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
61
− концентрация пылевого аэрозоля в воздуховоде после первой
ступени очистки;
− концентрация пылевого аэрозоля в воздуховоде после второй
ступени очистки.
Рассчитываемые результирующие параметры:
− эффективность улавливания пыли горелой формовочной смеси
Е
эф.у
(%);
− эффективность очистки Е
эф(о)
(%) воздушного потока от пылевого
аэрозоля;
− затраченная на реализацию процесса улавливания энергия Nу, Вт;
− затраченная на реализацию процесса очистки энергия Nо, Вт.
В процессе основных экспериментов определение концентрации
пыли проводили гравиметрическим методом при аспирационном способе отбора проб, заключающемся в измерении массы навески пыли,
осевшей на поглотительный материал (фильтр) при прокачивании через
него заданного объема запыленного воздуха в единицу времени. При
отборе проб для определения концентрации пыли в воздуховодах применяли метод внешней фильтрации при использовании закрытых аллонжей, когда поглотительный материал располагали за пределами
воздуховода и исследуемую пробу воздуха направляли к нему через
пробоотборную трубку, расположенную внутри воздуховода. Расход
аспирируемого воздуха задавали 20 дм3/мин при времени отбора проб
1 мин исходя из необходимости накопления на фильтре достаточного
для определения массы навески (не менее 2 мг) количества пыли.
В каждом опыте измеряемыми результирующими параметрами
были эффективность и энергетические затраты на организацию соответствующего процесса (улавливания или очистки). Результаты экспериментального определения эффективности улавливания, очистки в
первой и во второй ступенях, а также затраченной на реализацию соответствующих процессов энергии представлены графическим способом
(см. рис. 4.3).
При проведении экспериментов концентрацию пыли горелой формовочной смеси в воздухе определяли по формуле:
12
0
mm
С
U
,
где m1 и m2 – масса фильтра до и после отбора пробы соответственно, мг;
U
0 –
расход воздуха через ротаметр электроаспиратора, приведенный к
нормальным условиям в соответствии с ГОСТ 8.395–80 при температу-
62
ре 20 °С и атмосферном давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), м3/мин;
t – время замеров, мин.
Расход воздуха U0 определяли по формуле:
0
293
,
273 101 3
UP
U
Т,
где U – расход воздуха через ротаметр при температуре Т, м3/мин;
Р – атмосферное давление, кПа; Т – температура воздуха в месте отбора
пробы, С.
Расход воздуха U определяли по формуле:
рот
,
1000
Ut
UТ
где U
рот
– расход воздуха через ротаметр, м3/мин; t – время отбора про-
бы, мин.
4.1.1. Экспериментальные исследования процесса улавливания
Эффективность улавливания пыли для воздуха рабочей зоны оператора дробеструйной камеры определяли по формуле:
12
эф
1
100 %,
сс
E
с
где c1 – концентрация пыли в воздухе рабочей зоны оператора без применения системы борьбы с пылью (начальная концентрация), мг/м3;
c2 – концентрация пыли в воздухе рабочей зоны оператора при эксплуатации системы борьбы с пылью (конечная концентрация), мг/м3.
Энергетические затраты на организацию процесса улавливания
определяли на основе произведения измеряемых расхода воздуха и его
полного давления в активной зоне реализации процесса улавливания
(в рабочих сечениях нагнетающих и всасывающего патрубков системы).
Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 4.3.
63
а) б)
Рис. 4.3. Экспериментальная зависимость эффективности процесса улавливания
пыли (а) и энергетических затрат (б) на его реализацию
от скорости пылевоздушного потока во входном сечении всасывающего патрубка
и выходных сечениях нагнетающих патрубков системы
4.1.2. Экспериментальные исследования процесса очистки
в шаровом циклоне (первая ступень)
Эффективность очистки воздуха в шаровом циклоне (первая ступень) определяли по формуле:
12
эф
1
100 %, (3.4 )
сс
E
с
где c1 и c2 – соответственно концентрация пыли в воздуховодах до и
после зоны очистки первой ступени (шарового циклона), мг/м3.
Энергетические затраты на организацию процесса очистки в шаровом циклоне определяли на основе произведения измеряемых расхода
воздуха и его полного давления во входном патрубке циклона.
Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 4.4.
64
а) б)
Рис. 4.4. Экспериментальные зависимости эффективности процесса очистки воздуха
от пыли в шаровом циклоне (а) и энергетических затрат на его реализацию (б)
от скорости пылевоздушного потока во входном патрубке циклона
4.1.3. Результаты экспериментальных исследований
процесса очистки второй ступени
Вторая ступень очистки была реализована в устройстве очистки от
пыли «ОТПО-1». Эффективность очистки воздуха от пыли горелой
формовочной смеси в устройстве «ОТПО-1» (вторая ступень) определяли по формуле:
12
эф
1
100 %, (3.4 )
сс
E
с
где c1 и c2 – соответственно концентрация пыли в воздуховодах до и
после зоны очистки второй ступени (устройства «ОТПО-1»), мг/м3.
Энергетические затраты на организацию процесса очистки в
устройстве «ОТПО-1» определяли на основе произведения измеряемых
расхода воды на орошение и ее давления перед форсунками, а также
произведения измеряемых расхода воздуха и его полного давления
в отверстиях перфорации улиткообразного кожуха.
Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 4.5.
65
а)
б)
Рис. 4.5. Экспериментальные
зависимости эффективности процесса
очистки воздуха от пыли (а) и энергетических
затрат на его реализацию (б) от давления
орошающей жидкости в активной зоне очистки
Суммарную эффективность реализации процесса
очистки в целом определяли
косвенным путем на основе
экспериментальных значений
эффективности очистки в первой и второй ступенях по формуле:
п.о п.о п.о
факт 1 2
1 (1 )(1 )Е Е Е
, (4.1)
где
п.о
1
Е
– экспериментальное
значение эффективности очистки воздуха от пыли горелой
формовочной смеси в первой
ступени, %;
п.о
2
Е
– эксперимен-
тальное значение эффективности очистки воздуха от пыли
горелой формовочной смеси во
второй ступени, %.
С учетом зависимости (4.1)
значение суммарной эффективности очистки воздуха от
пыли горелой формовочной смеси в первой и второй ступенях очистки
при оптимальных условиях реализации процесса составило:
п.о
сумм
1 (1 0,966) (1 0,987) 0,999Е
.
4.2. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных
исследований процессов улавливания и очистки
Замеры и статистическая обработка результатов предварительных
экспериментов показали следующее:
– максимальная погрешность измерений концентрации загрязняющих веществ (пылевого аэрозоля) в воздухе используемыми приборами
составляет ±7,9 % при доверительной вероятности р = 0,95;
Нж, МПа
Нж, МПа
66
– максимальная погрешность измерений затраченной энергии ис-
пользуемыми приборами составляет ±11,2 % при доверительной вероятности р = 0,95.
Сопоставление эмпирических зависимостей, полученных обработкой корреляционным методом, с теоретическими, полученными в результате реализации математического описания физических процессов
пылеулавливания и очистки воздуха от пыли (см. гл. 3), выполнено
также графически с учетом погрешности проведенных экспериментальных исследований.
На графиках (рис. 4.6–4.8) представлены теоретические кривые и
экспериментальные значения эффективности и затраченной энергии
процессов улавливания пыли, очистки воздуха от пыли в первой ступени и очистки воздуха от пыли во второй ступени системы. Анализ графиков показывает, что с учетом погрешности измерений результаты
теоретических расчетов согласуются с данными экспериментальных
исследований.
а) б)
Рис. 4.6. Сравнение экспериментальных и теоретических зависимостей эффективности
процесса улавливания пыли (а) и энергетических затрат на его реализацию (б)
от скорости пылевоздушного потока во входном сечении всасывающего патрубка
и выходных сечениях нагнетающих патрубков системы:
– теоретическая зависимость; – экспериментальная зависимость
E
эф.у,
%
Nу, Вт
67
а) б)
Рис. 4.7. Сравнение экспериментальных и теоретических зависимостей эффективности
процесса очистки воздуха от пыли (а) в шаровом циклоне и энергетических затрат
на его реализацию (б) от скорости пылевоздушного потока во входном патрубке циклона:
– теоретическая зависимость; – экспериментальная зависимость
а) б)
Рис. 4.8. Сравнение экспериментальных и теоретических зависимостей эффективности
процесса очистки воздуха от пыли (а) и энергетических затрат
на его реализацию (б) от давления орошающей жидкости в активной зоне очистки:
– теоретическая зависимость; – экспериментальная зависимость.
1
, Вт
υвх, м/с
υвх, м/с
, Вт
68
5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ
ДЛЯ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДРОБЬЮ
Обработка дробью может применяться для упрочнения деталей
сложной формы или отдельных их поверхностей, а также для очистки
поверхности от окалины, после литья и сварки. Упрочнение осуществляется за счет образования перекрывающих друг друга множества пластических отпечатков. Для получения равномерного упрочнения необходимо, чтобы на площади каждого пятна обработки в направлении подачи обеспечивалось перекрытие пластических отпечатков не менее
n раз. Как показывают исследования и практический опыт ОД,
для технологических расчетов при упрочняющей обработке можно
принять nу = 20.
В результате упрочнения дробью снижаются высотные параметры
шероховатости, возрастают радиус вершин и впадин микронеровностей, увеличивается относительная опорная длина профиля на начальных участках, создается ненаправленная структура микронеровностей,
формируются сжимающие остаточные напряжения и наклеп поверхностного слоя. Формирование таких параметров поверхностного слоя
обеспечивает повышение эксплуатационных свойств деталей, таких как
усталостная долговечность и прочность, износостойкость и контактная
жесткость.
Разработка технологического процесса обработки деталей дробью
начинается с выбора вида и размера дроби. Для отделочноупрочняющей обработки целесообразно применять гладкие металлические шарики диаметром от 1,0 до 2,5 мм. Для очистки деталей от окалины и формовочной смеси можно применять тела неправильной формы. В случае, если после очистки необходимо получить определенные
значения шероховатости (например под покраску), рекомендуется применять стальные шарики. Размеры частиц дроби зависят от материала
детали, заданной шероховатости, глубины и степени упрочнения обрабатываемой поверхности.
В зависимости от размеров дроби осуществляется выбор сопла.
Расстояние от сопла до обрабатываемой поверхности определяется
размерами деталей (при обработке внутренних полостей), технологическими задачами обработки, рациональными размерами пятна обработки
и мощностью установки.
69
Исходя из технологической задачи и возможностей оборудования
для нескольких диаметров дроби подбираются приемлемые значения
динамического давления, угла атаки и производится расчет параметров
упрочнения по зависимостям (2.39), (2.40) и шероховатости обработанной поверхности по зависимости (2.36). Остаточные напряжения определяются экспериментально.
Из нескольких вариантов, удовлетворяющих техническим условиям на обработку детали, выбирается наиболее рациональный по критериям производительности либо себестоимости.
Время обработки определяется по зависимостям (2.41) и (2.46) для
различных методов обработки. С учетом возможностей технологического оборудования по зависимости (2.42) определяется подача Sп и
число проходов инструмента по поверхности детали, при этом в большинстве случаев желательно использовать обработку в один проход.
При наличии нескольких вариантов сочетаний режимов обработки,
позволяющих получить заданные характеристики поверхностного слоя,
выбирается тот, у которого общее время обработки конкретной детали
меньше.
Методику определения технологических параметров используют
при разработке технологических рекомендаций для совершенствования
процесса ОД.
Для выбора технологии и технических средств реализации процессов улавливания частиц пылевого аэрозоля и очистки от них воздуха
предложена методика оценки и выбора высокоэффективных и энергетически экономичных систем борьбы с загрязняющими веществами
(СБЗВ) для условий эксплуатации дробеструйной камеры, включающая
следующие основные этапы.
1. На производственном участке необходимо провести экспертную
оценку санитарно-гигиенической и экологической ситуации (на основе
сопоставления ПДК и фактической концентрации пыли в воздухе рабочей зоны дробеструйной камеры).
2. Определить требуемую эффективность улавливания по зависи-
мости (3.2).
3. Учитывая возможности предприятия и сопоставляя технологиче-
ские параметры различных комбинаций (метод, способ) реализации
процесса снижения загрязнения с основными технологическими требо-
70
ваниями производственного процесса, подобрать возможные к применению на рассматриваемой дробеструйной камере варианты таких комбинаций.
4. Для каждой выбранной комбинации «метод–способ» определить
расход воздуха, обеспечивающий требуемую эффективность улавливания [см. формулу (3.1)], уточнить набор вариантов для дальнейшего
рассмотрения и скорректировать расчетные диапазоны изменения параметров для каждого варианта, обеспечивающего требуемую эффективность.
5. Для отобранных вариантов реализации процесса улавливания
рассчитать энергоемкостный показатель [см. формулы (3.3) или (3.4)] и
окончательно выбрать такой вариант, который обеспечивает своей эффективностью ПДК
р.з
пылевого аэрозоля в воздухе рабочей зоны
дробеструйной камеры и обладает максимальной экономичностью.
6. По значениям эффективности и энергоемкостного показателя для
оптимального варианта рассчитать рабочие параметры процесса (обратная задача) и подобрать для этих параметров технические решения.
7. Определить фактическую концентрацию частиц пылевого аэрозоля в транспортирующей сети воздуховодов после элемента улавливания, перед элементом очистки (С
нач
).
8. Рассчитать требуемую эффективность процесса очистки
по формуле:
тр
нач кон
эф. о
нач
СС
Е
С
,
где С
кон
– концентрация частиц пылевого аэрозоля в транспортирующей
сети воздуховодов после элемента очистки, перед выбросом остаточно
запыленного аэрозоля в приземный слой атмосферы, ориентированная
на соблюдение ПДКсс.
9. Учитывая возможности предприятия и сопоставляя технологические параметры различных комбинаций (метод, способ) реализации
процесса очистки с основными технологическими требованиями производственного процесса, подобрать возможный к применению на
дробеструйной камере набор таких комбинаций.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]