close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102713

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ли Андрей Геннадьевич
/ Улучшение условий эксплуатации пильных деревообрабатывающих
станков путем снижения запыленности и шума
Специальности: 05.03.01- Технологии и оборудование механиче­
ской и физико-технической обработки
05.26.01- Охрана труда (в машиностроении)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ростов-на-Дону
2005
Работа была выполнена в государственном образователы10м учреждении
высшего профессионального образования Донском государственном тех­
ническом университете
Научный руководитель:
кандидат физико-математических наук, доцент Виноградова Г.Ю.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Петров В.И.
кандидат технических наук, доцент Щекина Е.В.
Ведущая организация:
Ассоциация производителей аанкоинструментальной
«Станкоинструмент»
продукции
Защита состоится 25 октября 2005г. В 10 часов на заседании диссертаци­
онного совета Д 212.058.02 в ГОУ ВПО Донском государственном техническом университете (ДГТУ) по адресу: 344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Га­
гарина, 1, ауд.252
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.
Автореферат разослан
сентября 2005г.
Ученый секретарь диссертационного
совета Д.Т.Н., профессор
JfC
'
Сидоренко B.C.
\
^т±
12Ш'^^
Общая характеристика работы
Актуальность. Участки и цеха деревообрабатывающих станков
относятся к категории опасных, т.к. у этого оборудования в большинстве
случаев наблюдаются повышенные уровни шума и концентрация пыли в
воздухе рабочей зоны. Среди гаммы деревообрабатывающих станков
следует выделить станки пильной группы, характеризующиеся особо вы­
сокими уровнями шума в высокочастотной части спектра, где превыше­
ние над предельно-допустимыми значениями достигает 25-35 дБ, и по­
вышенной концентрацией мелкодисперсной пыли, что вызывает такие
профессиональные заболевания как шумовая болезнь, пневмокониоз, си­
ликоз и т.д. Следует отметить, что на отечественных пильных станках
системы защиты работающих от шума и пыли не предусматриваются при
проектировании и не применяются при эксплуатации. Поэтому задачей
большой важности является правильный выбор технологии и комплекс­
ной инженерной системы защиты от шума и пыли, в частности, гидро­
обеспыливания, еще на стадии проектирования пильных деревообраба­
тывающих станков. При эксплуатации упомянутого оборудования также
приходится решать задачи, связанные с экспертной оценкой качества ра­
боты и совершенствованием систем шумозащиты и обеспыливания воз­
духа. В таких случаях необходимо контролировать обеспечение макси­
мальной эффективности при экономичной организации процесса обеспы­
ливания.
Целью работы является оценка и улучшение условий эксплуата­
ции пильных деревообрабатывающих станков за счет снижения запылен­
ности и шума до нормативных значений.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- математические модели процесса шумообразования пильных стан­
ков, учитывающие технологические параметры обработки, что и позво­
ляет обоснованно выбрать вариант шумозащитного устройства на этапе
проектирования пильных станков;
- гидрообеспыливание рабочей зоны орошением можно однозначно
харакгеризовать энергетическим показателем, который учитывает его
эффективность, технологические параметры системы орошения, аэроди­
намическую обстановку в зоне пылевыделения;
- уточненное математическое описание энергетического показателя
процесса гидрообеспыливания позволяет оптимизировать параметры и
прогнозировать санитарно-гигиенический эффект реализации орошения
при обработке древесины на деревообрабатывающих станках без прове­
дения предварительных опытных испытаний;
«>«• НАЦИОНАЛЬНАЯ
СМММОТЕКА
\
^ j ! ^ ^ '
- параметрический анализ энергетического показателя процесса гид­
рообеспыливания позволяет определить пути дальнейшего совершенст­
вования технологии его реализации.
Н а у ч н а я н о в и з н а работы заключается в следующем:
- установлены закономерности шумообразования рассматриваемых
станков, заключающиеся во взаимосвязи между уровнями шума, техноло­
гией обработки и конструкцией режущего инструмента;
- разработаны адекватные модели процесса шумообразования и по­
лучены математические зависимости уровней излучаемого шума, что и
является основой для обоснованного выбора системы шумозащиты при
проектировании подобных станков;
- постадийно систематизирован и обобщен процесс гидрообеспылива­
ния воздуха орошением древесной пыли, что в значительной мере облег­
чает расчет оптимальных из условий обеспечения максимальной эффек­
тивности и экономичности параметров процессов при проектировании
деревообрабатывающего оборудования;
- исследованы энергетические параметры процесса гидрообеспылива­
ния орошением при обработке древесины и уточнена аналитическая за­
висимость энергоемкостного показателя как критерия оценки экономич­
ности процесса гидрообеспыливания орошением с учетом динамических
особенностей и санитарно-гигиенической эффективности его реализации
в условиях деревообрабатывающего производства;
- разработана методика оптимизации параметров гидрообеспылива­
ния орошением на основе обеспечения предельно-допустимой концен­
трации (ПДК) пыли в воздухе рабочей зоны пильных деревообрабаты­
вающих станков;
П р а к т и ч е с к о е з н а ч е н и е . Разработаны методики, по­
зволяющие при проектировании подобных станков определить уровни
шума и на этой основе обоснованно выбрать звукозащитную конструк­
цию, а также высокоэффективную и экономичную технологию реализа­
ции орошения мелкодиспергированной жидкостью. Предложены и вне­
дрены в производство комплексные системы защиты операторов, вклю­
чающие звукозащитную конарукцию и устройство гидрообеспыливания
орошением, которые обеспечили выполнение нормативных величин шума
и запыленности, что существенно улучшило условия эксплуатации пиль­
ных деревообрабатывающих станков.
Реализация работы в промышленности. Результаты исследо­
ваний внедрены в модельном цехе ОАО «Донпрессмаш» (г. Азов). Уров­
ни шума и запыленность в рабочих зонах пильных деревообрабатываю­
щих станков доведены до предельно допустимых значений. Ожидаемый
годовой экономический эффект* составляет 75 тьк:. руб. (в ценах 2004 г).
Апробация работы. Основные положения диссертации доклады­
вались и обсуждались на международной научно-практической конфе­
ренции «Строительство-2004» (Ростов-на-Дону, РГСУ, 2004), всероссий­
ской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибер­
нетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, ТРТУ, 14-15
сентября
2004г.)
и
научных
конференциях
профессорскопреподавательского состава ДГТУ в 2004-2005гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печат­
ных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве­
дения, четырех разделов, общих выводов и рекомендаций, списка ис­
пользованной литературы из 131 наименований, имеет 33 рисунка, 4
таблицы и изложена на 109 страницах машинописного текста. В прило­
жение вынесены сведения о внедрении.
Содержание работы
Во введении обосновывается важная научно-техническая и соци­
ально-экономическая проблема снижения запыленности и шума в рабо­
чей зоне деревообрабатывающих станков пильной группы и приводятся
основные результаты ее решения с указанием степени новизны и значи­
мости.
В первой разделе выполнен аналитический обзор литературных
источников, посвященных исследованию процесса гидрообеспыливания и
шумообразованию деревообрабатывающих станков. Одно из ведущих
мест в практике обеспыливания воздуха занимает гидродинамический
метод орошением, прежде всего, благодаря своей высокой эффективно­
сти. Однако, в силу ряда технологических причин этот метод не нашел
широкого применения в деревообрабатывающем производстве. Осново­
полагающие исследования в области гидрообеспыливания орошением
были выполнены в нашей стране Беспаловым В.И., Глузбергом В.Е., Дерягиным Б.В., Журавлевым В.К., Ищуком И.Г., Кириным Б.Ф., Коузовым
П.А., Кудряшовым В.В., Минко В.А., Поздняковым Г.А., Ушаковым К.З.,
Фроловым М.А., Цыцурой А.А. и др. Существующие представления о ме­
ханизме гидрообеспыливания орошением позволяют оценить эффектив­
ность связывания, задержания и улавливания частиц пыли диспергиро­
ванной жидкостью. Однако, отсутствие комплексных методик оптимиза­
ции и расчета параметров гидрообеспыливания, особенно технологией
туманообразования, не позволяет прогнозировать работу и эффектив­
ность пылеподавления диспергированной жидкостью, хотя это особенно
важно для тонкодисперсной (менее 10 мкм), наиболее пневмокониозоопасной древесной пыли и характерной для рассматриваемых станков.
Существующие зависимости уровней шума получены эмпириче­
ским путем и не учитывают таких важных параметров как конструкция
инструмента, породу древесины и т.д. и не применимы для прогиозирования ожидаемых спектров шума в рабочей зоне. Изучение закономерно­
стей шумообразования непосредственно связано с вопросами динамики
процесса обработки (в частности, виброакустической динамики), что яв­
лялось предметом многих исследований, среди которых особо следует
выделить работы Бржозовского Б.М., Вейца В.Л., Кудинова В.А., Городец­
кого Ю.И., Заковоротного В.Л. Отсутствует комплексный подход к обес­
печению санитарно-гигиенических условий труда в рабочей зоне пиль­
ных деревообрабатывающих станков за счет снижения шума и запылен­
ности как доминирующих опасных и вредных производственных факто­
ров рассматриваемого оборудования. Исследования автора показали, что
на рабочих местах (94,5%) пильных деревообрабатывающих станков
уровни звука превышены на 5-25дБА (рис.1), а на 89% рабочих мест
предельно-допустмые концентрации пыли повышены на 2-16мг/м^
Рис.1. Гистограмма распределе­
ния уровней звука (дБА)
Рис.2. Гистограмма распреде­
ления концентраций пыли на
рабочих местах
(рис.2).
Т.о., проблема снижения запыленности и шума деревообрабаты­
вающих пильных станков является актуальной. Для достижения постав­
ленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Исследовать закономерности массовых процессов в зоне ороше­
ния туманом с энергетической точки зрения и шумообразования в рабо­
чей зоне.
2. Уточнить математическое описание энергетических параметров
диспергированной жидкости и пылевых частиц, взаимодействующих в
процессе гидрообеспыливания орошением туманом деревообрабатываю­
щих станков, показателей эффективности и экономичности как результи­
рующих характеристик процесса гидрообеспыливания орошением тума­
ном.
3. Разработать математические модели для прогнозирования спек­
тров шума, ленточнопильных и круглопильных станков, учитывающих
конструктивные особенности заготовок и инструмента, параметры техно­
логического процесса, а на их основе - методику инженерного расчета
шумообразования на стадии проектирования подобного оборудования.
4. Провести экспериментальные исследования показателей эф­
фективности и экономичности процессов шумообразования и гидрообес­
пыливания орошением туманом в зависимости от основных параметров
факела орошения и пылевоздушного потока в зоне деревообрабатываю­
щих станков.
5. Решить практические задачи по совершенствованию гидрообес­
пыливания орошением туманом для экономичного снижения концентра­
ции пыли в воздухе рабочей зоны динамичных источников пылеобразования и пылевыделения (рабочих органов деревообрабатывающих стан­
ков) до нормативных значений (ПДК) и достижению санитарных норм
шума.
Во второй разделе приведены результаты теоретического иссле­
дования процесса пздрообеспыливания и шумообразования рассматри­
ваемого оборудования.
Аналитические исследования процесса гидрообеспыливания оро­
шением туманом базируются в данной работе на двух основных резуль­
тирующих параметрах: эффективности и энертвмкоспюм показателе.
Известный энергоемкостной показатель процесса гидрообеспыли­
вания по аналогии с коэффициентом полезного действия в общем виде
определяется по формуле:
W
f^=^xlOO,%,
(1)
Л',
где Wi - энергия, расходуемая в лтом способе гидрообеспыливания на
захват и удаление пыли диспергированной жидкостью из воздушного по­
тока (полезная энергия); N, - энергия, расходуемая на реализацию /-го
способа гидрообеспыливания (затраченная энергия).
В силу того, что каждый этап процесса обеспыливания носит ве­
роятностный характер, результат реализации процесса в целом может
быть рассмотрен как функция последовательности зависимых этапов.
14елью уточнения математического описания процесса явилось по­
лучение параметрических зависимостей его эффективности и энергоем­
костного показателя как результирующих характеристик с учетом сово­
купности исходных данных, определяющих технологическую и санитар­
но-гигиеническую обстановку, в которой реализуется рассматриваемый
процесс.
Такие параметрические зависимости эффективности и энергоем­
костного показателя позволят получить детальный анализ действующих
механизмов в процессе гидрообеспыливания орошением туманом, что, в
свою очередь, обеспечит возможность максимально эффективно исполь­
зовать каждый из этих механизмов, а также аналитически прогнозиро­
вать рабочие режимы его реализации для условий рассматриваемого
оборудования.
На основе анализа вероятностно-статистической теории описания
процесса обеспыливания воздуха и с учетом результатов работ других
авторов получена параметрическая зависимость для определения эф­
фективности гидрообеспыливания орошением туманом:
Е^ = 1- 1-2/3
х1-
Stk
3,56g;
[\^УкО,Оп
cose
ЗП\
l-0,32q
^кРж
{Q„D„ii.K)
U2\
(2)
cose + l / a i '
где Езф - общая эффективность гидрообеспыливания орошением тума­
ном; Bi - константа межмолекулярного взаимодействия с учетом эффек­
та электромагнитного запаздывания, Дж м^; И, - средняя относительная
скорость капли, м/с; ц, - динамическая вязкость воздуха. Па с; D, - сред­
ний поверхностно-объемный диаметр капли, м; D„ - медианный диаметр
пылевых частиц, м; р^ - плотность орошающей жидкости, кг/м'; Q„ расход жидкости через ороситель, м^с; а^ - эмпирический коэффициент,
определяющий динамические условия в зоне инерционного захвата, с 9 угол^смачивания.
На первом этапе процесса коагуляции, необходимо сообщить кап­
ле такую кинетическую энергию, которая обеспечит ее сближение с пы­
линкой до критического расстояния начала действия межмолекулярных
сил. Параметр, учитывающий этот вид энергии, описывается формулой:
tt;=4,9/77XVty,,BT,
(3)
где т,- средняя масса капли, кг; V^- средняя скорость капли, м/с; /?'число капель',столкнувшихсяс пылинками в единице объема в единицу
времени, 1/(м^с); t/^- объем активной зоны факела орошения, м^.
Второй этап процесса коагуляции характеризуется преобладаю­
щим с точки зрения захвата пылевых частиц влиянием адгезионных сил
(включая аэродинамическое и молекулярное обтекание). Оценивать дей­
ствие этих сил можно энергией адгезионного взаимодействия, которая
вызывает притяжение. Параметр, учитывающий энергию адгезионного
взаимодействия, описывается формулой:
К-'-^^^-.В..
(4,
где Wy, - энергия дисперсионного взаимодействия, Дж; h^ - среднее рас­
стояние между пылинкой и каплей в активной зоне орошения, м; F^ суммарная площадь поверхности адгезионного взаимодействия капель
жидкости с частицами пыли в единице объема, м^м^; t - время, в тече­
ние которого капля и пылинка находятся в динамическом соприкоснове­
нии, с.
Обязательным условием завершения процесса является возникно­
вение прочного контакта между ними и образование краевого угла сма­
чивания. Количественно этот этап процесса, заключающийся в растека­
нии жидкости по поверхности пылинки, можно описать энергетическим
параметром растекания:
a^{l-cosQ)F^U^
к- '
" f.
''.Вт,
(5)
где Fp - суммарная площадь поверхности растекания жидкости в единице
объема, м^м^; t'- время смачивания, с.
Для того, чтобы реализовать процесс гидрообеспыливания ороше­
нием туманом в условиях эксплуатации деревообрабатывающих станков,
необходимы технические средства, требующие для работы определен­
ных энергетических затрат. Основной характеристикой энергетических
затрат на реализацию орошения туманом является энергетический пара­
метр насосной установки, характеризующий энергию жидкостного потока
непосредственно перед оросителем и описываемый формулой:
N„ = 9,8 H„Q„, Вт,
(6)
которую с учетом неразрывности жидкостного потока и конструктивных
характеристик оросителя можно привести к виду:
/V„ = 0,000345 ц d^{g H'J" , Вт,
(7)
где ц - коэффициент расхода сопла оросителя; dc - диаметр сопла оро­
сителя, м; Hf, - давление орошающей жидкости непосредственно перед
оросителем, кг/м^.
Подставив выражения (3-7) в формулу (1), получим параметриче­
скую зависимость для определения энергоемкостного показателя ороше­
ния туманом:
4,9 /пЛУ^..°'^^У'^- .--^^-?,^^^^-^-
Е^ =
^-1
.
(8)
0,000345 ц d,{g Н^„У'^
Процессы пылеобразования и пылевыделения при обработке дре­
весины круглопильными и ленточнопильными станками наблюдаются во
внутренних объемах производственных помещений. Для решения задачи
оптимизации параметров гидрообеспыливания орошением туманом в та­
ких условиях необходимо знать характеристики воздуха рабочей зоны
производственного помещения, который характеризуется следующими
параметрами, подлежащими нормированию: влажностью, % ; температу­
рой, °С; скоростью движения воздуха в рабочей зоне помещения, м/с;
концентрацией пылевого аэрозоля, мг/»^.
Именно такой учет параметров воздушной среды позволяет уточ­
нить расчетные зависимости в математическом описании процесса гид­
рообеспыливания.
В качестве исходных параметров выбраны следующие характери­
стики:
- свойства пылевого материала: плотность р^, средний медианный
диаметр пылевых частиц D^ краевой угол смачивания 9;
- свойства воздушной среды в зоне гидрообеспыливания: плотность
Ре, динамическое давление Н^ эквивалентный диаметр канала для дви­
жения воздушного потока в случае рассмотрения частично замкнутых
объемов производственных помещений (/„ температура f» влажность 4;
- технологические параметры реализации орошения туманом: давле­
ние жидкости перед оросителем Н», диаметр сопла оросителя 4> коэф­
фициент расхода сопла оросителя ц, длина активной зоны факела оро­
шения /70 и корневой угол раскрытия факела а;
- характеристики рассматриваемого производственно-технологическо­
го оборудования (круглопильных и ленточнопильных станков): диаметр
диска пилы £/„ производительность станка (расход древесины) qr, ско­
рость подачи древесины и„ протяженность обрабатываемых заготовок Ц
- физико-химические свойства орошающей жидкости: поверхностное
натяжение адсорбционного слоя а", поверхностное натяжение на фанице
раздела с воздухом a„> плотность р„ электрозаряженность жидкостного
аэрозоля Qj.
После математических преобразований окончательно получим па­
раметрические зависимости:
- эффективности гидрообеспыливания орошением туманом:
10
з/Л
£^ =
Вг
1-4,48
^^.
К D:
0,147 ( ^ , / ^ ( а / 2 ) У ' ^
L^ Q^iqi^AM^mni^
I
(9)
Hi''
I и^Х'Ч^^Л
Stk
Stk + a[^
cose
cosG + l/Si
Зависимоаи (9) и (10), лежащие в основе математического описания,
с учетом принятых допущений и фзничных условий, конечно, не отра­
жают абсолютно всех особенностей взаимидейс1вия пылевою и жидкистного аэрозолей в условиях реализации гидрообеспыливания орошени­
ем туманом. Однако структура математической модели процесса, по на­
шему мнению, позволяет по мере уточнения этих особенностей и полу­
чения их количественных оценок дополнять и совершенствовать предло­
женное математическое описание.
- энергоемкостного показателя гидрообеспыливания орошением ту­
маном:
^3
498,5 f ^ g ^ ( g / y „ ) " V ^ ,
цМ'
1,55х10-'У
(10)
1,12 х10"О^'"(1-cos 9)1
Где Вз - коэффициент, учитывающий величину скорости и на­
правление пылевоздушного потока относительно жидкостного потока
Конструктивные особенности деревообрабатывающих пильных
станков, заключающиеся в отсутствии высокоскоростных зубчатых пере­
дач, высокие скорости вращения пил круглопильных станков и высокие
скороаи движения ленточных пил позволяют предполагать, что процесс
шумообразования в рабочей зоне определяется акустическим излучением
режущего инструмента.
Моделью источника шума дисковых пил является круглая пласти­
на, жестко защемленная в центре. Для такого источника получены сле­
дующие зависимости звуковой мощности:
20[g!^rfr!fi3j4S^
10 Ig
r^'^j-ilO-nzf
10
+10lg/fj-20lg/r,-86,дБ
где Кг - удельная работа, определяемая по данным, Н/м^; а^ада
11
эффициенты, учитывающие породу дерева, влажность и затупление пи­
лы (определяются по нормативным данным ); Н- высота пропила, м;5^подача на зуб пилы, м/зуб; п - частота вращения, об/мин; z - число
зубьев пилы; Л - толщина пилы, м; Z?- диаметр пилы, м; р - коэффици­
ент, определяющий соответствующую моду колебания; К^ - число пил.
В ленточнопильных станках для устойчивости работы пил создает­
ся предварительное натяжение. Для такого источника в качестве модели
принят линейный источник, звуковая мощность которого определяется
следующим выражением:
Ц = 201д^^^^у-^^ ^ 201дС. + 20lg^^2Z -10'^^ [ ^ J + j g ^ 13,дБ , (12)
где /С^ - максимальное значение скорости колебаний пилы, определяе­
мое из уравнения поперечных колебаний за время обработки заготовки,
t*- шаг зубьев, м., I- длина пилы, м., b - толщина пилы, м., h - высота пи­
лы, м.
На этой основе определяется потребная для выполнения санитар­
ных норм шума величина звукоизоляции системы шумозащиты.
В третьем разделе приведены результаты экспериментальных ис­
следований спектров шума и гидрообеспыливания.
С целью определения возможности практического использования
результатов теоретических исследований гидрообеспыливания, проведе­
на серия экспериментальных исследований в лабораторных условиях.
Обработку экспериментальных данных выполняли методом наименьших
квадратов, а сходимость результатов экспериментальных и теоретиче­
ских исследований определяли на основе погрешности проводимых из­
мерений в пределах заданной доверительной вероятности.
Для проведения серии экспериментальных исследований в лабо­
раторных условиях разработан и смонтарован экспериментальный стенд,
который включает пылевую камеру, дозатор пылеобразующего материа­
ла, приемный бункер пылеобразующего материала, рабочую зону станка,
линию подачи исходной воды, емкость для исходной воды, смесительную
емкость для приготовления орошающей жидкости, рабочую и резервную
насосные установки, манометр, оросительное устройство (туманообразователь), дренажный патрубок для удаления шлама и запорно-регулирующую арматуру.
В результате предварительных экспериментов установлено, что
распределение частиц используемых видов пылевого материала по раз­
мерам подчиняется логарифмически нормальному закону. Содержание
мелкодисперсных частиц (менее 10 мкм) для рассмотренных видов пыле­
вого материала изменяется от 3 до 40%.
12
в процессе эксперимента определяли концентрацию пыли в возду­
хе рабочей зоны фавиметрическим методом при аспирационном способе
отбора проб.
Одной из искомых характеристик процесса обеспыливания воз­
душной среды является его эффективность, которая, в конечном счете,
определяется разностью концентраций пыли в воздухе рабочей зоны до
и после реализации процесса. В экспериментальных исследованиях стре­
мились обеспечить начальную конценфацию пыли в воздухе рабочей зо­
ны, равную 1000 мг/м', что обеспечивало адекватносп» получаемых при
разных измерениях данных.
Другая искомая величина, характеризующая процесс обеспылива­
ния, - энергоемкостный показатель, определяется энергией, затраченной
на его реализацию, то есть вносимую в зону обеспыливания жидкостным
потоком. Кроме того, из всех видов энергии, входящих в зависимость
энергоемкостного показателя, практически измерить удается пока только
затраченную энергию. Анализ результатов показал, что орошение тума­
ном целесообразно применять при скоростях воздушного потока до 1,5
м/с, когда максимальная эффективность обеспыливания воздуха (до
9 9 % ) достигается при минимальных затратах энергии (до 700 Вт). Одна­
ко орошение туманом можно эффективно использовать и при скоростях
пылевоздушного потока более 1,5 м/с, когда затраченная энергия увели­
чивается незначительно, а эффективность обеспыливания остается прак­
тически на прежнем уровне. Результаты проведенных исследований по­
казали, что эффективность и энергоемкостный показатель достаточно
полно характеризуют процесс обеспыливания воздушной среды и могут
использоваться в качестве его результирующих параметров.
Метрологическая проработка использованных в эксперименталь­
ных исследованиях приборов и статистическая обработка результатов
предварительных экспериментов показали, что:
- максимальная погрешность измерений концентрации, пыли в воздухе
используемыми приборами составляет 11,7% при доверительной вероят­
ности р=0,95;
- максимальная погрешность измерений затраченной энергии исполь­
зуемыми приборами составляет 4,75% при доверительной вероятности
р=0,95.
На рис. 3 представлены примеры графического сопоставления эм­
пирических зависимостей, полученных статистической обработкой, с тео­
ретическими, полученными в результате математического моделирова­
ния орошения туманом. Анализ графиков и результатов сопоставления во
всем диапазоне изменения параметров орошения туманом показывает,
что, учитывая погрешность проведенных измерений, результаты теоре-
13
тических расчетов в достаточной степени согласуются с данными экспе­
риментальных исследований.
Экспериментальные исследования шума проводились на следую­
щих типах станков: ажурно-лобзиковом АЧСС-4; ленточно-столярных ЛС40 и ЛС-100; универсальных круглопильных Ц-б; прирезных станках ЦДК5 и ЦА-2; торцовочных ЦПА-2; круглопильных распиловочных ЦДТ-5-2.
Спектры шума ленточных станков имеют равномерное распреде­
ление интенсивности звукового излучения в широкой полосе частот 5004000 Гц. Характер спеюра шума у различных моделей станков практиче­
ски полностью идентичен. Действительно, у ленточно-пильного станка
ЛС-100 {скорость резания 40 м/с и мощность 7 кВт) и ЛС-40 (скорость ре­
зания 30 м/с и мощность 1,7 кВт) разница в уровнях звукового давления
по нормируемому диапазону частот составляет 8-11 дБ (рис. 4).
Еэф,%
100
95
90
85
80
75
1,5
Н,Вт
0,7
200
Нн, МПа
400
600
1000
^^^
i=4,75
"^*^
2
1
Рис. 3. Зависимость эффективности и затраченной энергии для орошения
туманом от давления орошающей жидкости при Упт = 1,0 м/с: 1 - кри­
вые, рассчитанные по уравнениям математической модели; 2 - кривые,
построенные в результате статистической обработки экспериментальных
данных
14
L,flB
sV « N ,
•l'
^
9
m^
1Z5
250
SOU
1000
2000
4000
1000
f.TM
— 2"
Рис.4. Спектры шума в
рабочей зоне: 1 - станка
ЛС-40; 2 -станкаЛС-100;
3 - прирезного станка
ЦДК-5; 4 - прирезного
станка ЦПА-2; 5 - пре­
дельный спектр
Теоретическое значение изменения уровней шума составляет 12 дБ
20lg^
Превышение норматива наблюдается в интервале 500-8000
Гц и составляет 5-10 дБ у станка ЛС-40 и 10-20 дБ у станка ЛС-100. Иная
картина наблюдается у круглопильных станков, работающих дисковыми
пилами. У этих станков спектр шума имеет ярко выраженный высокочас­
тотный характер, с максимумами интенсивности в области 2000-8000 Гц.
Превышение норматива в этом частотном диапазоне достигает 35 дБ. У
пятипильного станка ЦДК-5 уровни шума на 4-5 дБ выше, чем у однопильного ЦА-2 (теоретическое значение составляет 101д5=7дБ). Анало­
гичные спектры шума имеют универсальный круглопильный станок Ц-б,
поперечно-раскройный ЦПА-2, распиловочный ЦДТ-6. Таким образом,
экспериментальные исследования подтвердили правильность теоретиче­
ских выводов о закономерностях шумообразования пильных станков в
том, что основным источником шума является режущий инструмент. Убе­
дительным подтверждением этому выводу служит тот факт, что при по­
стоянных режимах обработки и инструменте при изменении габаритных
размеров заготовок изменение уровней шума не превышает 2 дБ, что
сравнимо с точностью измерительной аппаратуры. Пример расчета для
однопильного прирезного станка с дисковой пилой 0 500 мм, Z=72,
h=4,2 мм, Np=7 кВт приведен на рис. 5.
15
1000 2000 4000 JOCO
.—2
''•'"
Рис. 5. Спектры шума прирезного станка:! - теоретический спектр; 2 - экспериментальный
Разница теоретических и экспериментальных уровней шума не превыша­
ет 3-4 дБ. Такая точность является достаточной для проведения инже­
нерных расчетов шума, т.к. такую же точность расчетов обеспечивают
существующие методы расчета звукоизоляции. Надежность методики
расчета является основным критерием возможности разработки шумозащитных систем при проектировании пильных деревообрабатывающих
станков.
В четвертой разделе представлены технические решения по
снижению шума и запыленности пильных станков. Для всей гаммы круглопильных и ленточнопильных станков разработаны защитные устройст­
ва, обладающие высокой степенью унификации, технологичностью, ком­
пактностью и удобством в обслуживании станка. Ограждение экранирует
непосредственно режущий инструмент и на его несущих элементах уста­
навливаются оросители, направленные в зону резания. Принцип дейст­
вия оросителя при реализации пылеулавливания высоконапорным оро­
шением основан на совмещении аэродинамического и гидродинамическо­
го методов с образованием упругого газожидкосгного факела улучшен­
ных параметров за счет наложения вращающегося конусного факела
жидкости с вращающимся в его полости сдуво-всасывающим потоком
воздуха.
Для практической реализации расчетных оптимальных параметров
в рассматриваемых технологических условиях предложена принципиаль­
ная схема орошения туманом в зоне пиления, включающая установку в
зоне резания туманообразователя с подводящим распределителем от
жидкостного насоса, соединенного всасывающим патрубком с емкостью
16
рабочей жидкости и от компрессора, подающего в туманообразователь
сжатый воздух.
В качестве исходных данных вводили физико-химические и рас­
ходные параметры древесины, технологические параметры возможного к
применению гидрообеспыливающего оборудования (насосов, форсунок,
орошающей жидкости и т.п.). Анализ технического задания на проекти­
рование и санитарно-гигиенических требований к воздуху рабочей зоны
позволил выявить следующее:
- концентрация древесной пыли в воздухе рабочей зоны:
без применения орошения
20 мг/м^;
с применением орошения
3,5 мг/м-*;
- эффективность обеспыливания воздуха рабочей зоны
98,8 % ;
- энергоемкостный показатель
15,7 % ;
- влажность древесины после распиловки
6,5 % .
Рис. 6. Циркулярная пила. Ограждение усРис. 7. Легкий ленточнотанавливаеппся на стол. Крепление системы
пильный станок ЛС-100 с
обеспыливания к боковым стенкам ограж­
механизмом подачи для
дения аналогично горизонтально-пильному ребровой распиловки
Рассчитанная, технически проработанная и внедренная в проект
круглопильного станка технология орошения туманом отвечает практи­
чески всем производственно-технологическим требованиям. В результате
внедрения защитных систем в рабочей зоне пильных станков обеспечено
выполнение предельно-допустимых концентраций пыли и санитарных
норм шума (рис. 8).
17
L.fltf
L_^b^>
^4^
125
2S<»
500
(«W
IXm
*KX)
ЖЯЮ
f.ru
Рис. 8. Спектры шума в
рабочей зоне: 1 - ленточно-пильного станка с сис­
темой защиты; 2 - ленточно-пильного станка ЛС100 (базовый вариант); 3
- прирезного станка ЦДК5 (базовый вариант); 4 прирезного станка с сис­
темой защиты; 5 - пре­
дельный спектр
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНЯАЦИИ
Конечные результаты работы можно представить следующими вы­
водами:
1. Разработана комплексная система защиты операторов пильных
деревообрг^атывающих станков, обеспечивающая выполнение в рабочей
зоне предельно-допустимых значений уровней шума и запыленности, что
существенно улучшило условия эксплуатации данного вида оборудова­
ния.
2. Уточнено математическое описание энергетических параметров
диспергированной жидкости и пылевых частиц, взаимодействующих в
процессе гидрообеспыливания орошением туманом применительно к ус­
ловиям работы круглопильных и ленточнопильных станков, а также по­
казателей эффективности и экономичности как результирующих характе­
ристик процесса гидрообеспыливания орошением туманом.
3. Определены направления эффективного и экономичного измене­
ния параметров гидрообеспыливания орошением туманом и решены
практические задачи по его совершенствованию для экономичного сни­
жения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны динамичных источни­
ков пылеобразования и пылевыделения до нормативных значений. Усо­
вершенствованы по пути повышения эффективности и экономичности
устройство улавливания древесной пыли в рабочей зоне деревообраба­
тывающих станков орошением туманом, а также ороситель (туманообразователь).
4. Разработана методика оптимизации параметров гидрообеспыли­
вания орошением туманом на основе обеспечения ПДК пыли в воздухе
18
рабочей зоны деревообрабатывающих станков участков деревообработки
предприятий машиностроения.
5. Выявлены и описаны связи между спектрами шума рассматривае­
мого оборудования, технологическими режимами обработки, конструк­
тивными параметрами режущего инструмента и породой древесины.
6. Получены математические зависимости для прогнозирования
процесса шумообразования пильных деревообрабатывающих станков,
что позволяет на этапе проектирования выбрать рациональный вариант
шумозащиты.
7. Разработаны устройства, обеспечивающие комплексную защиту
от пыли и шума, при соблюдении всех производственно-технологических
требованиях к процессу обработки на пильных деревообрабатывающих
станках.
Основное содержание диссертации отражено в 8 работах, основ­
ными из которых являются:
1.Ли А.Г. Шумовые характеристики круглопильных станков при
работе циркулярными пилами/ А.Г.Ли//Безопасность жизнедеятельности.
Охрана труда и окружающей среды; межвуз. сб. науч. тр. РГАСХМ -Ростов
н/Д, 2004. -Вып. 8. -С.77-79.
2. Ли А.Г. Математическое описание шумообразования дисковых
пил / А.Г. Ли // Известия ИУИ АП, 2004. -№2. -С16-21.
З.Ли А.Г. Экспериментальные исследования процесса гидрообес­
пыливания рабочей зоны круглопильных и ленточнопильных станков
орошением туманом/ А.Г.Ли, Г.Ю.Винофадова, А.Н.Чукарин // Вестник
ДГТУ, 2004. -Т.4. -С.469-473.
4. Ли А.Г. Реализация процесса гидрообеспыливания орошением
туманом зоны пиления круглопильных и ленточнопильных деревообраба­
тывающих станков/ А.Г.Ли // Техническая кибернетика, радиоэлектрони­
ка и системы управления: Всерос. науч. конф. аспирантов и студентов. Тез. докл. ТРТУ. Таганрог, 2004. -С.340.
Б.Виноградова Г.Ю. Экспериментальные исследования виброаку­
стических характеристик деревообрабатывающих станков / Г.Ю. Виногра­
дова, А.Г.Ли, В.М.Цветков // Безопасность жизнедеятельности, 2005, №6. -С.40-43.
ЛР №04779 от 18.05.01. В набор 14.09.05 В печать 15.09.05
Объем 1,0 УСЛ.П.Л., 1,0 уч.-изд.л. Офсет. Бумага тип №3.
Формат 60x84/16. Заказ № 335. Тираж 100.
Издательский центр ДГТУ
Адрес университета и полифзфического предприятия:
344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина,1.
19
f
20^96
РНБ Русский фонд
2006-4
22940
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
821 Кб
Теги
bd000102713
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа