Для обслуживания в аварийном режиме установок большой единичной мощности требуются предохранительные клапаны с большой пропускной способностью и высокой надежностью. В некоторых случаях поэтому приходится устанавливать большое количество (десятки) предохранительных клапанов в связи с недостаточной пропускной способностью каждого из них. В этих условиях более целесообразно применение импульсных предохранительных устройств (ИПУ),. представляющих собой предохранительные клапаны непрямого действия и состоящие из главного предохранительного клапана с большой пропускной способностью и импульсного клапана, управляющего поршневым приводом главного клапана. Они успешно обслуживают системы и агрегаты с высокими энергетическими параметрами, требующими сброса больших количеств рабочей среды (схема действия ИПУ показана на рис. 2.151).

При возникновении в системе давления, превышающего установленное, необходимое для нормальной работы установки, открывается импульсный предохранительный клапан и направляет рабочую среду в привод главного клапана. Главный клапан открывается и сбрасывает избыточное количество среды. Импульсный предохранительный клапан представляет собой рычажно-грузовой предохранительный клапан прямого действия, выполняющий роль чувствительного элемента. Благодаря наличию поршневого привода управляющее усилие на штоке главного клапана может быть достаточно большим, что обеспечивает четкое срабатывание главного клапана и надежную герметизацию запорного органа при закрытом его положении.

Импульсное предохранительное устройство существенно сложнее и дороже предохранительного клапана, но с ростом энергетических параметров установок разница в их стоимости быстро уменьшается. В некоторых случаях применяются и предохранительные клапаны непрямого действия, управляемые от постороннего источника энергии или электроэнергией. Для повышения надежности импульсные клапаны ИПУ снабжаются электромагнитами, управляемыми электроконтактными манометрами. Импульсные клапаны размещаются в непосредственной близск;ти к главному клапану и могут быть встроены в привод главного предохранительного клапана. Как правило, они представляют собой самостоятельную конструкцию в виде рычажно-грузового предохранительного клапана.

Классификация импульсных предохранительных устройств приведена на схеме 2.15 (импульсные клапаны) и на схеме 2.16 (главные клапаны).

Конструкции импульсных и главных клапанов

Рис. 5.1.

Рис. 5.2. Клапаны предохранительные стальные рычажно-грузовые импульсные: a -- Dy= 20 мм для воды и пара (уОр = 4 МПа, /р < 550 °С); б -- Dy = = 25 мм для воды и пара (ру -- 6,4 МПа, < 570 °С)

Рис. 5.3. Клапаны предохранительные нз коррозионно-стойкой стали с Dy = 25 мм и электромагнитами: а -- рычажно-грузовой для воды и пара (Рр = = 0,27 МПа, Тр< 160°С); б -- для воды и пара (рр = 1,1 МПа, /р < 200 °С)

Рис. 5.4.

Для работы на опасных, например радиоактивных и токсичных средах, применяются сильфониые импульсные клапаны.

По типу привода ИПУ подразделяются на две группы: с приводом нагружения, когда при срабатывании импульсного клапана поршень привода нагружается давлением среды и открывает главный клапан, и с приводом разгружения, когда импульсный клапан срабатывая, сбрасывает рабочую среду из привода главного клапана, разгружает поршень и этим открывает главный клапан.

По виду воздействия на запорный орган главного клапана ИПУ могут быть с уплотняющим затвором, в которых давление рабочей среды прижимает затвор главного клапана к седлу (этот вид применяется наиболее часто), и с разуплотняющим затвором, в которых давление рабочей среды подается под затвор главного клапана (обычно применяется в сочетании с приводом разгружения).

Импульсные предохранительные устройства широко используются, например, в энергетических установках большой мощности.

Классификация и область применения предохранительных клапанов

Предохранительные клапаны общего назначения изготовляют двух типов: пружинные и рычажно-грузовые. В пружинных клапанах тарелка прижимается к седлу корпуса пружиной. В рычажно-грузовых клапанах усилие, прижимающее тарелку к седлу корпуса, создается грузом через рычажное устройство. По конструкции предохранительные клапаны разделяют на полноподъемные и неполноподъемные в зависимости от подъема золотника. Пружинные предохранительные клапаны, в зависимости от типа пружин и устройства золотникового блока, могут быть полноподъемными и неполноподъемными. Рычажно-грузовые предохранительные клапаны бывают только неполноподъемного типа. Предохранительные клапаны по конструкции выхлопа подразделяют на герметичные и негерметичные. Все пружинные предохранительные клапаны конструкции Гипронефтемаша относятся к типу герметичных клапанов. Все рычажно-грузовые клапаны не имеют герметичного выхлопа, поэтому они являются негерметичными. Герметичные пружинные предохранительные клапаны системы Гипронефтемаша в зависимости от конструкции делятся на уравновешенные и неуравновешенные. К уравновешенным клапанам относятся предохранительные клапаны ППК и СППК; к неуравновешенным клапанам -- клапаны ППКД, имеющие специальную диафрагму, защищающую пружину клапана от непосредственного соприкосновения со средой. Установка рычажно-грузовых предохранительных клапанов, являющихся по своей конструкции негерметичными, на технологических установках с пожаро- и взрывоопасными, а также токсичными продуктами не допускается. Такие клапаны можно применять для защиты аппаратов и трубопроводов с сжатым воздухом и водяным паром. Несмотря на большое значение предохранительных клапанов, обслуживающий персонал нередко недооценивает их. Это объясняется незнанием конструкции предохранительных клапанов и особенностей их работы в эксплуатационных условиях. Из-за неправильного выбора и монтажа предохранительных клапанов их возможности используются не полностью, а ошибки при обращении с ними могут привести к крупным авариям. Величина подъемности клапана определяется отношением высоты подъема золотника к диаметру сопла. У неполноподъемных предохранительных клапанов отношение высоты подъема золотника к диаметру сопла составляет 1/20--1/40, т. е. сечение щели, через которую проходит среда, будет значительно меньше сечения сопла. Такие клапаны применяют главным образом в тех случаях, когда не требуется большая пропускная способность.

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 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.

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

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).

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. Поэтому в сосудах, работающих под давлением

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.

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); 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.

Подставив в последнюю формулу значения μ, g, R и среднее значение k при известном значении Q, можно определить площадь сечения предохранительного клапана, см 2 ,

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.

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:

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.

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.

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 грузоподъемных 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.

Предохранительные устройства технологического оборудования

Предохранительные устройства предназначены для автоматического отключения подвижных агрегатов и машин при отклонении от нормального режима работы. К ним относятся ограничители хода, изготовленные в виде упоров, концевых выключателей и т.п. В случае работы на больших скоростях передвижения они сочетаются с тормозными устройствами.

В качестве предохранительных устройств от перегрузки машин и станков в конструкцию машины вводят слабое звено. Эти устройства представляют собой детали и узлы машины, которые разрушаются (не срабатывают) при перегрузках. К ним относятся: срезные штифты, шпонки; фрикционные муфты, не передающие движение при чрезмерных крутящих моментах; плавкие предохранители; разрывные мембраны в установках с повышенным давлением и т.д. Слабые звенья могут быть или с автоматическим восстановлением (муфта трения) или с необходимой заменой разрушенного элемента.

Блокировочные устройства либо исключают возможность проникновения человека в опасную зону, либо устраняют опасный фактор на время пребывания человека в этой зоне. Устройства могут быть механическими, электромеханическими, радиационными и других типов.

При использовании механической блокировки обычно, чтобы снять ограждение, нужно затормозить и полностью остановить привод машины, иначе рычаг не дает снять ограждение. А при снятом ограждении агрегат невозможно пустить в ход.

Электромеханическая блокировка заключается в том, что человек, поворачивая, например, рукоятку дверцы, размыкает электрическую цепь, и установка обесточивается. Чтобы снова включить установку, нужно вначале закрыть дверцу и повернуть рукоятку. Цепь замкнется. На рисунке показана электромеханическая блокировка съемного ограждения, применяемого для предотвращения ошибочного пуска механизма привода оборудования при снятом ограждении.

Ограждение I снабжено изоляционной колодкой 1 с вмонтированной в нее металлической скобой 2. Корпус оборудования II снабжен заглубленными в изоляционной колодке контактами 3 с присоединенными к ним проводами. При установке ограждения на место штыри скобы 2 входят в заглубление и замыкают контакты электрической цепи, обеспечивая тем самым возможность пуска привода оборудования. При снятом ограждении электрическая цепь разомкнута, и пуск привода невозможен.

Электрическая блокировка применяется в электроустановках с напряжением 500 В и выше, а также в различных видах технологического оборудования с электроприводом. Она обеспечивает возможность включения оборудования только при наличии ограждения. Обычно в ограждение встраивают один из контактов концевого выключателя, поэтому при открытом или снятом ограждении электрическая цепь системы разомкнута.

Фотоэлектрическая блокировка основана на принципе преобразования в электрический сигнал светового потока, падающего на фотоэлемент (фотосопротивление). Если опасную зону оградить световыми лучами, то пересечение луча вызывает изменение фототока и приводит в действие исполнительные механизмы защиты или отключения установки.

На рисунке приведена схема фотоэлектрической блокировки пресса. На тяге 2 педали установлен блокировочный электромагнит 1. Справа и слева от рабочего стола пресса расположены фотоэлемент 4 и осветитель фотореле 3.

Если световой луч падает на фотоэлемент, включение пресса путем нажатия на педаль возможно, так как цепь замкнута. Если в рабочей зоне оказалась рука рабочего, световой поток прерывается, цепь размыкается и педаль не срабатывает.

Радиационная блокировка основана на улавливании радиоактивного излучения, направленного от источника, укрепленного с помощью специального браслета на руках работающего, измерительно-командным устройством (например, счетчиком Гейгера), воздействующим на тиратронную лампу, от которой приводится в действие реле. Контакты реле либо разрывают цепь управления, либо воздействуют на пусковое устройство. Такая блокировка рассчитана на работу без замены в течение десятков лет, одинаково надежна в агрессивной среде, находящейся под большим давлением, и в среде, находящейся под воздействием высокой температуры.

Сигнализирующие устройства дают информацию о работе технологического оборудования и об изменениях в течение процесса, предупреждают об опасностях, сообщают о месте нахождения последних. Системы сигнализации об опасностях соответственно подразделяются на оперативную, предупреждающую и опознавательную (сигнальные цвета и знаки безопасности).

Дистанционное управление применяется там, где по условиям технологии находиться в зоне работы машин и механизмов опасно. Параметры режимов работы в этих случаях контролируются дистанционно с помощью датчиков контроля, сигналы от которых поступают на пульт управления агрегатом или роботизированным комплексом.

Рассмотрим реализацию общих требований и положение охраны труда к обеспечению безопасности труда в конкретных условиях машиностроительного или приборостроительного предприятия.

В литейных цехах основными опасными и вредными производственными факторами обычно являются: движущиеся механизмы и машины, подвижные части производственного оборудования; пыль, пары и газы; избыточные тепловыделения; повышенный уровень шума и вибраций; электромагнитные излучения.

Подробные характеристики этих и других опасных факторов литейного производства, и соответствующие требования безопасности к ним, начиная с требований к способам и условиям хранения формовочных и шихтовых материалов.

1. ГОСТ 12.3.027—92* «ССБТ. Работы литейные. Требования безопасности».
2. ГОСТ 12.2.040—79* «ССБТ. Оборудование для литейного производства. Требования безопасности».
3. ГОСТ 2 КП96-5—81 «ССБТ. Машины однопозиционные для литья под давлением. Требования безопасности».
4. ОСТ 2 H89-13—82 «ССБТ. Литейное производство. Изготовление отливок в необлицованных металлических формах. Требования безопасности».
5. ОСТ 2 Н80-14—82 «ССБТ. Литейное производство. Смесеприготовление. Требования безопасности».
6. ОСТ 2 H89-I5—83 «ССБТ. Литейное производство. Подготовка шихтовых материалов. Требования безопасности».
7. ОСТ 2 189-18—83 «ССБТ. Литейное производство. Плавка металлов и сплавов. Требования безопасности».
8. ОСТ 22-1411—82 «ССБТ. Стержневые и формообразующие холоднотвердеющие смеси. Требования безопасности при работе в литейных цехах».
9. ОСТ 2 Н80-11-8 «ССБТ. Литейное производство. Изготовление, окраска и сушка форм и стержней. Требования безопасности».
10. ОСТ 1.41880—77 «ССБТ. Литье по выплавляемым моделям. Общие требования безопасности».
11. ОСТ 27-72-196—82 «ССБТ. Чугунно-литейное производство. Требования безопасности».

Безопасность производственного оборудования обеспечивается уже при составлении технического задания на его проектирование, при разработке эскизного и рабочего проекта, выпуске и испытаниях опытного образца и передаче его в серийное производство. Общие требования безопасности производственного оборудования для всех видов экономической деятельности определяются ГОСТ 12.2.003-91 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности».

Производственное оборудование при эксплуатации в условиях, установленных эксплуатационной и ремонтной документацией, не должно создавать опасности в результате воздействия влажности, солнечной радиации, механических колебаний, высоких и низких давлений и температур, агрессивных веществ, ветровых нагрузок, обледенения, микроорганизмов, грибков, насекомых и т.п. Производственное оборудование должно быть пожаро- и взрывобезопасным. Оборудование должно обеспечивать требования безопасности при монтаже, демонтаже, эксплуатации, ремонте, транспортировании и хранении, при использовании отдельно или в составе комплексов и технологических систем. Оборудование должно соответствовать требованиям безопасности в течение всего срока службы. Техническое состояние машин и оборудования с точки зрения их безопасности должно контролироваться на стадии пусконаладочных работ, а также в процессе эксплуатации в соответствии с техническим регламентом. В соответствии с положениями о планово-предупредительном ремонте оборудования в организации должен предусматриваться текущий, средний и капитальный ремонты. Эффективность системы планово-предупредительного ремонта производственного оборудования определяется:

Объемом плановых ремонтных работ, определяемым из условий и режима работы оборудования, размеров, материала и конструкции обрабатываемых деталей, квалификации станочников, качества ухода за оборудованием, качества его содержания, смазки и т. п.;

Ремонтными особенностями оборудования, определяемыми конструктивной сложностью оборудования, особенностью его разборки и сборки, габаритами и весом деталей, снимаемых и устанавливаемых при ремонте, общей площадью поверхностей, подвергающихся шабровке при ремонте и т. д.;

Качеством ремонтов и межремонтных обслуживаний, складывающихся из точности изготовления деталей, заменяемых при ремонтах, совершенством технологии их изготовления, качеством выполнения слесарно-пригоночных работ, оснащенностью технологическими и контрольно-поверочными приспособлениями;

Сменностью работы оборудования и коэффициентом его загрузки (числа отработанных оборудованием часов и т. д.).

Помимо безопасной эксплуатации оборудования, важную роль играет безопасная эксплуатация инструмента, для чего он должен быть обязательно исправен. Все работники должны знать, что работать несправным инструментом очень опасно, а потому такая работа запрещена. К работе с электрифицированным, пневматическим и пиротехническим инструментом могут быть допущены только лица, прошедшие производственное обучение и имеющие соответствующее удостоверение на право пользования инструментом. Нужно помнить, что такой инструмент имеет повышенную опасность для работника, а потому электрифицированные и пневматические инструменты должны периодически испытываться квалифицированным персоналом с отметкой об этом в специальном журнале. Кроме того, запрещается работать с таким инструментом с приставных лестниц. Подключать или отключать вспомогательное оборудование электрифицированного инструмента (понижающие трансформаторы, преобразователи частоты тока, защитно-отключающие устройства) должен только электромонтер.

При работе с пневматическим инструментом должны соблюдаться строгие правила. Подача воздуха должна включаться только после установки инструмента в рабочее помещение. При этом не должен допускаться холостой ход пневмоинструмента. Держать и переносить инструмент за шланг или рабочую часть не допускается. Надзор за сменой рабочего оборудования, его смазкой, точкой, ремонтом, регулировкой, сменой частей необходимо поручить специально выделенному для этого лицу. Разрешение (наряд-допуск) на ведение работ строительно-монтажным пистолетом должно выдаваться лицом, имеющим на это право. Пистолеты и патроны к ним выдаются рабочим после предъявления ими удостоверения на право пользования пистолетом и наряда-допуска на производство работ. Пистолеты должны храниться на складе в отдельных опечатываемых (пломбируемых) стальных шкафах (ящиках). Запись о проверке руководителем условий хранения, состояния, исправности и комплектности пистолетов должна производиться в книге регистрации приемки и выдачи пистолетов. Инвентаризация пистолетов должна проводиться ежеквартально.

Ручные инструменты должны эксплуатироваться в соответствии с эксплуатационным документом предприятия-изготовителя. Острые части ручного инструмента при его переноске или перевозке должны закрываться специальными чехлами. Ударные инструменты (зубила, бородки и т.п.) не должны иметь трещин, заусенцев, неровностей затылочной части. Рукоятки ручных инструментов не должны иметь трещин, сколов и заусенцев. Деревянные рукоятки ударных инструментов (топоры, молотки, кувалды, кирки и т.п.) должны быть овального сечения с утолщенным свободным концом. Конец, на который насаживается инструмент, должен быть расклинен металлическим клином. На деревянных рукоятках нажимных инструментов (долота, напильники, стамески и т.п.) должны быть насажены металлические кольца. Гаечные ключи должны соответствовать размерам гаек и головок болтов. Губки ключей должны быть параллельны и не иметь трещин. Кроме перечисленных требований безопасности, все инструменты и организация работ с ними должны соответствовать требованиям санитарных правил и норм СанПиН 2.2.2.540-96 «Гигиенические требования к ручным инструментам и организации работ». При этом с учетом специфики выполняемой работы все работающие должны обеспечиваться сертифицированными средствами индивидуальной защиты.

Для обеспечения удобства работы и безопасности работающих широко используются различные приспособления , не участвующие в технологическом процессе. Требования безопасности, предъявляемые к конструкции приспособлений и их эксплуатации, определяются ГОСТ 12.2.003-91 «Оборудование производственное. Общие требования безопасности», ГОСТ 12.2.029-88 «Приспособления станочные. Требования безопасности» и рядом других нормативно-технических документов. Эти приспособления фактически являются средствами коллективной защиты от действия различных (в основном механических) факторов. Одно из основных требований, предъявляемых к приспособлениям, – они не должны быть источником опасных и вредных производственных факторов. Кроме того, приспособления, применяемые во взрывоопасных помещениях, должны быть выполнены из материалов, исключающих при их использовании возможность искрообразования. К приспособлениям относятся лестницы, лестницы-стремянки, трапы, мостики, леса, подмости, сходни, слеги, накаты, подвесные площадки, люльки, различные станочные приспособления (кондукторы, патроны, планшайбы, магнитные плиты, оправки) и др.

Технические защитные устройства применяются как средства коллективной защиты работающих от действия опасных и вредных производственных факторов. По принципу действия и конструкции устройства подразделяются на (ГОСТ 12.4.125-83 «Средства коллективной защиты от воздействия механических факторов. Классификация»): оградительные; предохранительные (блокировочные и ограничительные); тормозные; автоматического контроля и сигнализации; дистанционного управления; знаки безопасности.

Оградительные устройства устанавливаются между опасным производственным фактором и работающими. К ним относятся щиты, экраны, кожухи, козырьки, планки и т.п. По способу установки они конструируются стационарными, передвижными, откидными, съемными. Основные требования к их конструкции и применению содержатся в ГОСТ 12.2.062-81 «Оборудование производственное. Ограждения защитные». Ограждения могут выполняться сплошными и не сплошными (сетчатыми, решетчатыми, перфорированными).

Предохранительные устройства предназначены для ликвидации опасного производственного фактора в источнике его возникновения и подразделяются на блокировочные и ограничительные.

Блокировочные устройства срабатывают при ошибочных действиях работающего.

Ограничительные устройства срабатывают при нарушении параметров технологического процесса или режима работы технологического оборудования.

Тормозные устройства предназначены для замедления и остановки производственного оборудования при возникновении опасного производственного фактора.

Устройства автоматического контроля и сигнализации предназначены для контроля передачи и воспроизведения информации (цветовой, звуковой, световой и др.) с целью привлечения внимания работающих и принятия решения при появлении или возможном возникновении опасного производственного фактора.

Устройства дистанционного управления предназначены для управления производственным процессом за пределами опасной зоны, а по конструктивному исполнению они могут быть стационарными и передвижными.

Знаки безопасности подразделяются по ГОСТ Р 12.4.026-2001 «Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общетехнические требования и характеристики. Методы испытаний».

Основными техническими средствами охраны труда, служащи­ми для коллективной защиты работающих, являются за­щитные устройства.

Защитными устройствами называются устройства, приме­няемые для предотвращения или уменьшения воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов. В частности, защитные устройства предупреждают попадание человека в опасную зону.

Опасной зоной считается пространство, в котором постоян-. но действует или периодически возникает ситуация, опасная для жизни и здоровья работающего.Х)пасная зона может быть ограниченной (локализованной вокруг опасного элемента обо­рудования) и неограниченной, изменяющейся в пространстве и времени (например, пространство под транспортируемым грузом и т. п.).

Кроме защиты человека защитные устройства предохра­няют оборудование от аварий, создают необходимую согласо­ванность действий человека и машины, предупреждают послед­ствия ошибочных действий персонала, служат для автоматиза­ции работы оборудования и т. п.

Защитные устройства весьма разнообразны по принципу действия и конструктивному исполнению. В некоторой степени условно их можно подразделить на: оградительные, блокировочные, предохранительные, специальные, тормозные, автоматического контроля и сигнализации, дистанционного управления.

Оградительные устройства представляют собой физи­ческую преграду между человеком и опасным или вредным производственным фактором. Это всевозможные кожухи, щиты, экраны, козырьки, планки, барьеры. Благодаря простоте конструкции, малой стоимости и надежности они нашли широ­кое применение в технике.

По способу установки ограждения могут быть стацио­нарными или передвижными, неподвижными и подвижными (откидными, раздвижными, съемными).

Ограждение должно иметь простую и компактную кон­струкцию, отвечать требованиям эстетики, само не быть источ­ником опасности и не ограничивать технологические возмож­ности оборудования. Ограждения желательно выполнять в виде сплошных кожухов, щитов, экранов. Допускается ис­пользование металлических сеток и решеток при условии обес­печения постоянства формы и необходимой жесткости. Огра­ждение не должно терять своих защитных свойств под воздействием возникающих при эксплуатации оборудования факторов, таких, например, как вибрация, высокая температура и др.

Если оборудование не должно эксплуатироваться без огра­ждения. то необходимо предусматривать блокировку, остана­вливающую работу оборудования при снятом, открытом или находящемся в другом нерабочем состоянии ограждении.

/Блокировкой называется совокупность методов и средств, обеспечивающих закрепление рабочих органов (ча­стей) аппаратов, машин или элементов электрических схем в определенном состоянии, которое сохраняется и после снятия блокирующего воздействия.

Блокировочные устройства применяются для предотвраще­ния аварийных и травмоопасных ситуаций.

Существует очень много видов блокировочных устройств. Некоторые из них, иногда называемые запретно-разрешающи­ми, препятствуют неправильному включению и выключению аппаратов, механизмов, регулирующих, пусковых и запорных устройств, не допускают включения машины при снятом огра­ждении, а также препятствуют другим неправильным дей­ствиям обслуживающего персонала.

Другие блокировочные устройства (аварийные) предотвращают развитие аварийной ситуации, автоматически отключая определенные участки тех­нологической системы или включая специальные сбрасываю­щие устройства и т. п.

По принципу действия блокировочные устройства подразде­ляются на механические, электронные, электромагнитные, элек­трические, пневматические, гидравлические, оптические и ком­бинированные. Например, механическая блокировка, препят­ствующая включению агрегата при снятом ограждении, может быть осуществлена с помощью специальных стопоров, заще­лок или замков. Однако механические блокировки сложны по устройству и поэтому применяются редко.

Широко используется электрическая блокировка, осущест­вляемая с помощью электрических связей цепей управления, контроля и сигнализации блокируемого оборудования. Такие блокировки в основном применяются для предотвращения не­правильного включения отдельных механизмов или частей оборудования. Электрическая блокировка съемных или от­кидных ограждений сравнительно просто решается установкой конечных выключателей. При снятии или неправильной уста­новке ограждений она отключает цепи управления электродви­гателя привода.*

Широко применяются сейчас блокировки, основанные на фотоэлектрическом эффекте. Преимуществом фотоэлектриче­ской защиты является отсутствие каких-либо мешающих или затемняющих рабочую зону ограждений. Действие такой за­щиты основано на том, что луч света, проходя через опасную зону, попадает на фотоэлемент. При перекрытии луча каким-либо предметом прекращается освещение фотоэлемента, элек­трическая цепь разрывается и машина (станок) останавливается.

Предохранительными называются устройства, обеспечивающие безопасную эксплуатацию оборудования огра­ничением скоростей, давлений, температур, электрического на­пряжения, механических нагрузок и других факторов, которые могут разрушить оборудование и привести к несчастным слу­чаям. Предохранительные устройства должны автоматически с минимальным инерционным запаздыванием срабатывать при выходе контролируемого параметра за допустимые пределы.

В зависимости от природы опасного фактора предохрани­тельные устройства можно подразделить на несколько групп.

К предохранителям от механических перегрузок относятся срезающиеся шпильки и штифты, фрикционные муфты, цен­тробежные регуляторы. Срезающимися шпильками, рассчи­танными на определенную нагрузку, шкив или шестерня соеди­няется с приводным валом. Если нагрузка превысит допусти­мую, то шпилька разрушается (срезается) и шкив или шестерня начинают вращаться вхолостую. Для пуска машины необходи­мо заменить шпильки.

Фрикционные муфты позволяют регули­ровать значение допустимого крутящего момента и автомати­чески начинают работать, как только нагрузка приходит в норму. Паровые и газовые турбины, детандеры, дизели снаб­жаются центробежными регуляторами, которые ограничивают подачу рабочего вещества в машину при увеличении частоты вращения.

К предохранителям от превышения давления пара и газа от­носятся предохранильные клапаны и разрывные мембраны, принцип действия которых описан выше. Основным требова­нием, предъявляемым к предохранительным клапанам, являет­ся безотказность автоматического открывания клапана при определенном заданном давлении (давлении срабатывания) и пропускание рабочей среды в таких количествах, чтобы даль­нейший рост давления в системе был исключен. Кроме того, предохранительный клапан должен безотказно автоматически закрываться при давлении, не нарушающем технологический процесс в системе, а также сохранять герметичность в закры­том состоянии.

Для защиты сосудов и аппаратов от очень быстрого или даже мгновенного повышения давления применяются предохранительные мембраны, которые в зависимости от характера их разрушения при срабатывании делятся на разрывные, срезные, ломающиеся, хлопающие, отрывные и специальные. Наибольшее распространение имеют разрывные мембраны - плоские и предварительно выпученные (куполообразные). Принцип действия разрывной мембраны основан на ее разрушении под действием нагрузки, превышающей предел прочности материала мембраны. Куполообразные мембраны бывают разрывными и выщелкивающими. Разрывные мембраны устанавливают вогнутой поверхностью в сторону давления выщелкивающие - наоборот.

Ограничители перемещения применяются для предотвращения движения частей какого-либо механизма или целой машины за установленные пределы или габариты. К ним относятся концевые выключатели (ограничители хода) и упоры.
Они, например, применяются на грузоподъемных кранах для ограничения высоты подъема крюковой обоймы и ограничения передвижения самого крана, на металлорежущих станках для ограничения движения суппорта и т. п.

Предохранители от превышения силы электрического тока применяются для предотвращения короткого замыкания, раз­рушения электрической изоляции и т. п. Действие плавких предохранителей (пробочных или трубчатых) основано на пере­горании плавкой вставки при увеличении электрического тока сверх допустимого. Существуют также автоматические предох­ранители с тепловыми реле. Автоматы с электромагнитными расцепителями при недопустимом токе производят мгновенное отключение линии (отсечку).

Автоматы с комбинированными расцепителями имеют и тепловую и элекромагнитную отсечку.

К специальным устройствам безопасности относятся системы защиты от поражения электрическим током, ловители в лифтах и других подъемниках, двурукое включение на прес­сах, блок-замки, улавливатели инструмента и материалов, ограничители массы поднимаемого груза, ограничители враще­ния и крена кранов и многие другие.

Защитная блокировка, основанная на принципе занятости обеих рук оператора во время включения и рабочего хода обо­рудования, находит широкое применение, в частности на прес­совом оборудовании. Недостатком этого вида блокировки является возможность пуска оборудования при выходе из строя или преднамеренном деблокировании (заклинивании) одной из пусковых кнопок (рукояток).

К устройствам автоматического контроля и сигнализации относятся устройства, предназначенные для контроля, передачи и воспроизведения информации с целью привлечения внимания обслуживающего персонала и принятия им необходимых решений при появлении или возможности возникновения опасного или вредного производственного фак­тора.)Эти устройства по назначению подразделяются на ин­формационные, предупреждающие, аварийные и ответные; по характеру сигнала - на звуковые, световые, цветовые, знаковые и комбинированные; по характеру передачи сигнала - на по­стоянные и пульсирующие. По способу срабатывания они бы­вают автоматическими и полуавтоматическими.

Эти сигнализирующие устройства контролируют давление, высоту, расстояние, температуру, влажность, содержание в воз­духе вредных веществ, шум, вибрацию, скорость движения, скорость ветра, вылет стрелы крана, частоту оборотов, вредные излучения и т. п.

"Большое распространение имеет световая и звуко­вая сигнализация. Световая сигнализация в электроуста­новках предупреждает о наличии или отсутствии напряжения, штатном режиме автоматических линий, маневрах средств транспорта и т. п. Звуковые сигналы подаются с помощью си­рен, звонков, свистков, гудков. Звук сигнала должен сильно от­личаться от обычного шума, характерного для данной про­изводственной обстановки. Звуковыми сигналами снабжаются подъемные и транспортные установки; агрегаты, обслужи­ваемые группой рабочих; опасные зоны и др. Звуковые сиг­налы могут применяться для предупреждения о достижении предельно допустимой концентрации вредных веществ в возду­хе рабочей зоны, предельно допустимого уровня жидкости в резервуарах, предельных температур и давлений в различных установках.

К сигнализирующим устройствам относятся также раз­личные приборы-указатели: манометры, термометры, вольт­метры, амперметры и др.

Человек хорошо воспринимает и запоминает зрительные образы и различные цвета. На этом основано широкое использование на предприятиях цвета в качестве закодированного носителя информации об опасности. Цвета сигнальные и знаки безопасности регламентированы ГОСТ 12.4.026-79 (рис. 28, а-ж).

Устройства дистанци­онного управления предназначены для управле­ния технологическим процес­сом или производственным оборудованием за пределами опасной зоны. Эти устрой­ства могут быть стационар­ными и передвижными.

Рисунок 27 – Схема маятникового сигнализатора крана СКМ-3.