CC BY
262
Мобильное устройство для удаления пыли, грязи, вредных газов и паров из производственных помещений сельскохозяйственного назначения
Ю.Г. Горшков, д.т.н., профессор,
Н.А. Старикова, аспирантка, Челябинская ГАА
Эффективность работ в производственных помещениях, имеющих оптимальные параметры микроклимата, неоспоримо выше, чем в условиях, находящихся за пределами нормируемых величин. Поэтому создание рабочих условий, отвечающих требованиям гигиены, является важным фактором повышения производительности труда, экономической эффективности производства сельскохозяйственной продукции [1].
При разработке устройств, оптимизирующих состояние воздушной среды, необходимо учитывать источники формирования отрицательных факторов в производственных помещениях сельскохозяйственного назначения. Так, например, в ремонтных мастерских и пунктах технического обслуживания источниками поступления большого количества пыли, грязи и паров являются непосредственно мобильные транспортные и технологические машины (МТТМ). На корпусах и механизмах МТТМ накапливается большое количество пыли, конденсируются водяные пары
при перепаде температур в холодное время года или в дождь, на колёсах и прицепах заносится грязь. В процессе ремонта и технического обслуживания техники происходит большое количество выбросов вредных газов и пыли в воздушную среду помещений [2].
В большинстве сельскохозяйственных помещений уборка в конце смены и после выезда обслуженного МТТМ осуществляется вручную с использованием мётел, скребков, лопат; при этом поднимается большое количество пыли [3]. Этот процесс трудоёмок и длителен по времени, создаёт некомфортные условия не только для уборщиков, но и других работников. В возникшем при таком способе удаления пылевом облаке концентрация пыли в несколько десятков раз превосходит значение ПДК [4]. Особенно вредна мелкодисперсная пыль, которая долго витает в воздухе как в процессе уборки, так и после её завершения. Она наносит наибольший вред организму, так как проникает глубоко в дыхательные пути и оседает в альвеолах лёгких, что со временем вызывает различные заболевания дыхательной системы, в том числе профессиональные [5]. Только в тёплое время года в отдельных помещениях используется мокрая уборка с помощью водяной струи.
Правильная организация системы общеобменной вентиляции обеспечивает нормальное состояние воздушной среды помещений лишь частично: в течение рабочей смены постепенно удаляются избыточная влажность, мелкодисперсные частицы пыли, снижается общая загазованность среды. Грязь, внесённая МТТМ, прилипает к полу, остаётся там длительное время и высыхает, становясь в дальнейшем источником пыли.
Таким образом, общая вентиляция не решает проблем загрязнения воздушной среды непосредственно на рабочих местах, при обслуживании отдельных агрегатов, так как регулирует воздухообмен помещения в целом. При этом на рабочих местах операторы находятся в зоне вредного влияния производственных факторов (выбросов вредных газов, повышенной запылённости, влажности) до тех пор, пока в процессе диффузии не произойдёт выравнивание показателей воздушной среды в помещении и избыточная концентрация вредных веществ не будет удалена [6].
Использование средств индивидуальной защиты (СИЗ — респираторов, повязок, очков и др.) при ручной уборке малоэффективно. Во-первых, в связи с тем, что состояние респираторов не соответствует требованиям эксплуатации. Во-вторых, когда оператор надевает СИЗ, то зачастую происходит его дезориентация в пространстве. Замедляется темп работы, снижается производительность труда, вызывая психологи-
ческий и физический дискомфорт и стресс, что может привести к травматизму [1].
В связи с вышеизложенным авторами предлагается мобильное механизированное устройство (уборочная тележка) для очистки помещений от пыли, грязи, вредных газов и паров, стружки, соломистых остатков и др., позволяющее оптимизировать параметры микроклимата непосредственно на рабочих местах.
Устройство (рис. 1) представляет собой механизированную мобильную уборочную тележку на пневматических колёсах 12, снабжённую электроприводом 2 и пультом управления 8. На платформе тележки закреплён вакуумный вентилятор 1, соединённый посредством гибкого сменного 18 воздуховода со сменной воздухозаборной насадкой 19, с одной стороны, и воздуховыпускным отводящим воздуховодом 5, снабжённым заслонкой-регулятором 6, — с другой. В передней части платформы закреплён вал с активной цилиндрической щёткой (или шарошкой) 10 для удаления грязи с пола, стационарный зонт 9, обеспечивающий под действием вакуума, подаваемого вентилятором, поступление грязи и пыли в отводящий воздуховод 7 и далее в пылегрязесборный мешок 15, расположенный в задней части тележки.
При включении двигателя, который приводит во вращение вентилятор, под действием разряжения в зонт или сменную насадку засасываются вредные газы, пары, пыль, грязь, соломистые остатки, стружка и др. Вакуумный вентилятор снабжён заслонкой для регулирования подачи воздуха от сменной насадки (для устранения паров, газов, мелкой пыли и др.) или стационарного (для удаления грязи, пыли, стружки с пола) зонта. Направляя сменную насадку 19 в зону локальных вредных выбросов (например, от работающего двигателя МТТМ, ванны с горячей водой для промывки деталей и др.), можно обеспечить их быстрое удаление через воздуховыпускной отводящий воздуховод в систему общеобменной вентиляции. Регулирование направления выхода потока мелкой пыли, вредных газов и паров происходит посредством заслонки (6).
При необходимости удаления грязи с пола опускается рычаг подъёма щётки, которая прижимается пружиной к поверхности пола. Последняя приводится во вращение при включении электродвигателя через ремённую передачу. Грязь с помощью щётки измельчается и поднимается вверх, проходя через стационарный зонт, воздуховод и корпус вентилятора. По отводящему воздуховоду грязь, пыль, стружка, соломистые остатки и др. попадают в пылегрязесборный мешок. Пылегрязесборный мешок крепится с помощью направляющих 16 на раме тележки и при наполнении легко снимается и освобожда-
Рис. 1 - Принципиальная схема мобильной уборочной тележки:
1 - вакуумный вентилятор; 2 - электродвигатель; 3 - вал привода; 4 - ремённая передача; 5 - выпускной отводящий воздуховод; 6 - заслонка-регулятор; 7 - отводящий воздуховод; 8 - пульт управления; 9 - стационарный зонт; 10 - активная цилиндрическая щётка; 11 - шкив привода щётки; 12 - пневматические колёса; 13 - рычаг подъёма щётки с фиксатором; 14 - прижимная пружина; 15 - пылегрязесборный мешок-фильтр; 16 - направляющие крепления мешка; 17 - подвижная муфта; 18 - сменный воздуховод; 19 - сменная насадка; 20 - колено сменного воздуховода
ется от грязи. Возможно использование разовых грязесборных мешков, которые утилизируются по мере наполнения, что исключает распространение пыли во время очистки многоразового мешка.
При подборе вентилятора, электродвигателя и воздуховодов необходимо учитывать, что вместе с воздухом транспортируются соломистые остатки, стружка, опилки, грязь (влажная земля или песок) и т.п.
Для поддержания указанных транспортируемых компонентов во взвешенном состоянии, а также для поднятия частиц с пола или осевших в воздуховодах при остановке вентилятора скорость транспортирующегося воздуха должна быть значительно выше скорости витания тяжёлых частиц материала и отходов.
Из практики проектирования и эксплуатации систем пневмотранспорта можно принять примерные скорости движения воздуха для предлагаемой установки (табл. 1) [7].
При расчёте основных параметров предлагаемого устройства следует предварительно
определить количество транспортируемого материала, количество транспортирующегося воздуха, практическую скорость в воздуховоде, диаметры воздуховодов и потери давления в них, потери давления в фасонных элементах воздуховода, сопротивления в пылеотделителях или фильтрах.
Количество транспортируемого материала в каждом отдельном случае должно определяться экспериментально или задаваться технологами.
Для расчёта скорости в воздуховоде важно учитывать материал, из которого он изготовлен, так как это влияет на силу сопротивления движения частиц. Поскольку пластиковые воздуховоды быстро стираются, а асбестоцементные трубы тяжелы, то в мобильном устройстве использованы воздуховоды, изготовленные из стали.
Диаметры стальных круглых воздуховодов можно определить, воспользовавшись нижеприведённой таблицей (табл. 2) [7].
Пользуясь данными, приведёнными в таблицах, можно определить расчётные потери давления в устройстве или всей сети (Ррасч. в кг/м2 для чистого воздуха) [7]:
1. Рекомендуемые скорости движения воздуха и концентрации материалов
для стальных воздуховодов
Наименование транспортируемого материала или отходов Рекомендуемая скорость в горизонтальных участках воздуховода, м/сек. Рекомендуемая концентрация материала в воздухе (ц), кг/кг Опытный расчётный коэффициент, К
Песок, глина (молотые) 13 0,8-1 1,0
Тяжёлая наждачная минеральная пыль 16 0,5-0,7 1,1
Земля влажная (до 2%) 18 0,7-0,8 1,2
Земляная и песочная пыль 18 0,4-0,6 0,8
Соломка 10 0,2-0,5 1,2
Опилки и стружка 14 0,1-0,5 1,4
Крупная влажная стружка 20 0,5-0,7 1,5-2,5
2. Расчётные коэффициенты (£зам.) для стальных круглых воздуховодов
Скорость (V), Диаметр воздуховода , іі, мм
м/сек. 80 85 90 95 100 140 155
10 181* 204 228 255 282 554 679
0,256** 0,240 0,224 0,200 0,198 0,130 0,116
13 236* 265 297 332 367 720 883
0,244** 0,228 0,211 0,197 0,185 0,124 0,110
16 290* 326 366 409 452 886 1086
0,232** 0.216 0,202 0,190 0,178 0,119 0,106
18 326* 367 412 459 509 992 1222
0,226 0,212 0,197 0,185 0,174 0,117 0,104
20 362** 408 452 510 565 1108 1358
0,222 0,208 0,193 0,181 0,170 0,115 0,102
Примечание: * — объём воздуха, транспортирующего смесь ^), м3/час; ** — справочный коэффициент (^зам.).
р =( •1+ )
расч. \^зам. л-и ~зам.)
у-V
"27
Установочную мощность электродвигателя
(1) (№, кВт) определяем по формуле:
где 2^зам. — сумма коэффициентов местных сопротивлений (в т.ч. в фильтре-мешке);
I — длина воздуховода; у-у2
Р = 1,1 Ррасч. (1 + К ЦX
(2)
где значения К и ^ находятся из таблицы 1.
Рассчитав потери давления (Р) и определив производительность вентилятора (0) по рекомендациям из таблиц 1 и 2, можно по известным характеристикам выбрать вентилятор (из семейства пылевых) и определить требуемую мощность на валу электродвигателя (И, кВт) для установки, транспортирующей смесь:
1,2 О-Р
Ы 3600-102-цв-п где цв — КПД вентилятора;
Пп — КПД передачи.
(3)
Ыу = Кз-N ,
(4)
2g — скоростное (динамическое) давление;
у — удельный вес воздуха.
Расчёт сетей и, в частности, определение их сопротивления, не относится к числу точных расчётов, поэтому вентиляторы выбираются с некоторым запасом по давлению. Нормальным считается запас в пределах 10%.
Для сетей, транспортирующих смеси, потери давления составляют (кг/м2) [7]:
где Кз — коэффициент запаса мощности электродвигателя (определяется из справочника по электрооборудованию) находится в пределах от 1,05 до 1,5 [8].
Поскольку в данном устройстве электродвигатель вращает и щетку, учитывается и дополнительная нагрузка от этого элемента.
Учитывая вышеизложенное, считаем, что предложенная механизированная мобильная уборочная тележка позволяет удалять пыль, вредные газы и пары, грязь, стружку, соломистые остатки, опилки и др. непосредственно из локальной зоны (рабочего места) в производственных сельскохозяйственных помещениях, предотвращая их распространение по территории здания. Применение мобильной уборочной тележки сокращает время уборки в помещениях размером до 400 м2 в 4—5 раз, повышает производительность труда оператора (уборщика) в 2—3 раза. При этом условия труда работников остаются в пределах нормируемых величин по содержанию пыли и вредных газов как в процессе уборки, так и по её окончании. Это связано с тем, что пары, газы, мелкодисперсная пыль непосредственно захватываются потоком воздуха в зонт или насадку устройства и не рассеиваются в воздухе помещения, как при уборке с помощью мётел и лопат.
Литература
1. Горшков Ю.Г., Дмитриев М.С., Старунова И.Н. Повышение эффективности транспортно-технологических процессов и улучшение условий труда работников АПК за счёт инженерно-технических устройств: монография / под обшей ред. докт. техн. наук, проф. Ю.Г. Горшкова. Челябинск: ЧГАА, 2010. С, 32. '
2. Шкрабак B.C., Луковников А.В. Безопасность жизнедеятельности в сельскохозяйственном производстве. М.: КолосС, 2005. 512 с.
3. Белов С.В. Безопасность производственных процессов: справочник / под ред. С.В. Белова. М.: Машиностроение, 1985. С, 56.
4. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. М.: Стройиздат, 1981'. С. 16-19.
5. Величковский Б.Т. Фиброгенные пыли. Особенности строения и механизма биологического действия. Горький, 1980. 217 с.
6. Карташов Л.П., Козлов В.Т., Аверкиев А.А. Механизация и электрификация животноводства. М.: Колос, 1979. 351 с.
7. Рысин С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов: справочник. М.: Машстройиздат, 1961. С, 536-539.
8. Поляков В.В., Скворцов Л.С. Насосы и вентиляторы. М.: Стройиздат, 1990. С. 336.
