Записавши рівняння, що пов'язують між собою рух елементів важільної системи та отримавши математичний опис переміщення кінцевої ланки із закріпленим робочим органом, визначили вплив геометричних параметрів елементів системи на сили, що виникають у шарнірах механізму. При цьому було встановлено, що збільшення довжини важелів (штанг) 3, 4 та 5 у межах l=500 мм суттєво впливає на виникаючі в шарнірах навантаження, які для прийнятих умов зі 120Н можуть сягнути 500Н (Рис.2.2). Оскільки геометричні параметри робочої зони безпосередньо визначаються l, стає очевидним, що обмеження допустимих рівнів навантажень та, відповідно,підвищення точності позиціонування робочого органу при обробці стінок стільника можливе лише при відносно малих переміщеннях штанг. Зроблено висновок, що розв'язання протиріччя між забезпеченням розмірів робочої зони в межах 1000-1500 мм та обмеженнями поступового руху уздовж однієї з координат можливе при поділі робочих рухів між важільною системою орієнтування робочого органу та засобів переміщення робочого столу. Таким чином, обмеження величини переміщення робочого органу може компенсувати додатково встановлений механізм, наприклад, типу «лямбда» [15] (Рис. 10), який здатен забезпечувати переміщення заготовки в межах прямокутного поля (Рис. 2.9).

Рисунок 2.9. - Зростання навантаження в шарнірах робочого органу при зміні довжини штанг



Де: 1, 6 - втулки ліва та права; 2 - ведуча ланка; 3 - фіксуюча ланка; 4 - елемент кріплення заготовки; 5 - шатун; 7 - ходовий гвинт.

Рисунок 2.10. - механізм типу «лямбда», доцільний для розширення технологічних можливостей верстату для перфорування:

Також в якості підтримуючого шарніру між жорсткою штангою та робочим органом можна використати сферичний шарнір (Рис.11).

Рис 11. Загальний вигляд сферичного шарніру

Таблиця 2.3. Рухливість елементів шарніра

Деталь	Спряження	Відносний рух
Напівсфера з віссю	Напівсфера з втулкою	Напівсфера з втулкою
	Ліва напівсфера	Ліва напівсфера
	Права напівсфера	Права напівсфера
	конічна шайбба
	Гайка
Напівсфера з втулкою	Напівсфера з віссю	Напівсфера з віссю
	Ліва напівсфера	Ліва напівсфера
	Права напівсфера	Права напівсфера
	Верхнє напівкільце	Верхнє напівкільце
	конічна шайбба
	Гайка
Ліва напівсфера	Напівсфера з віссю	Напівсфера з віссю
	Напівсфера з втулкою	Напівсфера з втулкою
	Права напівсфера	Права напівсфера
	Верхнє напівкільце	Верхнє напівкільце
	Нижнє напівкільце	Нижнє напівкільце
	Кришки	Кришки
	конічна шайбба	конічна шайбба
Права напівсфера	Напівсфера з віссю	Напівсфера з віссю
	Напівсфера з втулкою	Напівсфера з втулкою
	Ліва напівсфера	Ліва напівсфера
	Верхнє напівкільце	Верхнє напівкільце
	Нижнє напівкільце	Нижнє напівкільце
	Кришки	Кришки
	конічна шайбба	конічна шайбба

Таким чином, було запропоновано новий тип технологічного обладнання для виконання отворів у складно просторових виробах, зокрема, у стінках стільника негерметичної панелі. Верстат складається із двох автономних систем із паралельними кінематичними ланцюгами, спряжених як з робочим органом, так і з оброблюваної заготовкою, одночасна робота яких дозволяє виконувати отвори на високих робочих швидкостях із мінімальними похибками відпрацювання переміщень, що досягається зменшенням нерівномірності статичних та динамічних навантажень у шарнірах механізмів; виконання механізму у вигляді двох автономних ланцюгів розширює технологічні можливості обробного обладнання та знімає обмеження на розмір оброблюваної заготовки.



3. РОЗРАХУНОК ПРИСТРОЮ ПЕРЕМІЩЕННЯ

Оскільки запропонований пристрій використовує механічні переміщення для позиціювання робочого органу, то його приводи підлягають кінематичним і силовим розрахункам. Основними тяговими приводами в пристрої є передачі гвинт - гайка.

3.1 Тяговий пристрій гвинт-гайка кочення. Характеристика й конструктивні параметри

Тяговий пристрій гвинт-гайка кочення (кулькова гвинтова передача) є основним типом тягового пристрою в приводі подач верстатів зі ЧПК й лише у важких верстатах, у яких довжина ходу робочого органа перевищує 3…4 м), використовують черв'ячно-рейкову або зубчасто-рейкову передачі.

Властивості передачі.

Передача гвинт-гайка кочення має властивості, що дозволяють застосовувати її як у приводах подач без відліку переміщень (універсальних верстатів, силових столів агрегатних верстатів), так і в приводах подач і позиціонування верстатів зі ЧПК. Для передачі характерні високий коефіцієнт корисної дії (0,8 - 0,9), невелика відмінність між силами тертя руху й спокою, незначний вплив частоти обертання гвинта на силу тертя в механізмі, повна відсутність осьового зазору. Недоліками є висока вартість, знижене демпфірування, відсутність самогальмування.

Будова і розміри передачі.

Передача складається із гвинта 1 (рис. 3.1), гайки 2, кульок 3 і пристроїв для повернення кульок (на малюнку не показані). Звичайно застосовують передачі з найбільше технологічним напівкруглим профілем різьблення. Для зниження контактних напруг передбачають r_в = r_г ? (1,03…1,05) · r₁. Попередній натяг, підвищує точність и жорсткість передачі, створюють осьовими вставками поміж гайками, гвинтами, спареною диференціальною гайкою.

За номінальний розмір передачі приймають діаметр d₀ умовного циліндра, на якому розташовані центри кульок. Кращими значеннями номінального кроку вважаються 2,5; 5; 10; 20 мм.

Розміри стандартних гвинтів передачі гвинт-гайка кочення наведені в табл. 2.1. Прийняті позначення: d₀ ? номінальний діаметр; р ? номінальний крок; d₁ і l₁ ? діаметр і довжина шийки гвинта для квадрата під ключ; d₂ і l₂ ? діаметр і довжина шийки під муфту, що компенсує; d₃ і l₃ ? діаметр і довжина шийки під регулювальну гайку; d₄, d₇ і l₄, l₇ ? діаметри й довжини опорних шийок гвинта; d₅ і l₅ ? діаметр і довжина шийки гвинта; d₆ і l₆ ? діаметр і довжина шийки гвинта під проміжний елемент. Стандартна конструкція гвинта дозволяє застосовувати роликові комбіновані підшипники, приводні елементи із кріпленням затяжною конічною втулкою або затяжними кільцями, вимірювальний перетворювач зворотного зв'язка, упори, установлювані на проміжному елементі. Довжина різьблення гвинта:

,(3.1)

де: l_н ? переміщення виконавчого органа верстата; l_к ? довжина корпуса гайки; l_у ? ширина ущільнення кулько-гвинтового механізму; l_п ? довжина перебігу; l_н ? довжина неробочої частини гвинта.

Рисунок 3.1 - Схема передачі гвинт-гайка кочення

Гвинти діаметром до 50 мм виготовляють зі сталі ХВГ і піддають об'ємному загартуванню до нарізування різьби. Гвинти діаметром до 100 мм і довжиною до 5000 мм в умовах крупносерійного й централізованого виробництва виготовляють зі сталі 8ХФ. Їх рекомендується гартувати з індукційним нагріванням у кільцевому індукторі. Гвинти із кроком різьби 5 мм або 10, 12, 20 мм, але довжиною 1500 мм доцільно гартувати до нарізування різьби, а гвинти із кроком 10, 12, 20 мм і з різьбовою ділянкою довжиною до 1000 мм ? після нарізування різьби. У другому випадку передбачається корекція профілю різьби, що враховує зміну її кроку в результаті загартування. На гвинтах довжиною до 3000 мм із кроком 20 мм проводиться контурне загартування робочого профілю з нагріванням ТВЧ. Гвинти класу точності П діаметром понад 80 мм, довжиною до 4000 мм рекомендується виготовляти зі сталі 20ХЗМВФ і піддавати азотуванню після попереднього поліпшення. Різьблення таких гвинтів повинно мати скоректований крок для компенсації поздовжньої деформації, яка виникає у результаті азотування.

Гайки рекомендується виготовляти зі сталі ШХ15СГ. Допускається застосовувати сталі 9ХС і 7ХГ2ВМ зі зміцненням об'ємним загартуванням, а також сталі 25ХГТ і 12ХНЗА зі зміцненням цементацією й наступним об'ємним загартуванням.

Рисунок 3.2 - Передача із двома гайками, оснащеними зубчастими вінцями

Передача із двома гайками, оснащеними зубчастими вінцями. У кульково-гвинтовий механізм входять гвинт 2 (рис. 3.2), дві гайки 4 і 6, комплект кульок 5, корпус 1.

Пристрій для повернення кульок 3 виконаний у вигляді вкладишів, вставлених у три вікна кожної гайки. Вкладиші з'єднують два сусідні витки гвинтової канавки, зміщені один до одного в осьовому напрямку на один її крок і розділяють кульки в кожній гайці на три циркулюючі групи. Для тонкого регулювання натягу гайки оснащенні зубчастими вінцями на фланцях, які входять у внутрішні зубчасті вінці корпуса. На одному фланці число зубів на одиницю більше, ніж на іншому. Якщо вінці обох фланців вивести з корпуса, повернути гайки в одну сторону на однакове число зубів (на нерівні кути) і знову з'єднати зубчасті вінці, можна, завдяки невеликому осьовому зближенню профілів різьблення гайок, створити заданий натяг.

У цьому механізмі, як і в інших з поверненням кульок через вкладиші, робоче число кульок в одному витку:

розрахункове число кульок в одному витку:

де: k_z = 0,7…0,8 ? коефіцієнт, що враховує погрішності виготовлення різьблення гвинтового механізму.

Застосовують корпуси гайок двох форм: циліндричної із фланцем і призматичної з бічною стикувальною площиною. Посадочний отвір для корпусів циліндричної форми виготовляється по Н6. Розмір від осі гвинта до притискної площини корпуса призматичної форми має відхилення H7.

Передача з однобічним регулюванням натягу.

Кульково-гвинтовий механізм із однобічним регулюванням натягу (рис. 3.3) зручний в експлуатації. До його складу входять кільце 6 і стопорні елементи 5 і 7. На внутрішній і зовнішній циліндричних поверхнях кільця нарізані рівно-розміщені вилучення. У корпусі 4 гайка 2 застопорена штифтом 1, а гайку 3 при регулюванні повертають на малий кут за допомогою регулювального механізму. Для цього в неї запресований стопорний елемент 5, що входить у контакт із одним із внутрішніх вилучень на кільці 6. Інший стопорний елемент 7 вставлений в отвір корпуса 4 і входить у контакт із одним із зовнішніх вилучень на цьому кільці. При регулюванні натягу стопорний елемент 7 виводиться з контакту з кільцем 6, гайка 3 повертається, а потім стопорний елемент 7 уводиться в сусіднє або більш вилучене вилучення.

Рисунок 3.3 ? Передача із двома гайками з викружками

Передача із двома гайками по DIN 69051.

До складу передачі (рис. 3.4) входять гайки 1 і 4 із вкладишами 2 для відводу кульок і щітки 5 для очищення ходового гвинта. Для регулювання натягу одну гайку повертають відносно іншої й фіксують за допомогою упору 3, оснащеним зубцями, як і гайка 4. Мастильний матеріал підводить до отвору А.

Способи змащування кульково-гвинтового механізму й захисту його від забруднень.

Для змащування кульково-гвинтового механізму застосовують рідкий або пластичний мастильний матеріал. Масло типу індустріального підводять до корпуса в якому установлені гайки. Використовується змащування наступних видів: краплинне, порціонне, циркуляційне, масляним туманом. Пластичний мастильний матеріал типу солідолу застосовується, коли при використанні рідкого мастильного матеріалу виникають ускладнення, і у невеликому обсязі його закладають у гвинтові канавки гайки. Ефективні масла із протизадирними присадками, особливо у зв'язку з тим, що в каналах повернення має місце тертя ковзання.

Рисунок 3.4 ? Передача із двома гайками по DIN 69051

Для запобігання забруднення гвинтів застосовують захисні пристрої в сукупності із пристроями ущільнення й очищення. Захисні телескопічні трубки з ущільненнями, маючи значні габарити, можуть бути використані тільки при збільшенні довжини гвинта. Гармонікоподібні кожухи добре захищають гвинт і не займають багато місця. Короткі гвинти можуть бути захищені сталевими стрічками, згорнутими в спіраль.

Добре очищає гвинт, що охоплює його фетрова або повстяна втулка з різьбленням на внутрішній поверхні (рис. 3.5 а), однак, при зношуванні вона гірше виконує свої функції. При використанні втулки з нейлону виникає менша сила тертя в контакті із гвинтом і втулка менше шаржирується твердими частками.

Шкребки-щітки, призначені для очищення гвинта (рис. 3.5 б, в), слід встановлювати так, щоб їх можна було заміняти без розбирання вузла в цілому.

Рисунок 3.5 ? Пристрої для запобігання забруднення кульково-гвинтового механізму

Різьбові кільця із синтетичного матеріалу, жорстко з'єднані з гайкою, ущільнюють кульково-гвинтовий механізм з протилежних торців і добре очищають гвинт, однак ці властивості погіршуються при зношуванні кілець. У пристрої, зображеному на рис. 3.6 а, у кожного торця гайки поміщено по два кільця (рис. 3.6 б, в), виготовлених із фторопласта, які мають на внутрішній поверхні гвинтовий профіль (рис. 3.6, г). Кільце 5, назване нерухомим, за допомогою упору 1, що входить у наявний на ньому паз, утримується від повороту щодо гайки 4. Кільце 2 захоплюється обертовим гвинтом передачі доти, поки воно не ввійде в контакт із нерухомим кільцем. Завдяки цьому в торці гайки, де гвинт угвинчується в неї, виникає контакт із натягом між гвинтовими профілями кілець і гвинта. При зміні напрямку його обертання такий же контакт виникає в протилежному торці гайки. Зношування кілець не впливає на якість роботи пристрою. Для відводу забруднень у кільцях передбачені похилі пази.



Рисунок 3.6 ? ущільнено-очисний пристрій

Способи осьового закріплення гвинта.

Застосовують осьове закріплення гвинта по наступних схемах.

Рисунок 3.7- Способи осьового закріплення гвинта

Схема 1. Опора, що представляє собою комбінований підшипник, сприймає навантаження в обох напрямках (рис. 3.7 а, 3.8 а). Однобічне закріплення гвинта допускає найменше стискаюче навантаження й найменшу критичну частоту обертання. Тому довжина гвинта L не повинна перевищувати 20?25 його діаметрів. Передачі, виконані за цією схемою, використовують при невеликих ходах переміщуваного вузла або при однобічнім навантаженні, часто в приводах вертикальної подачі.

Схема 2. Один кінець гвинта встановлений на опорі, яка сприймає осьове навантаження в обох напрямках, другий перебуває на додатковій радіальній опорі (рис. 3.7 б). Така конструкція має в порівнянні з попередньої більш високий запас стійкості по критичній осьовій силі й по критичній частоті обертання. Застосовується в тих же випадках, що й передача з однобічним закріпленням гвинта, часто в приводах горизонтальної подачі.

Схема 3. Одна опора (у двигуна) сприймає осьове навантаження в обох напрямках, інша - в одному (рис. 3.7 в). Опора, що сприймає навантаження в обох напрямках, являє собою упорний комбінований роликовий підшипник або сукупність двох упорні роликового й кулькового радіального підшипників.

Схема 4. Кожна із двох опор гвинта сприймає осьове навантаження в обох напрямках (рис. 3.7 г). В опорах установлюють упорні комбіновані роликові підшипники або по два роликові-упорні, упорно-радіальні підшипники й по одному кульковому радіальному (рис. 3.8 б). За допомогою тарілчастих пружин 1 і 5, гайок 2 і 4 гвинт 3 при складанні розтягують. Цим усувають провисання його під дією ваги, зменшують радіальне биття, підвищують осьову жорсткість передачі. Крім того, забезпечується сталість натягу в підшипниках при температурних деформаціях гвинта, усувається можливість розкриття стику в підшипниках і їх перевантаження.

Щоб не допустити помітного викривлення кроку гвинта - сила, що розтягує, не повинна перевершувати найбільшого осьового навантаження на гвинт. Передачі з такими опорами допускають застосування порівняно довгих гвинтів (L/d0 ? 20...25), мають високу осьову жорсткість, сприймають найбільше стискаюче навантаження, мають значний запас стійкості по критичній частоті обертання.

Рисунок 3.8 - Конструкції опор ходових гвинтів

Для запобігання скривлення гвинта при монтажі необхідно за допомогою кріпильних гайок рівномірно притиснути до нього комплект підшипників. Це досягається при незначному відхиленні від перпендикулярності торця гайки щодо її осі, а також при застосуванні довгих проставочних втулок або проміжних кілець із виступами на торцях. Надійне кріплення забезпечується розрізною гайкою з тангенціальним стопорним гвинтом. Більш рівномірне притискання підшипників досягається при застосуванні гайки з кільцевими канавками

3.2 Розрахунок передачі гвинт-гайка кочення

Вихідні дані й ціль розрахунків.

Передача гвинт-гайка кочення виходить із ладу в результаті втоми поверхневих шарів кульок, гайки й гвинта, втрати стійкості гвинта, зношування елементів передачі й зниження точності. Можливими причинами виходу її з ладу є: занадто велике навантаження на гвинт, низька розрахункова довговічність, значний відносний перекіс гвинта й гайки, незадовільний захист від забруднень. Мета розрахунків передачі полягає у визначенні номінального діаметра гвинта d₀ і у виборі по каталогу такої передачі, яка задовольняла б усім вимогам працездатності.

Вихідні дані для розрахунків передачі ? довжина гвинта, його найбільша розрахункова довжина, спосіб установки гвинта на опорах, ряд значень осьового навантаження на передачу, ряд частот обертання гвинта (гайки). Осьові навантаження на гвинт визначають для різних операцій, що виконуються на верстаті (наприклад, для чорнового, напівчистового й чистового точіння), а також для різних елементів циклу обробки ( для швидкого й робочого ходів робочого органа). Установлюють також час дії кожного навантаження (у частках від розрахункового строку експлуатації верстата) і відповідні їм частоти обертання гвинта. Якщо ж виходити зі значень крутного моменту на валу електродвигуна М_д при виконанні різних робіт і для різних елементів циклу, крутний момент на ходовому гвинті:

де: М_д ? крутний момент на валу двигуна, приймемо 2 Н·м;

з ? ККД ланцюга від двигуна до гвинта;

і ? передатне відношення цього ланцюга. Якщо обертання передається безпосередньо з електродвигуна на ходовий гвинт - то ККД приймається 1.

Окружна сила на радіусі різьби:

Осьова сила, що діє на гвинт:



де: ? кут підйому різьби; ? кут тертя

(f ? коефіцієнт тертя катання, f = (57...85)·10^-5).

На першому етапі передачу вибирають по осьовому навантаженню, з конструктивних і технологічних міркувань, на другому - перевіряють на утому робочих поверхонь гвинта й гайки, за критеріями стійкості й осьової жорсткості. Номінальний діаметр гвинта d₀ беруть рівним L/(20...25).

Гранично припустиме нормальне статичне навантаження на одну кульку. Це навантаження (Н) визначають по залежності:

де: k_у ? коефіцієнт, що залежить від припустимої контактної напруги на поверхні кульки у_п ( при у_п = 2500; 3000; 3500 і 3800 МПа, відповідно,

k_у = 20; 35; 55 і 70; для звичайно застосовуваної передачі k_у = 70); d₁ у мм.

Статична вантажопідйомність C₀ ? це гранично припустиме осьове навантаження на гвинті, в результаті дії якої виникає загальна залишкова деформація тіл кочення, гайки й гвинта в найбільш навантаженій зоні контакту, рівна 0,0001 діаметра тіла кочення:

де: z_p ? розрахункове число кульок в одному витку різьби, u ? число витків у гайці, б ? кут контакту кульки із гвинтом і гайкою.

Так як: z_p = k_z z₁, то:



Для звичайно застосовуваних передач при використанні матеріалів з

у_п = = 3800 МПа:

Розрахунки сили попереднього натягу.

Попередній натяг, підвищуючи осьову жорсткості передачі, збільшує момент холостого ходу й знижує її довговічність. Тому сила попереднього натягу повинна бути обрана обґрунтовано.

За мінімально припустиму силу натягу P_Нmin (Н), віднесену до однієї кульки, приймають таку силу, яка забезпечує збереження попереднього натягу у гвинтовій передачі при дії поздовжньої сили:

Найбільша припустима сила натягу, віднесена до однієї кульки, при якій зберігається статична міцність механізму:



Залежно від потрібної жорсткості передачі, її довговічності нагрівання, що допускається, гвинта й особливостей вимірювального перетворювача переміщень силу натягу вибирають в інтервалі від P_hmin до P_hmax, найчастіше

Розрахунки передачі на динамічну вантажопідйомність. Динамічною вантажопідйомністю передачі C називають таке постійне осьове навантаження, яке повинен витримати кульково-гвинтовий механізм протягом 10⁶ обертів.

Оскільки в процесі роботи верстата на гвинтову передачу діють різні за значенням, напрямком й часом впливу навантаження, а частота обертання гвинта не залишаються постійними, методика вибору передачі по динамічній вантажопідйомності вимагає визначення еквівалентного навантаження й еквівалентної частоти обертання. Якщо в кульково-гвинтовий механізм входять дві гайки, еквівалентне навантаження знаходять для кожної з них.

Сили, що діють на гайки передачі:

де: Р_Н ? сила попереднього натягу в кульково-гвинтовому механізмі.

Середня частота обертання гвинта при постійнім навантаженні:

В якості приводного двигуна приймаємо сервопривід Stober EZS501 з характеристиками: М_д=7 Нм, n_{д МАХ}=3000 ^об/_хв., U=24 v, m=1.19 кг.

Еквівалентне навантаження на гайку:

По динамічній вантажопідйомності С, можна розрахувати тривалість роботи механізму, виражену в обертах:

Тривалість роботи гвинтового механізму, виражена в годиннику:

Необхідну тривалість роботи механізму до настання утоми будь-якого його елемента при Q₃ і ухвалюють рівної близько 10000 год.

Якщо в гайці u робочих витків і динамічна вантажопідйомність одного витка C:

Із співвідношень (86) ? (88) випливає залежність для обчислення необхідної динамічної вантажопідйомності одного витка:



Щоб врахувати характер навантаження на механізм і властивості матеріалів, з яких виготовлені його деталі, у формулі (89) вводять відповідні поправочні коефіцієнти fw і f_н:

Коефіцієнт fw приймають наступним: при рівномірнім обертанні гвинта (гайки) без ударних навантажень fw = 1,0...1,2, при середніх умовах роботи fw = 1,2…1,5, при роботі із частими ударними навантаженнями fw = 1,5,..2,5, для кульково-гвинтових передач у металорізальних верстатах fw = 1,2, у промислових роботах fw = 1,2...1,5. Значення коефіцієнта f_н: при твердості матеріалу гайки 58...60 HRC_э f_н = 1; при 55 HRC_э f_н = 0,7; при 50 HRC_э f_н = 0,5.

Необхідна розрахункова динамічна вантажопідйомність одного витка, обчислена за формулою (3.20), повинна бути не менше цього показника, вибраного для передачі по каталогу. Виходячи із цієї умови, по каталогу вибирають передачу з номінальним діаметром d₀.

Значення С₁, внесені в каталог, визначені експериментальним шляхом. Якщо експериментальні дані відсутні, фактичну динамічну вантажопідйомність одного витка передачі з поверненням кульок через вкладиші можна визначити, користуючись співвідношенням С₁ = (0,2...0,4)·С₀.

Розрахунки гвинта на стійкість по критичній осьовій силі.

Якщо досить довгий гвинт працює на стиск, його перевіряють на стійкість при найбільшім тяговім зусиллі Q_max, прийнятому за критичну силу. З обліком того, що момент інерції перетину гвинта I визначають не для мінімального його діаметра, а умовного d₀, одержують наближену залежність:



де: Е ? модуль пружності матеріалу гвинта, I ? момент інерції перетину гвинта, м ? коефіцієнт, що залежить від характеру закладення кінців гвинта (якщо обоє кінця гвинта затиснені, м приймають рівним 0,5; при одному затисненому кінці й розміщенні другого на шарнірній опорі, що має можливість зміщатися в осьовому напрямку, м = 0,707; при обох шарнірних опорах м = 1; при одному затисненому кінці й другому вільному м = 2); l ? найбільша відстань між гайкою й опорою гвинта.

З урахуванням коефіцієнта запасу стійкості k_у, прийнятого для передач гвинт-гайка кочення, рівним 3, по залежності (3.23) визначають номінальний діаметр гвинта d₀, при якому він не втрачає стійкості:

Розрахунки гвинта на стійкість по критичній частоті обертання.

У моменти швидких переміщень робочого органа верстата, коли гвинт обертається з високою частотою, відцентрові сили можуть викликати втрату його стійкості, що проявляється в настанні вібрацій. Критична частота обертання гвинта, об/хв.:

де: d ? внутрішній діаметр різі гвинта, мм; v ? коефіцієнт, що залежить від способу закладення кінців гвинта (якщо один кінець гвинта закріплений жорстко, другий вільний, v беруть рівним 0,7; у випадку обох опорних кінців v = 2,2; якщо один кінець закріплений жорстко, інший опорний, v = 3,4, коли оба кінця закріплені жорстко, v = 4,9); k = 0,5. .0,8 ? коефіцієнт запасу,

l ? відстань між опорами гвинта, мм.

Розрахунки на жорсткість. Необхідний діаметр ходового гвинта d₀ можна визначити з умови забезпечення жорсткості привода, яка пов'язана із жорсткістю кульково-гвинтового механізму j_м, гвинта j_в і його опор j_о:

.(3.26)

Осьова жорсткість привода впливає на можливість виникнення його резонансних коливань. Щоб не допустити резонансного режиму, власну частоту коливань механічної частини привода f приймають в 3?3, 5 рази більшою, ніж частота f₁ імпульсів, які утворюються системою виміру переміщень. Для великих верстатів f₁ = 10...15 Гц, для середніх і малих f₁ = 15...25 Гц. Виходячи із припустимої частоти коливань механічної частини привода f, визначають його необхідну жорсткість, Н/мкм:

де: m ? маса вузлів механічної частини привода (ходового гвинта, виконавчого вузла й установлених на ньому пристосувань, заготовки), кг.

Жорсткість кульково-гвинтового механізму з попереднім натягом і поверненням кульок через вкладиші при r₁ /r₂ = 0,96:



де: k_д = 0,3…0,5 ? коефіцієнт, що враховує погрішності виготовлення гайки, а також деформації у гвинтовому механізмі й у всіх його стиках: d₀ і с ? у мм.

Найменша жорсткість ходового гвинта залежить від способу установки його на опорах. При однобічнім закріпленні, а також у випадку, коли один кінець гвинта затиснений, а другий розміщений на шарнірній опорі:

де: l₁ ? найбільша відстань від опори гвинта до середини кулькової гайки; d₀ і l₁ - у м, E ? у МПа, j_В ? Н/м.

Мінімальна жорсткість ходового гвинта з обома затисненими кінцями, Н/м:

Наближене значення жорсткості опор гвинта, Н/мкм:

де: e = 5; 10; 30, відповідно, для радіально-упорних, кулькових і роликових упорних підшипників; d₀ ? у мм.



4. ОХОРОНА ПРАЦІ І БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ

космічний сотонаповнювач перфорування

4.1 Системи менеджменту охорони праці та промислової безпеки в народному господарстві

Система працеохоронного менеджменту і його рівні.

Використовуючи системний підхід і вважаючи, що кожна система складається з елементів, які, у свою чергу, утворюють систему, таким чином можна виявити систему працеохоронного менеджменту (СПМ).

Як і будь-яка інша система управління, СПМ має:

· орган управління, а саме працеохоронний орган управління - ПОрУ (назвімо його працеохоронною керувальною системою);

· об'єкт управління, а саме працеохоронний об'єкт управління - ПОбУ (назвімо його працеохоронною керованою системою).

Крім цих основних елементів СПМ містить систему наглядових працеохоронних органів - СНПО та працеохоронну інформаційну систему (ПІС). Названі елементи утворюють гнучку систему працеохоронного менеджменту (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Система працеохоронного менеджменту.

Працеохоронна керувальна система, або ПОрУ, складається з наступних елементів: працеохоронних законодавчих актів і керівних структур; працеохоронна керована система, чи ПОбУ, включає суб'єкти праці, предмети і засоби праці, суспільні відносини, що утворюють, відповідно, гігієнічні, технолого-технічні та виробничо-суспільні умови.

В сучасній ієрархії управління підприємством визначають такі рівні:

• вищі менеджери; менеджери середньої ланки, менеджери першої ланки,

• неуправлінські працівники та службовці.

Що стосується управління безпекою праці, то насамперед слід виділити дві ознаки, за якими воно здійснюється: територіальна і функціональна.

За територіальною ознакою виділяють такі рівні:

• перший рівень (нижча ланка) - виконавський, індивідуальний, особистий - виконавці робіт;

• другий рівень (середня ланка) - об'єктовий (на рівні об'єкта економіки), локальний:

- 2а - керівники підприємств і головні фахівці, у тому числі менеджери з охорони праці на підприємстві,

- 2б - начальники структурних підрозділів, фахівці;

• третій рівень (висока ланка) - суб'єктовий рівень, регіональний:

- За - керівники та інспектори державних наглядових органів на території регіону,

- 3б -керівники адміністрації міст, районів, начальники відповідних відділів охорони праці й інспектори державних наглядових органів;

• четвертий рівень (найвища ланка) - державний:

- 4а - Президент, віце-президент, уряд, міжгалузева комісія з охорони праці,

- 4б - начальники й інспектори міжгалузевих державних наглядових органів з охорони праці,

- 4в - начальник Держнагляду з охорони праці та соціальної політики, начальник державної експертизи умов праці Міністерства праці та ін.

За функціональною ознакою управління охороною праці здійснюється за відомчою належністю. При цьому виділяють перший, другий і третій відомчі рівні. Перший і другий із них однакові з територіальними, що описані вище.

Третій відомчий рівень:

- За - міністр (керівник відомства), його заступники,

- 3б - керівники укрупнених відомчих підрозділів (концернів, корпорацій) і їх заступники з питань охорони праці.

Система управління охороною праці на підприємстві залежно від його відомчої підпорядкованості може бути навіть чотирирівневою. Крім згаданих двох рівнів, тут необхідно виділити управління на рівні об'єднання підприємств (при наявності таких у галузі) і на рівні самого підприємства.

Рисунок 4.2. - Блок-схема управління охороною праці на державному рівні

Рис. 4.3. Блок-схема системи державного управління охороною праці на галузевому рівні.

Управління охороною праці на державному рівні здійснює створена при Кабінеті Міністрів Національна Рада з питань безпеки життєдіяльності, що розробляє і проводить заходи зі створення цілісної системи державного управління охороною життя людей на виробництві і профілактики побутового травматизму, організовує й забезпечує контроль за виконанням законодавчих актів, координує діяльність центральних і місцевих органів виконавчої влади у сфері охорони життя людей. Очолює Національну Раду з питань безпеки життєдіяльності перший віце-прем'єр-міністр України. Рішення Національної Ради та її бюро, прийняті в межах їхньої компетенції, обов'язкові для центральних і місцевих органів державної виконавчої влади, підприємств, організацій та громадян.

Загальнодержавні завдання та функції управління охороною праці покладені на ряд структурних органів Кабінету Міністрів.

Державний комітет з нагляду за охороною праці (Держнаглядохоронпраці) є урядовим органом державного управління, що діє в складі Кабінету Міністрів. Основними структурними елементами СУОП є:

· об'єкт управління, тобто система охорони праці на конкретному підприємстві, в об'єднанні, регіоні, Україні в цілому;

· елементи управління, що включають контроль стану об'єкта, вироблення управлінських дій та їх реалізацію, контроль за виконанням управлінських дій, аналіз стану подібних об'єктів, формування завдання охорони праці, порівняння показників.

Оцінювання стану охорони праці проводять за великою кількістю показників. Для їх узагальнення встановлено єдиний показник -узагальнюючий критерій оцінки якості об'єкта управління (ЯОУ).

Управлінські дії можна оцінити розміром витрат на виконання цієї дії у грошовому вираженні (ГВ). Тоді у класичному вигляді ефективність управлінських дій Е оцінюється зміною ЯОУ на одиницю ГВ:

(4.1)

Відповідно до Закону «Про охорону праці» державне управління охороною праці в Україні здійснюють:

* Кабінет Міністрів України;

* спеціально уповноважений урядовий орган державного управління охороною праці - державний комітет із нагляду за охороною праці, що входить до складу Кабінету Міністрів (Держнаглядохоронпраці);

* на галузевому рівні -- міністерства та інші центральні органи державної виконавчої влади;

* на регіональному рівні - місцева державна адміністрація й органи місцевого самоврядування.



4.2 Служби охорони праці місцевих державних адміністрацій та органів місцевого самоврядування

Управління охороною прані в країні поділяється на рівні:

- загальнодержавний;

- регіональний (обласний, районний, міський, районний у місті, селищі, селі);

- галузевий;

- виробничий (рівень підприємств).

Державне управління охороною праці здійснюють (рис.):

- Кабінет Міністрів України;

- Державна служба гірничого нагляду та промислової безпеки України (Держгірпромнагляд України);

- міністерства та інші центральні органи державної виконавчої влади;

- місцева державна адміністрація, органи місцевого самоврядування.

Кабінет Міністрів України:

· забезпечує реалізацію державної політики в галузі охорони праці;

· подає на затвердження Верховної Ради України загальнодержавну програму поліпшення стану безпеки, гігієни праці та виробничого середовища;

· спрямовує і координує діяльність міністерств, інших центральних органів виконавчої влади Щодо створення безпечних і здорових умов прапі та нагляду за охороною пращ;

· запроваджує єдину державну статистичну звітність з питань охорони праці.

З метою координації діяльності органів державного управління охороною праці створюється Національна рада з питань безпечної жиггєдіяльносгі населення, яку очолює віце-прем'єр-міністр України.

Державний нагляд за додержанням законів та інших нормативно-правових актів про охорону праці здійснюють:

· Державна служба гірничого нагляду та промислової безпеки України (Держгірпромнагляд України);

· спеціально уповноважений державний орган з питань радіаційної безпеки;

· спеціально уповноважений державний орган з гшгань пожежної безпеки;

· спеціально уповноважений державний орган з питань гігієни праці.

Органи державного нагляду за охороною праці не залежать від будьяких господарських органів, суб'єктів підприємництва, об'єднань громадян, політичних формувань, місцевих державних адміністрацій та органів місцевого самоврядування, їм не підзвітні й не підконтрольні.

Діяльність органів державного нагляду за охороною праці регулюється Законами України «Про охорону праці». «Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку». «Про пожежну безпеку», «Про забезпечення санітарного та епідемічного благополуччя населення», іншими нормативно-правовими актами та положеннями про ці органи.

Діяльність місцевих державних адміністрацій спрямовується на те, щоб у повсякденному житті набував практичного змісту та підтверджувався найголовніший принцип державної політики -- пріоритет життя і здоров'я працівників. В умовах переходу до ринкової економіки, створення численних підприємств та інших господарств з недержавними формами власності, шо не мають галузевого підпорядкування, незмірно зростає значення місцевих органів державної виконавчої влади в організації безпечних і здорових умов праці, усуненні причин виробничого травматизму та професійних захворювань.

Законами "Про місцеві державні адміністрації" та «Про місцеве самоврядування» передбачено, шо захист прав, свобод і законних інтересів громадян є одним з головних принципів, на яких ґрунтується місцеве та регіональне самоврядування. Отже, порушення цих прав, пов'язане з невиконанням вимог законодавства про охорону праці, е об'єктом та предметом діяльності місцевих державних адміністрацій та місцевого самоврядування.

Виконавчі органи сільських, селищних, міських рад забезпечують належне утримання, ефективну й надійну експлуатацію об'єктів житлово-комунального господарства, побутового, торговельного обслуговування, транспорту і зв'язку', що перебувають у комунальній власності відповідних територіальних громад, додержання вимог щодо охорони праці працівників, зайнятих на цих об'єктах. Для виконання цих функцій сільські, селищні, міські ради створюють у складі свого виконавчого органу відповідний підрозділ або призначають спеціаліста з охорони праці.

Нагальним у системі управління охороною праці е забезпечення органів державного управління охороною праці та служб охорони праці підприємств, установ, організацій кваліфікованими фахівцями з охорони праці різних освітньо-кваліфікаційних рівнів за відповідними профільними спрямуваннями з урахуванням сучасних соціально-економічних умов та реальних потреб.

Інформаційне забезпечення в галузі охорони праці, яке має здійснюватися органами управління охороною праці на всіх рівнях, потребує удосконалення шляхом вивчення і поширення міжнародного та вітчизняного досвіду щодо пропаганди безпечних методів і засобів праці, вирішення інших актуальних питань у цій сфері із залученням сучасних інформаційних технологій. ЗМІ, оперативного розповсюдження посібників, пам'яток, методик, листівок відповідного спрямування.

4.3 Вимоги безпеки до місць віконання робіт

Конструкція робочого місця, його розміри та взаємне розташування його елементів повинні відповідати антропометричним, фізіологічним І психофізіологічним характеристикам людини, а також характеру роботі Облаштоване згідно з вимогами стандартів робоче місце забезпечує зручне положення людини. Це досягається регулюванням положення крісла, висоти та кута нахилу підставки для ніг за умови її використання, або висоти І розмірів робочої поверхні. Повинне забезпечуватись виконання трудових операцій в зонах моторного поля (оптимальної досяжності, легкої досяжності та досяжності) в залежності від необхідної точності і частоти дій.

Організація робочих місць повинна забезпечувати стійке положення та вільність рухів працівника, безпеку виконання трудових операції виключати або допускати лише в деяких випадках роботу в незручну позиціях, котрі зумовлюють підвищену втомлюваність.

Загальні принципи організації робочого місця:

· на робочому місці не повинно бути нічого зайвого; всі необхідне для роботи предмети повинні знаходитись поряд з працівником, але не заважати йому;

· ті предмети, котрими користуються частіше, розташовують ближче, ніж ті предмети, котрими користуються рідше;

Рис. 4.4. Зона в моторному полі при виконанні ручних операцій та розміщення органів управління при робочій позі «сидячи». 1 - зона оптимальної досяжності, 2 зона легкої досяжності, 3 - зона досяжності.

Рис. 4.5. Зона в моторному полі при виконанні ручних операцій при робочій позі «стоячи». 1 - оптимальна робоча зона, 2 - зона досяжності рук при фіксованому положенні ніг

· предмети, котрі беруть лівою рукою, повинні знаходитись зліва а ті предмети, котрі беруть правою рукою, повинні знаходитись справа

· якщо використовують обидві руки, то місце розташування пристосувань вибирається з врахуванням зручності захоплювання його двома руками;

· небезпечніше, з точки зору можливості травмування працівника обладнання повинне розташовуватись вище, ніж менш небезпечне. Однак слід враховувати, що важкі предмети під час роботи зручніше і легше опускати, ніж піднімати;

· робоче місце не повинне захаращуватися заготовками і готовими деталями;

· організація робочого місця повинна забезпечувати необхідну оглядовість.

Рис. 4.6 Зони в полі зорового спостереження: а - в горизонтальній площині; б - у вертикальній.

· Засоби відображення інформації повинні бути розташовані в зонах інформаційного поля робочого місця з врахуванням частоти та значущості інформації, типу засобів відображення інформації, точності і швидкості спостереження та зчитування.

Вибір місця виконання вантажно-розвантажувальних робіт повинен відповідати вимогам санітарних норм та іншій нормативній технічній документації. Відповідно ГОСТ 123.004-76* (СТ СЕВ 3518-81) місця виконання вантажно-розвантажувальних робіт розташовуються на спеціально відведеній території з твердим та рівним покриттям. Допускається виконання цих робіт на площадках з твердим ґрунтом, що здатний сприймати проектне навантаження від вантажів та підйомних і транспортних машин.

Розміри та покриття площадок для вантажно-розвантажувальних робіт згідно СНІІП ІІІ 4-80 мають відповідати: проекту виконання робіт. Під'їздні шляхи до площадок (пунктів) повинні мати тверде покриття і утримуватися у справному стані. У. місцях перетину під'їздними шляхами канав, траншей та залізничних колій влаштовуються настили та мости для переїздів.

Ширина під'їздних шляхів повинна бути не менше 6,2 м при двосторонньому русі автомобілів і не менше 3.5 м при односторонньому русі.

Розміри вантажно-розвантажувальних площадок визначаються з урахуванням характеру робіт, транспортних засобів та вимог безпеки. При розташуванні автомобілів на площадках відстань між автомобілями, які стоять один за одним (в глибину) має бути не менша 1 м, а між автомобілями, які стоять поряд (по фронту) -- не менше 1,5 м. Якщо автомобілі встановлюють поблизу будівлі або складу, то між будівлею та заднім боргом кузова автомобіля слід дотримувати інтервал не менший 0,5 м. при цьому повинен бути тротуар, відбійний брус тощо. Відстань між автомобілем і штабелем вантажу повинна бути не менша 1 м.

На площадках для навантажування та вивантажування тарних штучних вантажів (тюків, бочок, рулонів га ін.). які зберігаються у складах та пакгаузах. влаштовуються платформи, естакади чи рампи висотою, що дорівнює висоті кузова автомобіля.

Склади, що розташовані у підвальних та напівпідвальних приміщеннях і мають сходи з кількістю маршів більше одного або висотою більше 1,5 м, обладнуються люками і трапами для спускання вантажів безпосередньо у складське приміщення та підйомниками для підняття вантажів. Склади, які розташовані вище першого поверху і мають сходи з кількістю маршів більше одного або висотою більше 2 м обладнуються підйомниками для спускання та підняття вантажів.

Місця виконання вантажно-розвантажувальних робіт повинні мати достатнє освітлення. У тих випадках коли при освітленні відкритого простору площею більше 5 тис. м² неможливо розташувати, звичайні світильники над поверхнею, яка освітлюється, застосовується прожекторне освітлення.

При виконанні вантажно-розвантажувальних робіт у будівлях вміст шкідливих газів, пари та пилу у повітрі робочої зони не повинен перевищувати ГДК за ГОСТ 12.1.005 - 88.

Способи складування вантажів мають забезпечувати стійкість штабелів, пакетів та вантажів, що знаходяться у них. можливість механізованого розбирання штабеля та підіймання вантажу навісними захватами підіймально-транспортного обладнання. безпеку працюючих на штабелі або біля нього, можливість застосування та нормального функціонування засобів захисту працюючих і пожежної техніки, циркуляцію повітряних потоків за природної або штучної вентиляції закритих складів, дотримання вимог до охоронних зон лінії електропередач, до вузлів інженерних комунікацій та енергопостачання.

Не допускається перебування та пересування транспортних засобів і людей у зоні можливого падіння вантажів піл час навантажування та розвантажування із рухомого складу, а також при переміщенні вантажів підйомно-транспортним обладнанням.

Вантажі, що розташовуються поблизу залізничної та кранової рейкової колії, повинні бути розташовані відповідно до вимог ГОСТ 9238-83. інших міжгалузевих і галузевих ДНАОП.

Порядок складування та зберігання матеріалів, виробів, приладів та обладнання регламентується СНІП Ш-4 -- 80, згідно якому вантажі на території повинні складатися таким чином:

· чорні прокатні метали (листова сталь, швелери, двотаврові балки, сортова сталь) -- у штабель висотою до 1.5 м з прокладками та підкладками;

· труби діаметром до 300 мм -- у штабель висотою до 3 м на підкладках та прокладках з кінцевими упорами:

· труби діаметром більше 300 мм -- у штабель висотою до 3 м у сідло без прокладок; нижній ряд труб повинен бути укладений на підкладки, укріплений інвентарними металевими чобітками або кінцевими упорами, надійно закріпленими на підкладках;

· дрібний сортовий метал -- у стелаж висотою не більше 1,5 м;

· цегла у пакетах на піддонах -- не більше ніж у два яруси, в контейнерах -- в один ярус, без контейнерів -- висотою не більше 1,7 м:

· фундаментні блоки та блоки стін підвалів -- у штабель висотою не більше ніж 2,6 м на підкладках та прокладках;

· стінові панелі -- у касети або піраміди, панелі перегородок -- у касети вертикально:

стінові блоки -- у штабель у два яруси на підкладках та прокладках;

· плити перекриття -- у штабель висотою не більше 2,5 м на підкладках та прокладках;

· круглий ліс -- у штабель висотою не більше 1,5 м з прокладками між рядами та встановленням упорів проти розкочення, ширина штабеля менша його висоти не допускається;

· пиломатеріали -- в штабель, висота якого при рядовому складанні буде на більше половини ширини штабеля, а при складанні у клітки -- не більше ширини штабеля;

· притуляти (опирати) матеріали до інших штабелів та елементів огорожі забороняється.

Відстань від штабелів матеріалів та обладнання до брівки виїмки (котлованів, траншей) визначається на підставі розрахунку на стійкість відкосів. Складування має виконуватися за межами призми зсуву, але не менше 1 м до брівки природного відкосу або кріплення виїмки. Між штабелями (стелажами) на складах передбачаються проходи шириною не менше 1 м та проїзди, ширина яких залежить від розміру транспортних засобів і вантажно-розвантажувальних механізмів, що обслуговують склад.

Складування матеріалів та обладнання на відкритих складах виконується за розробленими та затвердженими технологічними картами із зазначенням на них місць і розмірів складування, а також розмірів проходів. Технологічна карга складування виконується у вигляді плану складу, на якому позначені місця та розміри Штабелів вантажів, проходи для людей, під'їздні шляхи залізничного та автомобільного транспорту, колії рейкових кранів (козлових, мостових, баштових) та зони дії кранів, місця встановлення стрілових самохідних кранів, транспорту піл навантажування або розвантажування.

4.4 Профілактика Нещасних випадків

В результаті дії небезпечних та шкідливих виробничих факторів, шкідливих речовин можуть мати місце нещасні випадки і професійні захворювання.

Нещасні випадки на виробництві - це випадки з робітником, пов'язані з дією на нього шкідливого виробничого фактора при виконанні ним трудових обов'язків або завдання керівника робіт, які приводять до травми.

До травм відносяться: переломи, опіки , поранення, ураження електричним струмом, отруєння тощо.

Виробнича травма - це травма, отримана робітником на виробництві і пов'язана з недотриманням вимог безпеки праці.

Висновок про тяжкість травми дають лікарі, керуючись відповідною класифікацією, затвердженою Міністерством охорони здоров'я.

Всі нещасні випадки поділяються на пов'язані з виробництвом і побутові.

Нещасний випадок вважається пов'язаним з виробництвом, якщо він мав місце:

*на протязі робочого часу (в тому числі і під час встановленої перерви);

*перед початком і по закінченні роботи;

*при виконанні робіт в позаурочний час, у вихідні і святкові дні на території підприємства і поза підприємством;

*при виконанні потерпілим завдання адміністрації підприємства;

* по дорозі на роботу і з роботи транспортом підприємства.

Якщо встановлено, що нещасний випадок мав місце:

* при виготовленні потерпілим у власних цілях без дозволу адміністрації будь-яких предметів, або використанні у власних цілях транспортних засобів, механізмів, обладнання, матеріальних цінностей, інструмента, які належать підприємству, або при їх крадіжці;

* при спортивних іграх на території підприємства;

* в результаті сп'яніння

то він може бути визнаний не пов'язаним із виробництвом.

Однак, якщо встановлено, що травма пов'язана з виробництвом, але головною технічною або організаційною причиною її стало порушення правил і норм ОП (незадовільний стан обладнання, проходів, освітлення, неправильна організація або відсутність контролю за виконанням робіт), то нещасний випадок повинен бути признаним пов'язаним з виробництвом.

Нещасний випадок вважається пов'язаним з роботою, якщо він відбувся:

* при виконанні трудових обов'язків, в тому числі і під час відрядження;

* при здійсненні будь-яких дій в інтересах підприємства, хоча і без доручення адміністрації;

* при виконанні державних або громадських обов'язків, пов'язаних з підприємством, в якому робітник працює;

* поблизу підприємства на протязі робочого часу, якщо знаходження там не суперечило правилам внутрішнього трудового розпорядку;

* при слідуванні на роботу або з роботи (не на транспорті підприємства);

* при виконанні донорських функцій;