Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Анализ загрязнений сельскохозяйственной техники 9
1.2. Анализ существующих технологий очистки сельскохозяйственной техники 12
1.3 Анализ условий труда операторов моечных установок 20
1.4. Анализ способов и методов улучшения условий труда операторов моечных установок : 26
1.5. Анализ существующих средств механизации для очистки сельскохозяйственной техники 34
1.6. Анализ применяемых конструкций насадок 45
1.7. Цели и задачи исследования 50
Глава 2. Теоретические исследования 54
2.1. Конструкция устройства для создания водо-воздушной струи 54
2.2. Теоретические обоснование очистки поверхности машин водо-воздушной струей 57
2.3 Теоретическое обоснование влагоподавления 63
Глава 3. Методика экспериментальных исследований 68
3.1. Методика лабораторных исследований 68
3.2. Методика натурных исследований 80
Глава 4. Результаты исследований 90
4.1. Результаты лабораторных исследований 90
4.2. Результаты натурных исследований 107
4.3. Внедрение разработок и экономическая эффективность 124
Общие выводы и предложения 127
Список использованной литературы
- Анализ существующих технологий очистки сельскохозяйственной техники
- Анализ способов и методов улучшения условий труда операторов моечных установок
- Теоретические обоснование очистки поверхности машин водо-воздушной струей
- Методика натурных исследований
Введение к работе
Очистка машин и их деталей - важный технологический процесс, оказывающий большое влияние на культуру производства, производительность, качество ремонта и обслуживания машин.
На поверхность машин, работающих в сложных условиях сельскохозяйственного производства, в процессе эксплуатации попадают пыль, дорожная грязь, растительные остатки, ядохимикаты, образующиеся продукты коррозии, остатки топлива и масла, а также продукты их кислотно-термического разложения.
Качественная очистка сельскохозяйственных объектов достигается комплексным физико-химическим и механическим воздействием на загрязнение, первое обеспечивается использованием химических веществ, воздействующих на загрязнение, второе - использованием механической энергии воздействия на загрязнение (скребки, щетки, струи жидкости, струи абразива).
Применение химических веществ, связано со значительными затратами на составление моющих растворов, в то же время они оказывают активное влияние на окружающую среду, загрязняя ее, и операторов, повышая риск возникновения заболеваемости, поэтому повышение эффективности очистки достигается за счет повышения механического воздействия на загрязнение. Для обеспечения надлежащей чистоты и качества поверхности деталей машин разработан ряд процессов с использованием механического воздействия.
В настоящее время в качестве механического воздействия широко используется подача моющего раствора под высоким давлением, различными устройствами.
Процесс очистки с применением струй высокого давления, связан со значительной потерей энергии струи при увеличении расстояния до поверхности, вследствие взаимодействия ее с воздухом, что приводит к снижению интенсивности и качества очистки. При очистке машин в закрытых помещениях с использованием установок высокого давления, вследствие распыла и разбрызгивания моющей жидкости, влажность воздуха рабочих мест превышает пределы, допустимые ГОСТ 12.1.005-76 «Система стандартов безопасности труда. Воздух рабочей зоны». Повышенная влажность воздуха оказывает негативное влияние на оператора-мойщика. Для снижения влажности воздуха рабочей зоны до уровней ПДУ используются мощные системы вентиляции. Однако их применение связано с увеличением энергоемкости процесса и повышением скорости воздушных потоков, которые также превышают предельно-допустимые нормы. В этой связи основным способом для влагоподавления при наружной очистке сельскохозяйственной техники является удаление загрязнений при помощи струй высокого давления в присутствии регулируемого воздушного экрана, позволяющего отделить рабочее место оператора от брызг и воздуха содержащего водяной туман.
Для устранения указанных недостатков возникает необходимость усовершенствования технологии и оборудования для очистки сельскохозяйственных объектов.
Рациональная организация очистки сельскохозяйственных машин должна предусматривать максимальные: механизацию процесса, снижение вредного воздействия при экономном расходе жидкости и энергетических ресурсов.
Целью диссертационного исследования является повышение эффективности процесса очистки сельскохозяйственных машин и улучшение условий труда оператора путем разработки технологии и моечной установки водо-воздушного действия с обоснованием параметров и режимов ее работы.
В настоящей работе предложена конструктивно-технологическая схема установки для очистки с влагоподавлением, даны теоретические основы воздействия водо-воздушной струи на загрязненную поверхность, теоретические основы влагоподавления, представлена разработанная конструкция устройства, выявлены экспериментально-конструктивные параметры и режимы работы установки. На защиту выносятся:
1. Конструктивно-технологическая схема разработанного устройства для очистки сельскохозяйственной техники, параметры и режимы его работы (свидетельство на полезную модель № 73293).
2. Теоретически обоснованная и экспериментально установленная зависимость параметров проектируемой установки с воздушным экраном для очистки техники.
3. Способ очистки сельскохозяйственной техники струями высокого давления с применением воздушного экрана, улучшающий условия труда операторов струйных моечных установок при воздействии на загрязненные поверхности.
4. Технология очистки исследуемых образцов сельскохозяйственных машин.
5. Результаты исследований и испытаний разработанной технологии в лабораторных и натурных исследованиях.
Анализ существующих технологий очистки сельскохозяйственной техники
Разработкой технологий очистки сельскохозяйственной техники занимались такие видные ученые как Поцкалев А.Ф., Садовский А.П., Смирнов Н.С., Тельнов Н.Ф. [90, 100, 102, ПО]. Разработанные ими технологии основываются на удалении различных видов загрязнений следующими способами: 1) смыванием; 2) растворением; 3) с помощью химической реакции; 4) механическим воздействием; Эти методы не являются взаимоисключающими и часто применяются совместно. Практические пути осуществления каждого из них могут быть весьма разнообразными с использованием различных способов, средств и приспособлений.
Перечисленные методы удаления загрязнений осуществляются многообразием способов, которые по характеру основных явлений, обусловливающих эффект очистки машин, узлов и деталей от загрязнений, делят на физико-химические и механические (рисунок 1.4) [ 63, 64, 78 ].
Физико-химический способ очистки машин, их узлов и деталей заключается в воздействии на загрязнение активных очищающих сред, к которым относятся водные растворы щелочных солей, кислот или ПАВ, органических растворителей и эмульсионных препаратов. Этот способ применяют в струйных моечных машинах или в выварочных ваннах [101, 117]
Для очистки в растворах химических веществ необходимо иметь стационарные установки - ванны с реагентами (растворами солей, кислот), при опускании в которые деталей и узлов загрязнения растворяются. Преимуществом данного способа является то, что удаляются практически все виды загрязнений. К недостаткам данного метода следует отнести следующее: на поверхности изделий могут быть признаки разрушения основного металла; невысокая степень чистоты поверхности; трудность очистки крупногабаритных изделий; опасное воздействие на оператора; выделения вредных веществ в атмосферу [52, 61].
Физико-химические способы очистки машин, узлов и деталей мало распространены в сельском хозяйстве из-за значительных затрат на приобретение химических веществ, сложности оборудования, вредного влияния на обслуживающий персонал и загрязнения окружающей среды [27].
Механический способ удаления загрязнений характеризуется тем, что к физико-химическому фактору воздействия водных растворов моющих средств добавляется механическое воздействие водных струй, а также применение механического инструмента. Это приводит к разрушению и размыву за счет возникновения нормальных и касательных напряжений.
Классификация механических способов очистки Механический фактор очистки соскабливанием достигается путем использования инструмента (скребки, металлические щетки, абразивные бруски) с совместным действием водных растворов. В основном используется для удаления с наружных поверхностей деталей скопления грязи, продуктов коррозии, накипи, нагара и доочистки поверхностей после мойки. Способ достаточно эффективен при очистке труднодоступных участков сельскохозяйственных машин (зазоры, щели, стыковые соединения). Однако обладает следующими недостатками: малопроизводителен, трудоемок, требует для обработки различных поверхностей инструмент, изготовленный из различного материала. Поэтому находит ограниченное распространение.
Наиболее широко распространен механический способ очистки воздействием струй. Различают очистку струями сухих очищающих сред и водных.
При использовании сухих очищающих сред механический фактор очищающего действия достигается за счет кинетической энергии воздействия абразивного материала на частицы загрязнения.
В зависимости от очищающего материала различают следующие способы очистки: пескоструйная, дробеструйная, с помощью косточковой крошки.
Пескоструйная очистка сводится к обдувке загрязненных поверхностей кварцевым или металлическим песком. Она является наиболее эффективным способом удаления продуктов коррозии и подготовки металлической поверхности к окраске. При этом способе поверхность не только очищается, но и приобретает равномерную шероховатость, способствующую лучшему прилипанию лакокрасочных материалов. Дробеструйная очистка применяется при удалении старых лакокрасочных покрытий, а также для очистки наружных поверхностей гильз автотракторных двигателей от накипи и продуктов коррозии. В качестве металлического песка используется стальной или чугунный песок. Поверхности деталей из цветных металлов и сплавов очищать металлическим песком не рекомендуется, так как проникающие в поверхностный слой частицы черного металла способствуют протеканию электрохимической коррозии. В таких случаях применяют очистку с помощью косточковой крошки, которая представляет мелкораздробленную скорлупу фруктовых косточек (отходы предприятий по переработке фруктов), обладающую меньшей прочностью, чем предыдущие очищающие среды, тем самым не повреждает поверхности деталей.
Анализ способов и методов улучшения условий труда операторов моечных установок
Здоровые и безопасные условия труда операторов моечных установок сельскохозяйственной техники могут быть достигнуты следующими способами: - применением средств коллективной защиты нормализации температурного и воздушного режимов; - применением средств индивидуальной защиты; - правильным выбором технологии; - правильным выбором режимов работы оборудования.
В качестве средств нормализации температурного и воздушного режимов на участках мойки широкое применение получили различные системы вентиляции, классификация которых представлена на рисунке 1.11.
В системах естественной вентиляции вентилирование участков мойки производится под действием естественных сил. К их числу относятся тепловой (или гравитационный) и ветровой напоры. Воздух, поступающий на участок или удаляемый из него, в системах естественной вентиляции может передвигаться по специальным каналам-воздуховодам или через специальные отверстия в строительных конструкциях.
Основным недостатком систем естественной вентиляции является низкая производительность и малый воздухообмен.
В отличие от систем естественной вентиляции, в системах механической вентиляции для перемещения воздуха используются специальные вентиляторы. Системы механической вентиляции также могут быть канальными и бесканальными. Наиболее распространены канальные системы. Радиус действия механических систем может быть очень велик. Он зависит от величины давления, создаваемого вентилятором. Системы механической вентиляции могут быть приточными, вытяжными и комбинированными.
Приточными системами, как правило, оборудуются наиболее «чистые» помещения и для участков мойки они не применимы.
В случае оборудования помещений моечных участков только вытяжной системой вентиляции организованно производится удаление воздуха из помещений. Системами вытяжной вентиляции оборудуются наиболее «грязные» помещения, когда нужно предотвратить или сократить распространение из них воздуха в соседние помещения.
Моечные участки могут быть оборудованы системами приточной и вытяжной вентиляции. В этих случаях в помещении может установиться повышенное или пониженное давление воздуха.
Местные системы вентиляции могут быть приточными или вытяжными. Вытяжные получили наиболее широкое применение, так как позволяют наиболее экономичным путем решить задачу создания заданных условий воздушной среды. Местные вытяжные системы или местные отсосы, предназначены для улавливания выделяющихся вредностей непосредственно в местах их образования. Таким образом предотвращается распространение вредностей по всему объему помещения участка мойки. Основным недостатком местных систем вентиляции является невозможность создания одинакового воздухообмена во всем помещении.
Общеобменные системы вентиляции могут быть приточными и вытяжными. При использовании общеобменных систем ставится задача создать необходимые условия воздушной среды во всем объеме помещения. В отличие от местных систем в данном случае все выделяющиеся в помещении вредности распределяются во всем объеме. Следовательно, основной задачей, которая должна быть решена при проектировании таких систем, является обеспечение содержания в воздухе выделяющихся вредностей не выше предельно допустимых концентраций. Общеобменный метод создания заданных условий воздушной среды имеет широкое распространение.
Монтаж и эксплуатация систем вентиляции, зачастую связаны с затратой значительных денежных средств. Поэтому прежде чем принять решение об устройстве этих систем в том или ином сооружении, нужно очень внимательно и глубоко изучить возможности, позволяющие или совсем обойтись без вентиляции и кондиционирования воздуха, или значительно сократить объемы этих систем и мощности установленного в них оборудования.
Одним из способов сокращения воздухообмена является применение специальной влагостойкой одежды. Специальную влагостойкую одежду изготавливают из современных высокотехнологичных материалов таблица 1.2. Назначение влагостойких материалов - это защита от проникновения влаги и ветра во внутрь, а также одновременно выводить наружу избыточную влагу, выделяемую телом человека. Все подобранные в этой группе материалы очень комфортные, адекватны к самым разным изменениям окружающей среды и различным условиям.
Теоретические обоснование очистки поверхности машин водо-воздушной струей
При ведении очистки происходит загрязнение воздуха в зоне работ грязеводяным туманом вследствие распыла и разбрызгивания струи при ударе о поверхность (рисунок 2.4 а), в связи с чем, возникает опасность воздействия на оператора моечной установки вредного производственного фактора. Для устранения действия данного фактора используется «воздушный экран».
Физическая сущность снижения влажности с помощью воздушного экрана заключается в том, что направленный поток воздуха высокого давления создаёт препятствие для выхода частиц жидкости за его пределы и уменьшает гидравлический прыжок потока (рисунок 2.4 б). 1 - поток растекающейся жидкости; 2 - гидравлический прыжок потока; 3 - загрязнение; 4 - очищаемая поверхность; 5 - зона распыла струи; 6 - воздушный экран; V о - скорость струи; а - угол наклона (атаки) струи; Рж - сила воздействия струи жидкости на загрязненную поверхность; N и Т - нормальная и тангенсальная составляющая силы воздействия струи жидкости на загрязненную поверхность; F — реакция поверхности загрязнения; Рв - сила воздействия струи воздуха; R — результирующая сила смыва загрязнения; d н - диаметр струи. Рисунок 2.4 - Физика процесса влагоподавления. Рассмотрим взаимодействие потоков жидкости и воздуха в сопле и в сформировавшейся струе.
Приведем расчеты параметров течения воздуха из нагнетательной магистрали в каналах течения жидкости рисунок 2.5.
Струя воздуха плотностью рв (г/м ) поступает со скоростью V (м/с) из канала с площадью поперечного сечения S0(M ) и ударяется о поверхность жидкостного потока. Применяя теорему импульсов к движению воздуха по каналу за некоторый промежуток времени г (с), получаем, что объем канала заполнит участок струи длиной L=Vr с площадью поперечного сечения 5 . Пренебрегая действием силы тяжести, определим массу поступающего воздуха: GB=PB -S-VT (2.30)
На рассматриваемую механическую систему действует реакция струи жидкости R, направленная не перпендикулярно потоку жидкости, а под углом а.
Было создано допущение, что все частицы воздуха имеют одинаковую скорость V. Тогда количество движения рассматриваемого объема воздуха в момент tj = 0 будет вектором, имеющим направление скорости.
На основании теоремы об изменении количества механической системы или теоремы импульсов имеем: - Рв dB V2 -sma = -R T, (2.32) Отсюда реакция поверхности жидкости, зависит от давления, которое производит струя на поверхность жидкости: R = pB-dB-V2 -since, (2.33) Давление, оказываемое струей воздуха на очищаемую поверхность, определится как: Pm=PB-V2-sina, (2.34) а так как давление в воздушном канале PB= J , (2.35) то Рву4 % Р1\ = sin«, (2.36) / гві 2p-V -sin a 2 или PBl -2PBsinor , (2.37) где Рв — давление воздуха при ударе в жидкостную струю, а — угол наклона воздушного канала.
Так как при отклонении воздушного потока происходит изменение направления движения потока жидкости, то возникают потери энергии жидкостной струи на участке местного сопротивления.
Если пренебречь влиянием трения, то течение в сопле можно считать изоэнтропийным. При этом скорость в выходном сечении F3 сопла определяется по формуле:
Методика натурных исследований
Натурные испытания проводились с целью практического подтверждения теоретических обоснований и лабораторных исследований процесса очистки наружных поверхностей сельскохозяйственной техники, определения эксплуатационных показателей установки водо-воздушного действия с воздушным экраном, сравнительных испытаний предлагаемой технологии с существующими, определения эксплуатационных характеристик предлагаемой установки.
В задачи испытаний входило: 1. Определение эксплуатационных характеристик конструкции моечной установки с воздушным экраном для наружной очистки поверхностей сельскохозяйственной техники. 2. Выявление эффективных технологических параметров мойки предлагаемой установки. 3. Разработка технологии наружной очистки сельскохозяйственной техники. 4. Статистическая обработка данных полученных в процессе проведения испытаний наружной очистки сельскохозяйственной техники. 5. Обработка полученных показателей технологий очистки различных видов сельскохозяйственных машин при проведении сравнительных испытаний с использованием различных моечных установок.
Испытания проводились в СПК «Красный маяк» Спасского района Рязанской области.
Конструкция устройства позволяет работать в трех режимах — водоструйный и водо-воздушный и водо-воздушный с применением воздушного экрана.
Водоструйный режим очистки наружных поверхностей хорошо изучен, поэтому наибольшее внимание уделялось водо-воздушному режиму и водо-воздушному режиму с применением воздушного экрана, выявлению параметров, при которых качество и эффективность очистки будут максимальными. Использование вышеуказанных режимов осуществлялось на различном удалении от объекта очистки. Интервал удалений находился в пределах 400-700 мм. Расстояние до объекта очистки фиксировалось с помощью линейки закрепленной при помощи хомутов на гидромониторе. В качестве рабочей жидкости использовалась водопроводная вода, температура которой находилась в пределах 18-20 С.
В качестве объектов исследований были взяты широко применяемые в сельскохозяйственном производстве картофелеуборочный комбайн КПК2-01, гусеничный трактор ДТ-75 и колесный трактор МТЗ-80.
Выбранная сельскохозяйственная техника состоит из большого количества узлов и агрегатов, типичных для большинства сельскохозяйственных машин, и на их поверхности встречаются все виды загрязнений, характерные для сельского хозяйства.
Для получения информации с достоверной вероятностью 0,9 при коэффициенте вариации 0,1 и относительной ошибке 0,1 испытание проводилось на трех единицах каждой марки сельскохозяйственной техники.
При проведении исследований использовались современные измерительные приборы и оборудование, прошедшие в установленном порядке государственную проверку и необходимую в процессе эксперимента тарировку.
Для выявления эффективных технологических параметров мойки сельскохозяйственной техники и определения эксплуатационных характеристик моечной машины фиксировались следующие значения: - время мойки; - расход моющей жидкости; - затраты электроэнергии; - качество очищенной поверхности.
Время моечной операции и всего технологического цикла очистки сельскохозяйственных машин фиксировалось секундомером. За этот период времени определялся расход моющей жидкости по водомеру УВК-32, количество израсходованной электроэнергии по прибору ДП-100.
Качество очищенной поверхности оценивалось на эталонных участках поверхности машин с фиксированной площадью, характеристика которых по исследуемым маркам сельскохозяйственных машин приведена в таблице 3.2.
Методика оценки качества мойки сводилась к тому, что чистый, сухой тампон первоначально взвешивался, затем им протиралась насухо площадь, ограниченная трафаретной рамкой (целлофан, толщиной 0,4 мм, соответствующий размеру измеряемой поверхности), наложенной на эталонный участок.
Далее тампон проходил сушку для уменьшения в нем влаги до параметров, при которых он находился в первоначальном состоянии. Для этих целей использовалась сушильная камера с ртутным термометром 4-1966 и гигрометром М-68.
Сушка тампона проводилась при температуре 80 С до уменьшения относительной влажности в пределах 40%. После этого обтирочный тампон окончательно взвешивался на электронных весах ВЛКТ-500г-М.
По полученным результатам проводилась оценка качества мойки эталонного участка в соответствии с ГОСТ 18206-78, ОСТ-18000-84. Оценка качества мойки / -го эталонного участка определялась по формуле: 0,э1 = , мг/см2 , (3.13) где М-масса обтирочного тампона после контрольной очистки им і-ого эталонного участка и высушивания, мг; S - площадь эталонного участка, см 2; т - масса чистого обтирочного тампона, мг.
Выявление остаточного загрязнения проверялось с помощью наложения чистой рамки, соответствующей размеру эталонного участка, которая изготавливалась из гибкого прозрачного материала (целлофан толщиной 0,4 мм), размеченной на квадраты площадью 1 см .
Степень очистки измеряемых поверхностей определялась по формуле: 2 = Vxl00 (3.14) где S і - площадь загрязнений на эталонном участке до очистки водо-воздушной струей с воздушным экраном, см 2; S 2 - площадь остаточных загрязнений на эталонном участке после очистки, см 2. Полученные результаты наблюдений подвергались математической обработке. При анализе проведения исследований использовались графические методы в виде полигонов, гистограмм распределения. Оценка достоверности полученных результатов проводилась на основе методов математической статистики [17]. При проведении сравнительных испытаний наружной мойки сельскохозяйственных машин использовались технологии и средства механизации наружной очистки сельскохозяйственной техники, приведенные в таблице 3.4.
