Механизация и автоматизация поддержания соотношения гипса и песка при производстве ячеистого бетона

50

Повышающие коэффициенты для:

горизонтальных электродов

2,3

вертикальных электродов

1,5

Коэффициенты использования:

горизонтальных электродов

0,66

вертикальных электродов

0,64

Диаметр стержневого электрода d, м

0,02

Длина стержневого электрода l, м

3

Глубина заложения электрода t,м

2,2

Сопротивление электрода

4

Расчетные удельные сопротивления грунта для горизонтальных и вертикальных заземлителей:

(3.60)

 Ом·м;

(3.61)

Ом·м.

Сопротивление растеканию одного вертикального электрода стержневого типа:

(3.62)

где:

l - длина стержневого электрода;

d - диаметр стержневого электрода;

t - глубина заложения электрода.

Ом.

Примерное число вертикальных заземлителей:

(3.63)

где:

- сопротивление одного электрода;

.

Предварительно принимаем число вертикальных заземлителей .

Расчетное сопротивление растекания горизонтальных электродов:

 (3.64)

где:

b = 2·d = 0,04 м;

t₁ = 0,7 - глубина закладки горизонтального электрода;

L=24 м-длина горизонтального электрода.

Ом.

Уточненное сопротивление вертикальных электродов:

(3.65)

Ом.

Окончательное число вертикальных электродов:

(3.66)

.

Окончательно принимаем число вертикальных электродов .

Планировка заземления представлена в приложении 1 рис.9.

Раздел 4. Автоматизация участка поддержания соотношения гипса и песка

4.1 Определение объекта автоматизации. Цель автоматизации. Создание системы для поддержания соотношения гипса и песка

В данном дипломном проекте целью автоматизации является исключение человеческого фактора на участке смешивания компонентов: гипса и песка. Это необходимо для того чтобы выпускаемая продукция на этапе проверки соответствовала заданным показателям качества. Песок доставляется на предприятие автосамосвалами и разгружается через колосниновую решетку в приемный бункер. Гипс также может доставляться автосамосвалами или через пневмотранспорт. Из приемного бункера материал по ленточному питателю выгружается на конвейер галереи который поднимает материал для хранения в силоса. Разгрузка материала с ленточного питателя осуществляется при помощи плужковый сбрасывателей которые расположены непосредственно над необходимым силосом песка 3-4 (рис.4.1) или гипса 1-2 (рис.4.1). В каждом силосе находятся датчики слежения уровня материала.

Рисунок 4.1. Схема технологическая. Общий вид

На основании каждого силоса имеется виброконус который необходим для выгрузки материала из силоса. Эту нужно для того чтобы материал не слеживался на стенках конуса. Виброконус оснащен двумя двигателями с дебалансами и двигателем на затворе.

Материал высыпается из силосов когда затвор открывается попадая на ленту конвейера 5 (рис.4.1) и 6 (рис.4.1) которые транспортируют его на конвейер галереи 7. Приводом конвейеров является двигатель 11,12,13 (рис.4.1) соединенный с редуктором 10,12,14 (рис.4.1) через соединительную муфту. На конвейерах установлены натяжные устройства что не позволяет ленте проскальзывать. Также установлены датчики веса для взвешивания материала высыпающегося из силосов, датчики скорости ленты, датчики наличия материала на ленте и датчики влажности материала. Материал проходя по линейным конвейерам попадает на ленту галерейного конвейера который транспортирует его в приемный бункер мельницы мокрого помола 9 (рис.4.1).

Для создания системы автоматического управления необходимо выявить объект управления. В данном случае объектом управления будет являться линейные конвейера и питатели на силосах. Структурная схема будет иметь вид:

Рисунок 4.2. Структурная схема системы

Задатчиком для системы управления песка является сигнал который задаст оператор на пульте управления. Далее по регламенту работы участка лента конвейера включается за 20…60 сек до включения питателя. Потом происходит включение виброконуса силосов песка и включение питателя.

Сигналом обратной связи служит датчик веса. Расход песка является задатчиком для системы управления гипсом.

4.2 Объект управления. Его входные и выходные координаты

Для корректной работы системы примем следующие допущения:

Допущения принятые к ленте конвейера:

1. Не рассматривается переходной процесс при пуске т.к. по регламенту работы участка лента включается за 20…60 секунд до включения питателя, к этому времени все переходные процессы закончены;

2. Лента не растяжима. Упругих свойств нет.

3. Проскальзывание отсутствует.

Допущения принятые к питателю:

1. Ленточный конвейер представляет собой классическую транспортную систему, в первом приближении ее можно описать звеном запаздывания, время запаздывания зависит от размеров установки;

2. Питатель представляется условно;

3. Расход постоянен;

4. Если сравнить время работы установки и время запаздывания выгрузки из питателя, от момента его включения, то видно что оно существенно мало и транспортным запаздыванием модно принебреч;

5. Материал однороден.

4.3 Математическое описание конвейеров как ОУ

Структура технологического процесса:

Рисунок 4.3. Схема технологического процесса.

На рисунке представлена структура технологического процесса движения материала по ленте в приемный бункер мельницы мокрого помола. На рисунке показано расстояние от центра силосов до центра весовой ячейки (датчика веса). Материал q₁ выпадая из силосов попадает на движущуюся ленту конвейера, далее материал высыпается на конвейер галереи и отправляется в приемный бункер мельницы мокрого помола. Скорость движения ленты V=1,6 м/с.

Расход материала из силосной банки не равномерна и зависит от следующих условий:

- интенсивность вибрации конуса;

- влажность компонента

- коэффициент слеживаемости

- количество компонента

(4.1)

Сделаем допущение, что материал в банке выше уровня 25% загрузки, тогда:

(4.2)

Коэффициент слеживаемости будет являться основным возмущающем воздействием, приводящем к зависанию материала в силосе.

По результатам наблюдения за установкой включение вибратора конуса увеличивает расход из него.

Численно определить увеличение расхода в данный момент не представляется возможным из за этого делаем предположение что связь между интенсивностью и расходом будет иметь вид:

(4.3)

Связь влажности с находится через коэффициент и носит следующий характер:

Рисунок 4.4. График влажности

На рисунке представлен график влажности материала. Из графика видно что если материал менее влажный то выгрузка его происходит без включения виброконусов.

Полный расход из силоса будет выражатся:

(4.4)

Рисунок 4.5. Расчетная схема выгрузки материала

По визуальному наблюдению за установкой зависимость между подачей напряжения управления на вибратор и расходом из виброзатвора выглядит следующим образом:

Рисунок 4.6. График расхода материала

Для математического описания произведем идентификацию кривой и составим выражение:

(4.5)

Где: К - коэффициент передачи в статическом режиме.

При расходе свыше происходит потеря материала

Рисунок 4.7. Схема потери материала на ленте

Это можно описать ограничением по уровню.

Описание весовой ячейки:

Допущения:

1. В механических узлах трение отсутствует;

2. Колебательная система измерения не учитывается;

Рисунок 4.8. Расчетная схема сил действующих на ленту.

Для нахождения силы действующей на ролик весовой ячейки найдем расстояние между роликовыми опорами.

(4.6)

где: - расстояние между роликами;

- число опор.

Найдем силу F, действующую на одном погонном метре ленты:

(4.7)

где: v - скорость конвейера;

- время за которое проходит материал по весовой ячейке;

Определим силу действующую на ролик весовой ячейки:

(4.9)

Рисунок 4.9. Расчетная схема сил действующих на ролик весовой ячейки.

 (4.10)

где: t_k и t_н - время начала и окончания действия сил на ролик весовой ячейки

4.4 Расчетная и вычислительная модели САУ

Функциональная схема управления выглядит следующим образом:

Рисунок 4.10. Структурная схема объекта управления

Управляющим воздействием в функциональной схеме (рис4.10) является сигнал задания, который подается на два входа первого объекта управления и на первый вход второго объекта управления. Сигнал на второй вход системы управления гипсом подается с выхода системы управления песком с учетом переводного коэффициента.

Схема работает следующим образом. Сигнал с пульта управления поступает на конвейер песка. Затем включаются вибраторы на силосах и непосредственно питатель. Расход песка будет заданием для включения системы управления гипсом.

Моделирование объекта управления проводилось в программной среде «MATLAB». Построена вычислительная модель для поддержания соотношения гипса и песка (рис4.11).

Рисунок 4.11. Вычислительная модель

Схема работает следующим образом. На пульте управления оператор запускает программу управления процессом. Задает соотношение, необходимое для изготовления бетонной смеси. Сигнал с пульта поступает на контроллер, который оперирует цифровой сигнал и переводит его при помощи ЦАП в аналоговый сигнал, который, в свою очередь, является сигналом для запуска двигателя конвейера и вибраторов. Затем происходит выгрузка материала на ленту. Расход из вибровыгруза определяется выражением (4.5). Для того чтобы избежать потери материала в системе стоит ограничение. Также установлена задержка по времени пока материал доезжает до весовой ячейки и задержка пока материал проезжает по ней. Материал взвешивается весовой ячейкой, которая представляет собой датчик веса, выполненный на тензорезисторах. Расход песка является задающим сигналом для расхода гипса.

Графики расхода песка будут выглядеть следующим образом:

Рисунок 4.12. График расхода песка



Рисунок 4.13. График расхода песка (увеличенный)

Из графиков видно что песок из силоса высыпается равномерно



Рисунок 4.14. График расхода гипса



Рисунок 4.15. График расхода гипса (увеличенный)

4.5 Алгоритм работы участка по поддержанию соотношения гипса и песка

Работа алгоритма происходит следующим образом:

Первоначальная работа осуществляется включением в сеть автомата (рис4.13. блок 1), далее сигнал поступает на силосы хранения песка (рис4.13. блок 2), осуществляется включение вибровыгруза Р1 (рис4.13. блок 4). Далее сигнал поступает на силосы хранения гипса (рис4.13. блок 5), включается вибровыгруз G3 (рис4.13. блок 7). Потом проиходит включение грохотов (рис4.13. блок 9) на приемном бункере мельницы мокрого помола. В первоначальный момент включение грохота происходит по схеме «звезда».Это необходимо для снижения пусковых токов при включении. Далее включается таймер, который действует 5 секунд (рис4.13. блок 10), после чего происходит отключение схемы «звезда» и включение схемы «треугольник» (рис4.13. блок 12). Далее включается таймер (рис4.13. блок 13). Включение таймеров необходимо для корректной работы контроллеров Siemens. После включения таймера происходит включение ленты 5 (рис4.1) конвейера (рис4.13. блок 19) по той же технологии, что и включение грохота на приемном бункере мельницы мокрого помола. Сначала включение происходит по схеме «звезда», затем переключается на схему «треугольник» (рис4.13. блок 22). Таким же образом далее включается лента 6 и 7 (рис4.1, рис4.13. блок 25 и 31). Потом происходит включение САУ пропорционального дозирования (рис4.13. блок 34), что приводит к включению вибровыгруза Р2 (рис4.13. блок 35). Далее наполняется приемный бункер до уровня 4/5 от его объема и вибровыгруз отключается. Включается вибровыгруз G4 (рис4.13. блок 37) и также происходит наполнение приемного бункера в процентном соотношении. После наполнения G4 отключается и происходит отключение САУ (рис4.13. блок 38). Система проверяет количество недогрузившегося гипса. Если оно d>0,1 (т.е. 100 кг недогруз), то система заново включает САУ (рис4.13. блок 40-42) и вибровыгруз G4 (рис4.13. блок 43) догружает материал до определенного значения. Если материал d<0,1 то происходит поочередное отключение лент 5,6,7 (рис4.1) и грохота (рис4.13. блок 45, 48, 51, 54)). Система переходит на непосредственный уровень включения грохота или переключение всей цепи на ручной режим (рис4.13. блок 57).



Рисунок 4.16. Алгоритм работы



Рисунок 4.17. Алгоритм работы (продолжение)



Рисунок 4.18. Алгоритм работы (продолжение)



Рисунок 4.19. Алгоритм работы (продолжение)

4.6 Техническая реализация

Для решения задач автоматизации выбираем микроконтроллер серии SIMATIC S7-200 [9, 10] предназначенный для решения задач управления и регулирования небольших систем автоматизации. Этот контроллер позволяет создавать как автономные системы управления, так и системы управления, работающие в общей информационной сети. За счет высокой гибкости конфигураций контроллер SIMATIC S7-200 применяется для решения как простейших задач автоматизации, для решения которых в прошлом использовались простые реле и контакторы, до задач комплексной автоматизации.

В качестве центрального процессора используем модуль CPU 224, предназначенный для построения компактных систем автоматического управления высокой производительности. Модуль оснащен 14 встроенными дискретными входами и 10 дискретными выходами. Позволяет производить подключение до 7 модулей расширения ввода-вывода.

Технические данные :

Объем встроенной памяти программ - 12288 байт;

Объем встроенной памяти данных - 8192 байт;

Опциональный картридж памяти - 256 Кбайт;

Сохранение данных в памяти при перебоях электропитания - 70 часов;

Количество таймеров - 256;

Количество счетчиков - 256;

Диапазон счета - 0…32767;

Программное обеспечение - STEP 7 Micro/WIN;

Языки программирования - LAD, FBD, STL;

Набор команд основной:

Логические операции, адресация результата, сохранение, счет, загрузка; Передача, сравнение, сдвиг, вращение, вызов подпрограмм с передачей параметров.

Вибрационные датчики уровня применяются для измерения в жидких и сыпучих веществ различной плотности и вязкости в широком диапазоне давлений и температур. Принцип действия вибрационных датчиков уровня основан на затухании колебаний рабочих пластин резонатора (камертона) датчика в жидкостях или сыпучих продуктах. Достоинством вибрационных датчиков уровня является невосприимчивость к размерам частиц, плотности и влажности среды, к влиянию электрических и магнитных полей. Вибрационный датчик уровня сохраняет работоспособность даже при значительном налипании контролируемого материала на рабочие поверхности пластин резонатора. На показания вибрационных датчиков уровня не влияет наличие пены, пузырьков, взвешенных частиц в измеряемой среде.

Вибрационный датчик уровня LVL-A1

Недорогой вибрационный датчик уровня для жидкостей и вязких субстанций. Имеются модификации датчика для высоких температур до 150°С, а так же вариант вибрационного датчика уровня для процессов с повышенными требованиями к гигиене.

Таблица 4.1 - Технические характеристики датчика уровня LVL-A1

Наименование	Диапазон измерений (бар)	Присоединение	Плотность, г/см3	Вязкость,мм2/cек	Температура процесса [C]	Защита
LVL-A1	-1...40	3/4NPT;R1/2; R3/4;G1/2; G3/4;1/2NPT	min 0.7	max 10000	-40...100С	IP65

ЗАО Конструкторское бюро "Оптимум" применили вместо вилки всего один резонирующий элемент, это позволяет исключить застрявание крупных частиц материала и уменьшить налипание. КБ предлагает самые современные и надежные датчики и вибрационные сигнализаторы для определения и контроля уровня вязких жидкостей и сыпучих материалов. Вибрационные сигнализаторы уровня «Камертон-М», имеют преимущества перед своими аналогами: радиоизотопными, емкостными, электропроводными датчиками и сигнализаторами. Принцип работы сигнализатора уровня «Камертон-М» основан на изменении вибрационных свойств датчика, при погружении резонатора в сыпучий материал. Основными достоинствами сигнализаторов уровня является их работоспособность в широком диапазоне температур , напряжений питания, размеров и плотности частиц и влажности контролируемого материала. Отсутствие влияния электрических и магнитных полей. Вибрационный датчик уровня сохраняет работоспособность при значительном налипании контролируемого материала. Типовое применение - контроль предельного значения уровня материалов: мука, зерно, песок, цемент, глина, даламит, щебень, магнезит, гипс, зола, полимерные гранулы, а также вязкие жидкости. Сигнализаторы уровня имеют стандартный электрический выход и могут быть легко включены в любую систему релейной автоматики или АСУ.

Сигнализатор «Камертон-М» имеет высокую устойчивость к изменениям влажности, плотности, электропроводности, температуры контролируемого материала, воздействиям электромагнитных полей и налипанию материала на датчик и стенки сосуда. Сигнализатор «Камертон-М» не критичен к турбулентным потокам, пенообразованию и внешним вибрациям.

Конструктивные элементы, контактирующие с процессом, изготовлены из нержавеющей стали или стали с антикоррозийным покрытием. Допускается использование «Камертон-М» в средах, по отношению к которым материал корпуса является коррозионностойким. Допускается электрическое подключение «Камертон-М» к источнику питания и нагрузке через барьер искрозащиты. Сигнализатор имеет повышенную механическую прочность, защиту от переполюсовки питания.

«Камертон-М» изготавливается в следующих климатических исполнениях:

УХЛ2 для работы при температуре окружающей среды от минус 40°С до плюс 50°С

«Камертон-М» классифицирован в соответствии с ГОСТ 12997 следующим образом:

- по наличию информационной связи предназначены для информационной связи с другими изделиями (передача информации);

- по виду энергии носителя сигналов в канале связи «Камертон-М» является электрическим:

- в зависимости от эксплуатационной законченности относятся к изделиям третьего порядка С2

- по метрологическим свойствам «Камертон-М» не является средством измерения, изделие не имеет точностные характеристики;

- по устойчивости к механическим воздействиям изделие является виброустойчивым.

Таблица 4.2 - Технические характеристики прибора:

Характеристика	Исполнение «24В»	Исполнение «24В реле»	Исполнение «220В»
Напряжение питания датчика	= 24 ± 6В	= 24 ± 6В	~ 220 В 50Гц
Выходной коммутирующий элемент (или по заказу)	Два PNP транзистора НО, НЗ контакт	Реле, перекидной контакт	Реле, перекидной контакт
Напряжение (ток) коммутации	= 24 В (100 мА)	~ 220 В 50Гц (3 А)	~ 220 В 50Гц (3 А)
Электрическое подключение	клемник	разъем	разъем
Температура контролируемой среды	- 30 до + 70 С°	- 30 до + 70 С°	- 30 до + 70 С°
Защита оболочки электронного блока сигнализатора	IP - 65	IP - 65	IP - 65
Размер погружаемой части датчика, (регулировка глубины погружения)	Ж 27 Ч 500 мм	Ж 27 Ч 500 мм	Ж 27 Ч 500 мм
Масса датчика не более	1,5 кг	1,6 кг	2,0 кг

Для слежения за уровнем в силосных банках выбираю сигнализатор «Камертон-М». Выбор обусловлен его малой чувствительностью к пыли налипанию материала на датчик и стенки сосуда. Также в случаю попадания кускового материала (гипса) данный датчик не засоряется по сравнению с иностранными аналогами которые имеют две рабочих пластины (так называемые «вилкой»).

Для непрерывного измерения уровня материала выбираю радиолокационный датчик уровня РДУ-Х2. Он предназначен для бесконтактного непрерывного измерения уровня материала (расстояния) в крупногабаритных ёмкостях и бункерах, и выдачи информации в аналоговом виде. Датчик уровня размещается на крышах бункеров, хранилищ, силосов и может использоваться для измерения уровня материалов с различным фракционным составом (в том числе туманообразующих и пылеобразующих). На точность измерения не влияют колебания влажности, температуры воздуха и материала. Фторопластовая защита излучателя и приемника радиоволн позволяет использовать измеритель для агрессивных материалов. Типичное применение: цемент, зерно, уголь, шлаки, мука, песок, даламит, магнезит, гипс, зола, гранулы, вода, пищевые жидкости, растворы, в т.ч. агрессивные, и пр.

Таблица 4.3 - Краткие технические характеристики датчика уровня РДУ-Х2

Диапазон измерения уровня, м	0.20
Зона нечувствительности не более, м	1
Погрешность измерения, см	10
Рабочий диапазон температур °С	- 30 . + 50
Напряжение питания, ток потребления	+24 В; 1,3 А
Выходной сигнал токовый, мА	4.20
Потребляемая мощность, Вт не более	30
Масса не более, кг	3
Габаритные размеры, мм	?170.290

Раздел 5. Надежность

5.1 Меры по повышению надежности

К технологическим методам повышения долговечности деталей машин относятся мероприятия по улучшению свойств материалов при формообразовании, применение термической и химико-термической обработки. В таблице 5.1 указаны причины выхода деталей машин из строя и способы повышения их долговечности.

Качество детали, от которого зависит ее долговечность, начинает формироваться еще на стадии получения заготовки и продолжает изменяться при дальнейшем изготовлении. Долговечность деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, имеющих их концентраторы напряжений, значительно повышается в результате поверхностного наклепа. Например, при обработке дробью рессор транспортных машин, полуосей автомобилей, зубчатых колес и других деталей, срок их службы увеличивается в 2,5 раза; при обкатке роликами усталостная прочность коленчатых валов из высокопрочных чугунов повышается до 200%, а предел выносливости зубчатых колес тепловозов - на 50%; при чеканке галтелей достигается равнопрочность участков ступенчатых валов, в результате чего их долговечность повышается в 1,5 раза. Повышение предела выносливости деталей с концентратором напряжений, а также повышение износостойкости достигается в процессе гидроструйного наклепывания. Механические свойства всего объема металла повышаются при упрочнении взрывом.

Таблица 5.1 - Причины выхода деталей машин из строя и способы повышения их долговечности

Наименование деталей	Характер нагружения	Омновные виды повреждения в процессе эксплуатации	Способы повышения долговечности
1.Колёса зубчатые	Изгиб зубьев, деформации контактного сжатия и сдвига рабочих поверхностей зубьев, трение	Излом зуба (усталостный или из-за кратковременной перегрузки), усталостное выкрашивание, изнашивание или пластическая деформация рабочих поверхностей	Корригирование, улучшение сплошная или поверхностная закалка зубьев, цементация, азотирование, нитроцементация рабочих поверхностей
2.Червяк и червячное колесо	Скольжение витков червяка по рабочим поверхностям зубьев червячного колеса	Заедание, изнашивание рабочих поверхностей, пластическая деформация и излом червячного колеса	Корригирование зубьев червячного колеса. Повышение класса чистоты, закалка или цементация рабочих поверхностей витков червяка
3.Звёздочки цепных передач	Удары и трение рабочих поверхностей звёздочек об элементы цепи	Изнашивание рабочих поверхностей зубьев	Применение звёздочек с вогнутым профилем зубьев, повышение класса чистоты, закалка или цементация рабочих поверхностей зубьев
4.Валы и оси	Деформация изгиба и кручения, трение скольжения между цапфой и опорой	Усталостные изломы, изнашивание и задиры цапф, заедание	Уменьшение влияния концентраторов напряжений, шлифование цапф, поверхностный наклёп галтели, поверхностная закалка, азотирование
5.Подшипники качения	Качение шариков (роликов) по наружному и внутреннему кольцам	Разрушение тел качения и излом колец, изнашивание, заедание, усталостное выкрашивание поверхностей деталей подшипника	Обеспечение податливости корпуса в нагруженной части подшипника
6.Болты и шпильки резьбовых соединений	Статические напряжения от предварительной затяжки, переменные во времени напряжения перегрузок	Усталостные изломы, деформация	Повышение прочности стали, уменьшение концентрации напряжений, жёсткости болта, повышение класса чистоты поверхности болта, накатка резьбы болта роликами

Рассчитаем интенсивность отказов компонентов системы автоматического управления, для этого изобразим устройства входящие в систему управления:

Рисунок 5.1 - Структура для расчета надежности автоматической системы

Зададимся начальными данными:

- интенсивность отказов задатчика (кнопки);

- интенсивность отказов регулятора;

- интенсивность отказов контакоров;

- интенсивность отказов двигателей;

- интенсивность отказов датчиков.

Интенсивность отказов находится по формуле:

(5.1)

.

Рассчитаем вероятность отказов системы для этого зададимся интервалом времени

(5.2)



Рисунок 5.1 - Вероятность отказов системы

Рассчитаем время наработки на отказ:

(5.3)

ч.

Раздел 6. Технико-экономический расчет

Расчет капитальных вложений по базовому варианту [15]:

Объем капитальных вложений рассчитывается по формуле:

(руб.), (5.7.1)

где К_М - капитальные вложения на монтаж и установку оборудования; К_ОБ - капитальные вложения на оборудование, рассчитывается по формуле:

(руб.), (5.7.2)

где Ц_ОБ = 15000 - цена оборудования в год приобретения, руб.; К_ВО = 2,685 - коэффициент пересчета цен на дату проекта; С_ПР = 1 - принятое число комплексов.

(руб.).

(руб.),

где а = 1,2 - коэффициент учитывающий затраты на доставку и монтаж оборудования.

(руб.).

(руб.)

Расчет издержек производства по базовому варианту:

(5.7.3)

где И_З - годовая зарплата рабочих по обслуживанию установки, руб; И_Р - годовые затраты на ремонт основных фондов, руб.; И_Э - затраты на электроэнергию комплекса, руб.



где З_СМ = 12000 - среднемесячная зарплата рабочих, руб.; Р = 2 - общее число рабочих на установке, чел.

И_З = 12000 • 12 • 2 = 288000 руб.

(руб.)

(руб.)

где Т_Э = 2,32 - тариф за 1 кВт в час, руб.; W_ГР - годовой расход электроэнергии кВт, находится по формуле:

(кВт•ч)

где Р_А = 23 - активная мощность, кВт; Ф_Е = 3840 - действительный фонд времени работы участка, ч.; К_М = 0,75 - коэффициент загрузки по времени; К_В = 0,8 - коэффициент загрузки по мощности.

W_ГР = 23 • 3840 • 0,75 • 0,8 = 52992 кВт•ч.

И_Э = 2,32 • 52992 = 122941,4 руб.

И_П-ВА = 288000 + 8055 + 122941,4 = 418996,4 руб.

Амортизационные отчисления:

(руб.) (5.7.4)

где Р = 0,053 - коэффициент амортизационных отчислений.

А = 0,053 • 40275 = 2134,57 руб.

Найдем приведенные общие эксплуатационные затраты

, руб/шт (5.7.5)

где П_Б = 35856 - годовая производительность, шт. (в 2010 году 249 рабочих дней).

(руб/шт)

Удельные капитальные вложения определяем по формуле

(руб/шт) (5.7.6)

И_Э = 2,32 • 68400 = 158688 руб.

И_П-ВА = 144000 + 116652,8 + 158688 = 419340,8 руб.

Амортизационные отчисления:

(руб.) (5.7.8)

где Р = 0,053 - коэффициент амортизационных отчислений.

А = 0,053 • 583264= 30912,99 руб.

Найдем приведенные общие эксплуатационные затраты

, руб/шт (5.7.9)

где П = 48000 - годовая производительность, шт.

(руб/шт)

Удельные капитальные вложения определяем по формуле

(руб/шт) (5.7.10)

Расчет экономической эффективности проекта:

Для установления эффективности проектируемого производства сравниваем показатели рассчитанные выше:

Величина издержек производства проекта и базового варианта определяется по формуле:

(5.7.11)

Годовой экономический эффект от реализации проекта в производство определяется по разности приведенных затрат:

(5.7.12)

Срок окупаемости проекта:

Т_ОК = (К_Б - К_П) / Э_г = (641590,4 - 48330)/114720 = 3,9 (5.7.13)

Таблица 5.7.1 - Технико-экономические показатели базового и проектного варианта

Наименование показателей	Ед. изм	По базовому варианту	По проекту	Разность
Объем капитальных вложений	руб.	48330	641590,4	+ 593260
Затраты энергоресурсов	кВт•ч	52992	68400	+ 15408
Амортизационные отчисления на оборудование	руб.	2134,57	30912,99	+ 28778
Приведенные общие эксплуатационные затраты	руб/м3	12,04	9,38	- 2,66
Годовой экономический эффект	руб.		114720	+114720
Срок окупаемости	лет.		3,9

Раздел 7. Безопасность труда

7.1 Задачи в области обеспечения безопасности труда

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

Главной задачей безопасности труда является уменьшение вероятности поражения или заболевания работающего с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда. Реальные производственные условия характеризуются наличием некоторых опасностей и вредностей.

Производственная опасность - это возможность воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов.

К опасным производственным факторам относятся такие, воздействие которых на работающего приводит к травме. К вредным производственным факторам относятся такие, воздействие которых на работающего приводит к заболеванию.

Случай с работающим, связанный с воздействием на него опасного производственного фактора, называют несчастным случаем на производстве. Ухудшение здоровья в результате несчастного случая обычно называют травмой.

Явление, характеризующееся совокупностью производственных травм, называется производственным травматизмом. Профессиональное заболевание - это заболевание вызванное воздействием на работающего вредных условий труда.

Улучшение условий труда приводит к таким социальным результатам, как улучшение здоровья трудящихся, повышение степени удовлетворенности трудом, укрепление трудовой дисциплины повышение престижа ряда профессий, а так же увеличении производительности труда.

Правила и нормы по технике безопасности направлены на защиту организма человека от физических травм, воздействия технических средств, используемых в процессе труда. Они регулируют поведение людей, обеспечивающее безопасность труда с точки зрения устройства и размещения машин, строительных конструкций, зданий, сооружений и оборудования.

Правила и нормы по производственной санитарии и гигиене предусматривают защиту организма от переутомления, химического, атмосферного воздействия и т. п. Эти правила и нормы устанавливают требования по устройству территорий, производственных и бытовых помещений, оборудованию рабочих мест и т. п.

7.2 Обеспечение нормальных параметров микроклимата на участке по поддержанию соотношения гипса и песка

Самочувствие и работоспособность человека зависят от метеорологических условий производственной среды, в которой он находится и выполняет трудовые процессы. Под метеорологическими условиями понимают несколько факторов, воздействующих на человека: температуру, влажность и скорость движения воздуха, а также барометрическое давление и тепловое излучение. Совокупность этих факторов называют производственным микроклиматом.

На производстве указанные факторы воздействуют на человека чаше всего суммарно, взаимно усиливая или ослабляя друг друга. Например, увеличение подвижности воздуха усиливает эффект пониженной температуры и, наоборот, ослабляет воздействие повышенной температуры на организм человека. Повышение влажности ухудшает самочувствие человека как при пониженной, так и при повышенной температуре. Таким образом, сочетание метеорологических параметров производственной среды может быть благоприятным и неблагоприятным для самочувствия человека.

Действующими нормативными документами, регламентирующими метеорологические условия производственной среды, являются ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».

Самочувствие и работоспособность человека зависят от метеорологических условий производственной среды, в которой он находится и выполняет трудовые процессы. Под метеорологическими условиями понимают несколько факторов, воздействующих на человека: температуру, влажность и скорость движения воздуха, а также барометрическое давление и тепловое излучение. Совокупность этих факторов называют производственным микроклиматом.

На производстве указанные факторы воздействуют на человека чаше всего суммарно, взаимно усиливая или ослабляя друг друга. Например, увеличение подвижности воздуха усиливает эффект пониженной температуры и, наоборот, ослабляет воздействие повышенной температуры на организм человека. Повышение влажности ухудшает самочувствие человека как при пониженной, так и при повышенной температуре. Таким образом, сочетание метеорологических параметров производственной среды может быть благоприятным и неблагоприятным для самочувствия человека.

Действующими нормативными документами, регламентирующими метеорологические условия производственной среды, являются ГОСТ 12.1.005_88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий» (СН 245-71). Этими документами установлены оптимальные и допустимые величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха.

Допустимыми являются такие параметры микроклимата, которые при длительном воздействии могут вызвать напряжение реакции терморегуляции человека, но к нарушению состояния здоровья не приводят. Оптимальными являются такие параметры микроклимата, которые не вызывают напряжения реакций терморегуляции и обеспечивают высокую работоспособность человека.

Температура нормального здорового человека поддерживается на уровне 36.5 - 37°С независимо от метеорологических условий окружающей среды. Она поддерживается на этом уровне с помощью подсознательно действующего механизма терморегуляции. В случае повышения температуры воздуха человек начинает потеть, его потеря тепла увеличивается за счет испарения пота. Выделение тепла связано также с тяжестью выполняемой работы. Все работы по степени тяжести делятся на три категории: легкая, средней тяжести и тяжелая.

Все производственные помещения в зависимости от величины теплоизбытков подразделяют на помещения с незначительными теплоизбытками.

При перегреве организма увеличивается приток крови к периферийным кровеносным сосудам. Вследствие расширения сосудов количество протекающей по ним крови и теплоотдача увеличиваются.

В случае переохлаждения воздушной среды наблюдается обратное явление. Периферийные кровеносные сосуды сужаются, приток крови к ним и соответственно теплоотдача снижаются. У человека появляется стремление к интенсивным движениям, которые увеличивают обмен веществ в организме с образованием тепла. Чрезмерное охлаждение организма может привести к различным простудным заболеваниям.

Оптимальная величина температуры воздуха рабочей зоны, установленная ГОСТ 12.1.005-88. Как видим, она связана с сезоном года и тяжестью выполняемой работы и может колебаться в весьма широких пределах: от 16 до 25 °С.

Влажность воздуха в значительной мере влияет на самочувствие человека и его работоспособность. Влажность воздуха бывает абсолютная и относительная. Абсолютная влажность - это абсолютное содержание водяных паров в воздухе при данной температуре (г/м³). Относительная влажность представляет собой процентное отношение абсолютного количества водяных паров в воздухе к их максимально возможному количеству при данной температуре воздуха.

При слишком низкой влажности (менее 20 %) организм человека расслабляется, результатом чего является снижение трудоспособности.

Очень высокая влажность (более 80 %) нарушает процесс терморегуляции. Выделяющийся пот не испаряется, а лишь стекает по поверхности тела и не отнимает от него излишнего тепла. В особенности неблагоприятно сочетание высокой влажности с высокой температурой при выполнении человеком тяжелой работы.

Оптимальная относительная влажность, установленная ГОСТ 12.1.005-88, составляет 40...60 %. Допустимая величина относительной влажности может быть до 75 %) в зависимости от сочетания температуры воздуха со скоростью его движения в помещении.

Источником повышенной влаги в производственных условиях чаще всего являются технологические процессы, сопровождающиеся интенсивным испарением жидкостей (различные ванны, пропарочные, моечные и другие аппараты).

Длительное воздействие влаги в сочетании с низкими температурами может привести к такому заболеванию, как туберкулез легких. При значительном содержании влаги и высокой температуре воздуха возникает головокружение, тошнота, тепловые удары с потерей сознания. В горячих цехах вследствие потери организмом больших количеств солей от чрезмерного потовыделения у работающих может возникнуть судорожная болезнь.

Тепловое самочувствие человека в значительной мере связано с таким метеорологическим параметром, как скорость движения воздуха, так как она влияет на теплообмен организма с окружающей средой. При высокой температуре воздуха увеличение его подвижности благоприятно сказывается на самочувствии человека, при низкой - вызывает неприятные ощущения. Вследствие этого стандартом установлена подвижность воздуха, различная для летнего и зимнего периодов года. В теплый период года скорость движения воздуха в рабочей зоне составляет от 0.2 до 1.0 м/с, а в холодный и переходный периоды - от 0.2 до 0.5 м/с.

Следует отметить, что слишком низкая скорость воздуха (менее 0.2 м/с) неблагоприятно влияет на самочувствие человека в особенности при выполнении однообразной монотонной работы, например в условиях конвейерного производства. Человек в этом случае быстро утомляется и заметно теряет трудоспособность. Чрезмерно высокая подвижность охлажденного воздуха в жарких помещениях может вызвать резкие перепады температуры, сопровождающиеся простудными заболеваниями работающих.

Из вышеизложенного становится ясным, что задача обеспечения наилучших условий труда, способствующих его высокой производительности, должна решаться комплексно, с учетом одновременно трех основных параметров: температуры, относительной влажности и подвижности воздуха. Оптимальное сочетание метеорологических параметров производственной среды называют комфортность. Комфортность на рабочих местах должна обеспечиваться применением комплекса современных технических и санитарно-гигиенических мероприятий.

Производственное освещение.

Под производственным освещением понимают систему устройств и мер, обеспечивающую благоприятную работу зрения человека и исключающую вредное или опасное влияние на него в процессе труда. Чтобы человек мог выполнять зрительную работу, необходимы определенные характеристики света и зрения человека.

Основными количественными показателями света являются световой поток, сила света, освещенность, яркость.

Участок пластического формования керамических кирпичей оснащен дежурным освещением, ввиду того, что оператор следит за функциональностью оборудования, редко появляясь на рабочем месте. Таким образом, дежурное освещение предусматривает выделение части осветительных установок, обеспечивающих горизонтальную на уровне земли или вертикальную на плоскости ограждения освещенность, равную 0.5 лк.

7.3 Оценка вредности пыли и средства защиты работающего персонала от неё

В процессе труда на человека кратковременно или длительно воздействуют вредные факторы. Эти факторы, оказывающие раздельное или совместное вредное воздействие на человека в условиях производства, называются производственными вредностями. Результатом их отрицательных воздействий могут явиться профессиональные заболевания.

На производстве керамических кирпичей к физическим вредностям можно отнести повышенная запыленность воздушной среды и высокий уровень шума.

Пыль - это мельчайшие твердые частицы, способные некоторое время находиться в воздухе или промышленных газах во взвешенном состоянии. Пыль образуется при транспортировке глиняной смеси и ее дальнейшей загрузке в глиносмеситель.

Пыль представляет собой гигиеническую вредность, так как она отрицательно влияет на организм человека. Под воздействием пыли могут возникать такие заболевания, как пневмокониозы, экземы, дерматиты, конъюнктивиты и др.

Поведение пылевых частиц в воздухе связано с их скоростью витания. Скоростью витания частиц называют скорость их осаждения под действием силы тяжести в спокойном, невозмущенном воздухе. Скорость витания используют в расчетах пылеулавливающих аппаратов как одну из основных характеристических величин.

Поскольку частицы пыли в большинстве своем имеют неправильную форму, за размер частиц принимают их эквивалентный диаметр. Эквивалентный диаметр - это диаметр условной шарообразной частицы, скорость витания которой равна скорости витания действительной пылевой частицы.

Концентрация пыли в реальных производственных условиях может составлять от нескольких мг/м³ до сотен мг/м³. Санитарными нормами (СН 245-71) установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) пыли в воздухе рабочей зоны. В зависимости от химического состава пылей их ПДК колеблются в пределах от 1 до 10 мг/м³.

Измерение концентрации пыли в воздухе чаще всего проводят весовым методом, реже -- счетным. Весовой метод основан на принципе получения привеса аналитического фильтра при пропускании через него определенного объема исследуемого воздуха. Аналитические фильтры типа АФА, изготовленные из нетканого фильтрующего материала, имеют высокую эффективность пылезадержания (около 100 %) и считаются «абсолютными». Для просасывания воздуха через фильтр используют специальные приборы -- аспираторы.

Счетный метод основан на предварительном выделении пыли из воздуха с осаждением ее на покровные стекла и последующем подсчете числа частиц с помощью микроскопа. Концентрация пыли в этом случае выражается числом частиц, приходящихся на единицу объема воздуха.

Весовой метод определения концентрации пыли является основным. Он стандартизован и применяется органами санитарного надзора для контроля качества воздушной среды на промышленных предприятиях.

В зависимости от природы сил, действующих на взвешенные в газе пылевые частицы для их отделения от газового потока, используют следующие типы пылеулавливающих аппаратов:

- сухие механические пылеуловители (взвешенные частицы отделяются от газа при помощи внешней механической силы);

- мокрые пылеуловители (взвешенные частицы отделяются от газа путем промывки его жидкостью, захватывающей эти частицы);

- электрические пылеуловители (частицы пыли отделяются от газового потока под действием электрических сил);

- фильтры (пористые перегородки или слои материала, задерживающие пылевые частицы при пропускании через них запыленного воздуха);

- комбинированные пылеуловители (используются одновременно различные принципы очистки).

По функциональному назначению пылеулавливающее оборудование подразделяют на два вида: 1) для очистки приточного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования; 2) для очистки воздуха и газов, выбрасываемых в атмосферу системами промышленной вентиляции.

Наиболее простыми по устройству и эксплуатации аппаратами являются пылеосадительные камеры, в которых отделение частиц пыли от воздуха происходит под действием силы тяжести при прохождении воздуха через камеры. Эти устройства применяют для грубой очистки, их эффективность пылеулавливния составляет 50...60 %. Скорость движения воздуха в камере выбирается из условия обеспечения ламинарного движения и обычно составляет 0.2... 0.8 м/с. Аэродинамическое сопротивление камер невысоко и равно 80... 100 Па.

С целью повышения эффективности пылеулавливания камер они иногда разделяются по высоте полками, которые могут периодически встряхиваться для очистки от оседающей пыли. Для этой же цели применяют пылеосадительные камеры лабиринтного типа.

Центробежные пылеотделители -- циклоны -- находят более широкое применение, так как при сравнительно простой конструкции обеспечивают высокую степень обеспыливания воздуха (80...90%).

Циклон состоит из цилиндрического корпуса, к которому тангенциально подведен входной патрубок; нижней конической части и выхлопного патрубка, размещаемого внутри корпуса соосно с ним. Входя в циклон со скоростью 16...20 м/с, запыленный воздух приобретает вращательное движение и опускается вниз. При этом частицы пыли под действием сил инерции отбрасываются к стенкам аппарата и, скользя по ним вниз, попадают в бункер. Очищенный поток воздуха поворачивает вверх и через выхлопную трубу выходит из циклона.

Эффективность пылеулавливания возрастает с увеличением скорости входа воздуха в циклон, однако при слишком большой скорости возрастает турбулизация воздушной среды и эффективность циклона падает. Максимальную скорость воздуха принимают обычно не более 20 м/с. На эффективность этих аппаратов влияет и их диаметр: с его увеличением эффективность падает, поэтому диаметр циклонов принимается не более 1 м.

Гидравлическое сопротивление циклонов колеблется в пределах 500... 1100 Па. Оно зависит от конструкции аппарата и скорости воздуха на входе в него.

Окончательный выбор того или иного типа циклона должен определяться по технико-экономическим показателям. В тех случаях, когда требуется очищать большие объемы воздуха, применяют групповые циклоны. В них аппараты подсоединяются параллельно входными патрубками к общему трубопроводу и устанавливаются на один бункер больших размеров. Необходимым условием эффективной работы циклонов в этом случае является исключение возможности перетекания воздуха из одного циклона в другой.

Рукавные фильтры для улавливания сухих неслипающихся пылей нашли широкое применение в промышленности. Основными рабочими элементами этих устройств являются матерчатые рукава, подвешиваемые к встряхивающему устройству и размещаемые в герметичном металлическом корпусе. Нижние открытые концы рукавов соединены с бункером. Воздух, проходя через ткань рукавов, оставляет на их поверхности пыль и удаляется из корпуса фильтра вентилятором. Накапливаясь на поверхности ткани в виде слоя, пыль сама становится фильтрующей средой и увеличивает эффективность пылезадержания фильтра. Очистка ткани рукавов от осевшей пыли производится путем их встряхивания, для чего устанавливается автоматически действующий встряхивающий механизм. Во многих типах фильтров встряхивание рукавов сочетается с обратной их продувкой с целью лучшей очистки от пыли. Фильтры выполняются многосекционными. При отключении одной из секций для очистки рукавов остальные продолжают работать. Фильтры бывают всасывающего и напорного типов.

Эффективность пылезадержания рукавных фильтров составляет 90...99 %. Воздушная нагрузка на ткань принимается в пределах 50...80 м³/(м2ч). Гидравлическое сопротивление фильтра в зависимости от степени запыления рукавов колеблется в пределах 1...2,5 кПа.

Электрические фильтры находят широкое применение на предприятиях строительной индустрии для очистки воздуха и промышленных газов от пыли. В этих аппаратах отделение пылевых частиц от воздуха производится под воздействием статического электрического поля высокой напряженности. В металлическом корпусе, стенки которых заземлены и являются осадительными электродами, размещены коронирующие электроды, соединенные с источником постоянного тока. Напряжение выпрямленного тока составляет 30...100 кВ.

Вокруг отрицательно заряженных электродов образуется электрическое поле. Проходящий через электрофильтр запыленный газ ионизируется, вследствие чего приобретают отрицательные заряды и пылевые частицы. Последние начинают перемещаться к стенкам фильтра, и, оседая на них, образуют плотный слой. Очистка осадительных электродов производится путем их остукивания или вибрации, а иногда путем смыва водой.

Эффективность пылеулавливания электрофильтров высокая, она достигает 99,9 %. Причем улавливаются частицы любых размеров, включая субмикронные при их высоких концентрациях в газах, достигающих 50 г/м3. Преимуществами этих аппаратов являются низкое гидравлическое сопротивление 100... 150 Па, экономичность эксплуатации, возможность очищать газы при их высоких температурах (до. 450°С).

Пылеуловители мокрого типа являются аппаратами глубокой очистки и отличаются высокой эффективностью пылеулавливания. Их применение целесообразно в том случае, когда улавливаемая пыль хорошо смачивается водой, не цементируется и не образует твердых, трудно разрушаемых отложений.

При вращении потока из него под действием центробежных сил выделяются пылевые частицы, которые удаляются со стенок аппарата стекающей сверху водой. Последняя подается на стенки аппарата через водоподающее кольцо и несколько тангенциально расположенных трубок и стекает по стенкам аппарата в виде сплошной водяной пленки. Образующийся шлам собирается в бункере.

Эффективность пылеулавливания циклонов с водяной пленкой составляет 99.0...99.5 %, потери давления в аппарате равны 400...800 Па. При очистке от пыли агрессивных газов, разрушающих металлические стенки аппарата, последние с внутренней стороны армируются кислотостойкими покрытиями.

Высокими эксплуатационными показателями отличаются также пенные пылеуловители. Аппараты этого типа имеют цилиндрический металлический корпус, внутри которого горизонтально размещена решетка. Вода подается на решетку, через которую снизу пропускается очищаемый воздух. При этом на решетке образуется слой пены, высота которого зависит от высоты сливной перегородки (порога). Обычно она составляет 80... 100 мм. С целью снижения капельного уноса влаги в верхней части аппарата размещается каплеуловитель, выполненный в виде решетки с лабиринтными каналами.

Для предупреждения загрязнения пылью воздушной среды в производственных помещениях и защиты работающих от ее вредного воздействия проводится следующий комплекс мероприятий.

Использование увлажненных сыпучих материалов. Применяется гидроорошение с помощью поворотной задвижки.

Тщательная и систематическая пылеуборка помещений с помощью вакуумных установок.

Очистка от пыли вентиляционного воздуха при его подаче в помещения и выбросе в атмосферу.

Применение в качестве индивидуальных средств защиты от пыли респираторов, очков и противопыльной спецодежды.

Для очистки воздуха от пыли применяются циклоны типа НИИОГАЗ. На заводе по производству керамических кирпичей такие установки позволяют удалять отходы и пыль, образующиеся при механической обработке глиняной смеси. Аспирационные установки успешно применяют при процессах размола, транспортирования, дозирования и смешения глиняной смеси.

7.4 Электробезопасность

Электротравмы составляют около 1 % от общего числа травм на производстве и 20...30 % от числа смертельных несчастных случаев. При этом большинство (до 80%) смертельных несчастных случаев происходит на электроустановках напряжением до 1000 В, которые в основном и применяются в строительстве.

Предупреждение электротравм является важной задачей охраны труда, которая на производстве реализуется в виде системы организационных и технических мероприятий, обеспечивающих защиту людей от поражения электрическим током.

Степень опасного и вредного воздействия на человека электрического тока, электрической дуги и электромагнитных полей зависит от:

- рода и величины напряжения и тока;

- частоты электрического тока;

- пути тока через тело человека;

- продолжительности воздействия электрического тока или электромагнитного поля на организм человека;

- условий внешней среды.

...