Методические указания по выполнению контрольной работы.

Контрольная работа состоит из решения двух задач и ответов на пять вопросов.

Ответы на вопросы должны сопровождаться ссылками на литературные источники, а также при необходимости рисунками. Тексты ответов на вопросы и решения задач должны быть согласованы с рисунками путем цифровых обозначений.

На каждой странице оставляются поля для замечаний рецензента.

Контрольная работа выполняется по варианту (см. таблицу 1), номер которого совпадает с последней цифрой учебного шифра студента, а исходные данные для решения задачи выбираются по варианту, номер которого совпадает с предпоследней цифрой учебного шифра.

Контрольная работа в печатном виде должна быть на кафедре не позже двух недель до начала сессии.

Необходимые данные для решения задач приведены в таблицах к каждой задаче, а вопросы - в конце методических указаний.

Таблица 1 - Варианты контрольной работы

Показатели	Варианты
Номера вопросов	6, 13, 19,32,	1,14, 24,41, 50	7, 17, 27,34, 47	3, 2, 25,31, 49	8, 18, 23,39, 42	2,11, 20,37, 45	9, 21, 28,35, 38	4,16, 29,36, 44	10,22, 26,33, 43	5, 15, 30,40, 46
Номера задач	6, 2	1, 6	1, 9	4, 10	8. 10	3, 7	4, 9	7, 11	1. 5	5, 12

Задачи для контрольной работы

Задача 1

Рассчитать сопротивление заземляющего устройства, при использовании защитного заземления для защиты человека от поражения электрическим током в случае перехода напряжения на корпус электроустановки.

Исходные данные:

а) рабочее напряжение установки U_л = 380 В;

б) удельное сопротивление грунта - , Ом · м;

в) заземлители - вертикальные круглые стержни диаметром d = 10 мм и длиной , м;

г) стержни размещаются по контуру.

Численные значения и принять по таблице 2.

 

Таблица 2

Показатели	Варианты
Вид грунта (земли)	пе-сок	супесок	суглинок	гли-на	камень глина	гли-на	супесок	пе-сок	гли-на	супесок
Удельное сопротивление грунта,
Длина заземлителя,		4,5			4,5	4, 5	4,5		4,5

 

Указания к решению задачи.

1. Определение расчетного удельного сопротивления грунта с учетом климатического коэффициента :

= .

Вместо в формулу можно подставлять значение измеренного удельного сопротивления грунта в конкретном месте расположения заземляющего устройства. Значение коэффициентов принимается в зависимости от климатических зон России, вида и длины заземлителей. Для данной задачи примем : = 1,25.

2. Определение сопротивления одиночного вертикального стержневого заземлителя, заглубленного ниже уровня земли на t₀ = 0,5 м по формуле:

, Ом,

где t = t₀+0,5 - глубина заложения стержневого заземлителя, м

Если сопротивление одиночного заземлителя окажется больше требуемого сопротивления заземляющего устройства R_и, т.е. если R > R_и или R > R_з при отсутствии естественных заземлителей, то необходимо использовать несколько соединенных между собой заземлителей. Величину R_з для данной задачи согласно ПУЭ принять равной 4 Ом.

3. Определение потребного количества заземлителей n без учета их взаимного экранирования:

.

4. Определение необходимого количества заземлителей n _э с учетом их взаимного экранирования:

,

где - коэффициент использования заземлителей, учитывающий их взаимное экранирование и зависящий от количества n и расстояния между заземлителями. Определяется по таблице и для вариантов 1, 2, 7, 8 и 0 данной задачи может быть принят равным 0,45, а для остальных вариантов - 0,65.

Учитывая то, что заземлители соединяются между собой стальной полосой, которая является дополнительным заземлителем, количество заземлителей можно уменьшить.

5. Определение расчетного, сопротивления при принятом числе заземлителей n_эп:

.

6. Определение сопротивления соединительной стальной" полосы:

, Ом

где L_сп = 1,05L n_эп - общая длина соединительной полосы, м; L = l - расстояние между вертикальными заземлителями, м; b = 40 мм - ширина соединительной полосы.

7. Определение расчетного сопротивления соединительной полосы с учетом взаимного экранирования:

, Ом,

где - коэффициент использования соединительной полосы. Определяется по таблице, с учетом количества и длины заземлителей и расстояния между ними. Для вариантов 1, 8 принять равным 0,19. А для вариантов 2, 3, 7 и 0 - 0,23, для остальных -0,36.

8. Определение общего расчетного сопротивления заземляющего устройства:

, Ом.

Если R_{0 расч} > R_{з ,} то принятое количество n_эп необходимо увеличить и снова определить R_{0 расч}.

ЗАДАЧА 2

Определить потенциал на поверхности цистерны, сопротивление заземляющего устройства и время полного разряда цистерны при сливе из нее бензина.

Исходные данные:

а) скорость электризации q = 10 ^-8 А۰мин на 1 л продукта;

б) электрическая емкость цистерн, применяемых в практике для слива - налива нефтепродуктов, может быть в среднем принята равной С = 10 ^-9 Ф;

в) объем перекачиваемого продукта М, л;

г) скорость слива продукта V, л/мин.

Численные значения M и V принять по таблице 3.

Указания по решению задачи

1. Определить полный заряд, передаваемый электризованным бензином цистерне:

Q = q М, Кл,

Таблица 3

Показатели	Варианты
Объем сливаемого бензина М, л
Скорость слива V, л/мин

 

где q - скорость электризации или заряда в кулонах на 1 л электризуемого продукта; М - количество перекачиваемого продукта, л.

2. Определить потенциал на изолированной цистерне при указанной электрической емкости:

U = Q / C, B.

3. Определить тепловую энергию искры при найденном потенциале:

Е = 0.5C U², Дж

4. Сравнить энергию искры с энергией, необходимой для воспламенения бензина (равной 10 ^-3 Дж). Для снижения потенциала (при превышении энергии воспламенения бензина) до какой-то величины необходимо устройство токопроводящего соединения с сопротивлением:

R = U₁ T / Q, Ом,

где U₁ - величина, потенциала, до которой его необходимо снизить (принимается студентом);

Т - время слива бензина из цистерны, определяется:

Т = M / V, мин.

5. Определить время полного разряда цистерны:

t = 3 С R, c.

Для ограничения опасных потенциалов, возникающих на резервуарах и цистернах при сливе и наливе светлых нефтепродуктов, требуется малое сопротивление заземляющего устройства. Практически величина сопротивления может быть порядка 1 МОм.

Методика решения задачи заимствована: Садов А.И., Охрана труда на предпри-

ятиях автомобильного транспорта (практические расчеты) / Под.ред. А.И. Салова.

- М.: Транспорт, 1997. -183с.

ЗАДАЧА 3

Для предотвращения травм от стружки и поступления пыли в рабочую зону, образующихся при обработке материалов на металлорежущих станках, устанавливаются пыле стружка отсасывающие устройства.

Рассчитать объем воздуха L_в, необходимый для транспортирования стружки и пыли в этих устройствах и определить требуемое сечение трубопровода.

Исходные данные:

а) вид обрабатываемого материала;

б) вид обработки материала;

в) плотность обрабатываемого материала , г/см³;

г) подача S: при точении в мм /об, при фрезеровании в

мм/мш;

д) глубина резания t, мм;

е) скорость резания V, м/мин;

ж) скорость витания стружки V_в, м/с.

Вид и численные значения исходных данных принять по таблице 4.

Таблица 4

Показатели	Варианты
Материал	чугун	ла- тунь	медь	брон-за	сталь	нейзильбер	алюм. сплав	текстолит	чугун	сталь
Обработка	точе-ние	фрезе ров.	точе-ние	фрезе ров.	точе-ние	точе-ние	точе-ние	точе-ние	фрезе ров.	фрезе ров.
Плотность материала	7,0	8,5	8,9	8,7	7,8	8,9	2,6	1,4	7,0	7,8
Подача S	0,6		0,5		0,4	0,4	0,1	0,5
Глубина резания t
Скорость резания V
Ск-ть витания стружки VВ			11,5			12,5	5,6

 

Указания к решению задачи.

1. Определение массы снимаемой стружки и пыли G_C:

а) при точении:

г/мин или , кг /ч,

б) при фрезеровании:

г/мин или , кг /ч,

где В -ширина фрезерования, мм. Принять для всех вариантов В=6мм.

2. Определение объема воздуха L_B, необходимого для непрерывного удаления стружки и пыли от режущего инструмента:

, кг/ч

где - µ концентрация смеси, кг/кг (отношение массы перемещаемого материала к массе воздуха, транспортирующего этот материал). Для алюминия и текстолита µ ≤ 0,5, для остальных материалов µ ≤ 1.

3. Определение площади поперечного сечения трубопровода S_T для удаления стружки и пыли: , м²

где V_T >2,5V_B – транспортнаяскорость удаляемой смеси, м/с^-1

При этом следует принимать во внимание конструктивные соображения, размер транспортируемой элементной стружки, стандарты на трубы и др. Для станков среднего размера, и тем более крупных, не следует принимать трубопроводы внутренним диаметром менее 50 мм.

Задача 4

Определить дневную дозу шума оператора машины и допустимое время работы, если шум широкополосный и постоянный, а уровень звука (дБА) при допустимом уровне звука дБА.

Численные значения фактического уровня звука принять по таблице 5.

Таблица 5

Показатели	Варианты
Уровень звука , дБАдБА

 

Указания к решению задачи

1.Определяем допустимое значение звукового давления , действующего в течение всей смены

, Па,

где - допустимый уровень звука в течение восьмичасового рабочего дня, дБА.

2. Определяем допустимую дозу шума Д_доп за восьмичасовой рабочий день

² T, Па² ч,

где Т- продолжительность рабочего дня, ч.

3. Определяем фактическое значение звукового давления , действующего в течение всей рабочей смены

.

4.Определяем фактическую дозу шума Д_ф за восьмичасовой рабочий день

.

5.Определяем допустимое время работы в фактических условиях шума Т_доп

.

Задача 5

Рассчитать общее равномерное люминесцентное освещение, исходя из норм СНиП 23-05-95.

Исходные данные:

а) система освещения – общее равномерное;

б) высота помещения H = 6,0 м;

в) величина свеса h_е = 0,5 м;

г) напряжения питания осветительной сети 220В;

д) коэффициенты отражения: потолка ρ_n =70%, стен ρ_c =50%;

е) размеры помещения А*В в м. Размер объекта различения в мм. Показатель ослепленности Р и коэффициент пульсации Кn принять по таблице 6.

Таблица 6

Показатели	Варианты
Размеры помещения А *В, м	15·10	25·15	50·30	70·50	100·	110·	50·30	70·35	100·	25·15
Наименьший размер объекта, мм	0,15 -0,3	0,3 -0,5	0,5 -1,0	0,15 -0,3	0,3 -0,5	0,5 -1,0	≤0,15	≥ 5,0	0,5 -1,0	0,3 -0,5
Показатель ослепленности Р
Коэффициент пульсации Кn

 

Указания к решению задачи.

1. По справочной литературе выбрать светильник. Помещение не взрывоопасно, выделений пыли нет, капельной влаги и брызг нет.

2. Расчетная высота подвеса светильника определяется по формуле:

где: h_p = 0.8 м - высота рабочей поверхности; h_c - 0.5 м - свес светильника.

3. Оптимальное расстояние между светильниками при многорядном их расположении, определяется по формуле:

, м

4. Необходимое количество ламп рассчитать по формуле:

, шт.

5. Составить эскиз плана цеха с поперечным разрезом и расположением светильников с указанием всех необходимых размеров.

Задача 6

Рассчитать местное освещение, исходя из действующих норм СНиП 23-05-95.

Исходные данные:

а) светильник типа СМО - 100М;

б) источник света - лампа накаливания;

в) напряжение питания - 36 В; г) h и d - соответственно высота подвеса светильника и расстояние от проекции центра источника света на рабочую поверхность до точки рабочей зоны с наименьшей требуемой освещенностью, см;

д) размер объекта различения, мм; показатель ослепленности Р,коэффициент пульсации Кn и коэффициент запаса Кз.

Численные значения исходных данных принять из таблицы 6.

Таблица 6

Показатели	Варианты
Высота подвеса светильника h, см
Расстояние d, см
Наименьший размер объекта, мм	0.15 -0.3	0.3-0.5	0.5-1.0	0.15 -0.3	0.3-0.5	0.5-1.0	≤ 0.15	≥ 5.0	0,5-1.0	0.3- 0.5
Показатель ослепленности Р
Коэфф. пульсации, Кn
Коэфф. запаса, Кз	2.0	1.4	1.5	1.3	1.8	2.0	1.4	2.0	1.5	1.3

Указания к решению задачи.

1. Рассчитать световой поток лампы по формуле:

, лм,

где, Е - нормируемая освещенность на рабочей поверхности, составляющая не менее 0.9 от нормируемой освещенности при комбинированном освещении, но не менее 200 лк при разрядных лампах и 75 лк при лампах накаливания (выбрать по табл. 1 СНиП для условий варианта).

2. Условную освещенность е определить по графику условных горизонтальных изолюкс для светильника СМО-100М (Рисунок 1)

Рисунок 1 – условные горизонтальные изолюксы для светильника СМО - 100

3. Составить расчетную схему и эскиз светильника, показать защитный угол светильника.

4. По рассчитанному значению светового потока лампы из таблицы 7 выбрать источник света с ближайшим большим световым потоком.

Таблица 7 - Характеристики источников света

Тип лампы	Мощность, Вт	Напряжение, В	Световой поток, лм
Лампы без отражателя
МО 12-40
МО 12-60
МО 36-40
МО 36-60
МО 36-100
МО 40-25
МО 40-40
МО 40-60
МО 40-100
Лампы с диффузным отражателем
МОД 12-40
МОД 12-60
МОД 36-40
МОД 36-60
МОД 36-100
Лампы с зеркальным отражателем
МОЗ 12-40
МОЗ 12-60
МОЗ 36-40
МОЗ 36-60
МОЗ 36-100
МОЗ 40-40
МОЗ 40-60
МОЗ 40-100

 

Литература. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. – М.: Минстрой РФ, 1995. – 35 с.

Задача 7

Провести следующие расчеты, связанные с безопасностью при эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Задача состоит из трех заданий.

Задание 1. Компрессор подает воздух с давлением P₂, кПа при начальном давлении сжимаемого воздуха P₁ = 98 кПа и температуре T₁ = 288° К. В компрессоре применяется компрессорное масло марки 12(М) с температурой вспышки не ниже 216° С.

Согласно Правилам устройства и безопасной эксплуатации воздушных компрессоров и воздуховодов разница между температурой вспышки масла и температурой сжатого воздуха должна быть, не менее 75° С. Определить температуру сжатого воздуха и сделать заключение о возможности эксплуатации компрессора без охлаждения.

 

Задание 2. Воздухосборник компрессора имеет объем V, м3, и рассчитан на давление Р₂, кПа. Определить мощность взрыва этого воздухосборника, принимая время действия взрыва t =0,1 с. Численные значения V и Р₂ принять по таблице 8.

 

Задание 3. Произошел взрыв баллона с ацетиленом. Определить, при каком давлении произошел взрыв баллона, если: толщина стенки баллона S = 4 мм; внутренний диаметр баллона Dв = 200 мм; материал - сталь 20.

По действующим нормам предельное рабочее давление (Р) в баллоне должно быть 2942 кПа.

Указания к решению задачи

Задание 1. Конечная температура сжатого воздуха определяется по формуле:

,

где T₁ - абсолютная температура воздуха до сжатия, ° К; T₂ - абсолютная температура после сжатия, ° К; m - показатель адиабаты (для воздуха m - 1,41).

Таблица 8.

Показатели	Варианты
Конечное давление Р2, кПа Объем воздухосборника V, м^3
Объем воздухосборника V, м^3	1,4	1,6	1,8	1,0	1,5	2,0	3,0	2,0	2,5	3,5

Полученный результат сопоставить с температурой вспышки компрессорного масла и сделать заключение о необходимости охлаждения компрессора.

Задание 2. Мощность взрыва воздухосборника определяется по формуле:

кВт,

где А - работа взрыва при адиабатическом расширении газа, которая находится по формуле:

, Дж,

где P₁ - конечное (атмосферное) давление воздуха, Па; m - показатель адиабаты (для воздуха m = 1,41).

Задание 3. Давление, при котором произошел взрыв баллона, определяется по формуле 1:

, см,

где Р - давление, кПа; с_р - допустимое сопротивление стали на растяжение, Па; f = 1 - коэффициент прочности для бесшовных труб; С - прибавка на минусовые допуски стали, см.

Задача и методика ее решения заимствованы из источника: Охрана труда: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников машиностроительных специальностей /Б.Н.Филиппов. - М.: Высш. школа, 1983. - 39с.

Задача 8

На кислородном баллоне редуктор прямого действия отрегулирован на давление 0,5 МПа. За время работы давление в баллоне снижается с 15 до 2,5 МПа.

Определить необходимость дополнительной регулировки редуктора, если давление кислорода, подаваемого в горелку, будет менее 0,4 МПа. Необходимо учесть, что давление менее 0,4 МПа недопустимо из-за возможности обратного удара.

Исходные данные:

а) Площадь сечения клапана редуктора f₁ = 0,4 см²

б) Рабочая площадь мембраны f₂ = 30 см²;

в) Усилие, создаваемое нажимной пружиной Q₁ = 1000 Н;

г) Усилие, создаваемое возвратной (запорной) пружиной Q₂ = 100 Н;

д) Усилие пружина считать постоянным.

Указания к решению задачи

1. Рабочее давление газа в магистрали определяется из уравнения равновесия давлений для редуктора прямого действия

P₁ f₁ + Q₁ = P₂ f₂ + Q₂

Принять Р₁ = 2,5 МПа, т.е. наименьшее давление в баллоне.

2. Если в результате расчета будет Р₂ < 0,4 МПа, то возможен обратный удар. Для предупреждения обратного удара необходима дополнительная регулировка редуктора.

3. Определить остаточное давление, на которое следует провести дополнительную регулировку редуктора. Это давление P₁ определяется из того же уравнения равновесия при P₂ = 0,4 МПа.

 

Задача взята из книги / Салов А.И. Охрана труда на предприятиях автомобильного транспорта (практические расчеты). Под ред. А.И.Салова. - М.: Транспорт, 1977. - 183с.

Задача 9

Рассчитать потребное число баллонов с диоксидом углерода (СО₂) и внутренний диаметр магистрального трубопровода установки пожаротушения по методике, изложенной в СНиП 2.04.09-84. Пожарная автоматика зданий и сооружений.

Исходные данные:

а) горючий материал - керосин;

б) размеры защищаемого помещения а ∙ b ∙ h (ширина, длина и высота помещения), м;

з) суммарная площадь постоянно открытых проемов А₂, м²; г) длина магистрального трубопровода по проекту , м.

Численные значения исходных данных принять по таблице 9.

Таблица 9

Показатели	Варианты
Ширина помещения а, м
Длина помещения b, м
Высота помещения h, м
Площадь открытых проемов А2, м^2
Длина трубопровода , м

 

Указания к решению задачи.

1. Определение объема помещения V:

V = а ∙ в ∙ h, м³.

2. Определение основного запаса диоксида углерода m:

m = 1,1 k₂ [ k₃ (A₁ + 30 A₂) + 0,7 V], кг,

где k₂ - коэффициент, учитывающий вид горючего вещества, материала, определяемый по таблице 1 СНиП, для керосина k₂ = 1; k₃ - коэффициент, учитывающий утечку диоксида углерода через неплотности в ограждающих конструкциях, принимается равным 0,2 кг/м²; A₂ определяется по рисунку 1 СНиП в зависимости от объема защищаемого помещения. Для заданных объемов помещения A₂ определены и приведены в таблице 9 задания; A₁ - суммарная площадь ограждающих конструкций защищаемого помещения (м²), определяемая по формуле:

A₁ = 2 h ∙ (а + в) + (а ∙ в).

3. Определение расчетного числа баллонов для установки из расчета вместимости в 40-литровый баллон 25 кг диоксида углерода.

4. Определение среднего расхода диоксида углерода Q_m, кг/c по формуле:

Q_m = m / t где t - время подачи диоксида углерода в защищаeмoe помещение, с, зависящее от соотношения суммарной площади открытых проемов и принимается: при A₂ /A₁ < 0,03 не более 120 с и при A₂ /A₁ > 0,03 не более 60 с.

5. Определение внутреннего диаметра магистрального трубопровода d _i, м, по формуле:

d _i= 9,6 · 10 ^-3 · (k₄^-2 ·Q_m · ) ^0,19,

где k₄ - множитель, определяемый по таблице 2 Приложение СНиП в зависимости от среднего (за время подачи) давления в изотермической емкости. При хранении диоксида углерода в баллонах k₄ - 1.4.

 

Задача 10

В помещении в качестве растворителя применяется ацетон (СНзСОСНз). Допускается, что в этом помещении произошла авария, в результате чего ацетон разлился по полу и вентиляция перестала работать.

Определить, к какой категории по взрывопожарной и пожарной опасности необходимо отнести это помещение.

Исходные данные:

а) масса разлитого ацетона m, кг;

б) радиус лужи ацетона r, см;

в) свободный объем помещения V_св, м³;

г) молекулярная масса ацетона М = 58,08 кг ∙ кмоль.

Численные значения m, r и V_св принять по таблице 10.

Таблица 10

Показатели	Варианты
Масса ацетона m, кг
Радиус лужи r, см
Объем помещения Vсв, м^3

 

Указания к решению задачи.

1. Определение интенсивности испарения ацетона:

, г/с,

где D_t - коэффициент диффузии паров ацетона, см²/с; P_НАС = 0,0305 МПа - давление насыщенного пара ацетона; Р_АТМ = 0,1 МПа - атмосферное давление; V_t - объем грамм-молекулы паров ацетона при температуре t = 25 °С, см³.

2. Определение коэффициента диффузии паров ацетона:

,

где D₀ – коэффициент диффузии паров ацетона при t = 0 ^оС и давлении 0,1 МПа, определяется D₀ =0,8 М ^{– 0,5} см²/с; Т = 273 ^оС.

3. Определении объема грамм-молекулы паров ацетона при t = 25 ^оС:

,

где V₀ = 22?413 л – объем грамм-молекулы паров ацетона при нормальных условиях (t = 0 ^оС, Р = 0,1 МПа).

4. Определение массы испарившегося ацетона m_исп:

, кг,

где t_р расчетное время испарения ацетона, с. В соответствии с НПБ-03 при расчете массы поступивших в помещение веществ, которые могут образовывать взрывоопасные паровоздушные смеси, t_р принимается равным длительности полного испарения жидкости, но не более 3600 с.

5. Определение избыточного давления взрыва:

, кПа,

где Р_МАХ - максимальное давление взрыва стехиометрической паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать Р_МАХ = 900 кПа; Р_О - начальное давление, допускается принимать Р_О = 101 кПа; z - коэффициент участия горючего во взрыве, который рассчитывается или принимается по таблице НПБ - 03, для ацетона z = 0,5; - плотность пара ацетона при расчетной температуре, определяется по формуле:

, кг / м³,

 

где t_Р - расчетная температура, С^о. По НПБ – 03 допускается принимать равной 61 С^о; C_СТ - стехиометрическая концентрация паров ацетона, %(oб), вычисляемая по формуле:

,

где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; n_С, n_Н, n_О, n_Х - число атомов С, Н, О и галоидов (если они есть) в молекуле горючего; К_Н - коэффициент, учитывающий не герметичность помещения и не адиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_Н = 3.

6. Руководствуясь НПБ – 03. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, определить категорию помещения по взрывопожароопасность.

 

 

Задача 11

Определить эффективность демпфирования за счет покрытия стальной конструкции толщиной h₁ = 1 мм, имеющей коэффициент потерь ₁ = 10 ^{- 4}, если покрытие толщиной h₂ выполнено из вязкоупругого вибропоглощающего материала, имеющего коэффициент потерь _п и модуль упругости Е₂ .

Численные значения h₂, _п, и Е₂ принять по таблице 11.

Таблица 11

Показатели	Варианты
Толщина покрытия, h2, мм	2,5	3,0	2,8	3,2	2,6	3,1	2,9	3,3	3,4	2,7
Коэфф. потерь, п	0.54	0,39	0,23		0,44	0,23	0,44	0,33	1,00	0,23
Модуль у