ДИПЛОМ / Раздел ДП Безопасность и охрана труда, Методические указхапния и примеры расчета / ПРимеры выполнения расчетов по ОТ

дамент

Nф N / / 0 2 1 =291760/[(314/44,2)2 -1] = 5906 Н.

Исходя из известного опыта проектирования фундаментов под машины с динамическими нагрузками конструктивно принимаем площадь Fф и высоту фундамента так, чтобы вес фундамента примерно в 2 раза был больше общего веса виброплощадки:

QФ = 140000 Н; Fф = 6,40x1,80=11,52 м2.

Масса фундамента

mф = Qф/g = 140000/9,80 = 14200 Н· /м = 142 кг.

Рассчитываем коэффициент жесткости естественного основания при ранее выбранном грунте – суглинке средней пористости с допускаемым нормативным давлением R =3x105 Па, сz = 50x106 H/M3 (см. табл. 7.8, 7.9)

Кz = Fфсz = 11,52x50 x106 = 576x 106 Н/м

Определяем круговую частоту						собственных вертикальных колебаний
фундамента
								201c 1
ф		Kz				576000000
						14200
		mф

Рассчитываем амплитуду перемещения фундамента под действием динамической силы

aф N / Kz / ф 2 1 = 5906/5760000[(314/201)2 -1] = 0,0007см = 0,007мм.

Вывод. При работе виброплощадки амплитуда виброперемещения фундамента не превышает допускаемой величины 0,007 < адоп = 0,009 мм (см. ГОСТ

12.1.012).

7.7. Вибропоглощение

Вибропоглощение достигается покрытием вибрирующих частей оборудования и машин специальными демпфирующими материалами, имеющими высокое внутреннее трение, в результате уменьшаются амплитуды колебаний по пути их распространения и в местах непосредственного излучения. Эффективное действие вибропоглощающих покрытий наблюдается на резонансных частотах несущей конструкции [17].

Вибропоглощающие покрытия подразделяют на жесткие и мягкие, отличающиеся коэффициентом вибропоглощения (табл. 7.11).

197

Таблица 7.10 – Значения коэффициента вибропоглощения материала

Материал	Коэффициент	Материал	Коэффициент
Линолеум	0,3	Пенопласт ПВХ-Э	0,85
Пластик-378	0,45	Волосяной войлок	0,23
Мастика	0,44	Поролон	0,22
Пластик ШВИМ-18	0,6	Губчатая резина	0,15
Мастика 272-50	0,15	Дуб	0,3

Жесткие покрытия – это твердые пластмассы (часто с наполнителями), выполненные в виде однослойных, двухслойных и многослойных конструкций, последние более эффективны, чем однослойные.

Иногда твердые вибропоглощающие материалы применяют в виде многокомпонентных систем (компаундов), состоящих из полимеров, пластификатов, наполнителей; каждый компонент придает поглощающему слою определенные свойства (табл. 7.10).

Таблица 7.11 – Характеристика вибропоглощающих материалов

Вибропоглощающий материал	Характеристика вибропоглощающих материалов
	плотность,	модуль упруго-	коэффициент
	кг/м3	сти, Н/м2	потерь
Асбокартон	1·103	5,8·108	0,065
Герметик ВТУ	1·103	1·108	0,023
Фетр, пропитанный битумом	-	2,5·108	1;0
Агат (листовой)	-	10·108	0,33
«Антивибрит-2»		30·108	0,44
«Антивибрит-3»	-	36·108	0,23
ВД-17-58	1,9 103	6·108	0,44
ВД-17-59	1,8·103	8,2·108	0,30
ВД-17-63	1,7·103	3,9·108	0,23
«Швим-18» с наполнителем из свинцово-	-	6·107	0,39
го сурика
«Швим-19» с наполнителем из железного	-	8·107	0,54
сурика
Резина 1002	750	1·10-7	0,6

Многослойные покрытия чаще крепятся клеем к металлическим частям машин; однослойные покрытия обычно наносятся методом пульверизации.

Мягкие покрытия – это мягкие резины и пластмассы, битуминизированный войлок, мастики и др. При демпфировании .уменьшение амплитуды вибрации деталей оборудования достигается применением покрытия упруговязкими мастиками вибрирующих металлических поверхностей машин (рис. 7.12). Действие покрытий основано на ослаблении вибраций' путем перевода колебательной энергии в тепловую при деформациях покрытий.

198

Рис. 7.12. Шпиндельный узел станка с вибродемпфирующей втулкой

Наибольшее распространение получили мастики типа ВД-17-63, рекомендуемые для нанесения на корпуса вентиляторов, воздуховоды, кожухи и др. При этом уровень виброскорости снижается примерно на 5...8 дБ. Демпфирующие свойства мастик улучшаются, если их применять в слоистых конструкциях, т. е. чередуя слои мастики с такими материалами, как, например, фольга.

Действие вибропоглощающих покрытий удовлетворительно при условии, если протяженность поглощающего слоя равна нескольким длинам волн колебаний изгиба. При малой протяженности облицовки по сравнению с длиной ояны изгиба колебания не ослабляются покрытием [33].

Эффективность вибропоглощающего покрытия Lп оценивают по форму-

ле

Ln 20lg 2 / 1

(7.31)

где 2 / 1 – коэффициенты вибропоглощения (табл. 7.10).

Задачи

1 Виброскорость на рабочем месте оператора 7 мм/с. Коэффициент передачи вибрации Кп=1/9 Общий вес виброизолируемой установки 1700 Н. Рассчитать виброизоляцию, подобрав обосновав недостающие параметры.

2 Рассчитать виброизоляционные опоры для вибросмесителя общей массой 1000 кг. Частота оборотов ротора вибратора 1440 об/мин. Частота силы, вынуждающей вибрировать центр массы смесителя, f0 = n/60 = 1440/60 = 24 Гц. Для виброизоляции применить виброопорыОВ 33-15.

3 Расчитать виброизоляцию центробежного вентилятора с частотой вращения 250 об/мин. Масса вентилятора 70 кг. Для виброизоляции применить комбинированные виброзоляторы - пружины и резиновые прокладки.

4 Рассчитать виброизоляцию вакуумной установки УВУ-60, применив ре-

199

зиновые виброизоляционные прокладки, марка резины 2959. Масса агрегата 130 кг. Габариты 630x640x520 мм, частота вращения ротора 23,7 с-1.

5Рассчитать виброизоляцию для смесителя-дробилки ДИС-1М, если известны частота вращения ротора 2320 мин-1, масса дробилки 796 кг, габаритные размеры 1900x1070x1526 мм. Для виброизоляции применить резиновые прокладки. Марка резины 2566.

6Рассчитать виброизоляцию сиденья. Собственная частота колебаний сиденья должна быть не более 1,5 Гц,

7Определить фактическое значение виброскорости и виброускоорения, если уровень виброскорости и виброускорёния равен 105 дБ.

8Рассчитать виброизоляцию дизельной установки весом 14 т, мощностью 260 л. с, со скоростью вращения вала 500 об/мин. Машина установлена на шести мягких резиновых прокладках.

Раздел 3. Безопасность технических систем

Глава 8. Основы электробезопасности

8.1. Общие сведения

Электробезопасность – это система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного электрического тока и статистического электричества.

Проходя через организм человека (рис. 8.1), электрический ток оказывает механическое (разрыв тканей, сосудов), термическое (нагрев тканей, ожоги), электролитическое (разложение жидкостей, нарушение их физико-химического состава) и биологическое действие (судороги, паралич).

200

Рис. 8.1. Действие электрического тока на человека [28]

Одним из главных факторов, влияющих на исход поражения электрическим током, является величина тока через человека. Чем больше ток, тем опаснее его действие. Длительность протекания тока через тело человека также влияет на исход поражения, так как со временем резко возрастает ток за счет уменьшения сопротивления тела.

Поражения электрическим током возникают при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует искрение. Анализ опасности такого прикосновения сводится к определению значения I (А) в цепи тела человека, зависящей от схемы его включения в сеть, схемы сети, режима работы, качества изоляции токоведущих частей и условий эксплуатации электроустановки [27].

Основные схемы включения человека в цепь тока: однофазное (однополюсное), когда человек имеет электрическую связь с землей и касается одной фазы электроустановки; двухфазное (двухполюсное), когда человек касается двух неизолированных фаз (полюсов) электроустановки; прикосновение к нетоковедущим частям электроустановки, оказавшихся под напряжением в результате повреждения изоляции (равноценно однофазному включению); включение между двумя точками земли в поле растекания тока, находящимися под разными потенциалами (включение под напряжением шага). В АПК в основном применяются трехфазные сети четырех проводные с глухозаземленной нейтралью.

Нейтраль (нейтральная точка обмотки источника или лотребителя энергии) – это точка, напряжение которой относительно всех внешних выводов обмотки одинаково по абсолютному значению. Сети с изолированной нейтралью

201

целесообразно применять в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов, а емкость сета относительно земли незначительна. К ним относятся малоразветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором персонала. Сеть с заземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивной среды и пр.), когда нельзя быстро найти или устранить повреждение изоля-

достигают больших значений, опасных для человека [27].

Наибольшее число электротравм связано с однофазным включением, при котором на протекающий через человека ток влияют режим нейтрали сети, качество изоляции проводов сети, ее протяженности и ряд других параметров.

8.2. Расчет тока через человека при однофазном включении в сеть

При прикосновении к одной фазе в трехпроводной сети с изолированной нейтралью сила тока (рис. 8.2), протекающего через человека, будет определяться величиной действующего на него напряжения, сопротивления изоляции проводов (rиз) которая в соответствии с ПУЭ не должна быть менее 0,5 МОм, а также электрическим сопротивлением цепи человека (Rч), состоящих из последовательно соединенных сопротивлений тела человека (rт.ч.), обуви (rоб) и опорной поверхности ног (rn) или пола [8]

Iч	Uф				(8.1)
	R		rиз
	ч	3

где Uф – фазное напряжение, В (в сетях 380/220В Uф = 220В); Rч – сопротивлением цепи человека, Ом (Rч = rm.ч + ro6 + rn); rт.ч – сопротивление изоляции проводов, Ом.

Рис. 8.2. Однофазное включение в сеть с изолированной нейтралью

Для определения последствий включения в цепь тока расчетное значение тока человека необходимо сравнить с пороговыми значениями (табл. 8.1).

Таблица 8.1 – Ориентировочные пороговые значения электрического тока

Термин

Определение

Величина тока,

202

Порог ощущения	Электрический ток, вызывающий при прохож-	0,5 – 1,5
	дении через организм ощутимые раздражения
Неотпускающий ток	Электрический ток, вызывающий при прохож-	10-15
	дении через человека непреодолимые судорож-
	ные сокращения мышц руки, которой зажат
	проводник
Фибрилляционный	Электрический ток, вызывающий при прохож-	50-80
ток	дении через организм человека фибрилляцию
	сердца (судорожные сокращения сердца)
Смертельный ток	Электрический ток, вызывающий при прохож-	100 и более
	дении через организм человека смерть

Пример 8.1. Определить силу тока, проходящего через человека, при неблагоприятной и благоприятной ситуациях в случаях однофазного включения в трехпроводную трехфазную сеть напряжением Uл = 380 В с изолированной нейтралью (рис. 8.2).

а) Неблагоприятные условия: человек прикоснулся к одной фазе, стоит на токопроводящем железобетонном полу, обувь сырая. Сопротивления: тела человека rт.ч= 1000 Ом , обуви rоб = 0 Ом, опорной поверхности ног (сопротивление пола) rn = 0 Ом, изоляции rиз= 70000 Oм.

б) Благоприятные условия: человек стоит на нетокопроводящем полу, покрытом линолеумом (r n = 1500000 Ом),

Решение. Определим ток через человека (мА) по формуле (8.1) для неблагоприятных условий

Iч	Uф					220			0,009	А 9мА
	R		rиз			1000	70000
	ч	3				3

Определим ток через человека (мА) для благоприятных условий

Iч	Uф					220			0,0001А 0,1мА
	R		rиз			1000	70000
	ч	3				3

Выводы. Сравниваем полученные значения тока через человека с пороговыми значениями тока (табл. 8.1): в первом случае (при неблагоприятных условиях) ток близок к порогу неотпускающего тока и представляет опасность; во втором случае (при благоприятных условиях) ток, проходящий через человека, не представляет опасности.

При однофазном включении человека в четырехпроводную сеть с глухозаземлеиной нейтралью (рис. 8.3) проходящий через него ток определяется величиной фазного напряжения установки (Uф), электрическим сопротивлением цепи человека (Rч) и сопротивлением заземления нейтрали (Ro) источника тока

[40]

	I			Uф				Uф			(8.2)
		ч		R R	0		r	r	r R	0
				ч			m.ч	об	n
							203

где Rч – сопротивление цепи человека, Ом;

Ro – сопротивлением заземления нейтрали, Ом.

Так как Rч >>R0, то в формуле (8.2) R0 можно не учитывать.

Рис. 8.3. Однофазное включение в сеть с глухозаземленной нейтралью

Пример 8.2. Определить силу тока, проходящего через человека, при однофазном включении в трехфазную четырехпроводную электрическую сеть напряжением Uл = 380 В с заземленной нейтралью.

а) Неблагоприятные условия: человек стоит на токопроводящем железобетонном полу в сырой обуви. Сопротивление тела человека rm.ч =1000 Ом; пола rn = 0, обуви r0б= 0; заземление нейтрали R0=4 Ом (допускаем Ro = 0 ввиду незначительной величины по сравнению с сопротивлением тела человека).

б) Благоприятные условия: человек находится на сухом паркетном полу rn = 30000 Ом, обувь нетокопроводящая сухая (резиновая подошва) rоб = 500000

Ом.

Решение. Определяем по формуле (8.2) ток через человека (мА) для неблагоприятных условий

Iч		Uф					220	0,22A 220мА
	r	r	r	R	0		1000 0 0
	m.ч	об	n

Определяем ток через человека (мА) для благоприятных условий

Iч		Uф					220	0,4мА
	r	r	r	R	0		1000 30000 50000
	m.ч	об	n

Вывод. Сравнивая полученный результат с пороговыми значениями тока (таблица 8.1) заключаем, что в первом случае ток является опасным для жизни (порог смертельного тока 100 мА); а во втором случае ток является безопасной для человека.

8.3. Расчет тока через человека при двухфазное включение в сеть

Наибольшую опасность представляет двухфазное включение (рис. 8.4), так как в этом случае человек оказывается под рабочим напряжением сети и про-

204

	ходящий через него ток будет равен (А)
	Iч=	Uл		(8.3)
		r
		m.ч

где Uл – линейное напряжение сети, В; rт.ч – сопротивление тела человека, Ом.

Рис. 8.4. Двухфазное включение человека в трехфазную сеть

Из сопоставления формул для расчета силы тока при одно- и двухфазном включении видно, что в последнем случае величина тока, действующего на человека, значительно выше, чем в первом, так как числитель в формуле для двухфазного включения возрастает, а знаменатель резко уменьшается, потому посещения изоляции обуви и пола не оказывают защитного действия.

Пример 8.3. Определить силу тока, проходящего через человека при двухфазном включении трехфазную электрическую сеть напряжением Uл = 380 В.

Определяем ток через человека по формуле (8.3)

Iч=	Uл			380		0,38А 380мА
			1000
	r				ч
	m.ч

Вывод. Величина такого тока является смертельно опасной для человека.

8.4.Расчет тока через человека при включении в сеть

ваварийном режиме

При аварийных режимах сети, например, когда одна из фаз замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление rзм, величина тока, проходящего через человека при однофазном включении в сеть с изолированной нейтралью (рис. 8.5, а), будет равна

Iч	Uл		(8.4)
	R	r
	ч	зм

а в сеть с заземленной нейтралью (рис. 8.5, б)

205

	I	ч		Uч	(8.5)
				R
				ч

где Uч – напряжение, под которым оказывается человек, подключившийся справному фазному проводу аварийной трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, В.

а – сеть с изолированной нейтралью; б – сеть с глухозаземленной нейтралью

Рис. 8.5. Однофазное включение человека в сеть при аварийном режиме

Анализ формул позволяет сделать вывод, что включение человека в аварийную сеть более опасно, чем работающую в нормальном режиме.

8.5. Расчет тока через человека при включении под напряжение шага

При эксплуатации электрических сетей и электроустановок возможно случайное электрическое соединение токовёдущёй части непосредственно с землей токоведущими проводящими конструкциями или предметами, не изолированными от земли, называемое электрическим замыканием сопровождается протеканием через нее тока. Земля становится участком электрической цепи, в зоне растекания тока, на которой из-за сопротивления земли падает напряжение и появляется разность потенциалов между отдельными точками ее поверхности.

Характер растекания тока в зоне из-за разных электрических свойств грунта описывается сложной зависимостью.

В однородном грунте от одиночного полусферического заземлителя (рис. 8.6) падение напряжения на поверхности земли в зоне растекания тока гиперболическому закону. При этом падение напряжения на расстоянии 1 м от заземлителя составляет 68 %, на расстоянии 10 м – 92 %, а на расстоянии 20 м потенциалы точек практически могут быть приняты равными нулю.

Шаговое напряжение представляет собой разность потенциалов между двумя точками в зоне растекания тока, находящимися на расстоянии шага 0,8 м [16].

206