CC BY
27
УДК 674.05; 621.9.004.69 + 06
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ
ЗАПЫЛЕННОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДРЕВЕСИНЫ ФРЕЗЕРНО-ПАЗОВАЛЬНЫМИ И ЦЕПНО-ДОЛБЕЖНЫМИ СТАНКАМИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
И. А. Яицков, Д.В. Мотренко
Приведены результаты экспериментальных исследований процессов запыленности при обработке различных пород древесины фрезерно-пазовальными и цепно-дол-бежными станками на машиностроительных предприятиях. Выявлены закономерности, которым подчиняется связь между концентрацией пыли в воздухе помещения и расстоянием от групп деревообрабатывающих станков. Установлены зависимости эффективности пылеулавливания от конструктивных параметров шарового циклона, что позволяет предложить инженерно-техническое решение по доведению уровней запыленности рабочих мест операторов станков до санитарных норм.
Ключевые слова: запыленность, обработка древесины, цепно-долбежные и фре-зерно-пазовальные станки, санитарные нормы.
Оборудование деревообрабатывающих цехов машиностроительных производств должно соответствовать эргономическим требованиям и гигиеническим критериям оценки условий по вредным и опасным производственным факторам, а также тяжести и напряженности трудового процесса. Производственные помещения, в которых установлено оборудование для деревообработки, можно отнести к категории опасных, т. к. в большинстве случаев оно создает на рабочих местах операторов станков повышенные уровни шума и концентрации пыли в воздухе рабочей зоны.
В настоящее время изучены шумовые характеристики большой гаммы деревообрабатывающего оборудования: лесопильные рамы, ленточнопильные и круглопиль-ные, фрезерные и шлифовальные станки. Экспериментальные исследования закономерностей формирования октавных уровней звукового давления проводились на рабочих местах операторов станочного оборудования на холостом ходу и при нагрузке (распил липы, сосны и дуба) [2, 3, 6, 7].
При эксплуатации данного станочного оборудования машиностроительных предприятий также приходится решать задачи, связанные с экспертной оценкой качества работы и совершенствованием систем обеспыливания воздуха.
Объект и методы исследования. Результаты проведенной специальной оценки рабочих мест по условиям труда показали, что по пылевому фактору наблюдается значительное превышение ПДК (табл.1), что соответствует вредному классу 3.1.
Таблица 1
Оценка запыленности воздуха на рабочих местах при обработке древесины _цепно-долбежными и фрезерно-пазовальными станками_
Материал Концентрация пыли, мг/м3
Фрезерно-пазовальный станок
Сосна 6,5-8,4
Береза 6,6-8,5
Цепно-долбежный станок
Сосна 6,2-8,1
Береза 6,3-8,2
Экспериментальные исследования позволили выявить закономерности, которым подчиняется связь между концентрацией пыли в воздухе помещения и расстоянием от станка. Данная зависимость изменяется по экспоненциальному закону и практически не зависит от породы обрабатываемой древесины [1].
Это изменение хорошо аппроксимируется интегралами вида:
С
N
р.з.ср. = 2 | С,'е
-а.-д/х2+У2
йхйу,
(1)
где С, - концентрация непосредственно у .-го станка, мг/м3; ¥ - площадь помещения, м; N - количество станков; а - коэффициент, зависящий от наименования станка; х, у - координаты измерительных точек.
При небольшом количестве установленных станков в помещении измеряемая концентрация превышает среднюю концентрацию на 20-25%. Коэффициенты а, получены в результате экспериментальных исследований, проводимых в работе [1], приведены в табл. 2.
Таблица2
Характеристика зависимости изменения концентрации пыли в рабочей зоне оператора в зависимости от удаленности от станка, выраженная
Наименование станков Коэффициент а
Круглопильные -0,501
Строгальные -0,б38
Фрезерные -0,б24
Шипорезные -0,б2б
Ленточнопильные -0,884
Сверлильные -0,93б
Шлифовально-ленточные -0,11
Рейсмусовые -0,28б
Оценим возможность применения уравнения (1) для расчета средней концентрации пыли в рабочей зоне на основании полученных значений концентрации расчетным и экспериментальным методом. Результаты представим в графическом виде (рис. 1-3).
Для определения средней концентрации древесной пыли в рабочей зоне и на удалении от цепно-долбежных и фрезерно-пазовальных станков после преобразований уравнение (1) представим в виде:
" " (2)
С. =-
С
р.з.ср.
С
-а.л1
р.з.ср.
где г, - расстояние от станка до измерительной точки, м.
05 1 2 3
Расстояние от зоны дыхания оператора фрезерно-пазоНпльнога станка
Рис. 1. Изменение максимальной концентрации пыли на рабочем месте на высоте 1,5 м на удалении от фрезерно-пазовального станка при обработке изделий из сосны и березы 122
Рис. 2. Изменение максимальной концентрации пыли на рабочем месте на высоте 1,5 м на удалении от цепно-долбежного станка при обработке изделий из сосны
и березы
Рис. 3. График соотношения расчетной и измеренной концентрации пыли
на рабочем месте станочника
Выполним оценочные расчеты по формуле (2) и построим графики изменения концентрации в воздухе рабочей зоны на высоте 1,5 м на удалении от цепно-долбежных и фрезерно-пазовальных станков для пыли, образующейся при обработке сосны и березы. Результаты расчетов представлены в табл.3-4.
Таблица 3
Результаты расчета концентраций пыли при фрезерной обработке
Станок Концентрация пыли, мг/м3
Расстояние от зоны дыхания оператора станка, м
Х=0 Х=0,5 Х=1 Х=2 Х=3
Фрезерно-пазо-вальный 6,5-8,4 4,8-6,15 3,5-4,5 1,86-2,41 1,0-1,28
Цепно-долбеж-ный 6,6-8,5 4,9-6,3 3,7-4,7 1,66-2,24 1,1-1,35
Таблица 4
Результаты расчета концентраций пыли при фрезерной обработке _ изделий из сосны ПДК=6 мг/м3_
Станок Концентрация пыли, мг/м3
Расстояние от зоны дыхания оператора станка, м
Х=0 Х=0,5 Х=1 Х=2 Х=3
Фрезерно-пазовальный 6,2-8,1 4,6-6,0 3,2-4,1 1,65-2,25 0,9-1,15
Цепно-долбежный 6,3-8,2 4,7-6,1 3,4-4,3 1,69-2,28 0,8-1,0
Также были проведены экспериментальные исследования процесса очистки воздуха на рабочих местах операторов фрезерно-пазовальных и цепно-долбежных станков.
Для пылевого аэрозоля, отобранного в зоне резания цепно-долбежных и фре-зерно-пазовальных станков, которая фактически располагается на расстоянии 0,8-1,2 м от рабочих мест операторов изучался фракционный состав пыли на лабораторном стенде, подробно описанном в работе [4].
В процессе эксперимента с помощью дозатора менялась концентрация аэрозоля на входе в пылеулавливающий аппарат от 0,001-1,5 г/м3. При помощи электродвигателя побудителя тяги, работающего на нагнетание, изменялась скорость движения потока в воздуховоде, с помощью регулирования напряжения в сети. Пробы запыленного воздуха отбирались с помощью фильтродержателя и электроаспиратора, который задавал количество воздуха, подаваемого через фильтр.
При проведении эксперимента использовалась следующая аппаратура: дифференциальный микроманометр МН-4, гравиметрические весы второго класса точности WA-33, микроскоп МИН-8, секундомер, лабораторный электрический вольтметр для определения напряжения тока, подаваемого к электродвигателю побудителя тяги.
В процессе экспериментов определялся дисперсный состав пылевого аэрозоля, образующегося в зонах резания цепно-долбежных и фрезерно-пазовальных станков при обработке заготовок из сосны.
Дисперсный состав пыли определяли согласно методики ситового анализа с применением набора стандартных сит и вибрационной системы для просеивания. Экспериментальные результаты по фракционному составу древесной пыли для различных значений скоростей вращения шпинделей цепно-долбежных и фрезерно-пазовальных станков приведены в табл.5-7.
Таблица 5
Распределение по размерам частиц древесной пыли фрезерно-пазовального станка ____ СвПА-2 при п=5900 об/мин____
¿, мкм >20 >30 >40 >50 >60 >70 >80 >100 >120 >140 >160
22 27 31 33 36 40 43 40 38 35 30
Таблица 6
Распределение по размерам частиц древесной пыли фрезерно-пазовального станка ____ СвГД-3М при п=3000 об/мин ^____
¿, мкм >20 >30 >40 >50 >60 >70 >80 >100 >120 >140 >160 >180
24 30 34 40 43 49 51 56 50 43 37 28
Таблица 7
Распределение по размерам частиц древесной пыли цепно-долбежных станков
ДЦА-2, ДЦЛ при п п=2900 об/мин
¿, мкм >20 >30 >40 >50 >60 >70 >80 >100 >120 >140 >160 >200
32 35 38 44 47 51 57 66 59 53 51 31
По результатам экспериментальных данных, можно сделать предположение, что фракционный состав всех видов анализируемой древесной пыли имеет логарифмически нормальное распределение.
Распределение по размерам частиц древесной пыли близко по форме к кривой нормального распределения случайных величин, которая описывается двумя параметрами: средним диаметром частиц йт и стандартным отклонением а от него. Данные параметры определяются из соответствующих зависимостей.
Средний медианный диаметр йт вычисляем по формуле:
d„
^n=1 gi
(3)
где gi
% массовое содержания частиц в 1-й фракции; й - диаметр частиц /-й фракции. Стандартное отклонение вычисляем по формуле:
s =
fel gi •(dm - di) ^i=1 gi
2
(4)
и среднеквадратичное отклонение в функции ЛНР ^ с .
Расчетные параметры йт и ^ с с учетом скорости станочного оборудования
представлены в табл. 8. От частоты вращения цепно-долбежных и фрезерно-пазовальных станков зависит дисперсный состав образующейся пыли, данная зависимость изображена на рис. 4.
Таблица 8
Распределение по размерам частиц древесной пыли цепно-долбежных станков
ДЦА-2, ДЦЛ г при n=2900 об/мин
Число оборотов, n, об/мин Средний медианный диаметр, dm, мкм Стандартное отклонение, о Среднеквадратическое отклонение в функции ЛНР lg s
2900 90,1 44,6 1,65
3000 89,5 44,2 1,645
5900 85,5 41,3 1,616
d, м
95
85
75
Д
i f i / " : 2
i . ^ Y'
l
l l 1
l -1- —i-►
2000 3000 Í500 6000 П од/мин
Рис. 4. Зависимости среднего медианного диаметра древесной пыли от частоты вращения станков: 1 - модельного и 2 - фрезерно-пазовального
Проанализировав пробу, взятую на анализ и полученные данные, видно, что древесная пыль обладает свойством полидисперсности. Учитывая, данное свойство пыли, преимущество отдается двухступенчатой системе очистки, в качестве первой ступени используется циклонный аппарат, на второй ступени для улавливания мелкодисперсной пыли тканевый фильтр.
При выборе индивидуальной системы пылеудаления и пылеулавливания, преимущество отдается аспирационным системам и применению пылесборников.
Так как средний медианный размер частиц уменьшается при увеличении скорости обработки древесины, эффективность пылеулавливания циклонных аппаратов снизится, так она напрямую зависит от данного параметра пыли (рис.5). Данную
зависимость подтверждают расчетные данные, согласно которым эффективность аппарата ЦН -15 для рассматриваемой древесной пыли составляет 92,4%, что является недостаточным.
При выборе аппарата пылеулавливания для достижения максимальной эффективности необходимо учитывать несколько параметров, турбулентность вихревых потоков, интенсифицирующих сепарацию пыли (шаровой циклон) и регулируемые конструктивные параметры.
В циклоне с обратным конусом на пылевую частицу действует увеличенная центробежная сила, за счет развитой конусной части, а за счет изменения глубины погружения выхлопного патрубка в теле циклона, можно уменьшить вынос пылевых частиц вторичными вихревыми потоками воздуха [5].
Экспериментальные исследования проводили на испытательном стенде в несколько этапов:
1. Определение объема аспирируемого воздуха, подаваемого в циклонный аппарат, при котором эффективность очистки запыленного воздуха будет максимальной;
2. Определение зависимости эффективности пылеулавливания циклонного аппарата от концентрации пыли, подаваемой на очистку, при постоянном объемном расходе воздушного потока.
Перед началом измерений, чистые фильтры АФА-10 выдерживались в условиях температуры и влажности помещения, где производился отбор проб. Далее фильтр поочередно взвешивался, пронумеровывался и полученные данные заносились в таблицу.
При помощи дозатора во входной патрубок установки подавалась необходимая концентрация пыли.
Объемный расход аспирируемого воздуха, подаваемого на очистку в экспериментальную установку, менялся при изменении напряжения электродвигателя в пределах от 31 до 220 В при помощи трансформатора КАТ-15.
С помощью электроаспиратора модели 822, проводили измерение объема аспи-рируемого воздуха, подаваемого на очистку. Для точности проведения эксперимента, отбор пробы проводили в течении 1 мин, для достаточного накопления количества пыли на фильтре, т.к. масса навески должна быть не менее 2 мг., при расходе аспирируемого воздуха 20 дм3/мин.
Расход аспирируемого воздуха, подаваемого на фильтры, определяли по формуле:
% = Рг 1/1000, м3, (5)
где Р1 - показания ротаметра, л/мин; 1 - время проведения отбора проб, мин.
При проведении экспериментов для определения внешних условий с помощью термометра и барометра были измерены температура воздуха и барометрическое давление в помещении, в котором расположена экспериментальная установка.
Необходимым условием для соблюдения точности отбора предварительной пробы, необходимо было обеспечить одинаковую скорость движения воздушного потока в самом воздуховоде и во входном сечении пробоотборной трубки.
В процессе проведения экспериментов менялись следующие параметры в соответствующих диапазонах:
объемный расход воздуха в подающем патрубке циклона
о 0 = 8, 4 • 1 0-3 + 2,9 -1 0-2 , м3/с; (6)
скорость движения потока У0 = 1,56 -^18,8 м/с; объем подаваемой в дозатор пыли идоз = 50 ^ 200 мл;
входную концентрацию пыли С0 = 200 ^1500 мг/м3.
После проведения каждого опыта, использованные фильтры снова взвешивали, а результаты измерений заносили в таблицу.
Построение эмпирических зависимостей, на основании статистической обработки полученных первичных экспериментальных данных, полученных в результате проведения опыта, была одной из основных задач его проведения.
Результаты проведенных экспериментальных исследований достаточно полно соответствуют теоретическим разработках, которые учитывают условия реализации процесса аэродинамической вихревой очистки воздуха от пыли с различным варьированием режимных параметров в реальных диапазонах их измерения и обеспечения достоверности результатов экспериментов с доверительной вероятностью р = 0,95. Основным измеряемым параметром при проведении каждого опыта являлась эффективность процесса очистки воздуха от древесной пыли.
Концентрацию С древесной пыли в воздухе вычисляют по формуле:
С = а/V, мг / м3, (7)
где а - масса пыли, в отобранной для анализа в пробе воздуха, мг; V - объем воздуха, отобранный для анализа, м3, определяемый по формуле:
V = (V • 293 • Р) / (273 + X)• 101,3,м3, (8)
где V - анализируемый объем воздуха при температуре X в месте отбора пробы, м3; Р -атмосферное давление, кПа; X - температура воздуха в месте отбора пробы, 0С; температура 293 К (200С) и атмосферное давление 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) составляют нормальные атмосферные условия.
Скорость загрязненного воздушного потока в воздуховоде экспериментальной установки измерялась в нескольких измерительных точках, которые были выбраны на участках воздуховода в сечениях, расположенных на расстоянии не менее 6 гидравлических диаметров, за местом возмущения потока и не менее 3 Бн перед ним.
Результаты полученных экспериментальных данных изображены на графиках
рис. 5-6.
Рис. 5. Влияние скорости загрязненного воздушного потока на входе в циклон
в зависимости от напряжения сети
: .ч:*
Гя/м' А
ют
ом
и »'/с
Рис. 6. Влияние начальной концентрации древесной пыли в зависимости
от расхода воздуха
Проведенные экспериментальные исследования определили выбор технических решений по снижению уровней запыленности на рабочих местах операторов до санитарных норм.
Выводы:
На основании полученных экспериментальных данных сделаны следующие выводы:
выявлены закономерности, которым подчиняется связь между концентрацией пыли в воздухе помещения и расстоянием от станка, она изменяется по экспоненциальному закону и практически не зависит от породы обрабатываемой древесины;
результаты проведенной специальной оценки по условиям труда рабочих мест операторов станков машиностроительных предприятий показали, что по фактору запыленности наблюдается значительное превышение санитарных норм;
установлена зависимость эффективности пылеулавливания от конструктивных параметров шарового циклона, от объемного расхода аспирируемого запыленного потока, от его скорости, от концентрации загрязненного потока, которую изменяли от 3 до 19 г/м3;
максимальная эффективность улавливания древесной пыли циклонным аппаратом установлена, когда скорость входного потока достигает 12 м/с;
установлено, что при увеличении входной концентрации запыленного потока, эффективность очистки аппарата возрастает, это позволяет предположить перспективность установки циклона для очистки пыли от группы станков.
Список литературы
1. Экба С.И. Снижение запыленности воздуха рабочей зоны при производстве деревянных строительных конструкций [Текст]: дисс. ... канд. техн. наук: 05.26.01. Волгоград, 2015. 150 с.
2. Русак О.Н., Молохов В.В. Борьба с пылью на деревообрабатывающих предприятиях. М.: Лесная промышленность, 1975. 151 с.
3. Глебов И.Т. Подъемно-транспортные машины отрасли. Аспирация и пневмотранспорт деревообрабатывающих предприятий. Лекции и методы решения задач. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2010. 138 с.
4. Романов В. А. Обеспечение санитарных норм запылённости и шума в рабочей зоне модельных станков: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.26.01. Ростов н/Д., 2014. 19 с.
5. Патент РФ № 2506880 от 20.02.2014. Пылеулавливатель / Месхи Б.Ч., Михайлов А.Н., Булыгин Ю.И., Алексеенко Л.Н., Денисов О.В., Панченко О.С., 2014.
6. Яицков И.А., Финоченко Т.А., Чукарин А.Н. Идентификация производственных факторов, влияющих на условия труда работников локомотивных бригад тепловозов и мотовозов // Инженерный вестник Дона. 2017. № 4. [Электронный ресурс] URL: www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4438 (дата обращения: 13.08.2018).
7. Yaitskov I.A., Chukarin A.N., Finotchenko T.A. Theoretical research of noise and vibration spectra in cabins of locomotive and diesel shunting locomotive // International journal of applied engineering research. 2017. V. 12. № 21. Р. 10724 - 10730.
Яицков Иван Анатольевич, д-р техн. наук, профессор, yia@rgups.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Мотренко Дмитрий Владимирович, аспирант, d. motor@,icloud. com, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
THE EXPERIMENTAL RESEARCH OFDUSTPROCESSES WHILE PROCESSING WOOD WITH MILLING-GROOVING AND CHAIN MORTISER MACHINES OF MACHINE
PRODUCTION
I.A. Yaitskov, D. V. Motrenko 128
The results of the experimental researches of dust processes while processing various types of wood by milling-grooving and chain mortiser machines at the machine-building enterprises are presented. The regularities have been revealed that showed the connection between the dust concentration in the air of the space and the distance from groups of the woodworking machines. The dependences of the efficiency of dust collection on the design parameters of the ball cyclone have been established. The authors propose an engineering solution for recognizing the dust levels of the workplaces of the machine operators to sanitary standards.
Key words: dustiness, wood processing, chain mortiser and milling and grooving machines, sanitary standards.
Yaitskov Ivan Anatolevich, doctor of technical sciences, professor, yia@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Motrenko Dmitry Vladimirovich, postgraduate, d. motor@icloud. com, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
УДК 664.143
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА ПРОИЗВОДСТВА РУЛЕТА БИСКВИТНОГО НА ХЛЕБОПЕКАРНЕ
М.И. Литвинова, М.А. Болгова, Н.Л. Клейменова, И.Н. Болгова, О.А. Орловцева
Статья посвящена совершенствованию системы контроля качества и безопасности продуктов питания. Разработке миссии развития хлебопекарни, в которой участвуют все работники и учитываются интересы потребителей.
Ключевые слова: система менеджмента качества, рулет бисквитный.
К числу приоритетных направлений современной науки о питании относится совершенствование системы контроля качества и безопасности продуктов питания [1].
Для перспективного развития экономики, а также международного сотрудничества необходимо повышать требования к качеству пищевой продукции, чтобы она была конкурентоспособной на рынке и имела оптимальную цену [2, 3]. Актуальной задачей является применение на предприятии системы менеджмента качества (СМК) и в управлении производственными процессами хлебопекарни в том числе [4]. Совершенствование основных элементов СМК на предприятии хлебопекарни является основной целью, что необходимо для использования Б,^Х-анализа хлебопекарни, разработки нормативных документов и внедрения риск-ориентированного подхода [5]. Для этого разрабатывается миссия развития хлебопекарни, в которой участвуют все работники и учитываются интересы потребителей. Для взаимодействия отделов хлебопекарни в системе качества следует ввести дополнительно должность менеджера по качеству, которая будет находиться в ведении генерального директора. Это необходимо для развития предприятия [6, 7].
Проведен анализ рынка по использованию в рационе питания рулета бисквитного, который показал, что 62 % потребителей продукта - это студенты, 25 % - дети и 13 % - пенсионеры (рис. 1) [8].
