Предохранительные устройства регуляторов и фильтры. Техническое состояние тормозного оборудования вагонов Виды предохранительных устройств на производстве

Дата: 04.03.2020

Устройства, обеспечивающие безопасную эксплуатацию машин и оборудования посредством ограничения скорости, давления, температуры, электрического напряжения, механической нагрузки и других факторов, которые способствуют возникновению опасных ситуаций, называют предохранительными. Они должны срабатывать автоматически с минимальным инерционным запаздыванием при выходе контролируемого параметра за допустимые пределы.

Предохранителями от механических перегрузок служат срезные шпильки и штифты, пружинно-кулачковые, фрикционные и зубчато-фрикционные муфты, центробежные, пневматические и электронные регуляторы.

Шкив, звездочку или шестерню, расположенные на ведущем валу, соединяют с приводным (ведомым) валом срезными шпильками или штифтами, рассчитанными на определенную нагрузку. Если последняя превысит допустимое значение, то шпилька разрушается и ведущий вал начинает вращаться вхолостую. После устранения причины появления таких нагрузок срезанную шпильку заменяют новой.

Диаметр штифта, мм, предохранительной муфты, который обычно изготовляют из стали 45 или 65 Г,

где Mр — расчетный момент, Н*м; R — расстояние между осевыми линиями передающих валов и штифта, м; τср — предел прочности на срез, МПа (для стали 45 и 65 Г в зависимости от вида термообработки при статической нагрузке τср = = 145...185 МПа; при пульсирующей нагрузке τср = 105...125 МПа; при симметричной знакопеременной нагрузке τср = 80...95 МПа); для расчетов рекомендуют принимать меньшие значения.

Обычно расчетный момент Мр принимают на 10...20 % выше предельного допустимого момента Mпp, т. е.

Мр = (1,1...1,2)Мпр.

Муфты фрикционного типа автоматически срабатывают в случае превышения вращающего момента, на который их предварительно настраивают. Условие выключения, например, зубчато-фрикционной предохранительной муфты:

где Mр — расчетный вращающий момент, Н м; Mпред — предельно допустимый вращающий момент, Н*м; а —угол наклона боковой поверхности кулачка (α = 25...35°); β —угол трения боковой поверхности кулачка (β = 3...5°); D — диаметр окружности точек приложения окружного усилия к кулачкам, м; d — диаметр вала, м; f1 —коэффициент трения в шпоночном соединении подвижной втулки (f1 = 0,1...0,15).

Предохранительные муфты для цепных и ременных передач сельскохозяйственных машин с зубчато-фрикционными шайбами стандартизированы.

Дизели, паровые и газовые турбины, детандеры снабжают регуляторами частоты вращения, в основном центробежного типа. Для предотвращения опасного для машины и обслуживающего персонала повышения частоты вращения коленчатого вала посредством ограничения подачи топлива или пара служит регулятор.

Концевые выключатели необходимы для предупреждения поломок оборудования, возникающих при переходе движущихся частей за установленные пределы, ограничения перемещения суппорта на металлорежущих станках, для пути движения груза в вертикальной и горизонтальной плоскостях при работе грузоподъемных механизмов и т. д.

Ловители применяют на грузоподъемных и транспортирующих машинах, в лифтах для удержания поднятого груза в неподвижном состоянии даже при наличии самотормозящих тормозных систем, которые при износе или неправильном уходе могут утратить свою работоспособность. Различают храповые, фрикционные, роликовые, клиновые и эксцентриковые ловители.

Во избежание превышения давления пара или газа используют предохранительные клапаны и мембраны. Предохранительные клапаны бывают по виду грузовыми (рычажными), пружинными и специальными; конструкции корпуса — открытые и закрытые; способу размещения — одинарные и двойные; высоте подъема — низкоподъемные и полноподъемные.

Рычажные клапаны (рис. 7.3, а) имеют относительно небольшую пропускную способность и при превышении давления сверх допустимого значения выбрасывают рабочий газ или пар в окружающую среду.

Рис. 7.3. Схемы предохранительных рычажных (о), пружинных (б) клапанов и мембран (в и г):

1 — натяжной винт; 2 — пружина; 3 — тарелка клапана

Поэтому в сосудах, работающих под давлением токсичных или взрывоопасных веществ, обычно устанавливают пружинные клапаны закрытого типа (рис. 7.3, б), сбрасывающие вещество в специальный, соединенный с аварийной емкостью трубопровод. Регулируют рычажный клапан на предельно допустимое значение по манометру путем изменения массы груза т или расстояния b от оси клапана до груза. Пружинный клапан регулируют с помощью натяжного винта 1, изменяющего усилие прижатия тарелки клапана 3 пружиной 2. Основной недостаток предохранительных клапанов — их инерционность, т. е. обеспечение защитного действия только при постепенном нарастании давления в сосуде, на котором они установлены.

Для определения проходного сечения предохранительных клапанов используют теорию истечения газов из отверстия. Рассмотрим следующую зависимость:

где Q — пропускная способность клапана, кг/ч; μ — коэффициент истечения (для круглых отверстий μ = 0,85); SK — площадь сечения клапана, см2; р — давление под клапаном, Па; g = 9,81 см/с2 — ускорение свободного падения; М — молекулярная масса газов или паров, проходящих через клапан; k = cpcv — отношение теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме (для водяного пара k= 1,3; для воздуха k = 1,4); Л —газовая постоянная, кДж/(кг*К), для водяного пара R = = 461,5 кДж/(кг*К); для воздуха R = 287 кДж/(кг*К); Т— абсолютная температура среды в защищаемом сосуде, К.

Подставив в последнюю формулу значения μ, g, R и среднее значение k при известном значении Q, можно определить площадь сечения предохранительного клапана, см2,

SK=Q/(216p√ M/T).

Число и суммарное сечение предохранительных клапанов находят из выражения

ndкhк = kкQк/pк,

где п — число клапанов (на котлах паропроизводительностью ≤ 100 кг/ч допускается установка одного предохранительного клапана, при паропроизводительности котла более 100 кг/ч его снабжают не менее чем двумя предохранительными клапанами); dк — внутренний диаметр тарелки клапана, см (dк = 2,5...12,5 см); hк — высота подъема клапана, см; kк — коэффициент (для клапанов с малой высотой подъема при hк≤ 0,05dк kк = 0,0075; для полноподъемных клапанов при 0,05dк < hк≤ 0,25dк kк = = 0,015); Qк — производительность котла по пару при максимальной нагрузке, кг/ч; рк — абсолютное давление пара в котле, Па.

Для защиты сосудов и аппаратов от очень быстрого и даже мгновенного повышения давления применяют предохранительные мембраны (рис. 7.3, в и г), которые в зависимости от характера их разрушения при срабатывании делят на разрывные, срезные, ломающиеся, хлопающие, отрывные и специальные. Наиболее распространены разрывные мембраны, разрушающиеся под действием давления, значение которого превышает предел прочности материала мембраны.

Мембранные предохранительные устройства изготовляют из различных материалов: чугуна, стекла, графита, алюминия, стали, бронзы и др. Тип и материал мембраны выбирают с учетом условий эксплуатации сосудов и аппаратов, на которые их устанавливают: давления, температуры, фазового состояния и агрессивности среды, скорости нарастания давления, времени сброса избыточного давления и др.

Для обеспечения работы мембраны необходимо определить толщину пластин мембраны в зависимости от значения разрушающего давления. Пропускная способность, кг/с, мембранных предохранительных устройств при повышении давления в защищаемом сосуде:

Qм=0,06Sрабpпр√ M/Tг,

где Sраб — рабочее (проходное) сечение, см2; рпр — абсолютное давление перед предохранительным устройством, Па; Тг — абсолютная температура газов или паров, К.

Необходимая толщина рабочей части ломающейся мембраны, мм,

Рис. 7.4. Схема работы водяного затвора низкого давления:
а — при нормальной работе: б— при обратном ударе; 1—запорный клапан; 2— газоотводящая трубка; 3 — воронка; 4— предохранительная трубка; 5— корпус; 6— контрольный клапан

b = ppdплkоп(4[σcp]),

где pр —давление, при котором должна разрушиться пластинка, Па; dm — рабочий диаметр пластины, см; kon — масштабный коэффициент, определяемый опытным путем (при d/b — 0,32 k — = 10... 15); [σср] — временное сопротивление срезу, МПа.

Толщина мембран, изготавливаемых из хрупких материалов,

b = 1,1rпл√pp/[σиз]

где rпл — радиус пластины, см; [σиз] — предел прочности материала пластины на изгиб, Па.

К предохранительным устройствам, предотвращающим взрыв ацетиленового генератора, относят водяные затворы (рис. 7.4), не пропускающие пламя внутрь генератора. При обратном ударе пламени, возникающем, например, при зажигании газовой горелки, взрывчатая смесь попадает в завтор и вытесняет часть воды по газоотводящей трубке 2. Затем конец трубки 4 получит сообщение с атмосферой, избыток газа выйдет, давление нормализуется и устройство вновь начнет работать по схеме, приведенной на рисунке 7.4, а. Для защиты электроустановок от чрезмерного повышения силы тока, которое может вызвать короткое замыкание, пожар и поражение человека, служат автоматические отключатели и предохранители.

К техническим относятся требования прочности конструкции при заданных энергетических параметрах рабочей среды (давление, температура); коррозионная стойкость материала против химического воздействия рабочей среды; соответствие размеров условного диаметра прохода и присоединительных (магистральных) патрубков соответствующим размерам трубопровода; соответствие конструкции устройства его функциональному назначению; обеспечение требуемых гидравлических параметров и характеристик (пропускная способность); обеспечение требуемого быстродействия; соответствие вида энергии, применяемой для управления устройством, имеющимся источникам энергии (электрическая, сжатый воздух, минеральное масло под давлением, рабочая среда, транспортируемая по трубопроводу). Оцениваются также габаритные размеры устройства, определяющие размеры помещения или пространства, необходимого для его размещения, удобство и способ управления, параметры надежности.

К экономическим требованиям относятся: стоимость конструкции; стоимость эксплуатации, ремонта, замены изношенных деталей, технического обслуживания, стоимость требуемого помещения; стоимость продуктов (рабочей среды), потерянных через возможные не плотности в запорном органе, сальнике и через разрушенную мембрану после ее разрыва; стоимость простоя оборудования, вызванного необходимостью выполнения ремонта или замены установленного устройства.

Если предъявляемым требованиям может удовлетворять несколько конструкций, окончательное решение принимается на основании сравнительной оценки конкурирующих вариантов. Первым этапом является установление возможности использования конструкции, серийно выпускаемой промышленностью, и лишь при отсутствии требуемой, подготавливаются данные для ее проектирования и изготовления по специальному заказу.

На трубопроводах, транспортирующих горючие, легковоспламеняющиеся нефтепродукты или активные газы и жидкости с токсичными свойствами, рекомендуется применять конструкции, специально предназначенные для этих сред в заданных рабочих условиях. Применение конструкций общего назначения допускается только при условии соответствия их, а также материалов деталей требованиям надежной и безопасной эксплуатации. Для агрессивных сред допускается применение деталей с нанесенными на их поверхности коррозионностойкими металлическими и неметаллическими покрытиями. Условный диаметр прохода в подавляющем большинстве случаев бывает равен диаметру прохода трубопровода.

Для взрыво- и пожароопасных, токсичных или особо чистых сред применяются конструкции с сильфонным уплотнением штоков, оно предусматривается также при требованиях вакуумирования системы. На передвижных установках (цистернах) предохранительные клапаны и ограничители налива (регуляторы уровня) общетех¬нических конструкций применять не рекомендуется, так как они не предназначены для работы в условиях вибраций. К устройствам, работающим на линиях с токсичными, пожаро- и взрывоопасными средами, предъявляются повышенные требования герметичности запорного органа, сальника (сильфона) и разъемных соединений крышки с корпусом и присоединительных патрубков.

Крепление защитных и предохранительных устройств к трубопроводу наиболее часто обеспечивается фланцевыми соединениями, которые допускают быструю замену или снятие для ремонта. Тип фланцевого соединения и материал прокладки выбирают в зависимости от условий эксплуатации изделия, давления, температуры и коррозионных свойств рабочей среды. В трубопроводах малого диаметра прохода (Ду<80 p="">

Однако область его применения ограничивается рядом присущих ему недостатков, к которым относятся следующие: трудность монтажа изделия на трубопроводе в связи с необходимостью свинчивать отрезок трубы, штуцер или само изделие; возможность образования неразъемного соединения в результате коррозии соприкасающихся в резьбе поверхностей; сложность изготовления резьбы большого диаметра и большой момент, необходимый при сборке резьбового соединения большого диаметра. Резьбовое соединение выбирают лишь когда демонтаж изделия маловероятен. Фланцевое присоединение является универсальным и часто применяется, если предполагается, что потребуется снимать изделие для ремонта или замены. Наиболее надежное и герметичное соединение достигается сваркой, и она широко применяется для стали во всех случаях, где это допустимо.

Во фланцевых соединениях при ру<2,5 300="">2,5 МПа (независимо от температуры) и при температуре свыше 300 °С (независимо от давления) используются шпильки с гайками.

Для оценки условий эксплуатации защитно-предохранительных устройств важное значение имеют физические и химические свойства рабочей среды. Вязкость жидких нефтепродуктов может находиться в широком диапазоне значений. Динамическая вязкость жидкости измеряется в паскаль-секундах (Пахс). Для оценки вязкости нефтепродуктов используют значения условной вязкости, которые определяются как отношение времени истечения 200 мл испытуемого нефтепродукта из вискозиметра Энглера при температуре испытания (вязкость нефтепродуктов зависит от температуры) ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при 20 °С, являющемуся водным числом прибора. Это отношение, выраженное в условных градусах, обозначается ВУ.

Большое значение для механизмов, работающих в нефтепродуктах, имеет маслянистость жидкости, способствующая снижению трения. Бензин как растворитель минеральной смазки обнажает металл и в подвижных сопряжениях создает условия для трения без смазки. Повышенная вязкость создает затруднения при транспортировании нефтепродуктов по трубам и через предохранительные клапаны из-за большого внутреннего трения жидкости и, как следствие, большого гидравлического сопротивления местных гидравлических препятствий. Очень вязкие нефтепродукты транспортируются в подогретом виде. Вязкость нефтепродуктов обусловливает парафин, содержание которого в нефти колеблется от десятых долей до 15%. По содержанию парафина нефти делятся на три вида: малопарафинистые (до 1,5%); парафинистые (1,51—6,0%) и высокопарафинистые (более 6%).

На условия эксплуатации защитно-предохранительных устройств, например клапана СМДК, оказывает влияние коррозионное воздействие нефтепродуктов, связанное с содержанием в них кислот, воды, серы и сероводорода. Кислотность нефтепродуктов оценивается кислотным числом, которое определяется количеством миллиграммов КОН, требующимся для нейтрализации 1 мл нефтепродукта. Обычно оно не превышает 0,02—0,07.

При проектировании и изготовлении машин и оборудования необходимо учитывать основные требования безопасности для обслуживающего их персонала, а также надежность и безопасность эксплуатации этих устройств.

Протекание различных технологических процессов на производстве приводит к возникновению опасных зон, в которых на работающих воздействуют опасные и (или) вредные производственные факторы. Примером тому могут служить: опасность механического травмирования (получение травм в результате воздействия движущихся частей машин и оборудования, передвигающихся изделий, падающих с высоты предметов и др.); опасность поражения электрическим током; воздействие различных видов излучения (теплового, электромагнитного, ионизирующего), инфра- и ультразвука, шума, вибрации и т.д.

Размеры опасной зоны в пространстве могут быть переменными, что связано с движением частей оборудования или транспортных средств, а также с перемещением персонала, либо постоянными.

Как известно, для защиты от воздействия опасных и вредных производственных факторов используют средства коллективной и индивидуальной защиты. Средство коллективной защиты – средство защиты, конструктивно и (или) функционально связанное с производственным оборудованием, производственным процессом, производственным помещением (зданием) или производственной площадкой Средства коллективной защиты делятся на оградительные, предохранительные, блокирующие, сигнализирующие, системы дистанционного управления машинами и оборудованием, а также специальные.

Оградительными средствами защиты, или ограждениями , называют устройства, препятствующие появлению человека в опасной зоне.

Оградительные устройства применяют для изоляции систем привода машин и агрегатов, зоны обработки заготовок на станках, прессах, штампах, оголенных токоведущих частей, зон интенсивных излучений (тепловых, электромагнитных, ионизирующих), зон выделения вредных веществ, загрязняющих воздушную среду, и т.п. Ограждают также рабочие зоны, расположенные на высоте (леса и т.п.).

Конструктивные решения оградительных устройств весьма разнообразны. Они зависят от вида оборудования, расположения человека в рабочей зоне, специфики опасных и вредных факторов, сопровождающих технологический процесс. В соответствии с ГОСТ 12.4.125–83, классифицирующим средства защиты от механического травмирования, оградительные устройства подразделяют: по конструктивному исполнению – на кожухи, дверцы, щиты, козырьки, планки, барьеры и экраны; по способу изготовления – на сплошные, несплошные (перфорированные, сетчатые, решетчатые) и комбинированные; по способу установки – на стационарные и передвижные. Примерами полного стационарного ограждения служат ограждения распределительных устройств электрооборудования, корпуса электродвигателей, насосов и т.п.; частичного – ограждения фрез или рабочей зоны станка.

защита коллективный опасный оградительный

Конструкция и материал ограждающих устройств определяются особенностями оборудования и технологического процесса в целом. Ограждения выполняют в виде сварных и литых кожухов, решеток сеток на жестком каркасе, а также в виде жестких сплошных щитов (щитков экранов). Размеры ячеек в сетчатом и решетчатом ограждении определяются в соответствии с ГОСТ 12.2.062–81*. В качестве материала ограждений используют металлы, пластмассы, дерево. При необходимости наблюдения за рабочей зоной кроме сеток и решеток применяют сплошные оградительные устройства из прозрачных материалов (оргстекла, триплекса и т.д.)

Чтобы выдержать нагрузки от отлетающих при обработке частиц и случайные воздействия обслуживающего персонала, ограждения должны быть достаточно прочными и хорошо крепиться к фундаменту или частям машины. При расчете на прочность ограждений машин и агрегатов для обработки металлов и дерева необходимо учитывать возможность вылета и удара об ограждение обрабатываемых заготовок. Расчет ограждений ведется по специальным методикам .

По конструктивным особенностям оградительные устройства делятся на три типа: стационарные (съемные и несъемные), подвижные и полу подвижные.

Стационарные несъемные устройства устанавливают на границе опасной зоны постоянно действующего производственного фактора – работающих агрегатов, машин, механизмов, компьютеров.

Стационарные съемные оградительные устройства выполняют те же функции, однако в отличие от несъемных они имеют съемное крепление, меньшие массу и размеры. Это наиболее распространенный тип оградительных устройств.

Подвижные оградительные устройства используют для ограждения перемещающихся опасных производственных факторов. Разновидностью этих устройств являются временные незакрепленные и переносные оградительные устройства. Подвижные оградительные устройства имеют ручной или механический привод.

Полуподвижные оградительные устройства одной стороной жестко крепятся к неподвижной части агрегата, конструкции механизма, сооружения. Другая часть остается подвижной. При перемещении подвижной части происходит либо поворот оградительного устройства, либо складывание в гармошку, либо сокращение площади ограждения. Полуподвижные оградительные устройства применяют для ограждения перемещающихся опасных зон, а также опасных зон временных производственных факторов.

Оградительные устройства выполняются в виде различных сеток, решеток, экранов, кожухов и других, имеющий такие размеры и установленных таким образом, чтобы в любом случае исключить доступ человека в опасную зону.

При этом должны соблюдаться определенные требования, согласно которым:

Ограждения должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать удары частиц (стружки), возникающих при обработке деталей, а также случайное воздействие обслуживающего персонала, и надежно закрепленными;

Ограждения изготавливаются из металлов (как сплошных так и металлических сеток и решеток), пластмасс, дерева, прозрачных материалов (органическое стекло, триплекс и др.);

Все открытые вращающиеся и движущиеся части машин должны быть закрыты ограждениями;

Внутренняя поверхность ограждений должна быть окрашена в яркие цвета (ярко-красный, оранжевый), чтобы было заметно, если ограждение снято;

Запрещается работа со снятым или неисправным ограждением.

Предохранительные устройства – это устройства, которые предупреждают возникновение опасных производственных факторов при различных технологических процессах и работе оборудования путем нормализации параметров процесса или отключения оборудования. Другими словами – это устройство предназначенное для ликвидации опасного производственного фактора в источнике его возникновения. В соответствии с ГОСТ 12.4.125–83 предохранительные устройства по характеру действия бывают блокировочными и ограничительными.

Предохранительные устройства обеспечивают безопасный выпуск избытков газов, пара или жидкости и снижают давление в сосуде до безопасного; предупреждают выброс материалов; отключают оборудование при перегрузках и т.д.

Предохранительный элемент разрушается или не срабатывает при отклонении режима эксплуатации оборудования от нормального. Примером такого элемента могут служить плавкие электрические предохранители («пробки»), предназначенные для защиты электрической сети от больших токов, вызываемых короткими замыканиями и очень большими перегрузками. К этому типу устройств относятся также предохранительные клапаны и разрывные мембраны, устанавливаемые на сосуды, работающие под давлением, для предотвращения аварии; различные тормозные устройства, позволяющие быстро остановить движущиеся части оборудования; концевые выключатели и ограничители подъема, предохраняющие движущиеся механизмы от выхода за установленные пределы, и др.

Блокировочные устройства – срабатывающие при ошибочных действиях работающего. Исключают возможность проникновения человека в опасную зону или устраняют опасный фактор на время пребывания человека в опасной зоне.

По принципу действия различают механические, электрические, фотоэлектрические, радиационные, гидравлические, пневматические и комбинированные блокировочные устройства.

Механическая блокировка представляет собой систему, обеспечивающую связь между ограждением и тормозным (пусковым) устройством. При снятом ограждении агрегат невозможно растормозить, а следовательно, и пустить его в ход.

Электромеханические блокирующие устройства применяют, когда блокирующим элементом является концевой выключатель, соединенный с электромагнитом, – при замыкании цепи электромагнит включает рубильник. Такая конструкция универсальна и может быть использована в различных установках.

Электрическую блокировку применяют на электроустановках с напряжением от 500 В и выше, а также на различных видах технологического оборудования с электроприводом. Она обеспечивает включение оборудования только при наличии ограждения. Электрические блокирующие устройства чаще всего используют в электроустановках высокого напряжения, химических производствах при переработке ядовитых и токсических веществ, на установках и агрегатах с принудительной системой охлаждения.

Электромагнитную (радиочастотную) блокировку применяют для предотвращения попадания человека в опасную зону. Если это происходит, высокочастотный генератор подает импульс тока к электромагнитному усилителю и поляризованному реле. Контакты электромагнитного реле обесточивают схему магнитного пускателя, что обеспечивает электромагнитное торможение привода за десятые доли секунды. Аналогично работает магнитная блокировка, использующая постоянное магнитное поле.

Фотоэлектрическое блокирующее устройство состоит из источника света, концентрированный луч которого попадает на освещаемый элемент. В результате этого в цепи поддерживается электрический ток, который вызывает размыкание выходных контактов реле и удерживает их в таком положении, пока фотоэлемент освещен. Фотоэлектрические блокирующие устройства применяют для приостановки технологического процесса или работы оборудования при пересечении человеком границы опасной зоны.

Широко известно применение фотоэлектрических блокировочных устройств в конструкциях турникетов, установленных на входах станций метрополитена. Проход через турникет контролируется световыми лучами. При несанкционированной попытке прохода через турникет человека на станцию (не предъявлена магнитная карточка) он пересекает световой поток, падающий на фотоэлемент. Изменение светового потока дает сигнал на измерительно-командное устройство, которое приводит в действие механизмы, перекрывающие проход. При санкционированном проходе блокировочное устройство отключается.

Электронную (радиационную) блокировку применяют для защиты в опасных зонах на прессах, гильотинных ножницах и других видах технологического оборудования, применяемого в машиностроении. Преимуществом блокировки с радиационными датчиками является то, что они позволяют производить бесконтактный контроль, так как не связаны с контролируемой средой. В ряде случаев при работе с агрессивными или взрывоопасными средами в оборудовании, находящемся под большим давлением или имеющем высокую температуру, блокировка с применением радиационных датчиков является единственным средством для обеспечения требуемых условий безопасности.

Пневматическая схема блокировки широко применяется в агрегатах, где рабочие тела находятся под повышенным давлением: турбинах, компрессорах, воздуходувках и т.д. Ее основным преимуществом | является малая инерционность. На рис. приведена принципиальная схема пневматической блокировки. Аналогична по принципу действия [гидравлическая блокировка.

Ограничительные устройства – срабатывающие при нарушении параметров технологического процесса или режима работы производственного оборудования.

К слабым звеньям таких устройств относятся: срезные штифты и шпонки, соединяющие вал с маховиком, шестерней или шкивом; фрикционные муфты, не передающие движения при больших крутящих моментах; плавкие предохранители в электроустановках; разрывные мембраны в установках с повышенным давлением и т.п. Слабые звенья делятся на две основные группы: звенья с автоматическим восстановлением кинематической цепи после того, как контролируемый параметр пришел в норму (например, муфты трения), и звенья с восстановлением кинематической цепи путем замены слабого звена (например, штифты и шпонки). Срабатывание слабого звена приводит к останову машины на аварийных режимах.

Особую конструкцию представляют устройства, ограничивающие перемещение отдельных видов оборудования или грузов, такие конструкции применяются на оптовых базах, например, тупиковые ограничители перемещения электроштабелеров, мостовых кранов, ограничители массы и высоты подъема грузов.

Тормозные устройства – устройства, предназначенные для замедления или остановки производственного оборудования при возникновении опасного производственного фактора. Их подразделяют: по конструктивному исполнению – на колодочные, дисковые, конические и клиновые; по способу срабатывания – на ручные, автоматические и полуавтоматические; по принципу действия – на механические, электромагнитные, пневматические, гидравлические и комбинированные; по назначению – на рабочие, резервные, стояночные и экстренного торможения.

Сигнализирующие устройства предназначены дм информации персонала о работе машин и оборудования, для предупреждения об отклонениях технологических параметров от нормы или о непосредственной угрозе.

По способу представления информации различают звуковую, визуальную (световую) и комбинированную (светозвуковую) сигнализацию. В газовом хозяйстве используют одорационную (по запаху) сигнализацию об утечке газа, подмешивая к газу пахнущие вещества.

В зависимости от назначения все системы сигнализации принято делить на оперативную, предупредительную и опознавательную.

Оперативная сигнализация представляет информацию о протекании различных технологических процессов. Для этого используются различные измерительные приборы – амперметры, вольтметры, манометры, термометры и др.

Предупредительная сигнализация включается в случае возникновения опасности; в ее устройстве используют все перечисленные выше способы представления информации.

К предупредительной сигнализации относятся указатели и плакаты: «Не включать – работают люди», «Не входить», «Не открывать – высокое напряжение» и др.

Знаки безопасности установлены ГОСТ 12.4.026–76*. Они могут быть запрещающими, предупреждающими, предписывающими и указательными и отличаются друг от друга формой и цветом. В производственном оборудовании и в цехах применяют предупредительные знаки, представляющие собой желтый треугольник с черной полосой по периметру, внутри которого располагается какой-либо символ (черного цвета). Например, при электрической опасности – это молния, при опасности травмирования перемещаемым грузом – груз, при опасности скольжения – падающий человек, при прочих опасностях – восклицательный знак.

Запрещающий знак – круг красного цвета с белой каймой по периметру и черным изображением внутри. Предписывающие знаки представляют собой синий круг с белой каймой по периметру и белым изображением в центре, указательные – синий прямоугольник.

Опознавательная сигнализация служит для выделения наиболее опасных узлов и механизмов промышленного оборудования, а также зон. В красный цвет окрашивают сигнальные лампочки, предупреждающие об опасности, кнопку «стоп»», противопожарный инвентарь, токоведущие шины и др. В желтый – элементы строительных конструкций, которые могут являться причиной получения травм персоналом, внутризаводской транспорт, ограждения, устанавливаемые на границах опасных зон, и т. д. В зеленый цвет окрашивают сигнальные лампы, двери эвакуационных и запасных выходов, конвейеры, рольганги и другое оборудование. Кроме отличительной окраски используют и различные знаки безопасности, которые наносят на цистерны, контейнеры, электроустановки и другое оборудование.

Устройства дистанционного управления – устройства, предназначенные для управления технологическим процессом или производственным оборудованием за пределами опасной зоны. Системы дистанционного управления основаны на использовали телевизионных или телеметрических систем, а также визуального наблюдения с участков, удаленных на достаточное расстояние от опасных зон. Управление работой оборудования из безопасного места позволяет убрать персонал из труднодоступных зон и зон повышенной опасности. Чаще всего системы дистанционного управления используют при работе с радиоактивными, взрывоопасными, токсичными и легковоспламеняющимися веществами и материалами.

В ряде случаев применяют специальные средства защиты , к которым относятся двуручное включение машин, различные системы вентиляции, глушители шума, осветительные приборы, защитное заземление и ряд др.

В тех случаях, когда коллективные средства защиты работающих не предусмотрены или они не дают требуемого эффекта, прибегают к индивидуальным средствам защиты.

Размещено на Allbest.ru

Диаметр штифта, мм, предохранительной муфты, который обычно изготовляют из стали 45 или 65 Г,

где M р - расчетный момент, Н*м; R - расстояние между осевыми линиями передающих валов и штифта, м; τ ср - предел прочности на срез, МПа (для стали 45 и 65 Г в зависимости от вида термообработки при статической нагрузке τ ср = = 145...185 МПа; при пульсирующей нагрузке τ ср = 105...125 МПа; при симметричной знакопеременной нагрузке τ ср = 80...95 МПа); для расчетов рекомендуют принимать меньшие значения.

Обычно расчетный момент М р принимают на 10...20 % выше предельного допустимого момента M пp , т. е.

М р = (1,1...1,2)М пр.

где M р - расчетный вращающий момент, Н м; M пред - предельно допустимый вращающий момент, Н*м; а -угол наклона боковой поверхности кулачка (α = 25...35°); β -угол трения боковой поверхности кулачка (β = 3...5°); D - диаметр окружности точек приложения окружного усилия к кулачкам, м; d - диаметр вала, м; f 1 -коэффициент трения в шпоночном соединении подвижной втулки (f 1 = 0,1...0,15).

Во избежание превышения давления пара или газа используют предохранительные клапаны и мембраны. Предохранительные клапаны бывают по виду грузовыми (рычажными), пружинными и специальными; конструкции корпуса - открытые и закрытые; способу размещения - одинарные и двойные; высоте подъема - низкоподъемные и полноподъемные.

Рис. 7.3. Схемы предохранительных рычажных (о), пружинных (б) клапанов и мембран (в и г):

1 - натяжной винт; 2 - пружина; 3 - тарелка клапана

токсичных или взрывоопасных веществ, обычно устанавливают пружинные клапаны закрытого типа (рис. 7.3, б), сбрасывающие вещество в специальный, соединенный с аварийной емкостью трубопровод. Регулируют рычажный клапан на предельно допустимое значение по манометру путем изменения массы груза т или расстояния b от оси клапана до груза. Пружинный клапан регулируют с помощью натяжного винта 1 , изменяющего усилие прижатия тарелки клапана 3 пружиной 2. Основной недостаток предохранительных клапанов - их инерционность, т. е. обеспечение защитного действия только при постепенном нарастании давления в сосуде, на котором они установлены.

где Q - пропускная способность клапана, кг/ч; μ - коэффициент истечения (для круглых отверстий μ = 0,85); S K - площадь сечения клапана, см 2 ; р - давление под клапаном, Па; g = 9,81 см/с 2 - ускорение свободного падения; М - молекулярная масса газов или паров, проходящих через клапан; k = c p c v - отношение теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме (для водяного пара k= 1,3; для воздуха k = 1,4); Л -газовая постоянная, кДж/(кг*К), для водяного пара R = = 461,5 кДж/(кг*К); для воздуха R = 287 кДж/(кг*К); Т- абсолютная температура среды в защищаемом сосуде, К.

S K = Q /(216 p √ M / T ).

Число и суммарное сечение предохранительных клапанов находят из выражения

nd к h к = k к Q к /p к,

где п - число клапанов (на котлах паропроизводительностью ≤ 100 кг/ч допускается установка одного предохранительного клапана, при паропроизводительности котла более 100 кг/ч его снабжают не менее чем двумя предохранительными клапанами); d к - внутренний диаметр тарелки клапана, см (d к = 2,5...12,5 см); h к - высота подъема клапана, см; k к - коэффициент (для клапанов с малой высотой подъема при h к ≤ 0,05d к k к = 0,0075; для полноподъемных клапанов при 0,05d к < h к ≤ 0,25d к k к = = 0,015); Q к - производительность котла по пару при максимальной нагрузке, кг/ч; р к - абсолютное давление пара в котле, Па.

Q м =0,06S раб p пр √ M/T г,

где S раб - рабочее (проходное) сечение, см 2 ; р пр - абсолютное давление перед предохранительным устройством, Па; Т г - абсолютная температура газов или паров, К.

Необходимая толщина рабочей части ломающейся мембраны, мм,

Рис. 7.4. Схема работы водяного затвора низкого давления:
а - при нормальной работе: б- при обратном ударе; 1-запорный клапан; 2- газоотводящая трубка; 3 - воронка; 4- предохранительная трубка; 5- корпус; 6- контрольный клапан

b = p p d пл k оп (4[σ cp ]),

где p р -давление, при котором должна разрушиться пластинка, Па; d m - рабочий диаметр пластины, см; k on - масштабный коэффициент, определяемый опытным путем (при d/b - 0,32 k - = 10... 15); [σ ср ] - временное сопротивление срезу, МПа.

Толщина мембран, изготавливаемых из хрупких материалов,

b = 1,1r пл √p p /[σ из ]

где r пл - радиус пластины, см; [σ из ] - предел прочности материала пластины на изгиб, Па.

Для защиты электроустановок от чрезмерного повышения силы тока, которое может вызвать короткое замыкание, пожар и поражение человека, служат автоматические отключатели и предохранители.

Тормозные устройства

Тормозные устройства предназначены для удержания движущихся частей, поднятого груза; снижения скорости движения и останова машин, механизмов, спуска груза; поглощения энергии поступательно движущихся или вращающихся масс оборудования, машин, механизмов и груза.

По конструктивному исполнению тормозные устройства могут быть колодочными, ленточными, дисковыми и коническими; по схеме включения - открытого (торможение происходит от усилия, прилагаемого к рукоятке или педали), замкнутого (рабочие органы постоянно прижимаются специальным грузом, сжатой пружиной или поднимаемым грузом) типов и автоматические (включаются в работу без участия человека); по виду привода - механическими, электромагнитными, пневматическими, гидравлическими и комбинированными; по назначению - рабочими, резервными, стояночными и экстренного торможения.

При определении тормозного момента для повышения производительности машин необходимо стремиться к наибольшим допустимым замедлениям.

На машинах, приводимых в действие двигателями внутреннего сгорания, чаще всего применяют управляемые тормоза замкнутого типа с надежным стопорным устройством, а на грузо подъемных механизмах - автоматические тормоза замкнутого типа.

Тормоза надежнее устанавливать непосредственно на рабочем органе (барабане, колесе и т. п.), но конструкция тормоза в этом случае получается громоздкой. Для обеспечения компактности и разгрузки механизма от инерционных сил принято устанавливать тормоза на приводном валу, кинематически жестко связанном с валом рабочего органа.

Колодочные тормоза просты и надежны в работе, но сравнительно громоздки. Одноколодочные тормоза применяют в механизмах с ручным приводом, двухколодочные - для торможения валов, вращающихся в разных направлениях (тормозной вал при этом не испытывает поперечной нагрузки).

Ленточные тормоза применяют в сельскохозяйственных машинах, гусеничных тракторах, подъемных механизмах и т. п. Рабочими органами таких тормозов служат стальная лента, иногда обшитая фрикционным материалом, и шкив.

Дисковый тормоз представляет собой систему фрикционных дисков, из которых одни вращаются, а другие неподвижны или стопорятся при вращении в одну из сторон. В многодисковых тормозах при одном и том же осевом усилии можно получить большой тормозной момент.

Конический тормоз воспринимает тормозной момент корпусом с внутренней конической поверхностью, свободно посаженным на валу и вращающимся при подъеме груза. Для стопорения корпуса при обратном вращении (спуск) служит храповой механизм.

Управление тормозами вручную, а также с помощью гидравлических и пневматических устройств применяют в машинах, приводимых в движение от двигателя внутреннего сгорания, в кранах и сельскохозяйственных машинах, а управление с помощью электромагнита - в промышленных подъемно-транспортных механизмах.

Кроме рассмотренных ранее тормозных устройств используют реверсирование и электрическое торможение электродвигателей. Для реверсирования асинхронных электродвигателей служит реверсивный магнитный пускатель, контакторы которого сблокированы для предотвращения одновременного включения и, следовательно, короткого замыкания. Динамическое торможение асинхронных электродвигателей обычно применяют для точного останова нереверсированного электродвигателя.

Торможение противовключением возможно в схемах реверсивного и нереверсивного управления короткозамкнутыми асинхронными электродвигателями. Однако оно связано с повышенными потерями и нагревом, поэтому для нереверсивных асинхронных электродвигателей чаще всего применяют динамическое торможение, а для реверсивных - торможение противовключением.

Блокировочные устройства

Блокировкой называют совокупность методов и средств, обеспечивающих фиксацию частей машин или элементов электрических схем в определенном состоянии, которое сохраняется независимо от наличия или прекращения воздействия.

Ограждения, предохранительные, тормозные устройства и сигнализация не всегда обеспечивают требуемый уровень защиты работающего. Поэтому применяют блокировочные устройства, которые либо препятствуют неправильным действиям персонала (например, попытке оператора включить оборудование при снятом ограждении), либо предотвращают развитие аварийной ситуации, отключая определенные участки технологической системы или вводя в действие специальные сбрасывающие устройства.

По принципу действия блокировочные устройства подразделяют на механические, электрические, фотоэлектрические, электронные, электромагнитные, пневматические, гидравлические, оптические, радиационные и комбинированные, а по исполнению - на открытые, закрытые и взрывозащищенные. Их выбор зависит от особенностей окружающей среды.

Механические устройства связывают с помощью конструктивных элементов ограждения с тормозным или пусковым устройством или с тормозным и пусковым устройствами вместе. Однако из-за сложности конструкции и изготовления такие устройства не нашли широкого распространения.

Наиболее распространены электрические устройства. Основные элементы: преобразователь контролируемой величины в выходной сигнал, удобный для передачи и дальнейшей обработки; измерительно-командное устройство, определяющее величину и характер сигнала и выдающее команду на ликвидацию опасного режима; исполнительный механизм. Примером может служить блокировочное устройство заточного станка с контактами, выключающими электродвигатель при поднятии защитного экрана. При его опускании контакты замыкаются, включая станок. Электрическим блокировочным устройством, препятствующим пуску двигателя при включенной передаче, оснащают тракторы с пусковыми двигателями. Если рычаг коробки передач не установлен в нейтральное положение, то контактный прерыватель размыкает цепь питания первичной обмотки магнето, не давая возможности пустить пусковой двигатель.

Фотоэлектрические устройства срабатывают при пересечении светового луча, направленного на фотоэлемент. При изменении светового потока, падающего на фотоэлемент, в электрической цепи изменяется ток, который подается на измерительно-командное устройство, дающее, в свою очередь, импульс на включение исполнительного механизма защиты. Особенно эффективны блокирующие устройства, запирающие педаль или рукоятку пресса, пока руки рабочего находятся в опасной зоне. Благодаря компактности, отсутствию мешающих работе или ограничивающих рабочую зону элементов такие устройства применяют в прессах, штампах, гильотинных ножницах и др.; с их помощью устраивают ограждения опасных зон большой протяженности (до нескольких десятков метров) без механических узлов и конструкций.

Пневматические и гидравлические устройства применяют на агрегатах, где рабочие тела находятся под повышенным давлением: в насосах, компрессорах, турбинах и т. п. Основное преимущество таких устройств - их малая инертность. При возникновении аварийной ситуации в машинах с гидро- или пневмоприводом сопутствующий этому процессу поток жидкости или газа, воздействуя на специальный рычаг, перекрывает клапаны питающей среды.

Существуют блокировочные устройства, принцип работы которых основан на использовании ионизирующих свойств радиоактивных веществ. Источник слабого излучения в виде браслета надевают на руку работающего. При приближении руки к опасной зоне излучение улавливается и преобразуется в электрический ток. Ток подается на тиратронную лампу. Последняя передает импульс на реле, размыкающее цепь магнитного пускателя. Оборудование, которым управляет этот пускатель, останавливается.

СИГНАЛИЗАЦИЯ И ЕЕ ВИДЫ

Сигнализация безопасности - это средство предупреждения работающих о приближающейся или возникшей опасности. Системы сигнализации включают в себя специальные автоматические устройства, отключающие машину или установку в случае, если поданный сигнал не повлечет за собой выполнения в установленный отрезок времени определенных действий оператора по выводу оборудования на нормальный режим функционирования или приведению факторов окружающей среды к нормативным значениям. Сигнализирующие устройства служат для контроля давления, высоты, расстояния, вылета стрелы крана, температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, содержания в нем вредных веществ, уровня звукового давления, частоты вращения, параметров колебаний и т-, д.

По устройству сигнализации подразделяют на внешнюю (габаритные огни, стоп-сигналы, указатели поворота, фонари заднего хода и т. п.) и внутреннюю (контрольные лампы давления масла в двигателе, заряда аккумуляторной батареи, включения дальнего света фар, открытия дверей и т. д.; спидометр, тахометр, манометр давления воздуха в системе пневматических тормозов и др.); по принципу действия - на звуковую (сирены, свистки, зуммеры, звонки, мелодии, гудки), визуальную (световую, цветовую, знаки, надписи), одоризационную (осуществляемую с помощью специальных датчиков, улавливающих изменение запахов) и комбинированную; по характеру передачи сигнала - на непрерывную и пульсирующую; по назначению - на информационную, предупредительную, аварийную и ответную; по способу срабатывания - на автоматическую и полуавтоматическую.

Наиболее распространены световая и звуковая сигнализации. Световую сигнализацию применяют в качестве одного из основных средств обеспечения безопасности на механических транспортных средствах. Она служит для предупреждения водителей и пешеходов о маневрах, совершаемых тем или иным автомобилем, трактором или другими мобильными машинами. В электроустановках световая сигнализация оповещает о наличии или отсутствии напряжения, штатном режиме автоматических линий.

Звуковыми сигналами снабжают подъемно-транспортные установки; агрегаты, обслуживаемые группой работающих; сложные сельскохозяйственные машины с большим числом рабочих параметров, одновременно контролируемых оператором, и др. Например, звуковой сигнал автоматически включается на зерноуборочных комбайнах при забивании барабана молотилки или шнека. При обслуживании агрегата несколькими рабочими сигнал подается при его включении для предупреждения о принятии ими соответствующих мер безопасности. Звуковую сигнализацию применяют для оповещения работающих о достижении предельно допустимого уровня жидкости в каком-либо резервуаре, предельных температур и давления в различных установках, а также о превышении предельно допустимых концентраций или уровней вредных производственных факторов.

Внешние запоминающие устройства ЭВМ. Назначение и типы

Вопрос 34. Абсолютная монархия, как форма государственного устройства.

По существующим требованиям безопасности ни одна машина, станок или оборудование не могут считаться пригодными для выполнения работ, если они не имеют предохранительных защитных устройств на случай аварийных режимов. В основу предохранительных устройств положен принцип отключения оборудования при выходе контролируемого параметра (давление, температура, усилие, перемещение и т.д.) за допустимые пределы.

Принципиальные решения и конструктивное оформление предохранительных устройств разнообразны и зависят от особенностей данного оборудования и технологического процесса.

В зависимости от природы возникновения опасного производственного фактора все предохранительные устройства можно подразделить на четыре группы:

Предохранители от механических перегрузок;

Предохранители от перемещения частей машины за установленные габариты;

Предохранители от превышения давления и температуры;

Предохранители от увеличения силы электрического тока свыше допустимых пределов.

Для защиты от механических перегрузок и предотвращения, связанных с этим аварий, используют муфты, ограничители грузоподъемности, регуляторы частоты вращения, срезаемые штифты и шпильки. В сельскохозяйственных машинах широко распространены фрикционные муфты, в которых давление между поверхностями трения создается пружинами, отрегулированными на передачу предельного момента. Муфта срабатывает при перегрузках рабочего органа. Грузоподъемные механизмы снабжают ограничителями грузоподъемности, что исключает опасную перегрузку во время подъема и перемещения груза.

Простейший тип грузового рычажного ограничителя показан на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Схема работы грузового рычажного ограничителя грузоподъемности

При перегрузках крана усилие Р от нажатия ветвей грузового каната 1 превысит величину уравновешивающего момента от груза 4. Рычаг 3 повернется, а его правый конец нажмет на рычаг конечного выключателя 5 и разомкнет цепь управления электродвигателя. Момент срабатывания регулируют передвижением груза G по рычагу. Механизм срабатывает, если будет соблюдаться условие:

Если шкивы и шестерни фиксируются на приводном валу с помощью предохранительных штифтов или шпилек, то при превышении допустимых нагрузок они срезаются и шкив (шестерня) вращается на валу вхолостую. Для возобновления работы механизма необходимо заменить срезанную шпильку (штифт).

Регуляторы частоты вращения работают по принципу автоматического ограничения подачи топлива в цилиндр двигателя и предотвращают опасное нарастание оборотов при неисправностях топливоподающих устройств в двигателях внутреннего сгорания.

Для защиты от перехода движущихся частей машины за установленные пределы и предотвращения, связанных с этим поломок машин, используют концевые выключатели (ограничители хода), остановы, захваты и упоры. Концевые выключатели широко применяют в грузоподъемных механизмах для ограничения пути движения груза как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, на металлорежущих станках – для выключения движения суппорта, для изменения направления движения рабочего органа и т.д.

Для предупреждения аварий (взрывов) механизмы, работающие под давлением пара, газа или жидкости выше атмосферного, снабжают предохранительными устройствами в виде клапанов и мембран. Все паровые котлы, гидравлические и пневматические системы снабжают предохранительными клапанами, которые при превышении давления сверх установленных норм открываются и тем самым сбрасывают избыточное давление пара, жидкости или газа (воздуха).

Конструкции клапанов различны, но назначение у них одно – предупредить аварию и не допустить несчастный случай с обслуживающим персоналом.

Если пренебречь массами рычагов клапанов, то условие, при котором рычажный клапан начнет открываться, будет иметь вид:

(3.7)

а для пружинного клапана:

(3.8)

где a – коэффициент расхода пара через клапан; Н – предельное рабочее давление в сосуде, Па; G – масса подвижного груза, кг; Т – усилие пружины, Н; , – плечи рычага, м; d – диаметр отверстия, м.

Предохранительные клапаны могут эффективно защищать оборудование только при условии, что давление будет нарастать сравнительно медленно, не потребуется большей степени герметичности и не будет коррозионного воздействия среды. В условиях, когда работоспособность предохранительного клапана недостаточна, применяют предохранительные мембраны. На изготовление мембраны идет тонкая металлическая пластина, толщина которой должна быть такой, чтобы при давлении свыше допустимых пределов произошел ее разрыв и разрывная волна вышла в атмосферу.

Предохранительные устройства такой конструкции установлены на некоторых моделях пенных огнетушителей. Для котельных установок мембрану изготовляют из листового асбеста. Конструкция и размеры мембраны должны быть такими, чтобы после ее разрыва была исключена возможность дальнейшего повышения давления в сосуде.

На рисунке 3.5 изображена схема работы предохранительного водяного затвора низкого давления, устанавливаемого на ацетиленовых генераторах для предотвращения их взрыва. При обратном ударе взрывчатая смесь попадает в затвор, при этом часть воды вытесняется по газоотводной трубке 4. Когда обнаружится конец трубки 5, газ начнет выходить в атмосферу. После того как избыток газа выйдет по трубке 5 и давление упадет, затвор начнет нормально работать.

Большую опасность представляет появление электрического тока на частях оборудования, которые при нормальных режимах не находятся под напряжением. Для предотвращения нарастания тока до опасных величин на частях оборудования применяют плавкие предохранители. При достижении силы тока сверх установленных пределов предохранитель расплавляется и прерывает электрическую цепь. На более ответственных установках для защиты применяют автоматические отключатели.

Рисунок 3.5 – Схема работы водяного затвора низкого перепада давления: а) при нормальной работе; б) при обратном ударе; 1 – корпус; 2 – воронка; 3 – запорный клапан; 4 – газоотводящая трубка; 5 – предохранительная трубка; 6 – контрольный клапан