Исследование возможностей диагностирования автомобильных трансмиссий на тяговом стенде

Проверка кодов неисправности

С появлением на автомобилях электрогидравлических систем управления значительно прибавилось хлопот специалистам, занимающимся диагностикой АКПП, поскольку появился ряд элементов, не отличающихся абсолютной надежностью. К таким элементам можно отнести всевозможные датчики, соленоиды, проводку и, наконец, сам электронный блок управления. При этом следует отметить, что использование электронных блоков управления позволило значительно расширить возможности диагностики неисправностей АКПП. Блок управления обеспечивает самодиагностику электрической части системы управления, а для некоторых моделей трансмиссий ее гидравлической части. Для этого блок управления непрерывно контролирует работу всех элементов, запоминая в виде определенных кодов любые неисправности, которые появлялись в процессе эксплуатации автомобиля. В дальнейшем во время проведения процедуры диагностики АКПП эти коды с помощью несложной процедуры можно прочитать и определить ориентировочно причину возникшей неисправности.

2.5 Проведение испытаний

После проведения модернизации тягово-силового стенда были проведены испытания. В качестве объекта для испытаний был выбран автомобиль TOYOTA MARK II, в конструкцию трансмиссии которого входит автоматическая коробка перемены передач. На данном автомобиле автоматическая трансмиссия является сложной и имеет несколько режимов работы. Испытания проведены на двух режимах NORM - обычный режим работы, и PWR - спортивный режим работы.

Испытания были проведены в следующей последовательности. Автомобиль установлен ведущими колесами на беговые ролики стенда и закреплен при помощи лебедки. Стендом задано постоянное усилие нагружения, равное силе сопротивления движения автомобиля по дороге. Запущена программа сбора данных измерительной системы. Произведен разгон автомобиля с полностью нажатой педалью управления дроссельной заслонкой до момента переключения на четвертую передачу, после чего педаль отпущена и применено торможение. Остановлена программа сбора данных и снято нагружение.

После испытаний проведен анализ полученных данных, произведена их обработка при помощи приложения Microsoft Office Excel и построены графики переключения передач в АКПП. Экспериментальный график переключения передач в АКПП автомобиля на режиме, когда автомобиль движется в гору под нагрузкой, представлен на рисунке 2.14.

По полученному графику, можно отследить при какой скорости автомобиля и частоте вращения коленчатого вала двигателя происходит переключение передач, на различных режимах работы АКПП, что указывает на ее техническое состояние. Используя полученные данные, также можно построить другие зависимости, например изменение скорости от времени.

При использовании данного метода диагностирования появляется реальная возможность оценить техническое состояние не только АКПП, но и всей силовой части автомобиля. Это очень важный фактор, так как появляется возможность комплексного диагностирования силовой части автомобиля.

А также диагностики двигателя автомобиля оснащенного автоматической трансмиссией, что в настоящее время является сложной задачей.



Рисунок 2.14 - График переключения передач в АКПП

автомобиля TOYOTA MARK II

Для проведения испытаний на тягово-силовом стенде была разработана технологическая карта последовательности проведения операций по диагностированию автоматических коробок перемены передач (табл.2.4). Трудоемкость диагностирования автомобиля составляет 0,8 чел./час. Диагностику проводят два оператора-диагноста: исполнитель А - оператор стенда, исполнитель Б - оператор автомобиля.



Таблица 2.4 - Технологическая карта проведения диагностирования

Наименование операции	Содержание операции	Место выполнения	Трудоемкость, чел./час	Исполнитель	Инструменты и приспособления
			Факт.	Норм.
1	2	3	4	5	6	7
1 Подготовка к испытанию	1.1 Въехать на стенд, заглушить двигатель. Открыть моторный отсек и выйти из автомобиля.		0,03	0,03	Б
	1.2 Установить противооткатные упоры, установить местную вытяжку и закрепить автомобиль на стенде при помощи лебедки.		0,08	0,08	Б	Противооткатные упоры Лебедка
	1.3 Подключить провод датчика частоты вращения коленчатого вала к диагностическому разъему.		0,02	0,03	А
	1.4 Включить стенд, измерительный комплекс. Запустить интерфейс программы L-GRAPH2.		0,07	0,08	А
2 Проведение испытаний	2.1 Запустить и прогреть двигатель до рабочей температуры	В салоне автомобиля	0,09	0,09	Б
	2.2 Включить селектор в положение D и прогреть АКПП до рабочей температуры.	В салоне автомобиля	0,09	0,1	Б
	2.3 Перевести сектор в положение «N».	В салоне автомобиля	0,01	0,01	Б
	2.4 Включить вентилятор.		0,01	0,01	А
	2.5 Установить режим нагружения.		0,01	0,01	А
	2.6 Запустить программу сбора данных.	На компьютере	0,02	0,02	А
	2.7 Нажать на педаль тормоза, перевести селектор в положение «D» и до упора нажать педаль управления дроссельной заслонкой.	В салоне автомобиля	0,06	0,08	Б
	2.8 Разогнать автомобиль до максимальной скорости.	В салоне автомобиля	0,05	0,05	Б
	2.9 Отпустить педаль управления дроссельной заслонкой	В салоне автомобиля	0,02	0,02	Б
	2.10 Нажать на педаль тормоза, после остановки перевести селектор в положение «N».	В салоне автомобиля	0,02	0,02	Б
	2.11 Остановить программу сбора данных и сохранить.	В компьютере	0,02	0,02	А
	2.12 Отключить режим нагружения.		0,02	0,02	А
3 Подготовка к выезду	3.1 Отключить вентилятор.		0,01	0,01	А
	3.2 Убрать противооткатные упоры, отсоединить лебедку, убрать местную вытяжку.		0,07	0,08	Б
	3.3 Заблокировать ролики стенда.		0,01	0,01	А
	3.4 Перевести селектор в положение «R» и выехать со стенда.	В салоне автомобиля	0,03	0,04	Б
4 Завершение работы на стенде	4.1 Выключить стенд и измерительный комплекс.		0,01	0,01	А



3 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

Введение

В процессе диагностирования АКПП на тягово-силовом стенде существует проблема неверного определения тяговых качеств из-за наступления момента проскальзывания ведущих колес по поверхности ролика в момент, когда сила тяги на колесе превосходит силу сцепления шин с поверхностью нагружающего ролика, это может привести к неверному снятию данных силы тяги и скорости.

В данном дипломном проекте предложено снимать данные силы тяги и скорости непосредственно с ведущей оси автомобиля. Это можно сделать путем передачи крутящего момента со ступиц колес через специальные муфты на валы, на которых установлены звездочки. Звездочки, в свою очередь, передают крутящий момент через цепную передачу на ролики стенда. Диагностирование автомобиля можно осуществлять при максимальных нагрузках и максимальной скорости движения, полностью исключая момент проскальзывания ведущих колес по поверхности ролика. Качественное диагностирование автомобиля предполагает быстрый поиск неисправностей, возникающих, как в автоматической коробке передач (автоматической трансмиссии), так и двигателе, отсюда следует, что затраты времени на ремонт будут минимальны.

3.1Ориентировочный расчет вала

При ориентировочном расчете необходимо выяснить геометрические размеры вала.

Диаметр вала:

d=(3…4)Ч(Т)^1/3, мм (3.1)

где Т - вращающий момент на валу, Н·м.

Т=4500 Н·м

d=(3…4)Ч(4500)^1/3=66 мм

Принимаем d=65 мм.

Диаметр подшипника:

d_П?d₁, мм (3.2.)

d_П=65 мм

Диаметр буртика подшипника:

d_БП?d_П+3•r, мм, (3.3.)

где r - координата фаски подшипника, мм.

r=3,5 мм

d_БП=65+3Ч3,5=76,5 мм.

Принимаем d_БП=76 мм.

Диаметр вала под звездочку:

d_З?d_П, мм, (3.4)

d_З=70 мм

На вал устанавливается звездочка для цепной передачи.

Диаметр ступицы звездочки:

d_{ст. з.}=70 мм.

l_ст.=75 мм.

Расстояние между опорами вала l=128 мм.



3.2 Подбор подшипников

Подобрать подшипники качения для опор вала редуктора с цепной передачей.

Требуемый ресурс при вероятности безотказной работы 90%: L?_10ah=10000 ч. Диаметр поверхностей вала d_П=65 мм. Силы в зацеплении при передаче максимального из длительно действующих момента: окружная сила находится по формуле:

F_t=2Ч10³T/d, Н, (3.5)

где Т - вращающий момент на валу, Н•м;

d - диаметр вала под звездочку, мм.

радиальная сила определяется по формуле:

F_r=F_tЧtgб/cosв, Н (3.6)

где б=20є, tgб=0,364;

cosв=1

T=4500 Н•м.

d=70 мм=0,7 м.

F_t=2Ч10³Ч4500/0,7=12857 кН

F_r=12857Ч0,364/1=4680 кН

Осевая сила F_a=0

Схема сил, действующих на вал, представлена на рисунке 3.1.



Рисунок 3.1 - Схема сил, действующих на вал

1. Радиальные реакции опор от сил в зацеплении:

- в плоскости YOZ

УМ₁=0; F_r(l-l₁)+F_aЧd/2-R_2в=0 (3.7)

R_2в=[ F_r(l-l₁)+F_aЧd/2]/l, кН, (3.8)

где l и l₁ - линейные размеры, мм.

R_2в=[4680(128-64)+0Ч162/2]/128=2340 кН

УМ₂=0; R_1вЧl+F_aЧd/2-F_rЧl₁=0 (3.9)

R_1в=[ F_rЧl₁- F_aЧd/2]/l, кН, (3.10)

R_1в=[4680Ч64-0Ч162/2]/128=2340 кН

Направление вектора R_1в выбрано правильно. Предварительное направление вектора R_1в было принято совпадающем с направлением оси Y.

Проверка: УY=R_1в-F_r+R_2в=2340-4680+2340=0 - реакции найдены правильно.

- в плоскости ХOZ

УМ₁=0; R_2гЧl- F_t(l-l₁)=0 (3.11)

R_2г=F_t(l-l₁)/l, кН (3.12)

R_2г=12857(128-64)/128=6428,5 кН

УМ₂=0; -R_1гЧl+ F_tЧl₁=0 (3.13)

R_1г=F_tЧl₁/l, кН (3.14)

R_1г=12857Ч64/128=6428,5 кН

Проверка: УХ=R_1г-F_t+R_2г=6428,5-12857+6428,5=0 - реакции найдены правильно.

Суммарные реакции опор:

R₁=(RІ_1г+RІ_1в)^1/2, кН (3.15)

R₂=(RІ_2г+RІ_2в)^1/2, кН (3.16)

R₁=(6428,5²+2340²)^1/2=6841 кН;

R₂=(6428,5²+2340²)^1/2=6841 кН.

2. Реакции опор для расчета подшипников:

F_{r1 max.}=R₁; F_{r2 max.}=R₂, Н (3.17)

F_{r1 max.}=6841 кН

F_{r2 max.}=6841 кН

3. Для типового режима нагружения II коэффициент эквивалентности К_Е=0,63. Вычисляем эквивалентные нагрузки:

F_r1=К_ЕЧF_{r1 max.}, кН (3.18)

F_r2=К_ЕЧF_{r2 max.}, кН (3.19)



F_r1=0,63Ч6841=4310 кН

F_r2=0,63Ч6841=4310 кН

4. Предварительно назначаем шариковые радиальные однорядные подшипники серии диаметров 3: 313. Схема установки подшипников - враспор.

5. Для принятых подшипников находим из ГОСТа 8338-75: С_r=92,3 кН, С_0r=56,0 кН, d=65 мм, D=140 мм, D_щ=23,812 мм, б=0є.

6. Отношение:

D_щЧcosб/ D_pщ (3.20)

D_pщ=0,5(D+d), мм (3.21)

D_pщ=0,5(140+65)=102,5 мм

D_щЧcosб/ D_pщ=23,812•cos0є/102,5=0,23

f₀=13,2

Коэффициент осевого нагружения:

е=0,28(f₀ЧF_a/С_0r)^0,23 (3.22)

е=0,28(13,2Ч0/56000)^0,23=0

7. Отношение Fa/(VЧF_r)=0/(1Ч4680)=0

Принимаем: Х=0,56, Y=0,44/е=0,44/0=0

8. Принимаем К_Б=1,4; К_Т=1 (t_раб.<100єС). Эквивалентная динамическая нагрузка находится по формуле:

P_r=(VЧXЧF_r+YЧF_a)К_БЧК_Т, Н (3.23)

P_r=(1Ч0,56Ч4680+0)1,4Ч1=3669 кН

9. Расчетный скорректированный ресурс подшипника при а₁=1 (вероятность безотказной работы 90%), а₂₃=0,7 (обычные условия применения), k=3 (шариковый подшипник).

L_10ah=а₁Ча₂₃(C_r/P_r)^kЧ(10⁶/60Чn), ч (3.24)

где n - частота вращения вала, мин^-1.

n=1500 мин^-1

L_10ah=1Ч0,7(92300/3669)³Ч(10⁶/60Ч1500)=12385 ч.

Расчетный ресурс больше требуемого: L_10ah>L?_10ah (12385>10000)

10. Расчетный ресурс больше требуемого, то предварительно назначенный подшипник 313 пригоден. При требуемом ресурсе надежность выше 90%.

3.3 Подбор шпонки

Соединение вала со звездочкой осуществляется стандартной шпонкой, размеры которой представлены ниже.

Напряжение смятие шпонки:

у_см=(2Ч10³ЧТ)/(dЧl_p(h-t₁))? [у]_см , МПа, (3.25)

где Т - вращающий момент на валу, Нм;

d - диаметр вала, мм;

l_p=l-b - рабочая длина шпонки, мм;

l - длина шпонки, мм;

b - ширина шпонки, мм;

h - высота шпонки, мм;

t₁ - глубина шпоночного паза, мм;

[у]_см=200ч400 МПа - допускаемое напряжение смятия шпонки.

Размеры подобранной шпонки:

d_в=70 мм,

b=20 мм,

h=12 мм,

t₁=7,5 мм,

l=75 мм,

l_p=75-20=55 мм.

у_см=(2Ч10³Ч4500)/(75Ч55(12-7,5))=384 МПа

Допускаемое напряжение смятия шпонки, равное 400 МПа, больше полученного 384 МПа, следовательно, шпонка выдержит заданную нагрузку.

3.4 Расчет шлицевого соединения

Предварительно принимаем для вала и звездочки шлицевое соединение D-8Ч56Ч62H7/js6Ч5D9/js7 ГОСТ 1139-80.

Напряжение на смятие боковых поверхностей зубьев:

у_см=(2Ч10³ЧТ)/(цЧFЧlЧd_ср.)? [у]_см. , МПа, (3.26)

где F - площадь всех боковых поверхностей зубьев с одной стороны на 1 мм длины для прямобочных зубьев:

F=zЧ[(D_в-d_a)/2-(f+r)], мм²/мм (3.27)

d_ср. - средний диаметр шлицевого соединения:

d_ср=(D_в+d_a)/2, мм (3.28)

где Т=4500 Нм - вращающий момент, передаваемый соединением;

=0,8 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузок по рабочим поверхностям зубьев (0,7…0,8);

z=8 - число зубьев

D_в=62 мм - наружный диаметр зубьев вала;

d_a=56 мм - диаметр отверстия шлицевой втулки;

f=0,5 мм - размер фаски зуба шлицевого вала;

r=0,2 мм - размер закругления зуба шлицевой втулки;

l=130 мм - длина соединения;

[]_см=250 МПа - допускаемое напряжение на смятие боковых поверхностей зубьев шлицевого соединения.

F=8[(62-56)/2-(0,5+0,2)]=18,4 мм²/мм

d_ср.=(62+56)/2=59 мм

у_см=(2Ч10³Ч4500)/(0,8Ч18,4Ч130Ч59)=80 МПа=250 МПа - условие прочности выполняется.

3.5 Расчет вала на прочность

На рисунке 3.2 приведена конструкция вала, а также расчетная схема и эпюры изгибающих М и крутящего М_к моментов. Силы в зацеплении звездочки и цепи: F_t=12857 кН, F_r=4860 кН, F_а=0. Вал установлен на двух шариковых радиальных однорядных подшипниках 313 по ГОСТ 8338-75, на шлицевом конце вала устанавливается переходная муфта. Консольная сила, действующая на вал со стороны муфты, F_к=47 Н. Коэффициент перегрузки при расчете на статическую прочность К_П=2,2.

Вал изготовлен из стали марки 40Х со следующими характеристиками статической прочности и сопротивления усталости: временное сопротивление _В=900 МПа; предел текучести _Т=650 МПа; предел текучести при кручении _Т=390 МПа, предел выносливости при изгибе _-1=410 МПа, предел выносливости при кручении _-1=230 МПа, коэффициент чувствительности к асимметрии цикла нагружения =0,1.

Минимально допустимые запасы прочности по пределу текучести и сопротивлению усталости соответственно: [S_T]=2,0 и [S]=2,0.



3.5.1 Определение внутренних силовых факторов

При составлении расчетной схемы учитываем, что условная шарнирная опора для радиального подшипника расположена на середине ширины подшипника.

Реакции опор от сил, нагружающих вал, определены в пункте 3.2.

Эпюры внутренних силовых факторов приведены на рисунке 3.2, при этом крутящий момент численно равен вращающему:

М_к=Т=4500 Нм.

Из рассмотрения эпюр внутренних силовых факторов и конструкции узла следует, что опасными являются сечения:



Рисунок 3.2 - Расчетная схема и эпюры изгибающих моментов

I-I - место установки звездочки на вал диаметром 70 мм: сечение нагружено изгибающим и крутящим моментами; концентратор напряжений - посадка с натягом звездочки на вал;

II-II - место установки правого по рисунку подшипника на вал: сечение нагружено изгибающим и крутящим моментами; концентратор напряжения - посадка с натягом внутреннего кольца подшипника на вал;

III-III - место установки переходной муфты на вал: сечение не нагружено, т.к. шлицы являются скользящими. Прямобочные шлицы ГОСТ 1139-80: внутренний диметр d=56 мм, наружный диметр D=62 мм, ширина b=10, число зубьев z=8.

Определим силовые факторы для опасных сечений.

Сечение I-I

Изгибающие моменты:

- в плоскости XOZ

М_1Г=R_2ГЧl₁Ч10^-3, Нм (3.30)

М_1Г=6428,5Ч64Ч10^-3=411 кНм

- в плоскости YOZ слева от сечения

М_1ВЛ=R_1в(l-l₁)10^-3, Нм (3.31)

М_1вл=2340(128-64)10^-3=150 кНм

- в плоскости YOZ справа от сечения

М_1ВП=R_2ВЧl₁Ч10^-3, Нм (3.32)

М_1вп=2340Ч64Ч10^-3=150 кНм

Суммарный изгибающий момент

М₁=(МІ_1Г+М_1ВП)^1/2, Нм (3.32)

М₁=(411²+150²)^1/2=437,5 кНм

Крутящий момент М_к1=М_к=4500 Нм

Осевая сила F_a1=F_a=0 Нм

Сечение II-II

М₂=М_2кон=10^-3ЧF_кЧl₂, Нм (3.33)

М₂=М_2кон=10^-3Ч47Ч100=4,7 Нм

Крутящий момент М_к2=М_к =4500 Нм

Осевая сила F_a2=F_a=0 Нм

Сечение III-III

Крутящий момент М_к2=М_к =4500 Нм

3.5.2 Вычисление геометрических характеристик

опасных сечений вала

Сечение I-I

W₁=рЧd³/32, мм³ (3.34)

W₁=3,14Ч70³/32=33657 мм³

W_к1=рЧd³/16, мм³ (3.35)

W_к1=3,14Ч70³/16=67314 мм³

А₁=рЧd²/4, мм³ (3.36)

А₁=3,14Ч70²/4=3846 мм³

Сечение II-II

W₂=3,14Ч65³/32=26947 мм³

W_к2=3,14Ч65³/16=53895 мм³

А₂=3,14Ч65²/4=3316 мм³

Сечение III-III

Для прямобочных шлицев легкой серии и d=56 мм имеем:

W_к3=2W=2Ч18940=37880 мм³

3.5.3 Расчет вала на статическую прочность

Вычислим нормальные и касательные напряжения, а также значение общего коэффициента запаса прочности по пределу текучести в каждом из опасных сечений вала.

Сечение I-I

Напряжение изгиба с растяжением (сжатием) найдем по формуле:

₁=10³ЧК_ПЧМ₁/W₁+К_ПЧF_a1/А₁, МПа (3.37)

₁=10³Ч2,2Ч437,5/33657+2,2Ч0/3846=28,6 МПа

Напряжение кручения определяется по формуле:

₁=10³ЧК_ПЧМ_к1/W_к1, МПа (3.38)

₁=10³Ч2,2Ч4500/67314=147 МПа

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям находятся по формулам:

S_Т1=_Т/₁ (3.39)

S_Т1=_Т/₁ (3.40)

S_Т1=650/28,6=22,7

S_Т1=390/147=2,65

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

S₁=S_Т1ЧS_Т1/(SІ_Т1+SІ_Т1)^1/2 (3.41)

S₁=22,7Ч2,65/(22,7²+2,65²)^1/2=2,63

Сечение II-II

Напряжение изгиба с растяжением (сжатием) ₂ и напряжение кручения ₂ определяем по формулам 3.36 и 3.37 соответственно:

₂=10³Ч2,2Ч4,7/26947+2,2Ч0/3316=3,8МПа

₂=10³Ч2,2Ч4500/53895=183 МПа

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям находятся по формулам 3.39 и 3.40 соответственно:

S_Т2=650/3,8=171

S_Т2=390/183=2,13

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести определяется по формуле 3.41:

S₂=171Ч2,13/(171²+2,13²)^1/2=2,12

Сечение III-III

Напряжение кручения:

₃=10³ЧК_ПЧМ_к3/W_к3, МПа (3.42)

₃=10³Ч2,2Ч4500/37880=161 МПа

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести равен в данном случае частному коэффициенту запаса прочности по касательному напряжению:

S_Т3=S_Т3=_Т/₃ (3.43)

S_Т3=390/161=2,42

Вывод: статическая прочность вала обеспечена во всех опасных сечениях S>[S_Т]=2,0.

3.6 Конструирование опор и крышек подшипников вала

Опорой вала является отдельная деталь, которая воспринимает основные силы, нагружающие вал. Деталь получаем методом литья, используя чугун марки СЧ 20 ГОСТ 1412-85. После обработки получаем диаметр под наружную обойму подшипника, равный 140 мм, посадка H7. Крепление опоры вала к раме осуществляется двумя болтами М16-6gх60.58.016 ГОСТ 7796-70.

Крышки подшипников изготовляются из листовой стали марки Сталь 3 ГОСТ 380-71. Они являются привертными. Установка крышек осуществляется четырьмя болтами М10-6gх30.58.016 ГОСТ 7796-70. Для устранения просачивания смазочного материала через фланцы крышек необходимо уплотнить соединения крышек с корпусом опоры прокладкой из технического картона.

Чертежи опор и крышек представлены на листах графической части диплома.



4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Введение

На любом промышленном предприятии, а также и на автотранспортном предприятии основой безопасности жизнедеятельности является охрана труда.

Охрана труда - это система законодательных актов и соответствующих им социально-экономических, технических, гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение, здоровья и работоспособность человека в процессе труда.

Правила и нормы по охране труда направлены на выполнение трудового законодательства. По своим действиям правила по охране труда делятся на единые, межотраслевые и отраслевые. Единые распространяются на все отрасли народного хозяйства. Межотраслевые охватывают несколько отраслей народного хозяйства или видов производства, а также отдельных типов оборудования. Отраслевые распространяются на отдельные отрасли промышленности, характерные для данной отрасли и обязательны для выполнения всеми предприятиями.

Законодательство по охране труда представляет собой правовую основу при проведении организационных, технических и санитарно-гигиенических мероприятий, направленных на создание безопасных высокопроизводительных условий труда.

Техника безопасности - система организационных и технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов.

Производственная санитария - система организационных, гигиенических и санитарно-технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих вредных производственных факторов.

Пожарная безопасность означает состояние объекта, при котором исключается возможность загорания и пожара, а в случае его возникновения исключается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей.

Для комплексного решения обеспечения безопасных условий труда в нашей стране действует система стандартов по безопасности труда (ССБТ), которая включает в себя правила, нормы и организационно-методические документы по охране труда, а также стандарты и нормы по видам опасных и вредных производственных факторов.

Кроме Государственных стандартов ССБТ, важными документами являются: Строительные нормы и правила, Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. Правила устройства и безопасной эксплуатации различного оборудования.

4.1 Влияние освещения на условия деятельности человека

4.1.1 Основные светотехнические характеристики

Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет высокую работоспособность.

Ощущение зрения происходит под воздействием видимого излучения (света), которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,38-0,76 мкм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 0,555 мкм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.

Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся:

световой поток Ф - часть лучистого потока, воспринимаемая человеком как свет; характеризует мощность светового излучения, измеряется в люменах (лм);

сила света J - пространственная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока dФ, исходящего от источника и равномерно распространяющегося внутри элементарного телесного угла dЩ, к величине этого угла, измеряется в канделах (кд);

освещенность Е - поверхностная плотность светового потока; определяется как отношение светового потока dФ, равномерно падающего на освещаемую поверхность dS (м²), к ее площади, измеряется в люксах (лк);

яркость L поверхности под углом б к нормали - это отношение силы света dJ_б, излучаемой, освещаемой или светящейся поверхностью в этом направлении, к площади dS проекции этой поверхности, на плоскость, перпендикулярную к этому направлению, измеряется в кд•м². Для качественной оценки условий зрительной работы используют такие показатели как фон, контраст объекта с фоном, коэффициент пульсации освещенности, показатель освещенности.

Фон - это поверхность, на которой происходит различение объекта. Фон характеризуется способностью поверхности отражать падающий на нее световой поток. Эта способность (коэффициент отражения р) определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Ф_отр. к падающему на нее световому потоку Ф_пад.. В зависимости от цвета и фактуры поверхности значения коэффициента отражения находятся в пределах 0,02...0,95; при р>0,4 фон считается светлым; при р=0,2...0,4 - средним и при р<0,2 - темным.

Контраст объекта с фоном k - степень различения объекта и фона - характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точки, линии, знака, пятна, трещины, риски или других элементов) и фона.



k=(L_ор-L_ор)/L_ор (4.1)

Контраст объекта считается большим, если k > 0,5 (объект резко выделяется на фоне), средним при k = 0,2...0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости) и малым при k < 0,2 (объект слабо заметен на фоне).

Коэффициент пульсации освещенности k_Е - это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока.

k_Е=100(Е_max-Е_min)/(2Е_ср), (4.2)

где Е_max, Е_min, Е_ср - максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период колебаний; для газоразрядных ламп k_Е=25...65%, для обычных ламп накаливания k_Е ? 7%, для галогенных ламп накаливания k_Е=1%.

Показатель ослепленности Р_о - критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой,

Р_о=1000(V₁/V₂ -1), (4.3)

где V₁ и V₂ - видимость объекта различения соответственно при экранировании и наличии ярких источников света в поле зрения.

Видимость V характеризует способность глаза воспринимать объект. Она зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном, длительности экспозиции. Видимость определяется числом пороговых контрастов в контрасте объекта с фоном, т.е. V=k/k_пор, где k_пор - пороговый или наименьший различимый глазом контраст.



4.1.2 Системы и виды производственного освещения

При освещении производственных помещении используют естественное освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняющемся в зависимости от географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы; искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света, и совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняют искусственным.

Конструктивно естественное освещение подразделяют на боковое (одно- и двухстороннее), осуществляемое через световые проемы в наружных стенах; верхнее - через аэрационные и зенитные фонари, проемы в кровле и перекрытиях; комбинированное - сочетание верхнего и бокового освещения.

Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть двух видов - общее и комбинированное. Систему общего освещения применяют в помещениях, где по всей площади выполняются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают общее равномерное освещение (световой поток распределяется равномерно по всей площади без учета расположения рабочих мест) и общее локализованное освещение (с учетом расположения рабочих мест).

При выполнении точных зрительных работ (например, слесарных, токарных, контрольных) в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени или рабочие поверхности расположены вертикально (штампы, гильотинные ножницы), наряду с общим освещением применяют местное. Совокупность местного и общего освещения называют комбинированным освещением. Применение одного местного освещения внутри производственных помещений не допускается, поскольку образуются резкие тени, зрение быстро утомляется и создается опасность производственного травматизма.

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на рабочее, аварийное и специальное, которое может быть охранным, дежурным эвакуационным, эритемным, бактерицидным и др.

Рабочее освещение предназначено для обеспечения нормального выполнения производственного процесса, прохода людей, движения транспорта и является обязательным для всех производственных помещений.

Аварийное освещение устраивают для продолжения работы в тех случаях, когда внезапное отключение рабочего освещения (при авариях) и связанное с этим нарушение нормального обслуживания оборудования могут вызвать взрыв, пожар, отравление людей, нарушение технологического процесса и т.д.

Сигнальное освещение применяют для фиксации границ опасных зон; оно указывает на наличие опасности, либо на безопасный путь эвакуации.

Условно к производственному освещению относят бактерицидное и эритемное облучение помещений. Бактерицидное облучение («освещение») создается для обеззараживания воздуха, питьевой воды, продуктов питания. Наибольшей бактерицидной способностью обладают ультрафиолетовые лучи c л=0,254...0,257 мкм. Эритемное облучение создается в производственных помещениях, где недостаточно солнечного света (северные районы, подземные сооружения). Максимальное эритемное воздействие оказывают электромагнитные лучи с л=0,297 мкм. Они стимулируют обмен веществ, кровообращение, дыхание и другие функции организма человека.

4.1.3 Основные требования к производственному освещению

Основной задачей производственного освещения является поддержание на рабочем месте освещенности, соответствующей характеру зрительной работы. Увеличение освещенности рабочей поверхности улучшает видимость объектов за счет повышения их яркости, увеличивает скорость различения деталей, что сказывается на росте производительности труда. Так, при выполнении отдельных операций на главном конвейере сборки автомобилей при повышении освещенности с 30 до 75 лк производительность труда повысилась на 8%. При дальнейшем повышении до 100 лк - на 28% (по данным проф. АЛ. Тарханова). Дальнейшее повышение освещенности не дает роста производительности.

При организации производственного освещения необходимо обеспечить равномерное распределение яркости на рабочей поверхности и окружающих предметах. Перевод взгляда с ярко освещенной на слабо освещенную поверхность вынуждает глаз переадаптироваться, что ведет к утомлению зрения и соответственно к снижению производительности труда. Для повышения равномерности естественного освещения больших цехов осуществляется комбинированное освещение. Светлая окраска потолка, стен и оборудования способствует равномерному распределению яркостей в поле зрения работающего.

Производственное освещение должно обеспечивать отсутствие в поле зрения работающего резких теней. Наличие резких теней искажает размеры и формы объектов различения и тем самым повышает утомляемость, снижает производительность труда. Особенно вредны движущиеся тени, которые могут привести к травмам. Тени необходимо смягчать, применяя, например, светильники со светорассеивающими молочными стеклами, при естественном освещении, используя солнцезащитные устройства (жалюзи, козырьки и др.).

Для улучшения видимости объектов в поле зрения работающего должна отсутствовать прямая и отраженная блескость. Блескость - это повышенная яркость светящихся поверхностей, вызывающая нарушение зрительных функций (ослепленность), т.е. ухудшение видимости объектов. Блескость ограничивают уменьшением яркости источника света, правильным выбором защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светильников, правильном направлением светового потока на рабочую поверхность, а также изменением угла наклона рабочей поверхности. Там, где это возможно, блестящие поверхности следует заменять матовыми.

Колебания освещенности на рабочем месте, вызванные, например, резким изменением напряжения в сети, обусловливают переадаптацию глаза, приводя к значительному утомлению. Постоянство освещенности во времени достигается стабилизацией плавающего напряжения, жестким креплением светильников, применением специальных схем включения газоразрядных ламп.

При организации производственного освещения следует выбирать необходимый спектральный состав светового потока. Это требование особенно существенно для обеспечения правильной цветопередачи, а в отдельных случаях для усиления цветовых контрастов. Оптимальный спектральный состав обеспечивает естественное освещение. Для создания правильной цветопередачи применяют монохроматический свет, усиливающий одни цвета и ослабляющий другие.

Осветительные установки должны быть удобны и просты в эксплуатации, долговечны, отвечать требованиям эстетики, электробезопасности, а также не должны быть причиной возникновения взрыва или пожара. Обеспечение указанных требований достигается применением защитного зануления или заземления, ограничением напряжения питания переносных и местных светильников, защитой элементов осветительных сетей от механических повреждений и т.п.

4.1.4 Нормирование производственного освещения

Естественное и искусственное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 23-05-95 в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном. Характеристика зрительной работы определяется наименьшим размером объекта различения (например, при работе с приборами - толщиной линии градуировки шкалы, при чертежных работах - толщиной самой тонкой линии). В зависимости от размера объекта различения все виды работ, связанные со зрительным напряжением, делятся на восемь разрядов, которые в свою очередь в зависимости от фона и контраста объекта с фоном делятся на четыре подразряда.

Искусственное освещение нормируется количественными (минимальной освещенностью Е_min) и качественными показателями (показателями ослепленности и дискомфорта, коэффициентом пульсации освещенности k_Е). Принято раздельное нормирование искусственного освещения в зависимости от применяемых источников света и системы освещения. Нормативное значение освещенности для газоразрядных ламп при прочих равных условиях из-за их большей светоотдачи выше, чем для ламп накаливания. При комбинированном освещении доля общего освещения должна быть не менее 10% нормируемой освещенности. Эта величина должна быть не менее 150 лк для газоразрядных ламп и 50 лк для ламп накаливания.

Для ограничения слепящего действия светильников общего освещения в производственных помещениях показатель ослепленности не должен превышать 20...80 единиц в зависимости от продолжительности и разряда зрительной работы. При освещении производственных помещений газоразрядными лампами, питаемыми переменным током промышленной частоты 50 Гц, глубина пульсаций не должна превышать 10...20 % в зависимости от характера выполняемой работы.

При определении нормы освещенности следует учитывать также ряд условий, вызывающих необходимость повышения уровня освещенности, выбранного по характеристике зрительной работы. Увеличение освещенности следует предусматривать, например, при повышенной опасности травматизма или при выполнении напряженной зрительной работы I...IV разрядов в течение всего рабочего дня. В некоторых случаях следует снижать норму освещенности, например, при кратковременном пребывании людей в помещении.

Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность изменяется в зависимости от времени суток, года, метеорологических условий. Поэтому в качестве критерия оценки естественного освещения принята относительная величина - коэффициент естественной освещенности (КЕО), не зависящий от вышеуказанных параметров. КЕО - это отношение освещенности в данной точке внутри помещения Е_ВН к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е_Н, создаваемой светом полностью открытого небосвода, выраженное в процентах.

Принято раздельное нормирование КЕО для бокового и верхнего естественного освещения. При боковом освещении нормируют минимальное значение КЕО в пределах рабочей зоны, которое должно быть обеспечено в точках, наиболее удаленных от окна; в помещениях с верхним и комбинированным освещением - по усредненному КЕО в пределах рабочей зоны. Нормированное значение КЕО с учетом характеристики зрительной работы, системы освещения, района расположения зданий на территории страны

е_н=КЕОЧmЧc, (4.4)

где КЕО - коэффициент естественной освещенности;

т - коэффициент светового климата, определяемый в зависимости от района расположения здания на территории страны;

с - коэффициент солнечности климата, определяемый в зависимости от ориентации здания относительно сторон света.

Совмещенное освещение допускается для производственных помещений, в которых выполняются зрительные работы I и II разрядов; для производственных помещений, строящихся в северной климатической зоне страны; для помещений, в которых по условиям технологии требуется выдерживать стабильными параметры воздушной среды.

4.1.5 Источники света и осветительные приборы

Источники света, применяемые для искусственного освещения, делят на две группы - газоразрядные лампы и лампы накаливания. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.

При выборе и сравнении источников света друг с другом пользуются следующими параметрами: номинальное напряжение питания U (В), электрическая мощность лампы Р (Вт); световой поток, излучаемый лампой Ф (лм), или максимальная сила света J (кд); световая отдача ш=Ф/Р (лм/Вт), т.е. отношение светового потока лампы к ее электрической мощности; срок службы лампы и спектральный состав света.

Благодаря удобству в эксплуатации, простоте в изготовлении, низкой инерционности при включении, отсутствии дополнительных пусковых устройств, надежности работы при колебаниях напряжения и при различных метеорологических условиях окружающей среды лампы накаливания находят широкое применение в промышленности. Наряду с отмеченными преимуществами лампы накаливания имеют и существенные недостатки: низкая световая отдача (для ламп общего назначения ш=7...20 лм/Вт), сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс. ч), в спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света.

В последние годы все большее распространение получают галогеновые лампы - лампы накаливания с йодным циклом. Наличие в колбе паров йода позволяет повысить температуру накала нити, т.е. световую отдачу лампы (до 40 лм/Вт). Пары вольфрама, испаряющиеся с нити накаливания, соединяются с йодом и вновь оседают на вольфрамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити и увеличивая срок службы лампы до 3 тыс. ч. Спектр излучения галогеновой лампы более близок к естественному. Основным преимуществом газоразрядных ламп перед лампами накаливания является большая световая отдача 40...110 лм/Вт. Они имеют значительно большой срок службы, который у некоторых типов ламп достигает 8...12 тыс. ч. От газоразрядных ламп можно получить световой поток любого желаемого спектра, подбирая соответствующим образом инертные газы, пары металлов, люминофор. По спектральному составу видимого света различают лампы дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛЛД), холодного белого (ЛХБ), теплого белого (ЛТБ) и белого цвета (ЛБ).

Основным недостатком газоразрядных ламп является пульсация светового потока, что может привести к появлению стробоскопического эффекта, заключающегося в искажении зрительного восприятия. При кратности или совпадении частоты пульсации источника света и обрабатываемых изделий вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажается направление и скорость движения, что делает невозможным выполнение производственных операций и ведет к увеличению опасности травматизма. К недостаткам газоразрядных ламп следует отнести также длительный период разгорания, необходимость применения специальных пусковых приспособлений, облегчающих зажигание ламп; зависимость работоспособности от температуры окружающей среды. Газоразрядные лампы могут создавать радиопомехи, исключение которых требует специальных устройств.