Технологический процесс изготовления цанги

В кулачковых патронах наибольшее применение получили рычажные и клиновые зажимные механизмы, движение которым передается центральной втулкой связанной с силовым приводом.

Рычажный механизм представляет собой неравноплечий угловой рычаг, смонтированный в корпусе патрона на неподвижных осях и который своими сферическими концами входит с посадкой в пазы постоянного кулачка и центральной втулки.

Клиновой зажимной механизм по конструкции проще рычажного и формируется втулкой и постоянным кулачком. Для этого во втулке выполнены наклонные под углом б Т-образные пазы, в которые входят своими Т-образными выступами постоянные кулачки. При перемещении втулки от силового привода кулачок перемещается в радиальном направлении в направляющих корпуса патрона. К постоянным кулачкам жестко крепятся сменные кулачки. При расчете зажимного механизма определяется усилие Q, создаваемое силовым приводом, которое зажимным механизмом увеличивается и передается постоянному кулачку:

где ic - передаточное отношение по силе зажимного механизма (выигрыш в силе).

Данное отношение для рычажного механизма равно:

iс.р.м. = А/Б,

где А и Б - плечи рычага.

Клиновой зажимной механизм рекомендуется применять в патронах, наружный диаметр которых менее 200мм, при больших диаметрах предпочтение отдается рычажному зажимному механизму.

На этапе расчета наружный диаметр патрона можно определить по формуле:

Дп d2+2Hк,

где Нк - длина постоянного кулачка.

Дп 100+2*80 = 260 мм.

Принимаем рычажный зажимной механизм с ic = 2.

8.4 Расчет силового привода

Для создания исходного усилия Q используется силовой привод, устанавливаемый на задний конец шпинделя. В его конструкции можно выделить силовую часть, вращающуюся совместно со шпинделем и муфту для подвода рабочей среды. В качестве приводов наибольшее применение получили пневматический и гидравлический вращающиеся цилиндры.

В данной работе вначале следует попытаться применить пневматический привод, так как в любом производстве имеются трубопроводы для подачи сжатого воздуха. Диаметр поршня пневмоцилиндра определяется по формуле [7]:

где Р - избыточное давление воздуха, принимаемое в расчетах равным 0,4 МПа.

В конструкции станка 16К20Ф3 можно встроить силовой привод с диаметром поршня не более 120мм, Если при расчете по вше указанной формуле диаметр поршня получится более 120мм, то следует применять гидравлический привод, где за счет регулирования давления масла можно получить большие исходные усилия. При заданном усилии Q подбираем давление масла (Рг = 1,0; 2,5; 5,0; 7,5 МПа), чтобы диаметр поршня не превышал 120мм.

Ход поршня цилиндра рассчитывается по формуле:

SQ = SW / Iп,

где SW - свободный ход кулачков, который можно принять равным 5мм;

iп = 1/ic - передаточное отношение зажимного механизма по перемещению. Значение SQ принимать с запасом 10…15мм.

В данном расчете имеем:

- для пневмопривода

- для гидропривода.

Принимаем гидравлический привод с D = 100мм, а SQ = 20мм.

8.5 Расчет погрешности установки заготовки в приспособлении

Данный раздел выполняется после разработки конструкции патрона и простановки размеров. Погрешность установки определяется по формуле:

где еб - погрешность базирования, равная при данной схеме нулю, так как измерительная база используется в качестве технологической.

ез - погрешность закрепления - это смещение измерительной базы под действием сил зажима (в данном расчете можно принять ез 0).

епр - погрешность элементов приспособления, зависящая от точности их изготовления.

Используя размерную схему патрона с рычажным зажимным механизмом, найдём:

где щАД - колебания замыкающего размера АД.

Д1 и Д3 - погрешности, возникающие вследствие неточности изготовления размеров А1 и А3 (Д1 = ТА1, Д3 = ТА3);

Д2, Д4 и Д6 - погрешности из-за колебания зазоров в сопряжениях (Д2, Д4 и Д6 = Sнб- Sнм);

Д5 - погрешность, появляющаяся из-за неточности изготовления плеч рычага, равная

Д5 = AsinДв (Дв задавать 30, 20, 10).

Погрешность установки не должна превышать величин:

для черновой обработки - еудоп = zminчист (zminчист - минимальный припуск на чистовую обработку); еудоп = 0,25 мм.

Д1 =0,025 мм. Д2 = (0,062 + 0,015) - (0,40 - 0) = 0,037 мм. Д3 = 0,015 мм.

Д4 = (21 + 21) - (0) = 0,042 мм. Д5 = 80*sin0,167 = 0,233 мм. Д6 = 0,042 мм.

еудоп = 0,25 мм < еу = 0,13 мм, следовательно патрон разработан верно и может использоваться на 05-й токарной (черновой) операции.

8.6 Описание работы кулачкового самоцентрирующего патрона

Патрон работает следующим образом: масло под действием давления создаваемого насосом подаётся через систему каналов в муфте в правую полость гидроцилиндра. При этом поршень вместе со штоком, в паз которого вставлены рычаги, которые в свою очередь соединены с постоянными кулачками, патрона движется влево, зажимая при этом с помощью сменных кулачков заготовку. Как только заготовка зажата, шпиндель станка получает вращение от двигателя посредствам зубчатых передач, представляющих часть кинематической схемы станка. Шпиндель соединен с гидроцилиндром силового привода, а так же с корпусом патрона, в который вставлены постоянные кулачки. Патрон вместе с закреплённой в нём заготовкой получает вращение. После окончания обработки, когда шпиндель отключают от цепи главного движения станка, гидрораспределитель переключает гидроканалы и напорная полость становится сливной, а сливная напорной. Жидкость из правой полости гидроцилиндра сбрасывается в бак, а в левую полость поступает под давлением, заготовка разжимается.

9. Научные исследования

Плазменное напыление

Плазменный распылитель был разработан в 1956 г. фирмами Gianini Corp. и UC на основе работ Смита (пат. 2157498, 1939 г.), предложившего устройство для нанесения покрытий, содержащее катод в форме стержня и анод в форме сопла.

Рис. 1. Схема плазменного распылителя:

1 - катодный узел;

2 - анодный узел;

3 - катод;

4 - анод;

5 - анодное пятно.

Плазменный распылитель (рис. 1) состоит из катодного 1 и анодного 2 узлов. Между катодом 3 и анодом 4 возбуждается электрическая дуга 5. Дуга в сопле анода отжимается газовым потоком от стенок охлаждаемого сопла, что увеличивает плотность ее энергии и повышает температуру столба дуги (рис. 2).



Рис. 2. Зависимость энтальпии газов от температуры

Рис. 3. Плазменные распылители:

а - с самоустанавливающейся дугой;

б - с фиксированной дугой.

Плазмотроны постоянного тока бывают с самоустанавливающейся (рис. 3, а) и фиксированной длиной дуги, когда дуга удлиняется за счет последовательного переключения на аноды, разделенные между собой электрически нейтральными межэлектродными вставками (рис. 3, б).

При использовании аргона в качестве плазмообразующего газа на плазмотроне с самоустанавливающейся дугой падение напряжения составляет 30 В, а с фиксированной дугой - 100 В и более. На рис. 4 представлены схемы пруткового и проволочного плазменных распылителей. Радиальная подача материала (см. рис. 4, а) используется и для подачи порошковых материалов для нанесения покрытий.



Рис. 4. Схемы плазменных распылителей:

а - пруткового;

б - проволочного ("проволока - анод").

Схема проволочного распыления "проволока - анод" была разработана В.В. Кудиновым в конце 50-х годов. Тогда удалось получить невиданную производительность - 15 кг/ч вольфрама при мощности 12 кВт. Порошковые распылители (рис. 5) в зависимости от свойств и размеров частиц создавались с подачей в плазменную струю 1, под углом навстречу потоку 2, в сопло в заанодную зону дуги 3 или в доанодную зону, как в плазмотроне М8-27 конструкции В.М. Иванова (рис. 6).

Рис. 5. Схемы подачи порошка в плазмотрон:

1, 2 - в плазменную струю; 3 - в сопло.



Рис. 6. Распылитель М8-27:

1 - подача охлаждающей воды;

2 - подача плазмообразующего газа;

3 - подача порошка;

4 - слив воды;

5 - анодный узел;

6 - анод;

7 - изолятор;

8 - катодный узел;

9 - катод.

В настоящее время плазмотроны большой мощности спроектированы с подачей порошка в плазменную струю 1 (рис. 6). Такая схема не влияет на дугу. Плазмотроны имеют завышенную мощность, чтобы тепла плазменной струи хватило на нагрев порошка.

Следует отметить, что подача порошка в доанодную зону была выгоднейшей с точки зрения теплообмена, но сопряжена с перегревом частиц в сопле и забиванием сопла расплавленными частицами из-за высоких требований к равномерности подачи порошка. Рассредоточенность подачи порошка в плазмотроне М8-27 обеспечивала устойчивую работу плазмотрона, который эксплуатируется уже 40 лет.

Тенденции развития плазменных распылителей - увеличение эффективности процесса. Разработаны установки мощностью до 160…200 кВт, работающие на воздухе, аммиаке, пропане, водороде, в динамическом вакууме, в воде. Применение специальных сопл позволило получить сверхзвуковое истечение струи двухфазного потока, которое, в свою очередь, обеспечило получение плотного покрытия. С другой стороны, для нанесения покрытий на малые детали (поверхности), например, коронки в стоматологии, бандажные полки лопаток ГТД в авиастроении были разработаны микроплазменные горелки, работающие на токах 15…20 А при мощности до 2 кВт.

Увеличение ресурса соплового аппарата (катод - анод) плазменного распылителя повышенной мощности (50…80 кВт) тормозилось из-за низкой эрозионной стойкости медного сопла в зоне анодного пятна. С целью увеличения стойкости сопла были разработаны вольфрамовые вставки, запрессованные в медное сопло таким образом, чтобы теплота эффективно отводилась медной оболочкой и удалялась охлаждающей водой. Наиболее удачной была конструкция плазмотрона типа F-4, разработанного фирмой Plasma-Technik AG (рис. 7), работающего длительное время на токе до 800 А при мощности 55 кВт.

Рис. 7. Распылитель F-4

10. Патентные исследования

Подающая цанга

Изобретение относится к металлообработке, обработке длинномерного пруткового материала на токарных автоматах. Подающая цанга содержит упругие лепестки с губками, на рабочей поверхности которых нанесены зубцы. Для повышения надежности фиксации величины подачи длинномерного прутка в задней части цанги помещена и закреплена штифтами втулка с внутренней конической поверхностью, вершина конуса которой направлена в сторону, противоположную направлению подачи прутка. Во втулке может быть установлен с возможностью перемещения упругий разрезной элемент, наружная поверхность которого имеет такую же конусность, что и внутренняя поверхность втулки, а на внутренней поверхности разрезного элемента нанесены зубцы.

Цанга с конусным корпусом

Изобретение относится к области машиностроения, токарным, фрезерным и сверлильным станкам, различным приспособлениям для зажима заготовок и режущего инструмента. Цанга содержит конусный корпус со сквозным осевым отверстием и прорезями на каждом торце, отделенными от противоположного торца короткими перемычками. Для получения малогабаритной цанги с минимальной жесткостью перемычек для закрепления заготовок или инструмента в виде стержня короткие перемычки выполнены тонкостенными и расположены на двух цилиндрических выступах на торцах цанги. На каждом торце может быть выполнено по две, три, четыре или шесть прорезей.

Зажимная цанга

Зажимная цанга относится к области машиностроения (станкостроения) и может найти применение для зажима пруткового и бунтового материала. Цанга содержит корпус с лепестками, выполненными в виде шарнирных секторов, соединенных с корпусом посредством разрезного кольца, установленного в канавку корпуса. Экономический эффект достигается за счет улучшения условий эксплуатации, повышения надежности и срока службы, расширения сферы использования на ранее не обрабатываемые материалы и удешевления производства.

Переходник -цанга

Переходник концевой фрезы предназначен для ее удержания и содержит хвостовик, предназначенный для установки концевой фрезы в металлорежущий станок, цангу, имеющую множество упругих сегментов, каждый из которых имеет один конец, выполненный заодно с хвостовиком, и противоположный конец, наружную и внутреннюю поверхность, предназначенную для захвата инструмента. Переходник содержит также стопорную гайку, имеющую внутреннюю поверхность, охватывающую наружные поверхности сегментов цанги. Для уменьшения крутящего момента на поверхности раздела гайки и сегментов цанги выполняются взаимодействующий и невзаимодействующий участки, расположенные либо на гайке, либо на сегментах.

Зажимное устройство

Изобретение относится к области металлобработки, к цанговым зажимным устройствам для сверлильных, фрезерных и других станков. Устройство включает связанный со шпинделем станка корпус с конусным отверстием, установленную в этом отверстии цангу с наружной конусной поверхностью, подшипник корпуса устройства, установленный в стакане, закрепленном на станке, накидную гайку, навинченную на корпус со стороны его конусного отверстия, на которой снаружи выполнена цилиндрическая поверхность, предназначенная для охвата гайки руками, расположенный под стаканом тарелкообразный элемент с кулачками, при этом в нижнем торце стакана выполнены впадины, соответствующие упомянутым кулачкам. Для ускорения операций зажима и разжима и упрощения устройства стакан подшипника выполнен в виде цельной детали, неподвижно закрепленной в станке, а тарелкообразный элемент выполнен в виде отдельного тарельчатого кулачкового диска с расположенными на его периферии и радиально направленными кулачками, установленного на корпусе устройства с возможностью осевого перемещения и подпружиненного посредством спиральной пружины сжатия, охватывающей корпус на уровне нижней части стакана подшипника. Устройство снабжено гаечным ключом. На верхней части накидной гайки выполнены лыски для гаечного ключа. Нижняя сторона тарельчатого кулачкового диска имеет выпуклую поверхность, предназначенную для облегчения установки губок гаечного ключа на лыски накидной гайки, а на губках гаечного ключа установлены подпружиненные упоры, предназначенные для контакта с тарельчатым кулачковым диском.

Патрон цанговый

Изобретение может быть использовано преимущественно при высокоскоростной обработке в труднодоступных местах изделий. Патрон содержит корпус, расположенную в нем цангу и механизм воздействия на цангу, включающий винт и грузы, подвижные в радиальном направлении и имеющие скосы. Винт механизма воздействия на цангу расположен по оси патрона. Грузы смонтированы на держателе, который размещен в корпусе патрона с возможностью осевого перемещения. Держатель имеет центральное отверстие для установки указанного винта. В корпусе патрона выполнены скосы для взаимодействия со скосами грузов. При таком исполнении упрощается конструкция патрона, появляется возможность уменьшить его наружный диаметр, повысить обтекаемость корпуса, располагать держатель с грузами непосредственно в корпусе или в хвостовике корпуса патрона.

Зажимное устройство

Формула изобретения

Зажимное устройство, включающее связанный со шпинделем станка корпус с конусным отверстием, установленную в этом отверстии цангу с наружной конусной поверхностью, подшипник корпуса устройства, установленный в стакане, закрепленном на станке, накидную гайку, навинченную на корпус со стороны его конусного отверстия, на которой снаружи выполнена цилиндрическая поверхность, предназначенная для охвата гайки руками, расположенный под стаканом тарелкообразный элемент с кулачками, при этом в нижнем торце стакана выполнены впадины, соответствующие упомянутым кулачкам, отличающееся тем, что стакан подшипника выполнен в виде цельной детали, неподвижно закрепленной в станке, а тарелкообразный элемент выполнен в виде отдельного тарельчатого кулачкового диска с расположенными на его периферии и радиально направленными кулачками, установленного на корпусе устройства с возможностью осевого перемещения и подпружиненного посредством спиральной пружины сжатия, охватывающей корпус на уровне нижней части стакана подшипника, устройство снабжено гаечным ключом, на верхней части накидной гайки выполнены лыски для гаечного ключа, нижняя сторона тарельчатого кулачкового диска имеет выпуклую поверхность, предназначенную для облегчения установки губок гаечного ключа на лыски накидной гайки, а на губках гаечного ключа установлены подпружиненные упоры, предназначенные для контакта с тарельчатым кулачковым диском.

Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя поверхность тарельчатого кулачкового диска выполнена в виде плоского кольцевого внутреннего участка, плавно переходящего в наружный участок, имеющий вид усеченного конуса, обращенного основанием вверх.

Зажимное устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя поверхность тарельчатого кулачкового диска выполнена в виде плоского кольцевого внутреннего участка, плавно переходящего в наружный участок с криволинейной поверхностью вращения, причем радиус кривизны образующей этой поверхности плавно увеличивается в направлении от оси к периферии.

Зажимное устройство по п.З, отличающееся тем, что образующая криволинейной поверхности имеет вид кривой, отвечающей уравнению параболы второго порядка.

Зажимное устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса устройства выполнена заодно со шпинделем станка, образуя со шпинделем единую деталь.

11. Безопасность и экологичность проекта

Задача раздела - дать краткое описание разрабатываемого технологического процесса, описание рабочих мест, оборудования и выполняемых операций. Выявить опасные вредные производственные факторы (ОВПФ) действующие на человека, антропогенные воздействия на окружающую среду и предложить меры по защите человека от действия ОВПФ, а так же меры по снижению антропогенного воздействия на окружающую среду. Принимаемые меры подкрепить инженерным расчётом. Так же необходимо обеспечить безопасность в чрезвычайных и аварийных ситуациях.

11.1 Описание рабочих мест, оборудования и выполняемых операций на производстве

Рассматривается производство детали - цанга, которая входит в конструкцию цангового патрона. Объём производства составляет в проектируемом варианте 500 деталей в год при двусменном режиме работы. Поэтому механическая обработка цанги ведется при невысокой автоматизации труда. Основные трудоемкие операции выполняются на автоматических станках и станках с ЧПУ (фрезерно-центровальная операция, токарные, фрезерные, сверлильные операции, операция термообработки центрошлифовальная операция и шлифовальные операции). Помимо металлорежущего оборудования в комплекс входят: маркировочный автомат, контрольная установка, моечная машина, сушильная установка. В технологическом процессе предусмотрены: быстросменное крепление инструмента, наладка его вне станков и хранение в инструментальных шкафах.

На станках режущей группы для смазки и охлаждения зоны резания применяем индустриальные масла с серосодержащей присадкой (ИС 12 - 80% и ЛЗ-26-СО - 20%). В присадках смазывающе-охлаждающих технологических средств (СОТС) содержатся 3-5% серы и 0,7-1,5% хлора.

Загрузка и транспортировка деталей между станками осуществляется с помощью загрузочно-разгрузочных устройств и транспортных потоков. В таблице 13.1 приведена краткая характеристика проектируемого варианта.

Таблица 13.1

Краткая характеристика проектируемого варианта

№ операции	Наименование операции	Оборудование (тип, модель)
00	Заготовительная	Ленточно-отрезной HAD-250 «Оманда»
05	Фрезерно-центровальная	Фрезерно-центровальный МР-71М
10	Токарная (черновая)	Токарно-револьверный с ЧПУ DFS 2/2
15	Токарная (чистовая)	Токарно-револьверный с ЧПУ DFS 2/2
20	Фрезерная	Горизонтально-фрезерный FW-315
25	Координатно-расточная	Координатно-расточной Хеккерт
30	Фрезерная	Горизонтально-фрезерный FW-315
35	Гравировальная	Фрезерно-гравировальный 6Л463
40	Термическая	Термопечь
45	Центропритирочная	Центропритирочный Шипман 1600
50	Круглошлифовальная (предварительная)	Круглошлифовальный Шипман 1307
55	Круглошлифовальная (чистовая)	Круглошлифовальный Шипман 1307
60	Внутришлифовальная (предварительная -чистовая)	Внутришлифовальный G-917
65	Пазоразрезная	Пазоразрезной G-918
70	Моечная	Моечная машина Ocifel
75	Контрольная	Контрольный стол
80	Вулканизация	Приспособление специальное (распылитель)

Проектируемое производство относится к мелкосерийному. Поэтому максимальной автоматизации в разрабатываемом варианте не требуется. Но в настоящее время существует необходимость в гибкости автоматизации. Возрастающие запросы рынка на изменения, как самой продукции, так и ее стоимости поставили перед производителем новые задачи, такие как увеличение производительности, улучшение условий труда за счет внедрения более прогрессивных методов обработки (увеличение стойкости инструмента, увеличение режимов обработки, скорости, подачи), которые трудновыполнимы при жесткой автоматизации производства. На используемом в проекте оборудовании, станках с числовым программным управлением и на широкоуниверсальных станках будет вестись обработка и других деталей, значит, оборудование может располагаться не в строгом соответствии ходу технологического процесса. Расстояние между станками соответствует санитарно - гигиеническим нормам: ширина переходов равна одному метру, для движения погрузчиков предусмотрены проезды шириной не менее трёх метров.

Но по наличию опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ) проектируемое производство может превосходить существующее.

В данном проекте мы совершенствуем центрошлифовальную операцию, а именно процесс шлифования центровых отверстий, являющихся базами на шлифовальных операциях. В базовом, заводском варианте мы проводили шлифование центров на центрошлифовальном станке «Шипман 1600» шлифовальной головкой FW 24А25СМ27К5 ГОСТ 2447-82 за два перехода. Недостатком данной операции была низкая стойкость шлифовальной головки, что приводило к частым её заменам и как следствие к низкой производительности и повышению себестоимости данной операции.

В проектном варианте шлифование центров производится на центро- шлифовальном станке «Шипман 1600» с наложением на режущий инструмент крутильных колебаний определённой частоты, которые преобразуются из вредных колебаний системы станок - приспособление - инструмент - деталь (СПИД) посредством волновода определенной конструкции.

11.2 Опасные вредные производственные факторы (ОВПФ) рассматриваемого производственного объекта

11.2.1 Опасность травмирования рабочих объектами производственного процесса

Источники опасности и вредности, возникающие при обработке цанги:

- электродвигатели и электропроводка металлорежущих станков, так как может произойти поражение электрическим током;

- на операциях механообработки опасными факторами являются вращающийся инструмент либо шпиндель станка, а так же движущиеся части (суппорт, стол и т. д.), так как может произойти захват одежды, волос, конечностей при нарушении правил безопасной эксплуатации, либо может привести к ушибу рабочего;

- смазочно-охлаждающие технологические средства, применяемые на всех операциях резания, так как возможно их возгорание;

- смазочно-охлаждающие технологические средства, содержащие в своем составе серу и хлор, так как происходит частичное испарение этих веществ в процессе резания;

- высокая температура и задымлённость на участке термообработки, так как может привести к ожогам рабочего, а так же к профессиональным заболеваниям;

- пыль и абразивная стружка, образующаяся при шлифовании, так как с течением времени возможно заболевание рабочих, загрязнение окружающей среды;

- испарение моющего раствора из-за недостаточной герметичности камер моечных машин - создание повышенной влажности воздуха.

- неблагоприятные параметры микроклимата и недостаточное естественное и искусственное освещение, так как приводит к профессиональным заболеваниям;

- наличие вибраций и шумов, так как приводит к профессиональным заболеваниям.

11.2.2 Возможность загрязнения воздушной среды производственных помещений аэрозолями и токсичными веществами

Обработка резанием детали цанга происходит с применением смазочно-охлаждающих технологических средств, отчего воздух загрязняется аэрозолями (туманами) этих веществ, а так же металлической и абразивной пылью.

Вредные вещества из воздуха проникают в организм человека главным образом через дыхательные пути, а также через кожу и оказывают токсическое действие на организм человека, вызывая раздражение слизистых оболочек дыхательных путей. В процессе обработки образуется железная пыль, которая, попав в лёгкие, оседает там. В результате могут возникнуть профессиональные заболевания.

Поэтому, в цехе и, особенно у шлифовального оборудования, а так же на участке термообработки, необходимо улавливание аэрозолей и пыли с помощью вытяжной вентиляции, отсасывающей загрязнённый воздух по трубопроводам к пыле-, газоочистной установке, в качестве которой можно использовать электрофильтр, основанный на ионизации газовых молекул в электрическом поле высокого напряжения.

11.2.3 Неблагоприятные параметры микроклимата рабочих мест и производственных помещений

В соответствии с ГОСТ 12.1.005 - 88 устанавливаем оптимальные и допустимые метеорологические условия для рабочей зоны помещения. Оптимальная температура воздуха 18 22С; оптимальные величины относительной влажности составляют 40 60 %; скорость движения воздуха в зимнее время не должна превышать 0,2 0,5 м/с, летом - 0,2 1,0 м/с [55].

Необходимо поддерживать постоянство данных параметров микроклимата, т. к. их колебания могут привести к возникновению простудных заболеваний, заболеваний дыхательных путей и сердечно-сосудистой системы рабочих. Особенно важно поддерживать постоянство данных параметров микроклимата на участке термической обработки детали.

11.2.4 Недостаточное естественное и искусственное освещение

Правильно спроектированное и выполненное освещение на машиностроительных предприятиях обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. Недостаточное освещение отрицательно влияет на рабочих. Оно ухудшает зрение и состояние нервной системы человека. Кроме того, от освещения зависит производительность труда и качество выпускаемой продукции. Следовательно, его недостаток может привести к ухудшению производственного процесса.

На проектируемом участке отсутствует естественное освещение, поэтому искусственное освещение, осуществляемое электрическими лампами, в целях создания наилучших условий видения, должна отвечать следующим требованиям [55], [57]:

а) освещённость на рабочем месте должна соответствовать характеру зрительной работы, который определяется объектом различения, фоном, контрастом;

б) необходимо обеспечить достаточно равномерное распределение яркости на рабочей поверхности, а также в пределах окружающего пространства.

11.2.5 Наличие заземления

Опасность поражения людей электрическим током может возникнуть в случае прикосновения к частям электроустановки или оборудования, не находящимся под напряжением, но с возможностью оказаться под ним при замыкании на корпус электрооборудования. Для обеспечения безопасности человека, электроустановки оборудуются защитой, которая выполняется в виде защитного заземления, сопротивление которого не должно превышать нормированной величины Rm = 4 Ом [55].

11.2.6 Наличие вибраций и шума

Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные вращающиеся и движущиеся части. Источником возбуждения вибраций могут быть кривошипно-шатунные механизмы, гидравлические удары и т. д. В проектируемом варианте присутствуют вибрации системы СПИД, которые далее передаются на режущий инструмент.

По степени действия на человека различают общую и локальную вибрации. Общая вызывает сотрясение всего организма человека, местная вовлекает в колебательное движение отдельные части его тела.

Эффективным средством защиты от вибрации является виброизоляция. Она является наиболее эффективным методом снижения общей вибрации на рабочих местах. Между источником вибрации (машиной) и защищаемым объектом (фундаментом) помещают упругие элементы - амортизаторы, препятствующие передаче колебаний. Это могут быть простейшие резиновые амортизаторы в форме цилиндров, колец или призм. Корпуса самого оборудования, по возможности, должны быть выполнены из вибропоглащающего материала, например чугун и т.п.

На предприятии большой вред организму человека наносит так же шум. Согласно СНиП 23-05-95 [55] шумом называется всякий нежелательный для человека звук. Динамический диапазон звуков, воспринимаемых человеком, простирается от порога слышимости (0 дБ) до порога болевых ощущений (130 дБ). Под воздействием продолжительного громкого шума развивается тугоухость, а иногда и полная глухота. Под влиянием сильного шума (90 - 100 дБ) притупляется острота зрения, появляются головные боли и головокружение, повышается кровяное артериальное давление, что может привести к гипертонии и другим болезням.

Основные источники шума на участке - гидроприводы, электродвигатели, зубчатые и ременные передачи, подшипники, особенно при наличии износа, перекосов и дисбаланса движущихся частей, а также сам процесс резания и вибрации технологической системы СПИД.

Для снижения шума можно применить следующие методы: уменьшение шума в источнике; рациональная планировка предприятий и цехов; акустическая обработка помещений; уменьшение шума на пути его распространения и, самое главное, регулярная проверка и наладка оборудования для устранения шумов, возникающих в процессе износа частей оборудования.

Аэродинамические шумы на участке являются главной составляющей шума вентиляторов, системы вентиляции. Наиболее эффективной мерой борьбы с шумом вентиляторов является снижение окружной скорости и размеров рабочих колёс.

Гидродинамические шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитации, турбулентности потока, гидравлических ударов). Меры борьбы с таким шумом - это улучшение гидродинамических характеристик насосов и выбор оптимальных режимов их работы.

Электромагнитные шумы возникают в электрических машинах и оборудовании. Снижение такого шума осуществляется путём конструктивных изменений в электрических машинах, например, путём изготовления скошенных пазов якоря ротора. В трансформаторах необходимо применять более плотную прессовку пакетов, использовать демпфирующие материалы.

При планировании участка изготовления цанги учитывались все эти источники шума, поэтому на момент монтажа они были сведены к минимуму, отклонения от нормы происходят в процессе износа оборудования и устраняются путем его систематической подналадки.

В результате проведённого анализа и идентификации опасных и вредных производственных факторов оформим таблицу 13.2 [57], с указанием того или иного производственного фактора и видов работ или оборудования, при работе на котором он встречается.

Таблица 11.2

Анализ ОВПФ разработанного проекта

Операции	ОВПФ	Воздействие на человека	Воздействие на окружающую среду
00 Заготовительная	Вращающиеся и движущиеся	Ушибы, электрические	Загрязнение воздуха
00 Заготовительная	части оборудования, СОТС, высокое напряжение в электросетях, повышенный уровень шума	удары, опасность профзаболеваний	аэрозолями СОТС, загрязнение водоёмов сточными водами, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
05 Фрезерно-центровальная	Вращающиеся и движущиеся части оборудования, СОТС, высокое напряжение в электросетях, повышенный уровень шума	Ушибы, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение воздуха аэрозолями СОТС, загрязнение водоёмов сточными водами, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
10, 15 Токарная	Вращающиеся и движущиеся части оборудования, СОТС, высокое напряжение в электросетях, повышенный уровень шума, опасность пореза о стружку	Ушибы, порезы, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение воздуха аэрозолями СОТС, загрязнение водоёмов сточными водами, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
20, 30 Фрезерная	Вращающиеся и движущиеся части оборудования, СОТС, высокое напряжение в электросетях, повышенный уровень шума	Ушибы, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение воздуха аэрозолями СОТС, сточные воды, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
25 Координатно-расточная	Вращающиеся и движущиеся части оборудования, СОТС, высокое напряжение в электросетях, повышенный уровень шума	Ушибы, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение воздуха аэрозолями СОТС, загрязнение водоёмов сточными водами, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
35 Гравировальная	Вращающиеся и движущиеся части оборудования, высокое напряжение в электросетях	Ушибы, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
40 Термическая	Высокая температура и низкая влажность, высокое напряжение в электросетях	Ожоги, удушье, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение водоёмов сточными водами, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
45 Центро-притирочная	Вращающиеся и движущиеся части оборудования, СОТС, высокое напряжение в электросетях, повышенный уровень шума, вибрационное воздействие, абразивная пыль	Ушибы, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение воздуха аэрозолями СОТС, загрязнение водоёмов сточными водами, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
50, 55 Кругло-шлифовальная	Вращающиеся и движущиеся части оборудования, СОТС, высокое напряжение в электросетях, повышенный уровень шума, абразивная пыль	Ушибы, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение воздуха аэрозолями СОТС, загрязнение водоёмов сточными водами, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
60 Внутри-шлифовальная	Вращающиеся и движущиеся части оборудования, СОТС, высокое напряжение в электросетях, повышенный уровень шума, абразивная пыль	Ушибы, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение воздуха аэрозолями СОТС, загрязнение водоёмов сточными водами, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
65 Пазоразрезная	Вращающиеся и движущиеся части оборудования, СОТС, высокое напряжение в электросетях, повышенный уровень шума, абразивная пыль	Ушибы, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение воздуха аэрозолями СОТС, загрязнение водоёмов сточными водами, загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами
70 Моечная	Высокое напряжение в электросетях, повышенная влажность воздуха	Электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение водоёмов сточными водами
75 Контрольная	-	-	-
80 Вулканизация	Высокая температура и низкая влажность, высокое напряжение в электросетях	Ожоги, удушье, электрические удары, опасность профзаболеваний	Загрязнение окружающей среды твёрдыми промышленными отходами, загрязнение воздуха распыляемой резиной

11.3 Организационные, технические мероприятия по созданию безопасных условий труда

11.3.1 Расчет искусственного освещения

Свет является одним из важнейших условий существования человека, так как влияет на состояние его организма. Правильно организованное освещение стимулирует процессы нервной деятельности и повышает работоспособность человека. При недостаточном освещении человек работает менее продуктивно, быстро устаёт, растёт вероятность ошибочных действий, что может привести к его травматизму. Согласно статистике [55], 5% производственных травм происходит из-за такого профессионального заболевания, как рабочая миопия (близорукость), которая возникает в результате недостаточного или нерационального освещения.

Основным количественным показателем света является световой поток. Световой поток Ф - поток энергии электромагнитного излучения видимой части спектра (при длине волны 380…760 нм), оцениваемый глазом по световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм).

Сила света I - пространственная плотность светового потока, которая характеризует неравномерность распределения светового потока в окружающем пространстве. За единицу силы света принята кандела (кд).

Освещённость Е - характеризует поверхностную плотность светового потока и определяется отношением светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности. За единицу освещённости принят люкс (лк).

Яркость поверхности Яп - поверхностная плотность света, которая определяется как отношение силы света в данном направлении к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения. За единицу яркости принята кандела на квадратный метр(кд/м2).

При расчёте искусственного освещения последовательно решается ряд вопросов.

1. Выбор типа источника света. Согласно рекомендациям [56], с учётом того, что температура в помещении не понижается ниже 10С, а напряжение в сети не падает ниже 90% от номинального, то отдадим предпочтение экономичным газоразрядным люминесцентным лампам.

2. Выбор системы освещения. В нашем случае применяем общее освещение.

3. Выбор типа светильника. Проведя анализ выпускаемых промышленностью светильников [55], [56] считаем, что наиболее подходящим для цеха будут светильники типа ОД.

4. Распределение светильников и определение их количества. Высота подвеса светильников в цехе h = 3 м. Отношение расстояния между центрами светильников к высоте их подвеса над рабочей поверхностью по таблице 10 [55] равно для светильников типа ОД kх = l/h = 1,4. Зная эти величины, рассчитаем расстояние между центрами светильников:

(13.1)

5. Определение нормируемой освещённости на рабочем месте. По таблице 11 [56] определяем норму освещённости, в зависимости от характеристики зрительной работы, разряда и подразряда зрительной работы. В нашем случае E = 250 лк.

6. Расчёт мощности источника света. Для расчёта общего освещения горизонтальной поверхности используют метод светового потока [55], [56]. Основное уравнение метода:

, (13.2)

где Ф - световой поток одной лампы, лм;

E - минимальная нормируемая освещённость, лк;

S - площадь помещения, м2;

k - коэффициент запаса, учитывающий старение ламп, запыление и загрязнение светильников;

z - отношение средней освещённости к минимальной (в большинстве случаев z = 1,1…1,5);

N - число светильников;

- коэффициент использования светового потока, зависящий от КПД светильника, коэффициента отражения потока, стен, высоты подвеса светильников и размеров помещений;

При решении задачи разработке мероприятий по охране труда на производстве, как правило, при расчёте искусственного освещения определяют необходимое количество светильников в помещении. Из формулы 13.2 выражаем количество светильников N, получаем:

. (13.3)

Далее находим площадь помещения S = 576 м2; коэффициент запаса k = 1,5 - выбирается по таблице 13 [56]; коэффициент неравномерности освещённости в пределах z = 1,1…1,5; значение светового потока Ф = 4250 лм - выбирается по таблице 14 [56], в зависимости от типа источника света, тип ЛД 80-4. Для определения значения коэффициента использования светового потока необходимо определить индекс помещения.

, (13.4)

где b - ширина помещения, м;

l - длина помещения, м;

h - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м.

Таким образом

Значение коэффициента использования светового потока = 90% - выбирается по таблице 17 и 18 [56], в зависимости от типа источника света, индекса помещения и коэффициента отражения.

В формуле 13.3 можно учесть количество ламп в светильнике. В нашем случае их две, поэтому знаменатель формулы необходимо помножить на два:

.

Принимаем N равное не менее 33 штук.

7. Разработка проектировочной схемы расположения светильников. В проектировочной схеме следует указать значение величины l - расстояние от крайних светильников до стен; L - расстояние между соседними светильниками (рассчитано ранее). Величину l находят по зависимости l = 0,3…0,5L = 0,5*4,2 = 2,1 м. Схема расположения светильников приведена на рисунке 13.1.

Рис. 13.1. Схема расположения светильников

11.3.2 Расчет механической вентиляции

Под вентиляционной системой понимается совокупность различных по своему назначению вентиляционных участков, способных обслуживать отдельные помещения и корпус. Вентиляционные системы, используемые в производственных корпусах, можно представить в виде структурной схемы рисунок 11.2. [55], [56].

При естественной вентиляции воздухообмен осуществляется двумя способами: неорганизованно, посредством проветривания (через окна и двери в помещении) и инфильтрации (поступление воздуха через поры и щели в окнах и дверных проемах), и организованно, посредством аэрации и с помощью дефлекторов.

Рис. 11.2. Структурная схема систем вентиляции

Аэрацией является организованный естественный воздухообмен, осуществляемый за счет ветрового давления и регулируемый в соответствии с внешними метеорологическими условиями (рис.2) [56].

Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха (до нескольких миллионов кубических метров в час) подаются и удаляются без применения вентиляторов. Кроме того, система аэрации является мощным средством для борьбы с избытком выделения теплоты в производственных помещениях. Недостатком аэрации является снижение эффективности в летнее время вследствие повышения температуры наружного воздуха, особенно в безветренную погоду. Кроме того, поступающий воздух в помещение не очищается и не охлаждается.

Вентиляция с помощью дефлекторов применяется в том случае, если неорганизованного воздухообмена (проветривание или инфильтрация) для удаления вредных выделений из помещения бывает недостаточно. В настоящее время наибольшее распространение получил дефлектор ЦАГИ (рис.3) [56].

В системах искусственной, механической вентиляции движение воздуха осуществляется вентиляторами, а в некоторых случаях эжекторами. На схеме приведена классификация механической вентиляции. По месту расположения механическая вентиляция бывает общеообменная (схема воздуха происходит во всем объеме помещения), местная (локальная), когда обмен воздуха происходит в местах образования вредных выбросов, и комбинированная (наряду с общим воздухообменом локально удаляется загрязненный воздух от источника выделения).

По способу подачи воздуха механическая вентиляция бывает: приточной, вытяжной и приточно-вытяжной. Схемы общеобменной вентиляции приведены на рисунке 11.3. [55], [56].

Рис. 11.3. Схема механической вентиляции

Проведем расчет необходимого количества воздуха для цеха методом кратности воздухообмена К, применяемый для ориентировочных расчетов, когда не известны виды и количества выделяющихся вредных веществ [55].

- отношение воздухообмена, создаваемого в помещении, к внутреннему объему помещения. Показывает, сколько раз в течение часа весь объем помещения заполняется вводимым в помещение приточным воздухом.

, (13.5)

где S - площадь помещения, м2;

h - высота помещения, м;

V - объём помещения, м3.

Для определения воздухообмена из условия удаления из помещения углекислоты СО2 используют формулу:

, (13.6)

где L - воздухообмен, м3/ч;

G - количество углекислоты, выделяющейся в помещении, при легкой физической работе G = 30 л/ч;

X1 = 0,6 л/м3 - концентрация СО2 в приточном воздухе для города;

X2 = 1 л/м3 - допустимая концентрация СО2 в воздухе помещения с постоянным пребыванием людей.

Тогда,

(13.7)

где 25 - кол-во рабочих, занятых в работе.

Количество приточного воздуха должно быть не менее 75 м3/ч на одного человека, при объеме помещения, приходящегося на него, менее 138 м3. Если естественное проветривание невозможно, то в такие помещения нужно подавать не менее 60 м3/ч на одного человека.

Среди операций технологического процесса изготовления цанги присутствуют операции шлифования, на которых воздух загрязняется абразивной пылью, поэтому следует предусмотреть местную вытяжную вентиляцию рисунок 5 [56].

Для улавливания вредностей непосредственно в местах их образования применяется местная вытяжная вентиляция. Вытяжная вентиляция выполняется, как правило, в виде местных отсосов - вытяжных шкафов, камер, зонтов, панелей, щелей, бортовых отсосов.

Расчёт вытяжных шкафов. Объём воздуха, удаляемого вытяжными шкафами, определяется по формуле [56].

, (13.8)

где F - площадь открытого проёма, м2;

V - средняя скорость движения всасываемого воздуха в открытом проёме, м/с, она колеблется в пределах 0,3…0,25 м/с в зависимости от токсичности удаляемых выделений.

Согласно формуле 13.8

.

Таким образом, можно заключить, что вентиляция помещения соответствует санитарно - гигиеническим нормам.

11.3.3 Определение категории помещения по пожаро- и взрывоопасности

Проектирование и эксплуатация всех промышленных предприятий регламентируется «Строительными нормами и правилами» (СНиП II-90-81, СНиП II-2-80), «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ-76), а также «Типовыми правилами пожарной безопасности для промышленных предприятий (1975 г.)». В соответствии со СНиП II-2-80 все производства делят по пожарной, взрывной и взрывопожарной опасности на категории А, Б, В, Г и Д. Категория производства по пожарной опасности в значительной степени определяет требования к зданию, его конструкциям и планировке, организацию пожарной охраны и ее техническую оснащенность, требования к режиму и эксплуатации. Поэтому вопрос отнесения производства к той или иной категории является исключительно важным.

В данном случае проектируемое предприятие относится к категории Д - это производства, в которых обрабатываются негорючие вещества, а материалы в холодном состоянии.

11.4 Антропогенное воздействие объекта на окружающую среду и мероприятия по экологической безопасности

11.4.1 Возможность причинения ущерба окружающей среде выбросами в атмосферу

Предприятия машиностроения выбрасывают в атмосферу загрязненный воздух. В результате - постоянное присутствие вредных веществ в воздухе города, которое приводит к хроническим болезням людей (бронхит, астма и т.п.). Кроме того, загрязнённый воздух отрицательно воздействует на животных, птиц, насекомых и на растения. Для снижения уровня выбросов токсичных веществ в атмосферу необходимо детально проработать технологический процесс, для оценки и снижения этого уровня. На участке воздух загрязняется аэрозолями смазочно-охлаждающих технологических средств, металлической пылью (все операции резания), абразивной пылью (шлифовальные операции) и другими веществами, поэтому перед выбросом в атмосферу он должен очищаться. Вредные вещества из рабочей зоны выводятся с помощью приточно- вытяжной вентиляции: приточная вентиляция подает воздух в рабочую зону, а вытяжная удаляет -- обе работают одновременно. Количество подаваемого и вытягиваемого воздуха выбирается с учетом требований, предъявляемых к системе вентиляции. Место для забора свежего воздуха выбирается с учетом направления ветра, с наветренной стороны по отношению к выбросным отверстиям, вдали от мест загрязнения. В вентиляционной шахте вытяжной вентиляции устанавливаются специальные фильтры-уловители аэрозолей смазочно-охлаждающих жидкостей, металлической пыли, абразивной пыли и других веществ, которые по истечении своего срока годности заменяют на новые.

11.4.2 Загрязнение сточными водами

Промышленные предприятия сбрасывают в водоемы отработанную воду, которая загрязняет сточные воды вредными веществами (песок, окалина, металлическая стружка, пыль, минеральные масла и т. п.).

При работе используется большое количество смазывающе-охлаждающих технологических средств (СОТС), масляных эмульсий. Образующиеся при этом маслоэмульсионные воды представляют собой водные растворы эмульсолов. Такую сточную воду требуется очищать от маслопримесей специальными адсорбентами. Необходимость в очистке воды также возникает на операциях промывки деталей раствором тринатрий-фосфата.

11.4.3 Возможность загрязнения окружающей среды твёрдыми промышленными отходами

Отходы машиностроительных предприятий в основном образуются от заготовительных производств резка проката, окалины при литье, облой при ковке и штамповке, а так же при механической обработке заготовки. В данной технологии твёрдые отходы образуются в виде амортизационного лома (модернизация оборудования, оснастки), отходов заготовительного производства, металлической стружки, осадков и пыли (отходы систем очистки воздуха).

Амортизационный лом, не подлежащие дальнейшей работе, оборудование и оснастка, демонтируются, а материал, из которого изготовлены узлы оборудования и оснастки разбирают по группам и отправляют на переплав. Не выработавшие свой ресурс узлы и агрегаты служат запасными частями к другому похожему оборудованию.

Отходы заготовительного производства, извлечённая при механической обработке металлическая стружка, а так же отходы систем отчистки воздуха перерабатываются методом переплава. Для чего их сначала подвергают дроблению на стружкодробилках различных типов (фрезерных, молотковых и валковых). В металлической стружке, предназначенной для переплава, суммарное содержание безвредных примесей, влаги и масла не должно превышать 3%. Наличие этих примесей сверх указанного предела приводит к ухудшению качества выплавляемого металла и к загрязнению окружающей среды. В то же время стружка содержит до 20% СОТС. Поэтому стружку подвергают обезжириванию, используя центрифуги, моечно-сушильные установки и нагревательные печи. Затем её приводят в компактное состояние, применяя холодное и горячее брикетирование на специальных брикет-прессах. Эти брикеты непосредственно используются в плавильных агрегатах.

Таким образом, технологический процесс оказывается практически безотходным и не влияющим на здоровье людей.

11.4.4 Возможность акустического загрязнения окружающей среды

Многообразие источников шума и вибрации в машиностроении обуславливает наличие всех их разновидностей. Источниками аэродинамических шумов, механических шумов и вибраций высоких уровней являются вентиляционные системы, насосы, компрессорные установки, зубчатые передачи и т. п. суммарный уровень шумов которых (в основном высокочастотных) достигает 135145 дБ. Тогда как допустимый уровень шума для территории жилой застройки 3367 дБ.

Совокупность возникающих под действием шума нежелательных изменений в организме человека можно рассматривать как шумовую болезнь. Комплекс симптомов, характерный для воздействия вибрации, получил название вибрационной болезни.

Для устранения акустического загрязнения окружающей среды - установления допустимого уровня шума за территорией предприятия, необходимо применять при строительстве зданий шумопоглащающие материалы (шумоизоляция).

Для гашения возникающих вибраций оборудование, по возможности, целесообразнее установить на резиновые амортизаторы или на фундамент, изготовленный из вибропоглащающих материалов, что снижает уровень вибрации в 2 раза и делает это оборудование неопасным для окружающей среды. Вибрации в вентиляционных установках снижаются путём применения рёбер жёсткости при конструировании вентиляционных шахт.

11.5 Безопасность в чрезвычайных и аварийных ситуациях

Крупные аварии на предприятии могут возникать в результате стихийных бедствий, нарушения технологии производства, нарушения правил эксплуатации оборудования и установленных мер безопасности.