CC BY
55
104
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 11 (20), 2015 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
использование научных достижений в технологии
МАШИНОСТРОЕНИЯ, КАК ФАКТОР СНИЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
нагрузки на окружающую среду
Полторак Елена Викторовна
Преподаватель ГБОУ СПО РО «НПГК», г. Новочеркасск
Попова Татьяна Сергеевна Зам. директора по УР ГБОУ СПО РО «НПГК», г. Новочеркасск
Сильванский Никита Андреевич
Ведущий инженер ООО «ПК «НЭВЗ»
the using of scientific achievements in mechanical engineering as a factor of reducing the environmental impact on the
environment
Poltorak Elena Viktorovna
Teacher at SBEIRR “NICH”, Novocherkassk Popova Tat’yana Sergeevna Zam. EW Director SBEI RR “NICH”, Novocherkassk Sylvanski Nikita Andreevich
Leading engineer of SLL “IC “NEVZ”
АННОТАЦИЯ
В статье приводится анализ факторов антропогенного загрязнения окружающей среды от основных и вспомогательных производств машиностроительных предприятий города Новочеркасска на примере ООО «ПК «НЭВЗ». Рассматриваются результаты научно-исследовательской работы, выполненной творческой группой студентов ГБОУ СПО РО «НПГК», по специальности 151001 «Технология машиностроения». Приводятся рекомендации по совершенствованию технологии производства серийной продукции на ООО ‘’ПК ‘’НЭВЗ’’с целью снижения экологического ущерба при производстве и эксплуатации электроподвижного состава.
ABSTRACT
In the article the problem of environmental pollution in urban areas. The analysis offactors of anthropogenic pollution of the environment from the basic and auxiliary productions of machine-building enterprises in the city of Novocherkassk on the example of SLL “IC “NEVZ”. Discusses the results of research work carried out by a group of creative students SBEI RR “NICH”, 151001, specialty “Technology of mechanical engineering”. Recommendations are given on improvement of production technology of serial products at SLL “IC “NEVZ” to reduce environmental damage during production and operation of electric rolling
stock.
Ключевые слова: экологические проблемы, антропогенное загрязнение, машиностроительные предприятия, основные и вспомогательные производства НЭВЗ, экологический мониторинг.
Keywords: environmental problems, anthropogenic pollution, engineering enterprise, main and auxiliary production NEVZ, environmental monitoring.
Бурный рост промышленного производства в последние десятилетия способствовал не только росту качества жизни человека, но и отрицательно сказался на состоянии окружающей среды. Технические возможности человека изменять природную среду стремительно возрастали, достигнув своей высшей точки в эпоху научно технической революции. В настоящее время человечество констатирует глобализацию экологических проблем. Мы отмечаем изменение климата на планете [3, с.48], истощение озонового слоя и ряд других проблем [4, с.63], связанных в том числе, с загрязнением предприятиями машиностроительной отрасли.
Выполнение экологических требований на вновь разрабатываемых типах электровозов обеспечивается выбором материалов безвредных для окружающей среды и допускающих полезную утилизацию после окончания срока службы изделия; оптимизацией, с точки зрения экологии технологических процессов; разработкой конструкций узлов, позволяющих разборку по видам материалов; созданием систем и узлов, исключающих
загрязнение окружающей среды в процессе эксплуатации. Тем не менее, степень загрязнения окружающей среды машиностроительными предприятиями определяется уровнем технологии производства и выпускаемой серийной продукции [1, с.209]. В условиях обострившейся экологической ситуации крайне необходимо разработка технологий, предотвращающих загрязнение окружающей среды, способствующих уменьшению потребления природных ресурсов, направленных на утилизацию отходов. При этом существующие в рамках различных научных направлений технологии не позволяют решить проблему комплексно. Они не учитывают так же особенности региона и специфические характеристики выпускаемой продукции.
В рамках работы кружка «Аналитик» ГБОУ СПО РО «НПГК» творческой группой студентов, обучающихся по специальности 151001 «Технология машиностроения» была проведена научно-исследовательская работа по выявлению влияния предприятий машиностроительной отрасли города Новочеркасска на окружающую среду. В процессе выполнения работы проводился анализ загрязнения
105
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 11 (20), 2015 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
воздушной среды, почв, водных ресурсов; разработаны рекомендации по совершенствованию технологии производства при выпуске серийной продукции.
На первом этапе работы были сформулированы цели проекта:
- анализ факторов антропогенного загрязнения окружающей природной среды от основных и вспомогательных производств машиностроительных предприятий города Новочеркасска;
- разработка рекомендаций по совершенствованию технологии производства серийной продукции с целью снижения экологического ущерба на ООО «ПК «Новочеркасский электровозостроительный завод».
Следующим этапом работы было исследование факторов антропогенного загрязнения окружающей среды машиностроительными предприятиями города Новочеркасска.
В городе Новочеркасске работают более десяти предприятий машиностроительной отрасли, в том числе ООО «ПК «НЭВЗ», Станкозавод, Электрозавод, Завод нефтяного машиностроения и др. Влияние машиностроительных предприятий города на окружающую среду многообразно, но их можно условно разделить на две группы, наукоемкие и ресурсоемкие.
К наукоемким производствам можно отнести предприятия, изготавливающие современные средства связи, электронно-вычислительные комплексы, оптические приборы, периферийные устройства вычислительных систем, электронные компоненты и т.д. Эти изделия имеют небольшую материалоемкость, а предприятия, их выпускающие, потребляют сравнительно мало природных ресурсов, имеют небольшой объем вредных выбросов на единицу стоимости продукции [2, с.447].
Материалоемкими являются предприятия, выпускающие, сельскохозяйственную технику,
подвижной состав железных дорог, электротехническое оборудование. На долю материалоемких производств машиностроительного комплекса города приходится 80 % этих выбросов, несмотря на непрерывный рост наукоемких производств.
Анализ многолетних данных экологического мониторинга города показывает, что из всех машиностроительных предприятий только НЭВЗ является предприятием II класса экологической опасности, а все остальные относятся к III и IV классу. В связи с этим дальнейшее исследование проблемы строилось на изучении влияния технологии ООО «ПК «НЭВЗ» на окружающую среду.
ООО «ПК «НЭВЗ» является крупным и традиционным поставщиком электроподвижного состава для железных дорог России и ряда зарубежных стран, в том числе пассажирских и магистральных электровозов, электровозов для открытых горных разработок, промышленных предприятий, шахт и электропоездов.
К основным производствам НЭВЗ относятся:
- чугунолитейное, сталелитейное производство, цветное литье;
- изготовление изоляционных материалов, конструкций и изделий из пластмасс;
- цеха антикоррозийных, гальванических и лакокрасочных покрытий;
- сварочное и механообрабатывающее производство.
К вспомогательным производствам НЭВЗ относятся:
- внутризаводские энергокомплексы, обеспечивающие
производство теплом, сжатым воздухом, технической водой; - внутризаводской транспорт;
- склады, в том числе для хранения экологически опасных материалов (электролитов, лаков, красок, асбеста) и их отходов.
Наиболее крупными источниками пыли- и газовыделения в атмосферу на НЭВЗе являются литейные цеха [2, с.454], а конкретно, вагранки, электродуговые и индукционные печи, участки складирования и переработки шихты, формовочных материалов, участки выбивки и очистки литья. Значительное количество газов и пыли выделяется в атмосферу участками по приготовлению, переработки и использованию шихты и формовочных материалов.
При работе этих производств в окружающую среду вентиляционными системами выбрасывается большое количество воздуха, загрязненного пылью, продуктами горения масел, аммиаком, цианистым водородом, оксидами металлов и другими веществами. Источниками загрязнения в термических цехах являются также нагревательные печи, работающие на жидком или газообразном топливе, дробеструйные и дробеметные камеры. При отпуске деталей в масляных ваннах в отводимом от ванн воздухе содержится до 1 % паров масел от массы металла. В гальваническом производстве при цианировании выделяется до 6 г/ч цианистого водорода на один агрегат цианирования, а также большое количество паров электролитов и соединений тяжелых металлов [2, с.469].
В конструкциях электровозов широкое применение находят детали из стеклопластиков, которые содержат стекловолокнистый наполнитель и связующие смолы. Особенно много вредных выбросов происходит в процессе производства изделий из пластмасс, синтетических волокон, изоляционных материалов, таких как СО, СО2, Н^, SO2, фтористые соединения, пары, содержащие толуол, глицерин, пыль.
Токсичные вещества в окрасочных цехах выделяются в процессах обезжиривания поверхностей органическими растворителями перед окраской, при подготовке лакокрасочных материалов, при их нанесении на поверхность изделий и сушке покрытий. Воздух, удаляемый вентиляционными отсосами от окрасочных камер, напольных решеток, сушильных установок и других устройств, всегда загрязнен парами растворителей, а при окраске распылением - окрасочным аэрозолем. В вентиляционных выбросах малярного цеха НЭВЗ могут содержаться окрасочные аэрозоли и пары растворителей до 10 г/м3.
Анализ состава загрязнений, выбрасываемых в атмосферу ООО «ПК «НЭВЗ» показывает, что кроме традиционных загрязнителей атмосферы ^О2 СО, NO2, С H , пыль) в выбросах содержатся и другие токсичные соединения, такие как соединения тяжелых металлов, фенол и другие ароматические вещества [5, с.6].
Твердые отходы цехов НЭВЗа содержат стружки и опилки различных металлов, в том числе легированных никелем, хромом, ванадием, кадмием. На заводе отходы составляют около 200 кг на одну тонну металла, в основном из-за нерационального раскроя.
Другим источником твердых отходов является электротехническое производство завода и, в первую очередь, цеха, производящие изоляционные конструкции и детали из пластмасс и стеклопласта [7, с. 176]. Отходы производств от основы или наполнителя содержит стекло,
106
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 11 (20), 2015 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
поэтому имеют длительный период естественного распада, накапливаются, занимая обширные территории.
При изготовлении электрических машин и силовых аппаратов, часто используется свинец, цинк, олово и их припои. Их отходы вносят свою лепту в загрязнение окружающей среды, особенно почв. Почва становится мертвой при содержании в ней даже 2-3 г свинца на 1 кг грунта. В тех случаях, когда промышленные и бытовые отходы вывозятся на свалки, создаются реальные угрозы значительных загрязнений атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, что ведет к загрязнению и нерациональному использованию земельных угодий.
На территории НЭВЗа образуются сточные воды трех видов: бытовые, поверхностные и производственные. Основными потребителями технической воды являются: гальваническое производство, источники тепла для производства и быта, приготовления формовочных смесей, кислородная станция, установки по производству сжатого воздуха [6, с.155].
Грунтовые воды в результате взаимодействия влаги и загрязненной почвы закисляются до рН среды 2,5 - 3,5. Данные отложения близлежащих водоемов загрязняются тяжелыми металлами на глубину 3 - 5 м.
В процессе реализации целей проекта, была проведена оценка средств защиты окружающей среды, используемых на ООО «ПК «НЭВЗ». На заводе постоянно ведется работа по снижению загрязнений от технологических процессов изготовления электроподвижного состава и его оборудования на окружающую среду. НЭВЗ разработал и внедрил схему переработки отходов в цехах, изготавливающих тяговый электродвигатель (ТЭД) [2, с.477].
Для изготовления многих деталей электрических аппаратов на заводе внедрено литье по выплавляемым моделям, что позволило, коэффициент использования материалов на их изготовление повысить на 4 - 5 % [8, с.182]. Это особенно важно, так как большинство этих деталей изготавливается из сплавов меди и алюминия.
С целью повышения коэффициента использования листового и рулонного стального проката, т.е. для снижения количества отходов, на НЭВЗе разработан и внедрен в цехе раскроя, пакет программ оптимизации раскроя при использовании проката одной толщины для изготовления разных деталей с отличающейся конфигурации. Программа обеспечивает рациональное расположение на листе трех или четырех деталей различного вида с учетом требуемого количества каждой из них на электровоз и месячного объема их выпуска. Экономия металла при применении этой системы раскроя составил около 5 % от раскраиваемого материала или более 600 кг на каждый восьмиосный грузовой электровоз переменного тока типа «Ермак», в настоящее время находящийся в серийном производстве.
Дополнительное уменьшение вредного воздействия на природу получено при применении системы рационального раскроя дополнительно за счет замены газовой резки лазерной.
На основании результатов выполненных исследований творческой группой кружка «Аналитик» были выделены следующие предложения по снижению экологического ущерба, наносимого машиностроительными предприятиями на примере ООО «ПК «НЭВЗ»:
1. Внедрить в производственную практику нанесение антикоррозийных покрытий лаков и красок без растворителей. Применяемые сегодня грунтовки типа ГФ, эмали ПФ и НЦ являются двухкомпонентными, и
доля вредных для окружающей среды органических растворителей в них (ксилола, сольвента, уайт-спирта, скипидара, бутилацетата и др.) составляет около 50 % объема.
2. Внедрить автоматизацию процесса раскроя электротехнических сталей с применением устройств лазерной резки с числовым программным управлением.
3. При производстве кислорода из сжатого воздуха целесообразно внедрить замкнутую систему охлаждения воды.
4. Предлагается собирать и утилизировать отдельно стружку металлов легированных и нелегированных.
5. Для уменьшения суммарных газообразных выбросов гальванического производства предлагается внедрить модуль ионообменного волокнистого фильтра.
6. Важным фактором для снижения отрицательного экологического воздействия на природу станет разработка и внедрение в производство нового поколения электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями вместо коллекторных.
7. Предлагается дальнейшая работа с использованием новой методологии «Комплексной оценки влияния технологий на геоэкологическую обстановку», разработанной научными сотрудниками Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. Она предполагает новую методику выполнения проводимой работы с использованием математической модели мониторинга геоэкологической обстановки и показателей качества технологий на предприятии. Это позволит комплексно оценивать результаты большого числа антропогенных факторов отрицательного воздействия на окружающую среду, имеющих место в технологических циклах изготовления сложных электромеханических устройств и систем, к которым относится электроподвижной состав. Список литературы:
1. Основы логики совершенствования ЭПС /В.И. Бочаров. И.И. Кондратко, В.Г. Наймушин, В.Г. Щербаков, -Новочеркасск: агентство Наутилус, 1999. - 512 с.:ил.
2. Технология производства тяговых электродвигателей электровозов/Н.И. Березинец, В.И.Бочаров, А.И. Каргин, В.И. Голобородько, М.А. Комаровский, А.В. Лебедев, В.Г. Наймушин, Е.В. Полторак, Л.Н. Сорин, В.П. Янов; Под ред.Л.Н. Сорина. - Новочеркасск: агентство Наутилус, 2003. - 574 с.:ил.
3. Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Кн. 2. Научная мысль как планетарное явление. - М.: «Мир», 1977. - 67 с.
4. Реймерс Н.Ф. Надежды на выживание человечества: концептуальная экология. - М.: Мир, 1992. - 129 с.
5. ГОСТ 12.1.005-88. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.
6. Полторак Е.В. Предварительная экологическая оценка электровозов с асинхронным тяговым приводом. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы Транссиба на рубеже веков». -Хабаровск, 2000. - 226с.
7. Полторак Е.В. Проблемы активизации познавательного интереса студентов через научно- исследовательскую работу. // Труды международной научной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические», посвященной 75-летию РГУПС. Рост. гос. ун-т. путей сообщения. Ростов н/Д, 2004.- 408 с.
8. Полторак Е.В. Экологическая оценка прогресса в
107
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 11 (20), 2015 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
электровозостроении. // Труды Всероссийской научно- гос. ун-т. путей сообщения. Ростов н/Д, 2008.- 303с. практической конференции «транспорт-2008» Часть 3. Рост.
математические модели распространения радиоволн в
лесных массивах
Попов Валентин Иванович
Профессор, доктор физико-математических наук, Dr.habil.phys., Профессор Рижского технического университета. г.Рига, Латвия
АННОТАЦИЯ
В работе предлагается классификация математических моделей распространения радиоволн (РРВ) в лесных массивах в широком диапазоне частот, в которых обобщаются результаты работ автора и многочисленных исследователей: эффективной комплексной диэлектрической проницаемости лесов, эффективных рабочего и погонного коэффициентов затухания, радио потерь на трассе, эффективных дифференциальных сечений поглощения и рассеяния, а также удельной эффективной площади обратного рассеяния лесной растительностью.
Достаточно сложная проблема влияния лесных массивов на распространение радиоволн различных диапазонов до настоящего времени является чрезвычайно актуальной в связи с широким распространением систем мобильной и космической радиосвязи, а также решением задач радио-мониторинга земной поверхности и радио-интроскопии объектов в лесах.
ABSTRACT
In work propose a classification of mathematical models of radio waves propagation (RWP) in forests in a wide range of radio frequencies, which summarizes the results of the author’s works and numerous researchers: effective complex permittivity offor-ests, efficient attenuation coefficients, the radio path loss, the effective differential cross sections of absorption and dispersion, as well as the effective area of the specific backscattering forest vegetation.
Very complex problem of the influence offorests on radio wave propagation of different ranges to date is extremely relevant due to the wide spread of mobile and space systems radio communications, as well as solving problems of radio monitoring the Earth’s surface and radio introscopy objects in forests.
Ключевые слова: распространение радиоволн в лесах, математических моделей, эффективная комплексная диэлектрическая проницаемость лесов, эффективное коэффициента ослабления, радио потери путь, эффективные дифференциальных сечений поглощения и дисперсии эффективной площади конкретного обратного рассеяния лесной растительности.
Keywords: radio wave propagation in forests, mathematic models, effective complex permittivity offorests, attenuation coefficient, radio path loss, effective differential cross sections of absorption and dispersion effective area of the specific backscattering forest vegetation.
Введение
При решении электродинамических задач по определению уровня электромагнитного поля в точке приема при распространении электромагнитных волн в лесных массивах, возникают различные случаи, для каждого из которых приходится строить свою специфическую математическую модель, позволяющую дать приближенное решение для определения мощности радиосигнала в точке приема.
Задача в данном случае обычно решается для следующих основных вариантов (рис.1):
1) радиолучи 1 - радиоволны распространяются от передающей станции из лесного массива в направление приемника ( или обратно) - вертикальное сквозное распространение радиоволн (РРВ),
2) радиолучи 2 - радиоволны распространяются от
передающей станции находящейся над лесным массивом в направление приемника - наклонное распространение РРВ,
3) радиолучи 3 - радиоволны распространяются от
передающей станции сквозь лесной массив в направление приемника (на разных уровнях относительно слоев лесного массива) - сквозное распространение РРВ,
4) радиолучи 4 - радиоволны распространяются от передающей станции на лесной массив, отражаются от него в направление приемника - вертикальное зондирование .
При рассмотрении математических моделей РРВ в лесных массивах основное внимание уделяется РРВ в беспроводных сетях, особенно в сетях мобильной связи.
