Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ исследований запыленности, шума и вибрации деревообрабатывающих станков 11
1.1 Анализ исследований шума и запыленности станков с лезвийным инструментом 12
1.2 Анализ исследований виброакустических характеристик бабинно-дисковых и цилиндро-шлифовальных станков 15
1.3 Пылеобразование при обработке древесины и особенности обеспыливания рабочих мест 16
1.4 Требования к конструкции аспирационного укрытия 23
1.5 Описание объектов исследования 24
1.6 Выводы первой по главе 28
2. Теоретические исследования шума и вибраций ленточно-шлифовальных деревообрабатывающих станков и работы аспирационных укрытий 30
2.1 Теоретическое исследование спектров шума ременных передач и шлифовальных лент 31
2.2 Моделирование виброакустической динамики при шлифовании заготовок из древесины 36
2.3 Закономерности спектров виброакустических характеристик столов шлифовальных станков 45
2.4 Расчет параметров системы удаления пыли от станка, оборудованной аспирационными укрытиями 47
2.5 Математическая модель аэродинамических процессов в аспирационном укрытии ленточно-шлифовального станка 51
2.6 Выводы второй по главе 53
3. Результаты экспериментальных исследований виброакустических характеристик и запыленности на рабочих местах ленточно шлифовальных деревообрабатывающих станков 56
3.1. Оценка условий труда станочников ленточно-шлифовальных деревообрабатывающих станков 56
3.2. Экспериментальные исследования формирования звукового поля на рабочем месте станочника ленточно-шлифовальных станков 62
3.3. Экспериментальные исследования вибраций ленточно шлифовальных деревообрабатывающих станков 66
3.4 Запыленность воздуха на рабочих местах при обработке древесины шлифовально-ленточными станками 71
3.5 Исследование дисперсного состава пыли образующейся при шлифовании древесины 72
3.6. Выводы по третьей главе 76
4 Оценка коэффициента потерь колебательной энергии деревообрабатывающих станков 78
4.1 Оценка коэффициента потерь колебательной энергии технологической системы шлифовальных деревообрабатывающих станков 78
4.2 Регрессионные зависимости коэффициентов потерь колебательной энергии многослойных материалов из древесины 87
4.3 Выводы по четвертой главе 93
5. Эффективность мероприятий по снижению уровней звукового давления и запыленности на рабочих местах ленточно-шлифовальных деревообрабатывающих станков 94
5.1 Результаты моделирования подвижности воздуха и давления в аспирационном укрытии станка 94
5.2 Расчет и выбор групповой системы пылеулавливания от деревообрабатывающих шлифовальных станков 104
5.3 Снижение уровней звукового давления и запыленности на рабочих местах ленточно-шлифовальных станков 107
5.4. Выводы по пятой главе 113
Общие выводы и рекомендации 115
Список литературы 117
Приложения 130
- Пылеобразование при обработке древесины и особенности обеспыливания рабочих мест
- Оценка условий труда станочников ленточно-шлифовальных деревообрабатывающих станков
- Регрессионные зависимости коэффициентов потерь колебательной энергии многослойных материалов из древесины
- Снижение уровней звукового давления и запыленности на рабочих местах ленточно-шлифовальных станков
Пылеобразование при обработке древесины и особенности обеспыливания рабочих мест
В области исследования аспирации известны работы [43-103] следующих ученых: Азаров В.Н. [55], Афанасьев И.И.[61-63], Бошняков Е.Н.[64-66], Бутаков С.Е. [65], Булыгин Ю.И. [56-58], Гервасьев A.M. [60], Камышенко М.Т., Киреев В.М. [43-47], Лапкаев А.Г. [49-51] Логачев И.Н., Минко В. А.[68-70], Нейков O.Д.[71-73] и др.
Шлифование – заключительная операция в технологическом процессе механической обработки древесины, которая сопровождается образованием значительного количества мелкодисперсной древесной пыли. Образование пыли при шлифовании, характер и формирования пылевого потока имеют свои специфические особенности. Основные пылевые фракции образующаяся в процессе шлифовальная имеют размер менее 500 мкм, такая пыля очень вредна для здоровья работающих [74]. Образуется пыль при взаимодействии обрабатываемой поверхности с абразивными частицами шлифовальной ленты. Лента для шлифовки (рис. 1.3) является многорезцовым режущим инструментом, поверхность которого покрыта абразивными зернами, причем каждое зерно действует как режущий инструмент. Абразивные зерна срезают стружку очень малой толщины. Процесс резания при шлифовании можно представить себе, как одновременное резание множества беспорядочно расположенными друг к другу резцов на небольшую глубину, в результате такого резания образуется не стружка, а мелко измельченные частицы древесины.
Конструктивные особенности станков и направление движения рабочей ветви шлифовальной ленты определяют направление факела пылевого потока и характер его распространения. Вместе с основным факелом пыль, выделяется по всему пути шлифовальной ленты, поэтому важным условием эффективного пылеулавливания при работе шлифовальных станков является выбор места установки приемника для сбора пыли, то есть в местах наибольшего ее выделения от рабочих частей станка: лент, дисков, цилиндров. В плоскости шлифовальной ленты пылевой факел имеет небольшой угол рассеивания. Крупная фракция пылевого аэрозоля оседает непосредственно в месте ее образования и при отсутствии вентиляции осаждается на пол под действие сил гравитации. Мелкая пылевая фракция долго остается во взвешенном состоянии, а также увлекается потоками воздуха, которые образуются при движении шлифовальной лентой. На рис. 1.4 показаны зоны выделения пыли ленточно-шлифовального станка с подвижным столом. Процесс пылеудаления из-под прижимного утюжка (1) шлифовального станка показан на рис.1.4 Частицы пыли, выбрасываемые воздушным потоком от движущейся шлифовальной ленты (5), имеют значительную начальную скорость 25...26,5 м/с, далее движение этих частиц происходит под воздействием энергии затухающего факела воздушного потока. Движение частиц пыли начинается в турбулентном режиме, а затем переходит в ламинарный.
Ведущий шкив станка охватывается головным приемником, а рядом с головным приемником над холостой ветвью ленты устанавливается верхний приемник. В вверху головного приемника имеется отверстие прохода шлифовальной ленты, а внизу окно с резиновой шторкой, препятствующей вылету пыли (рис.1.5).
Конструкция устройств удаления пыли обусловлена характером пыли и условиями распространения в воздухе рабочей зоны.
При работе шлифовальных станков используются устройства, содержащие в области шкива и короба, укрывающие холостую ветвь шлифовальной ленты, для предотвращения распространения пыли. Кожух, защищающий приводной шкив станка, имеется всасывающее отверстие, которое обращено к движению рабочей ветви шлифовальной ленты и охватывает ее.
Один пылеуловитель сбирает пыль от процесса шлифования и пыль, поднимающуюся под воздействием центробежных сил при изгибе приводного шкива, налипшую на шлифовальную ленту.
Второй пылеприемник кожухом укрывает приводной шкив имеет всасывающее отверстие, направленное по направлению движения шлифовальной ленты и захватывающее рабочую ветвь. Он, как и первый, соединен с коробом - укрытием холостой ветви шлифовальной ленты и улавливает пыль, отделяемую при изгибе шлифовальной ленты на ведомом шкиве и в направлении движения холостой ветви.
Однако представленная система улавливания пыли не обеспечивает необходимую эффективность удаление пыли, несмотря на высокую скорость воздуха во всасывающих отверстиях. Особенно это проявляется, когда шлифовальная лента прижимается к обрабатываемой детали на удалении от всасываемого отверстия, то значительная часть пыли оседает в месте образования и рассеивается в воздухе рабочей зоны.
В условиях реальной эксплуатации используются различные устройства для повышения эффективности пылеулавливания. Так, например, применяются дополнительные нижние и боковые отсосы, помещенные в зону шкивов у рабочей ветви ленты. Внутри кожуха приспосабливают устройства (жалюзийную решетку, отбойную колодку), позволяющие более эффективно улавливать пыль в зоне ведущего шкива. Регулируют всасывающие насадки по высоте, чтобы обеспечить их одинаковое расположение относительно плоскости стола, т.е. более эффективное действие всасывающего факела. Приближение всасывающего отверстия к месту прижатия ленты и обрабатываемой детали. Изготовление конструкции всасывающего насадка, выполняется в виде П-образного короба, состоящего из отдельных телескопических подвижных секций, соединенных между собой амортизаторами и тягами. Соединение короба с утюжком, чтобы укрывать рабочую ветвь шлифовальной ленты на участке кожух - утюжок.
Повышает эффективность очистки воздуха приближение всасывающего отверстия к месту пылеобразования, которое достигается соединение гибким шлангом отсасывающих устройств с конструкцией пылеприемного насадка выполненного одним целым с прижимным утюжком.
Помимо пылеулавливающих кожухов, иногда предусматривают ограждение всей зоны шлифования, выполненное в виде сплошных вертикальных стенок, перекрывающих пространство между холостой и рабочей ветвями шлифовальной ленты. Создание таких ограждений позволяет предусмотреть направленный факел отсасываемого воздуха по всей зоне пылевыделений. Однако, со стороны станочника, ограждение имеет прорезь для свободного движения рычага утюжка.
Оценка условий труда станочников ленточно-шлифовальных деревообрабатывающих станков
Проблемы сохранения здоровья и производственного долголетия работников лежат в основе концепции достойного и безопасного труда, принятой международной организацией труда. Одним из направлений обеспечения безопасности труда является снижение уровня рисков производственного травматизма и профессиональных заболеваний, улучшения условий труда и повышения работоспособности [84-89].
Механизация технологических процессов является основой при обработке древесины. Деревообрабатывающие станки необходимы при обработке для придания древесине необходимой формы и размеров. По виду выполняемых операций оборудование обрабатывающие древесину подразделяется на распиловочное, строгальное, фрезеровочное, гнутарное, сверлильное, долбежное и шлифовальное.
Ленточно-шлифовальные станки используются для шлифования поверхностей заготовок и узлов, кромок и для придания гладкости деревянным поверхностям и заготовкам древесины для клееного бруса.
При шлифовании древесины в роли резцов выступают зерна абразивных материалов. Одновременно со шлифовкой проводится доводка детали до окончательного размера.
По данным Росстата, на деревообрабатывающих предприятиях трудится более 108 тыс. человек, из которых 56 тыс. заняты на работах с вредными и опасными условиями труда. На диаграмме (рис.3.1) представлен анализ условий труда по основным вредным производственным факторам.
Из представленного анализа видно, что основная масса работников деревообрабатывающей отрасли работает в условиях виброакустического дискомфорта 49 %, в тяжелых и напряженных условиях труда работает до 35 %, под воздействием пыли и химических веществ 13 % работающих [88].
В качестве объектов исследований взяты материалы, производственного контроля и специальной оценки условий труда полученные научно-производственным центром «Охраны труда» за последние пятнадцать лет. На основании проведенных исследований составлена комплексная оценка риска воздействия производственных факторов на трудоспособность и здоровье операторов ленточно-шлифовальных станков [88-90].
Работа на деревообрабатывающих станках связана с опасностью возникновения травмирующих факторов от движущихся машин и механизмов, перемещением материалов и изделий, острые кромки и шершавость поверхности, замыкание электрического тока. Психофизиологические факторы трудового процесса находится в допустимых пределах (2 класс) и связанные с физической работоспособностью. Трудовой процесс осуществляется с нагрузкой на опорно-двигательный аппарат, так как при работе на ленточно-шлифовальных станках присутствуют региональные нагрузки с участием мышц рук и плечевого пояса при переносе 10 кг тяжестей и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением, наклонами корпуса от 70 до 100 в смену, причем статическая нагрузка за смену при удержании груза двумя руками также находится в допустимых пределах. Рабочая поза характеризуется вынужденным, до 60 % рабочего времени, нахождением в позе «стоя» с соответствующими энергозатратами 201–250 ккал/ч.
Напряженность трудового процесса определяется анализом трудовой деятельности путем хронометражных наблюдений в динамике рабочего времени и отражает нагрузку преимущественно на центральную нервную систему, органы чувств, эмоциональную сферу работника. Оператор-станочник на деревообрабатывающих станках работает по серии инструкций, в отсутствии дефицита времени для принятия решения.
Гигиеническая оценка освещенности показала, что уровни искусственного освещения на рабочих местах находится в допустимых пределах, однако при случаях низкой освещенности или слепящем действии света глаза работников подвергаются значительной нагрузке.
Параметры микроклимата производственных помещений находится в допустимых пределах, но наличие сквозняков, возникающих при работе приточно-вытяжной вентиляции, нагретые поверхности станков ведут к непостоянству температурного режима в помещении.
При шлифовальных работах воздух рабочей зоны может содержать древесную пыль, фенол, формальдегид. Причем при нарушениях эффективности работы вытяжной вентиляции содержание пыли в воздухе превышает допустимую норму в 2-7 раз. Пыль, образующаяся при шлифовальных работах, имеет мелкодисперсный состав и является сильным аллергеном, который наносит значительный урон здоровью работников.
Причем, чем меньше размер пылевых частиц, тем больше их проникающая способность в органы дыхания, а также снижается раздражающее механическое действие пыли и увеличивается химическая активность с биологической средой организма. Древесная пыль отрицательно воздействует на организм человека, приводя к пневмокониозу и силикозу.
Шум и вибрация также являются неблагоприятными факторами, под воздействием которых трудится до 47 % работающих. Источниками шума являются станки, электродвигатели, средства малой механизации, подвижные части технологических линий, а также аспирационная вентиляционная система. Недостаточная шумоизоляция оборудования и вентиляционных установок приводит к созданию значительного шумового дискомфорта. Исследования показали, что при выполнении шлифовальных работ генерируется широкополосной непостоянный шум. Его эквивалентные уровни на 10-17 дБА превышают допустимые уровни. Следовательно, шум ленточно-шлифовальных станков выше санитарных норм по уровням громкости в 3–8 раз.
Анализ результатов специальной оценки условий труда операторов-станочников показал, что среди комплекса производственных факторов только шумовые характеристики превышают санитарные нормы.
В связи с внедрением в отрасли защитных технологий приводящие к улучшению условий труда на ведущее место вышли вопросы влияния шумового дискомфорта. Продолжительный акустический дискомфорт влияет на нервную и сердечно-сосудистую системы, вызывает раздражение, утомление, агрессивность. Такие заболевания как неврит слухового нерва и вибрационная болезнь, связанны с воздействием виброакустических факторов и находятся в первой тройке профессиональных заболеваний. Согласно, статистическим данным они превышают 35% от общего числа всех профессиональных заболеваний.
Общая комплексная оценка условий труда приведена в таблице 3.1
Регрессионные зависимости коэффициентов потерь колебательной энергии многослойных материалов из древесины
Экспериментальные исследования коэффициентов потерь колебательной энергии проводились не только для однородных материалов, но и для многослойных неоднородных, таких как фанера и ДСП [105]. Коэффициент потерь для таких материалов более высокий, что приводит к более широкому применению их в ограждающих конструкциях. Наименьшее среднеквадратичное отклонение из всех функций имеет полином шестой степени, поэтому регрессионная зависимость имеет следующий вид: r, = 0,194-0,455(lg/) + 0,46l(lg/)2-0,242(lg/)3 + +0,07(lg/)4-0,0l(lg/)5+0,0006(lg/)6
Результаты аппроксимации коэффициента потерь колебательной энергии для фанеры приведены в табл. 4.7, 4.8 и на рис. 4.10, 4.11.
Граничные условия при моделировании в ansys
Граничными условиями для системы уравнений неразрывности, моментов (движения), переноса тепла, энергии для расчета температурных характеристик, а также уравнения для транспорта кинетической энергии турбулентности и уравнение для скорости диссипации турбулентной энергии являются: массовый расход воздуха G кг/с на выходе из аспирационного укрытия, который удаляется от ленточно-шлифовального станка вентилятором и давление на входе в аспирационное укрытие.
При этом количество удаляемого воздуха определяется по данным [48] для соответствующего станка, либо рассчитывается по инженерным формулам.
Снижение уровней звукового давления и запыленности на рабочих местах ленточно-шлифовальных станков
Системы пыле- и шумозащиты операторов вышеуказанных станков рассчитывались и конструировались по показателям требуемой звукоизоляции и максимально возможному коэффициенту герметизации. Следует отметить, что снижение уровней звукового давления на 10-12 дБ (рис.5.7) может быть обеспечено и системой плоских и Г-образных экранов, максимально возможный коэффициент герметизации необходим для системы пылеудаления [104-111].
Система шумозащиты включает как ограждение зоны резания так и облицовку кожухов шкивов шлифовальной ленты пластинами из магнитопласта толщиной 2 мм и резины губчатой толщиной 1 мм. Ограждение зоны шлифования станка ШлПС представляет собой комбинацию плоского и Г-образного экранов. Г-образный экран (рис.5.8) устанавливается с задней стороны станка.
Отсутствие стружки высокой температуры (в отличие от металлорежущих станков) позволяет использовать такие материалы как стекло органическое конструкционное ( = 1,8103 кг/м3; Е = 4,3109 Па; =2,510-2), стеклопластик листовой конструкционный ( = 1,3103 кг/м3; Е=4,31010 Па; = 10-2), винипласт и т.д.
Г-образная часть выполнена из стеклопластика листового толщиной 2,3…3 мм и крепится непосредственно к верхней балке. Элемент 2 выполнен из резины губчатой технической толщиной 3мм. При поперечном перемещении стола заготовка приподнимает резиновую пластину, что обеспечивает соответствующий коэффициент герметичности и сохраняет удобство эксплуатации станков при реализации технологических процессов шлифования. Размер h1 равен ширине верхней балки, размер L – равен длине верхней балки, размер h2 равен расстоянию от нижней плоскости верхней балки до верхней плоскости утюжка. У станков моделей ШлПС стол перемещается не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной. Поэтому передняя часть ограждения, представляющая собой плоский экран из органического стекла толщиной 2 мм, имеет стационарный и подвижный элементы (рис.5.9).
Размеры стационарного элемента аналогичны стационарному элементу Г-образной части ограждения. Подвижный элемент может перемещаться в вертикальном направлении на величину, равную толщине шлифуемого изделия. Поэтому в нем предусмотрены пазы шириной 4-5 мм. В стационарной части элемента предусмотрены два отверстия, в которых устанавливаются два крепежных элемента (рис.5.10).
Для устранения щели между стационарной и подвижной частями переднего ограждения и надежной фиксации на подвижном элементе предусмотрена облицовка с внутренней стороны по периметру пластиковыми элементами толщиной 2 мм и шириной 2…3 мм.
Следует отметить, что коэффициент герметизации передней (со стороны рабочего места оператора) части ограждения достигает значения 0,93-0,95. Коэффициент герметизации задней части ограждения вследствие неизбежных щелей между резиновым элементом и заготовкой изменяется в пределах от 0,88 до 0,75 (при максимальной толщине шлифуемой заготовки).
Конструкция гаммы станков с неподвижным столом ШлНС позволяет устанавливать ограждение только сверху стола со шлифуемыми заготовками. Для снижения уровней шума кожуха шкивов шлифовальной ленты облицовываются вибропоглощающим покрытием аналогичным станкам ШлПС. К неподвижному столу крепятся П-образные планки, в которые устанавливается стационарная часть ограждения и виброизолирующие прослойки (рис. 5.12).
Длина ограждения равна длине станка (с учетом кожухов шкивов шлифовальной ленты). Высота ограждения определяется как сумма высоты стола и максимальной толщины заготовки, увеличенной на 20…25 мм.
Для удобства установки и снятия шлифуемых заготовок с левой стороны станка устанавливается кожух, который поворачивается вокруг двух осей при загрузке и выгрузке изделий (рис. 5.13).
Ось имеет резьбовой участок под корончатую гайку. Коэффициент герметизации такого ограждения составляет 0,96…0,97.
Следует отметить, что разработанные системы шумо-пылезащиты технологичны, изготавливаются из отечественных материалов, не усложняют условия эксплуатации станков и обеспечивают выполнение санитарных норм, как по уровням звукового давления, так и по концентрациям запыленности на рабочих местах операторов [112,113].
Следует отметить, что разработанные системы шумо-пылезащиты технологичны, изготавливаются из отечественных материалов, не усложняют условия эксплуатации станков. Испытания разработанных систем шумо-пылезащиты проведенные в производственных условиях участка деревообрабатывающих станков ОАО НПП КП «КВАНТ», показали выполнение санитарных норм шума во всем частотном диапазоне и концентрации запыленности рабочих мест станочников, составивших 4,28 мг/м3 при допустимой концентрации не более 6 мг/м3.