10936

Госстрой СССР. –М.:ЦИПТ Госстроя СССР, 1986. – 46 с.7

Хазов П.А., Шмакова А.Э.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

ОСОБЕННОСТИ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТНИКОВ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЦЕХА

Металлургия – важная отрасль промышленности, главной задачей которой является производство и обработка металлов. В процессе металлы выделяют из различных труб, после чего изучают физические и химические свойства и производят современные высокотехнологичные сплавы. Основу продукции металлургической промышленности являются сплавы, металлопрокат, различные металлоизделия.

Традиционно металлургию подразделяют на две области:

1.Чёрная металлургия. Данная область включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов. Большую часть продукции составляют стальные трубы. На втором месте расположился листовой и сортовой металл, применяющейся в машиностроении. Кроме того, к продукции черной металлургии стоит отнести профнастил, балки, швеллеры, уголки, сетки, метизы.

2.Цветная металлургия. Это добыча разных руд и процесс их дальнейшего обогащения. Цветные металлы обрабатывают разными способами, получая из них новые сплавы. Продукцией данной отрасли являются слитки цветных металлов для производства сортового проката ( уголка, полосы, прутков); слитки для изготовления отливок на машиностроительных заводах; лигатуры - сплавы цветных металлов с легирующими элементами, необходимые для производства сложных легированных сплавов для отливок; слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения, электронной техники и других отраслей машиностроения.

Среди главных потребителей продукции металлургической промышленности стоит выделить строительную сферу, машиностроение и металлообработку, космическую сферу, химическую промышленность и приборостроение.

280

В состав металлургического производства входят, в основном, энергетические цехи для получения сжатого воздуха, кислорода, очистки металлургических газов; доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов; заводы по производству ферросплавов; сталеплавильные цехи для производства стали; прокатные цехи.

Перед работой в металлургических цехах рабочие проходят обязательные инструктажи по технике безопасности. К организационным мероприятиям относятся: инструктаж и обучение поступающих на работу и работающих безопасным и безвредным приёмам работы; обучение навыкам пользования защитными средствами; разработка и внедрение регламента труда и отдыха. К техническим мероприятиям относятся: расчет, проектирование, изготовление и размещение оборудования, обеспечивающие благоприятные и безопасные условия труда; организация защиты, предохранительных устройств и ограждений; создание системы сигнализации, систем предупредительных знаков; создание индивидуальных средств защиты. Работающие на предприятиях черной металлургии должны проходить периодические медицинские осмотры, а поступающие на работу и переходящие на другую работу на том же предприятии - предварительные медицинские осмотры.

Рабочие места на предприятиях черной и цветной металлургии отличаются высокими показателями различных вредных факторов. В вышеперечисленных цехах присутствуют следующие вредные производственные факторы трудового процесса:

1.повышенная температура воздуха рабочей зоны;

2.электромагнитные, тепловые, ионизирующие излучения;

3.АПФД и различные химические факторы (аэрозоли, газы и пары), которые значительно отличаются от типа производства и вида производимых или обрабатываемых металлов;

4.повышенные уровни шума и вибрации

При наличии высоких температур на рабочих местах работникам металлургической промышленности, согласно государственным стандартам, необходимо выдать следующие средства индивидуальной защиты:

1.костюм хлопчатобумажный с огнезащитной пропиткой (ГОСТ

12.4.045–87);

2.ботинки кожаные с металлическими носками (ГОСТ 28507–

90);

3.рукавицы брезентовые (ГОСТ 12.4.010–75);

4.защитные очки;

5.защитная каска (ГОСТ 12.4.128–83);

6.наушники противошумные (ТУ 400-28-127).

281

Неприменение средств индивидуальной защиты работников на металлургических и металлообрабатывающих производствах может привести нарушению терморегуляции вплоть до теплового удара, а также к возникновению у персонала различной проф. патологии, в том числе острых и хронических интоксикаций, профессиональных заболеваний органов зрения, дыхания и кожных покровов.

Кроме того, при наличии повышенной температуры воздуха цехов велика вероятность пожаров и взрывов. Значительную пожарную опасность представляют нагревательные устройства с высокой температурой поверхности (временные печи, газовые печи без теплоизоляции, электрические калильные печи). Применение открытого огня в помещениях в свою очередь увеличивает пожарную опасность. Для уменьшения риска возникновения пожаров и взрывов применяются следующие методики и технологии:

1.разработка строительно-планировочных решений по предотвращению взрывов и пожаров;

2.выбор наиболее совершенных и безопасных с точки зрения пожаров технологических процессов, агрегатов и оборудования, обеспечение дистанционного управления процессами;

3.организация безопасной эксплуатации

металлургических агрегатов и устройств газового хозяйства;

4.разработка мероприятий по локализации и

быстрейшей ликвидации пожаров и последствий взрывов благодаря использованию наиболее эффективных средств тушения пожаров

исоответствующей подготовки квалифицированного персонала для организации на металлургических заводах газоспасательной службы.

Во взрывоопасных и пожароопасных производственных помещениях

инаружных установках надо применять специальное оборудование. Так, во взрывоопасных помещениях допускается применять взрывозащищённое электрическое оборудование, удовлетворяющее следующим требованиям:

1.съемные части оборудования (крыш

2.ки и другие детали) должны быть запломбированы;

3.съемные части оборудования должны открываться только специальными приспособлениями, или снабжаться блокировкой, допускающей открытие крышек лишь при снятом напряжении и соответственно подачу напряжения только при закрытых крышках;

4.температура наружных оболочек не должна превышать предельно допускаемых значений для взрывоопасных смесей (от 80 до

200° С);

282

5. изоляция токоведущих частей электрооборудования должна быть повышенной стойкости против воздействия химических веществ и влаги.

Процесс производства металлов обусловлен высоким уровнем вибрации, вызванной работой прокатных станов, плавильных печей и другого оборудования. Количество подобного оборудования может быть множество даже в рамках одного производства по обработке металла. Постоянное нахождение рабочего в данной зоне вызывает нарушения работы опорно-двигательного аппарата и вегетативно-сосудистые поражения. Самым частым проявлением влияния вибрации на человека является вибрационная болезнь. Основными методами и средствами защиты от вибрации являются устранение непосредственного контакта с вибрирующим оборудованием путём применения дистанционного управления; рациональная организация режима труда и отдыха; уменьшение интенсивности вибрации непосредственно в источнике и др.

расплавления концентрата, металлические пары (включая медь, свинец и мышьяк), а также различные газы – диоксид серы и др. В рабочих зонах с повышенным уровнем АПФД необходимо использовать соответствующие средства защиты органов дыхания — респираторы (рекомендуется использовать респираторы с клапанами выдоха из-за высокой влажности и температуры), полумаски или полнолицевые маски.

В заключении стоит отметить, что культура безопасности труда на металлургических предприятиях очень важна. В первую очередь она достигается сознательностью работников, а также применением современного оборудования.

Литература

1.ГОСТ Р 54578-2011 Воздух рабочей зоны. Аэрозоли преимущественно фиброгенного действия. Общие принципы гигиенического контроля и оценки воздействия.

2.Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий».

3.ПБ 11-493-02 "Общие правила безопасности для металлургических

икоксохимических предприятий и производств"

4.ПБ 11-519-02 «Правила безопасности в прокатном производстве»

283

Шкода И.В., Смирнова Е.В.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ УЗЛОВ СОПРЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РЕБРИСТО-КОЛЬЦЕВЫХ КУПОЛОВ ИЗ ТРУБЧАТЫХ ПРОФИЛЕЙ

Безошибочность расчета узловых соединений в значительной степени влияет на надежность и долговечность любой строительной конструкции в целом. К тому же до сих пор остается вопрос недостаточной изученности действительного напряженно-деформированного состояния соединения элементов. В связи с этим при расчетах сопряжений приходится использовать эмпирические формулы, не всегда имеющие строго физического или математического обоснования, а основанные лишь на небольшом количестве экспериментов.

Изучение статей в различных научных журналах показало, что результаты, полученные при натурных испытаниях полноразмерных моделей и при математических расчетах твердотельных моделей в современных вычислительных программных комплексах, имеют высокую степень сходимости [1-4]. К тому же, численные исследования моделей в программных комплексах имеют ряд преимуществ. Во-первых, это позволяет отбросить ложные показания измерительных приборов, основываясь на данных расчетной модели. Во-вторых, многие задачи, с которыми приходится сталкиваться, требуют огромных затрат на изготовление и экспериментальную реализацию. Поэтому чаще всего компьютерное математическое моделирование является единственной возможностью экспрессного анализа инженерной проблемы, позволяющей оценить реальное напряженно-деформированное состояние и использовать расчетную модель в практических целях для создания более совершенных изделий.

Объектом данной статьи выступает ребристо-кольцевой купол (рис.1). Целью настоящей работы является исследование напряженнодеформированного состояния (НДС) различных конструктивных решений монтажного узла купола из круглых труб.

284

Рис. 1. Объект исследования: а - пространственная стержневая конструкция покрытия; б - первоначальный вариант узлового соединения

Для достижения поставленной цели решались задачи по разработке и моделированию трех вариантов конструктивных решений монтажного узла ребристо-кольцевого купола (рис.1, а), а также выполнен сравнительный анализ результатов расчета НДС трехмерных моделей исследуемого узла.

Моделирование узла производилось в программном комплексе IDEA StatiCa. В данной расчетной программе реализован так называемый компонентный метод конечных элементов (КМКЭ), который включает в себя два хорошо известных и проверенных метода, используемых инженерами по всему миру – метод конечных элементов и компонентный метод. В КМКЭ исследуемое соединение – это совокупность связанных друг с другом элементов (компонентов). Расчетная модель узла, построенная по определенным правилам, состоит из упругих связей и стержневых элементов, воспринимающих деформации (продольные, поперечные, изгибные, крутильные).

В виду того, что конструкция исследуемого узла (вариант 1, рис. 2.) имеет сходство с конструкцией бесфасоночного узла фермы, исследование основывалось на существующей литературе по проблематике НДС бесфасоночных сварных узлов трубчатых ферм [6-9].

При первом варианте конструкции в узле наблюдается неравномерность распределения напряжений в месте присоединения прогонов и связей к ребру. Это происходит за счет того, что прогоны и связи передают значительную часть продольных усилий на него [11].

285

Рис. 2. Вариант 1: а) конструкция узла; б) распределение напряжений в узле; в) график изменения напряжений в наиболее нагруженном сварном шве,

МПа; г) деформированная схема узла (масштаб деформаций х70); д) первая форма потери устойчивости узла; е) вторая форма потери устойчивости узла;

По мнению Я. Брудка, сдвиг элементов решетки позволяет повысить несущую способность узла (вариант 2, рис.3.) [5, 12]. В этом случае ребро будет меньше вовлечено в работу, подвергаясь лишь небольшому изгибу вследствие того, что часть поперечной силы в связях перераспределиться на прогоны. Минусами такого варианта конструкции, существенно усложняющих его изготовление, являются: нагромождение сварных швов на небольшой площади, что приводит к концентрации напряжений; наличие фигурной резки концов элементов, что практически возможно только на заводах, оснащенных специальным оборудованием.

286

Рис. 3. Вариант 2: а) конструкция узла; б) распределение напряжений в узле; в) график изменения напряжений в наиболее нагруженном сварном шве, МПа; г) деформированная схема узла (масштаб деформаций х70); д) первая форма потери устойчивости узла; е) вторая форма потери устойчивости узла; ж) третья форма

потери устойчивости узла;

Соединения элементов узловыми фасонками (вариант 3, рис. 4.), не требующими «повышенной точности заготовки» предложено зарубежными авторами [13, 14]. Прогоны и связи при таком исполнении не пересекают друг друга, что упрощает процесс сварки. При этом линии действия усилий проходят через фасонку и сходятся в одной точке на оси ребра, что позволяет повысить несущую способность и жесткость узла. Более того, удлиняя фасонку, можно увеличить сварной шов. При такой конструкции разрушение происходит в месте контакта торца растягиваемой связи с фасонкой (либо в месте примыкания фасонки к ребру) вследствие резкого изменения сечения.

Ко всему прочему программный комплекс IDEA StatiCa дает возможность проанализировать устойчивость конструкции узла и определить коэффициенты запаса для форм потери устойчивости.

287

Рис. 4. Вариант 3: а) конструкция узла; б) распределение напряжений в узле; в) график изменения напряжений в наиболее нагруженном сварном шве, МПа; г) деформированная схема узла

(масштаб деформаций х70); д) первая форма потери устойчивости узла; е) вторая форма потери устойчивости узла; ж) третья форма потери устойчивости узла;

Формула коэффициент запаса устойчивости выглядит следующим образом:

α,

α = ̅2 λ

где α, - коэффициент нагрузки, определяется автоматически программным комплексом путем достижения предела пластической деформации без учета геометрической нелинейности;

̅ – предельная гибкость безразмерной пластины исследуемого

λ

режима потери устойчивости; приведена в Приложении B к EN 1993-1-5 [15].

В таблице 1 представлено сравнение основных деформативнопрочностных характеристик исследуемых вариантов узла. Для удобства

288

сравнения надежности и экономической эффективности вариантов конструкции узла были введены коэффициенты К1 (отношение несущей способности узла к материалоемкости) и К2 (отношение несущей способности узла к трудозатратам на его изготовление).

Характер работы узлового соединения зависит от его конструктивного исполнения. На основании выполненного анализа могут быть сделаны следующие выводы:

−узел по первому варианту конструкции при большой несущей способности имеет наименьшую материалоемкость и трудоемкость. У данного узла коэффициенты К1=1,24 и К2=51,9;

−значения коэффициентов К1=1,95 и К2=65,7 у второго варианта узла выше, чем у исходного, несмотря на то, что трудоемкость изготовления такой конструкции превышает трудоемкость изготовления первого варианта узла;

−узел по третьему варианту имеет наибольшую материалоемкость, в тоже время обладая наименьшей несущей способностью, что подтверждается наименьшими значениями коэффициентов К1=0,87 и К2=35,2.

Таблица 1. –Деформативно-прочностные характеристики

Таким образом, наиболее надёжным и экономичным является второй вариант – узел со сдвинутыми к прогонам связями. Из чего следует, что для увеличения несущей способности необходимо стремиться не к

289