sbornik2011.pdf (страница 353) Скоромолов И.О

исследований и прикладных работ ведущих отечественных ученых по проблемам водоснабжения; анализом и обобщением действующих законодательно-нормативных и правовых документов, регулирующих вопросы проектирования и расчета внутренних систем водоснабжения, а также вопросы учета и оплаты энергоресурсов в жилых зданиях.

Литература

1.СНиП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий. /Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2000. – 60 с.

2.Федеральный закон от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» Собрание законодательства Российской Федерации, 04.01.2010, № 1, ст. 5.

П.Е. Карпов, И.И. Усольцева

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВЯЗКОСТНОЙ МУФТЫ

И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЕЕ ИСПЫТАНИЯ НА ОСНОВЕ FMEA

АНАЛИЗА

Научный руководитель: И.И. Усольцева, к.т.н., доцент

Самарский государственный технический университет, г. Самара [e-mail]

Современные инновационные предприятия со стабильным положением на рынке для повышения конкурентоспособности постоянно стремятся повышать уровень качества выпускаемой продукции. Такой прирост обеспечивается применением различных подходов и методов, направленных на совершенствование продукции и процессов (в том числе повышение качества и снижение затрат) за счет принятия своевременных управленческих решений.

Одним из таких методов является анализ видов и последствий потенциальных отказов (Failure Modes and Effects Analysis – FMEA). Метод используется для выявления потенциальных дефектов и причин их возникновения, позволяющий выработать действия по устранению этих причин. Основной целью метода является предупреждение и ослабление влияния потенциальных дефектов (отказов) продукции. Наиболее целесообразно применение FMEA при разработке или модернизации продукции и технологических процессов ее изготовления [1].

В работе проведен FMEA конструкции муфты привода вентилятора, выпускаемой для автомобилей семейства УАЗ, и оборудования для ее испытания с целью их совершенствования.

Основная причина, вызывающая необходимость такого анализа, связана с большим количеством муфт, требующих доработки после

60

окончательной сборки, что приводит к увеличению объема приемосдаточных испытаний и удорожанию муфты. Причем, по мере увеличения серийности выпускаемых муфт изменялась конструкция испытательного стенда. В настоящее время испытания проводятся на четырех стендах, конструкция которых имеет различия и далека до совершенства.

FMEA проводился командой, включавшей специалистов различных направлений. Перед командой поставлена задача: выявить наиболее значимые причины возникновения дефектов и разработать рекомендации, направленные на устранение слабых мест. На этапе сбора и подготовки исходной информации были разработаны структурные блок-схемы муфты, механической и измерительной частей стенда. При анализе конструкции вязкостной муфты был так же проведен анализ технологического процесса ее сборки.

Базовой деталью является крышка муфты. Входящие детали и подузлы присоединяются к ней с использованием шести методов соединений. Наиболее важными функциональными элементами муфты являются крышка муфты в сборе и корпус в сборе. Крышка муфты в сборе обеспечивает регулировку перепуска рабочей жидкости из резервной камеры при изменении температуры окружающей среды. Корпус в сборе служит для размещения подшипника и ведущего диска с валом и образует с крышкой в сборе рабочую камеру муфты.

В конструкции испытательного стенда основой является станина, на которую крепятся подузлы — блок привода и блок нагрева. Наиболее важными функциональными элементами стенда являются корпус, патрубок и вентилятор. Корпус обеспечивает размещение элементов и направление воздушного потока на терморегулятор муфты. Целью вентилятора является нагнетание воздуха по всему сечению терморегулятора, установленного в муфте привода вентилятора. Немаловажным является составная часть блока нагрева — переходник, установленные на ведущем валу двигателя, который обеспечивает точную установку муфты для испытаний. Основу измерительной системы составляют датчики измерения температуры и частоты вращения, а так же управляющие элементы, в которые входят счетчики импульсов, измеритель-регулятор температуры и усилитель и преобразователь сигнала.

FMEA-команда рассмотрела функции, выполняемые элементами и соединениями муфты, определила требования по критерию их функционирования. Для выявления возможных дефектов муфты, причин их возникновения, а также их последствий проведен анализ перечня возможных отказов системы охлаждения двигателя автомобилей, в которые входит муфта; сборочных чертежей и чертежей входящих деталей; описания их функций; результатов приемо-сдаточных испытаний изготовленных изделий. Аналогичный анализ выполнен для конструкции и измерительной системы стенда. Все возможные дефекты, выявленные FMEA методом, ранжировались по значимости в соответствии с последствиями, причинами и предусмотренными контрольными мероприятиями относительно

61

вероятности возникновения, влияния на удовлетворенность потребителя и возможности обнаружения путем расчета приоритетного числа рисков (ПЧР). Численные значения показателей значимости дефекта, возникновения и его обнаружения определялись для каждой причины дефекта с помощью типовых десятибальных шкал для FMEA, приведенных в методических материалах [1]. В результате были построены диаграммы, позволяющие выделить и оценить наиболее значимые причины возникновения дефектов как для конструкции муфты, так и для испытательного стенда. При этом была принята следующая система действий:

если ПЧР ≤ 100, мер никаких не предпринимать;

если ПЧР ≥ 100, должны быть разработаны рекомендации по устранению причины дефекта.

Установлены наиболее значимые причины, устранение которых приведет к созданию безрисковой конструкции муфты привода вентилятора:

нестабильное (неконтролируемое) усилие завальцовки корпуса в сборе при его соединении с муфтой в сборе;

перекос крышки муфты в сборе при запрессовке корпуса в сборе;

неоднородность и несоответствие механических характеристик материала ведущего диска;

не выдержана геометрия терморегулятора.

Наиболее значимые причины дефектов конструкции и измерительной системы стенда:

неправильно подобрана длина патрубка;

неправильно подобранные углы скосов корпуса;

нелинейность нормированной статической характеристики датчика температуры;

локальность измеряемой температуры.

Для совершенствования конструкции муфты были рассмотрены следующие возможные действия:

пересмотр конструкции муфты с учетом требований по технологичности;

пересмотр технологии окончательной сборки муфты;

пересмотр спецификации материалов;

пересмотр мер по обнаружению.

Для снижения до приемлемого уровня риска дефектов механической и измерительной частей испытательного стенда разработаны следующие мероприятия:

изменение длины патрубка и скосов корпуса для обеспечения стабильных характеристик воздушного потока, обдувающего муфту при испытаниях;

замена датчика температуры;

установка трех датчиков температуры в зоне измерений. Предложенные меры позволят уменьшить количество муфт,

требующих доработки после окончательной сборки, и повысить определения

62

их характеристик при испытаниях, что, в конечном итоге, обеспечит надежное функционирование муфты в составе автомобилей семейства УАЗ.

Литература

1.Исследование и применение FMEA конструкции, технологии и

оборудования на ОАО «АВТОВАЗ» / Г.Л. Юнак, В.Е. Годлевский, Г.В. Иванов, И.В. Лощилина – Самара: ЗАО «Академический инжиниринговый центр», 2005. – 176 с.

А.А. Кузьмин

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЫЛЕВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО

ВОЗДУХА В УЧЕБНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Научный руководитель: Е.Ю. Носова

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №77 г.о. Тольятти [e-mail]

Одним из наиболее неблагоприятных факторов внешней среды, особенно в условиях города, является загрязнение воздуха пылью. По статистическим данным, мы проводим в помещении до 90 % времени – т.е. в течение 90 % времени мы дышим рециркуляционным воздухом, насыщенным пылью. В одном грамме пыли содержится 700 миллионов различных компонентов, а в 1 см3 комнатного воздуха – до 5,5 миллионов частичек пыли. В процессе эволюции наши организмы адаптировались к борьбе с ними, но сегодня пыль имеет совершенно иную структуру и значительно более опасна! При каждом вдохе мы вдыхаем 40000-75000 частиц пыли.

Ни для кого не секрет, что качество воздуха в городских помещениях далеко от идеального. Воздух закрытых помещений загрязнен пылью, разными химическими веществами, которые выделяются мебелью, синтетическими стройматериалами, красками и лаками. В нем обнаружено более 1000 вредных веществ, среди которых есть высокотоксичные и канцерогенные. Кроме того, воздух в помещениях содержит множество микроорганизмов, в том числе и таких, которые способны вызывать самые различные заболевания. Среди школьников хроническими заболеваниями дыхательных путей страдают 40%. Лишь 10% всех школьников можно отнести к группе практически здоровых. По официальным данным общая зарегистрированная заболеваемость органов дыхания у подростков в 2000 г. в Тольятти составила 1143,5 на 1000 человек [6].

63

Здоровье человека, населения и среды – основа устойчивого развития общества и природы, одно из важнейших условий длительного существования человечества на Земле.

Пылью считаются любые твердые частицы, взвешенные в воздухе (схема 1).

				Схема 1
		Состав пыли в помещении
Эпидермис	Бактерии		Пух	Частички
Споры грибов		150 видов клещей		Перхоть

Источниками загрязнения воздуха могут быть:

радиация,

кондиционер,

шум,

бытовые приборы,

окружающая среда,

вода,

плесневые грибы,

отделочные материалы.

Вышеописанный коктейль делает воздух токсичным и вредным для здоровья человека, содействует обострению и прогрессированию хронических заболеваний. Мало того, проникая в жилище, пыль может способствовать распространению некоторых заразных болезней или так называемых капельных инфекций: туберкулеза, полиомиелита, дифтерии, гриппа[1, 2].

Вредное влияние пыли на здоровье человека находится в зависимости от вида и происхождения пыли, а также от ее дисперсности, т.е. величины отдельных пылевых частиц и их способности задерживаться в воздухе во взвешенном состоянии. Установлено, что крупнодисперсная пыль задерживается на слизистых оболочках верхних дыхательных путей и не достигает легочных альвеол. Мелкодисперсные пылевые частицы, проникая в легочные альвеолы, не задерживаются там и выносятся обратно с выдыхаемым воздухом. Наиболее опасны пылевые частицы размером 3-10 микрон, которые, в наибольшей, степени задерживаются в легочных альвеолах [5].

В ходе исследовательской работы мною был проведен

статистический анализ заболеваемости дыхательных путей учащихся гимназии № 77 г.о. Тольятти (см. табл. 1).

Таблица 1

Показатели заболеваемости учащихся

64

	% учащихся с заболеваниями	По гимназии № 77				По городу
	школьной патологии:
		2006-2007	2007-2008	2008-2009		Тольятти
	органы дыхания	0,2	1,1		2,3	37,7

Врезультате я сделал вывод: в гимназии учащихся с заболеваниями органов дыхания увеличилось за период 2006-2009 год на 2,1%. По сравнению с данными по г. Тольятти в нашей гимназии данная численность меньше на 35,4%.

Вкачестве объектов были выбраны различные помещения гимназии. Свои исследования я проводил в сентябре – ноябре 2009 года в разное время: утром в 7 ч. 40 мин., до начала уроков, после 7 урока, в 14 ч. 00 мин., до проведения влажной уборки и проветривания и в 15 ч. 30 мин., после проветривания и влажной уборки.

Врезультате исследования относительной запыленности воздуха я

обнаружил, что наибольшее количество пыли собирается в рекреациях 2/б, 1/а и спортивном зале – это объясняется тем, что:

в рекреации 2/б находятся кабинеты директора, главного бухгалтера, и заместителя директора;

в спортивном зале в течение учебного дня проходят занятия, проветриваемость этого помещения незначительна, т.к. нет озеленения;

в рекреации 1/а – кроме учебных помещений находится гардероб, поэтому после уроков наблюдается большое скопление людей.

спортзал

2/б

1/а

Рис. 1,2,3 Помещения с наибольшей запыленностью

Проведя химический анализ качественного состава пыли данных помещений, я обнаружил, что при воздействии раствора сульфида натрия на все пробы наблюдалось появление осадка серого цвета, можно предположить, что пыль исследуемых помещений содержит соли тяжелых металлов (меди или свинца).

При воздействии раствора соляной кислоты во всех пробах происходит выделение газа. Я предполагаю, что такой результат объясняется тем, что в образцах содержатся растворимые карбонаты. Содержание ионов тяжелых

65

металлов в пыли помещений обуславливается тем, что гимназия №77 расположена в 15 квартале Автозаводского района города Тольятти в непосредственной близости от улиц 70 лет Октября и Ворошилова, бульвара Космонавтов.

Я считаю, что для уменьшения пылевого загрязнения атмосферного воздуха в учебных помещениях необходимо следующее:

-провести учет и инвентаризацию зеленых насаждений учебных помещений и школьного микрорайона;

-увеличить численность комнатных растений в учебном учреждении, при этом обязательно учитывать их фитонцидную активность;

-организовать посадку деревьев вдоль улицы Ворошилова со стороны школьного микрорайона; для посадки выбирать деревья тех пород, которые лучше задерживают твердые частицы атмосферных загрязнений.

Литература

1.Биологический энциклопедический словарь. Под ред. Гилярова М.С. Москва «Советская энциклопедия», 1986.

2.Энциклопедия для детей. Экология. том 19. Под ред. Володина В.В. Москва АВАНТА+ 2005.

3.Ревель В., Ревель Ч. Среда нашего обитания, книга 2 «Загрязнение воды и воздуха». –М.: Мир, 1995.

4.Розенберг Г.С., Краснощеков Г.П., Сульдимиров Г.К. Экологические проблемы города Тольятти – Тольятти: Издательство ИЭВБ РАН, 2006.

5.Популярная медицинская энциклопедия. Гл. ред. Б.В. Петровский. –М.: «Советская энциклопедия», 2005.

А.А. Кузьмин

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ДЛЯ ВСЕХ: ПОИСК ЭКОНОМИЧНЫХ

СПОСОБОВ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Научный руководитель: В.В. Паук

Муниципальное образовательное учреждение гимназия №77 г.о. Тольятти [e-mail]

Значение электрической энергии для человека и мировой экономики трудно переоценить – это основа всей современной жизни [1, с.29]. Важнейшие полезные ископаемые, которые жители планеты используют в электроэнергетике - нефть, уголь, природный газ, торф и уран. Скорость, с которой человечество расходует невозобновляемые источники энергии, во много раз превышает скорость их образования, поэтому рано или поздно они будут исчерпаны. Количество производимой в России и мире энергии

66

неуклонно растет. Кроме того, выработка электроэнергии сопряжена со значительными отрицательными воздействиями на окружающую среду [2, с.12]. Всё перечисленное доказывает, что проблема энергосбережения относится к актуальнейшим глобальным проблемам.

Возможно ли сократить количество используемой энергии? Ответ на этот вопрос даёт наша исследовательская работа.

С целью выявления актуальности проблемы энергосбережения для учащихся нашей гимназии мы провели тест среди школьников 5-7, 9 классов на знание правил бережного использования энергии. Количество участников - 91 человек. Оказалось, что 31% школьников имеют низкий уровень знаний по данному вопросу и только 11% владеют этими знаниями в совершенстве.

Следовательно, очень важно создать ситуацию, чтобы школьники задумались о важности энергосбережения.

На втором этапе исследования мы попросили учащихся 5-7, 9 классов провести измерения истраченной их семьями электроэнергии за одну неделю. В результате получили следующие данные: общее количество истраченной за месяц энергии (на 21 семью) – 8064 КВт; средний расход электроэнергии на каждую семью– 384 КВт; стоимость всей израсходованной энергии (на 21 семью) – 13063 рублей 68 копеек.

Затем во всех классах мы провели общероссийский климатический урок, где говорили о негативном влиянии электроэнергетики на окружающую среду. Подчеркнули важность бережного отношения к природе, на примере нескольких экспериментов рассказали о возможных путях экономии электроэнергии. Опишем один из проведённых экспериментов.

Ход эксперимента

Берём 2 одинаковые кастрюли, наливаем в них по одному литру воды, ставим на плиты одинаковой мощности. Одну кастрюлю оставляем открытой, другую закрываем крышкой. Включаем конфорки на полную мощность, засекаем время до момента закипания воды.

Результаты эксперимента

Время до закипания воды в кастрюле с закрытой крышкой - 200,4 секунды (3,34 минуты), в кастрюле без крышки - 302,4 секунды (5,04 минут).

Вывод

Нагревание 1 литра воды в кастрюле с закрытой крышкой происходит на 1,7 минут быстрее. Значит, уменьшается расход электроэнергии.

На четвёртом этапе своей работы мы провели повторную диагностику израсходованной энергии. Результаты: общее количество истраченной энергии – 7636 КВт; средний расход электроэнергии на каждую семью - 363,6 КВт; стоимость всей израсходованной энергии – 12370 рублей 32 копеек.

67

Итак, проведя энергетический мониторинг, разработав эффективные методы энергосбережения, изучив свойства электроприборов и электрических лампочек, нам на наглядных примерах удалось доказать, что при рациональном использовании электроэнергии можно значительно сократить ее потребление (за месяц 428 КВт на 21 семью). Это позволит экономить семейный бюджет (693 рубля 36 копеек в месяц - на 21 семью, 33 рубля в месяц и 396 рублей в год – на каждую семью) (рис. 1), сократить потребление природных ресурсов, снизить вредное воздействие на окружающий мир.

	Количество использованной электроэнергии
					(кВт)
700
600						321	340
500
	268		299	258	260	288		Октябрь
400
300						309	322	Декабрь
200
	241		277	243	243	274
100
0
понедельник		вторник		среда четверг	пятница суббота
						воскресенье
Рис. 1 График использованной электроэнергии за месяц

В ходе работы над проектом мы составили энергетический паспорт квартиры, в которой проживает семья из четырёх человек (табл. 1).

					Таблица 1
	Потребление электрической энергии электроприборами
№	Наименование	Кол-во,	Суммарная	Время	Электроэнергия,
п/п		шт.	мощность,	работы за	израсходованная
			кВт	сутки,час	за сутки,кВт.
1	Электрические	14	1,22	4,7	5,95
2	Холодильники	2	0,05	24	1,27
3	Электрические	1	2	2	4
4	Стиральные	1	3	0,5	1,5
5	Телевизоры	3	0,3	3	0,9
6	Магнитофоны	1	0,01	0	0
7	Компьютеры	1	0,11	8	0,88
8	Электрические	1	0,1	0,5	0,05
9	Утюги	1	1,5	0,3	0,45

68

10

Другое

3

0,4

0,5

0,2

Результаты произведённых расчётов

1.Суммарное потребление электрической энергии электроприборами и осветительной сетью в квартире за сутки составляет 15,4 кВт.

2.Масса израсходованного топлива и объем выделившегося при этом углекислого газа.

Масса топлива:	Объем СО2:
уголь = 1,88 кг	уголь = 3,2 м3 /кг
нефть = 1,19 кг	нефть = 1,79 м3 /кг
природный газ = 1,33 м3	природный газ = 1,6 м3 /м3

Вывод:

В среднем семья из четырех человек расходует в сутки 15,4 кВт электроэнергии, соответственно на одного члена семьи приходится около 3,85 кВт электроэнергии в сутки.

В результате вычислений мы увидели, что больше всего углекислого газа выделяется при сгорании угля, следовательно, этот вид топлива приносит больший вред окружающей среде, а меньше всего углекислого газа выделяется при сгорании природного газа, то есть природный газ более экологически чистое топливо!

Самый простой способ уменьшить загрязнение окружающей среды — беречь энергию, или, другими словами, расходовать энергию более разумно. Мы на практике смогли доказать, что разработанные в ходе исследования энергосберегающие мероприятия дали возможность сэкономить электроэнергию в квартирах наших гимназистов, а в итоге это отразилось на экономии семейных бюджетов, сократилось потребление природных ресурсов, снизилось вредное воздействие на окружающий мир.

Литература

1.Незнанов Г. П., Янсон Ю. А., Незнанова Е. В. Энергосбережение в школе, дома, на работе. – Кемерово, 2006. – 75 с.

2.Кокорин А.О., Смирнова Е.В. Изменение климата. Пособие для педагогов старших классов. – М.: WWF России, 2010. – 52с.

69