, является изменение концентрации дисперсной фазы (частиц пыли) в загрязняющем аэрозоле. Качественным изменением является изменение дисперсного состава пылевого аэрозоля в процессе его
распространения во внутреннем объеме помещения. Концентрация
дисперсной фазы при этом будет уменьшаться. Крупные частицы будут
подвергаться седиментации, в результате чего средний медианный диаметр частиц в составе аэрозоля уменьшается.
Структура физической модели предполагает последовательное рассмотрение процессов образования, выделения и распространения загрязняющего аэрозоля как зависимых событий (см. рис. 1.1). Сущность
физической модели процесса загрязнения воздушной среды с учётом
возможности реализации зависимых последовательных событий может
быть выражена формулой, характеризующей вероятность процесса загрязнения как совокупность вероятностей последовательного протекания физических процессов: образования ЗВ (Р
обр
), выделения ЗВ из
объёма сырьевого материала (Р
выд
), распространения ЗВ в воздухе по-
мещения (Р
распр
):
Р
загр
= Р
обр Рвыд Рраспр
,
где Р
обр
, Р
выд
, Р
распр
– вероятность протекания соответствующих физиче-
ских процессов.
В процессе загрязнения воздушной среды, на каждой его стадии,
участвуют различные физические объекты. Основным физическим объектом, связывающим все остальные, являются ЗВ, так как они, взаимодействуя с различными физическими объектами, присутствуют на всех
этапах загрязнения, изменяя значения своих параметров.
Рассмотрим более подробно характеристики основных физических
объектов модели (технологическое оборудование, технологическое
сырье и т. д.) для оценки объема и состава выбросов ЗВ в воздушную
среду от рассматриваемого технологического процесса.
Технологическое оборудование участвует в процессе загрязнения
воздушной среды на стадиях образования и выделения ЗВ. При построении модели процесса загрязнения для участка обработки отливок в качестве технологического оборудования рассмотрена дробеструйная
камера.
6
Технические характеристики дробеструйной камеры:
длина…………………………………….
ширина…………………………………..
высота…………………………………...
высота приямков……………………….
производительность, т/ч……………….
рабочая среда…………………………...
5800 мм;
5800 мм;
3500 мм;
2500 мм;
0,8 – 0,9
дробь (ГОСТ 11964 – 81)
Технологическое сырье, участвующее на стадиях образования и
выделения ЗВ, является одним из основных объектов, которые влияют
на процесс загрязнения воздушной среды. Поэтому так же, как технологическое оборудование, требует особого внимания.
Технологическим сырьем для организации работы на участке обработки отливок в дробеструйной камере являются дробь и отливки.
Поверхность отливок является источником образования ЗВ. Отливки представляют собой отформованную деталь с неудаленными прибылями, литниками и остатками горелой формовочной смеси. При их
очистке применяют дробь техническую из чугуна и стали. Рекомендуется использовать дробь в зависимости от массы отливки (табл.1.1).
Таблица 1.1
Масса отливки, кг
Диаметр дроби, мм
20 – 100
1,5 – 2,0
Более 100
2,0 – 3,0
Важным объектом, участвующим в процессе загрязнения воздушной среды и влияющим на распространение ЗВ, является воздух рабочей зоны. Поскольку рабочая зона находится в закрытом пространстве
(ограничена помещением участка обработки отливок), то параметры
микроклимата определяются следующими условиями.
Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека.
Они обеспечивают общие и локальные ощущения теплового комфорта
в течение восьмичасовой смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня трудоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.
7
Допустимые микроклиматические условия установлены по критериям теплового и функционального состояния человека на период
восьмичасовой рабочей смены. Они не вызывают повреждений или
нарушений в состоянии здоровья, но могут приводить к возникновению
общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению
механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению
работоспособности.
Оптимальные и допустимые значения параметров микроклимата
различны для отдельных категорий работ, а также для двух периодов
года (теплого и холодного). Работа оператора дробеструйной камеры
относится к категории IIа.
По результатам аттестации рабочих мест для рабочего места оператора дробеструйной камеры в теплый период года фактические значения параметров микроклимата составили:
– температура воздуха – 30 ºС;
– относительная влажность воздуха – 45 %;
– скорость движения воздуха – 1,1 м/с.
Концентрация пыли горелой формовочной земли составила
95 мг/м3.
Так как замеры на рабочих местах были проведены в теплое время
года, то оптимальные и допустимые параметры приняты для этого же
периода.
В рассматриваемом случае оптимальные значения параметров
микроклимата составляют:
– температура воздуха – 19 – 21 ºС;
– относительная влажность воздуха – 40 – 60 %;
– скорость движения воздуха – 0,2 м/с.
Допустимые значения параметров микроклимата:
– температура воздуха – 17 – 23 ºС;
– относительная влажность воздуха – 15 – 75 %;
– скорость движения воздуха – 0,1 – 0,3 м/с.
Предельно допустимая концентрация (ПДК
р.з
) неорганической пыли
с содержанием SiO2>70 % в воздухе рабочей зоны составляет 1 мг/м3.
Таким образом, для воздуха рабочей зоны оператора дробеструйной камеры концентрация неорганической пыли с содержанием
SiO2>70 % превышает ПДК
р.з
в 95 раз.
8
1.2. Анализ свойств загрязняющих веществ,
образующихся при работе установки обработки дробью
ЗВ участвуют в процессе загрязнения воздушной среды на всех его
стадиях, при этом их параметры претерпевают постоянные изменения.
При работе дробеструйной камеры в воздух рабочей зоны выделяются пыль горелой формовочной смеси и пыль окалины, которые формируют пылевой аэрозоль. Рассматривая пылевой аэрозоль как дисперсную систему, можно заключить, что комплексное, последовательное изучение его состояния необходимо проводить на основе упорядоченного рассмотрения параметров, характеризующих свойства дисперсной фазы и дисперсионной среды. Наибольшее значение, с точки
зрения инженерно-экологических систем, имеет рассмотрение дисперсной фазы. Параметры, определяющие ее свойства, отнесены по группам, основным классификационным признаком которых является физическая сущность процессов и явлений, наблюдаемых в аэрозоле.
Пыль горелой формовочной смеси характеризуется следующими
параметрами.
1. Группа геометрических параметров.
В этой группе дисперсность является основной характеристикой
состава дисперсной фазы и показывает, какую долю по массе составляют частицы в любом диапазоне их размеров. Диапазон размеров
определяется средним медианным диаметром частицы δ50. Для рассмотренной пыли горелой формовочной земли δ
50
= 50 мкм, дисперс-
ный состав представлен в табл. 1.2.
Таблица 1.2
δ, мкм
10
16
25
48
50
63
100
200
g, %
1,5 5 20
38
50
56
78
95
2. Группа физико-химических параметров. Характеризуются плот-
ностью ЗВ, и главным образом они влияют на выбор технологии очистки воздуха от пыли. Насыпная плотность пыли горелой формовочной
смеси составляет ρн = 1600 кг/м3, статический угол естественного
откоса αст = 50°, а динамический – α
дин
= 30°.
9
3. Группа гидродинамических параметров. Основными характери-
стиками этих параметров являются краевой угол смачивания Θ и влажность пыли . Для рассматриваемой пыли Θп = 60°, а равновесная влажность пыли φп = 0,35 % при относительной влажности воздуха φв = 45 %
.
4. Группа электромагнитных параметров. Удельное электрическое
сопротивление (УЭС) слоя пыли при t = 20 °C составляет 2·105 Ом·м.
Пыль окалины характеризуется теми же параметрами.
1. Группа геометрических параметров. Средний медианный диа-
метр частиц δ50 = 30 мкм, дисперсный состав в этом случае представлен
в табл. 1.3.
Таблица 1.3
δ, мкм
25
30
40
50
g, %
20
50
82
98
2. Группа физико-химических параметров. Насыпная плотность
ρн = 1800 кг/м3. Статический угол естественного откоса составляет
αст = 62°, а динамический – α
дин
= 40°.
3. Группа гидродинамических параметров. Краевой угол смачива-
ния Θп = 40°, а равновесная влажность пыли окалины при относительной влажности воздуха φв = 45 % соответствует φп = 0,18 %.
4. Группа электромагнитных параметров. УЭС пыли окалины при
t = 20 °C составляет 1·103 Ом·м.
1.3. Методики выбора обеспыливающего оборудования
К основным недостаткам методик выбора оборудования для улавливания ЗВ и очистки от них воздуха можно отнести следующие:
необходимость предварительно задавать конкретный тип обору-
дования;
расчетные зависимости эффективности не отражают свойств за-
грязняющего аэрозоля;
не учитываются энергетические характеристики процессов улав-
ливания ЗВ и очистки от них воздуха, что в значительной мере затрудняет оптимизацию рабочих параметров выбираемого воздухоохранного
оборудования.
10
Наиболее приемлемой для выбора типа устройств улавливания и
очистки, а также оптимизации их рабочих параметров является методика,
разработанная и опробованная для других технологий снижения загрязнения воздуха. Основные оптимизационные критерии этой методики –
эффективность снижения загрязнения воздуха и энергоемкостный
показатель, которые для улавливания и очистки воздуха в условиях
эксплуатации дробеструйных камер пока не имеют математического
описания.
Эффективность очистки воздуха от ЗВ остается основным определяющим показателем. Различные теоретические подходы к описанию
процесса очистки воздуха позволяют предложить различные оценочные
показатели, которые, наряду с эффективностью, дают возможность решать задачи выбора рациональных конструкций аппаратов снижения
загрязнения воздуха для конкретных производственных условий.
Таким показателем может быть обобщенный критерий, зависящий
от параметров, непосредственно определяющих полезный эффект
функционирования технологических систем борьбы с ЗВ и позволяющих оценивать работу аппаратов снижения загрязнения воздуха, но с
учетом статистических характеристик. Такой подход к оценке процесса
снижения загрязнения воздуха не в полной мере обращен к физикохимическим основам единого, целостного процесса очистки воздуха
от ЗВ, но может дополнить его физико-математическое описание.
Существует подход, предлагающий оценивать и сравнивать способы снижения загрязнения воздуха по значениям затраченной на их реализацию энергии и эффективности очистки. Такая оценка, во-первых,
не имеет конкретного физического смысла с точки зрения энергетических характеристик; во-вторых, монотонное увеличение эффективности
и затраченной энергии при изменении основных параметров процесса
снижения загрязнения воздуха стирает границы оптимальности оценки;
в-третьих, такой метод оценки не раскрывает взаимосвязи физикохимических механизмов снижения загрязнения воздуха и не выделяет
степени их влияния на конечный эффект процесса, а следовательно, не
может показать пути дальнейшего совершенствования способов.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]