機(jī)械加工車間環(huán)境影響分析及粉塵特性研究.pdf

1、當(dāng)前,綠色制造作為一種面向可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的新型制造模式已引起國內(nèi)外研究院所和先進(jìn)企業(yè)的廣泛重視。綠色制造以減少資源消耗、降低環(huán)境影響為主要目標(biāo),是人類社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)。其中,機(jī)械加工是一種典型的制造方式,機(jī)械加工系統(tǒng)通過機(jī)械加工過程將原材料或半成品轉(zhuǎn)化為形狀、尺寸、精度合格的成品或零部件的同時,消耗了大量的能量、物料資源,并產(chǎn)生了大量的粉塵、噪聲、油霧、固體廢棄物等污染排放,直接影響機(jī)械加工車間的環(huán)境,帶

2、來職業(yè)健康與安全問題。機(jī)械加工車間具有量大面廣的特點,針對機(jī)械加工車間的環(huán)境影響的研究是綠色制造研究中的重要內(nèi)容。本論文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“現(xiàn)代機(jī)械加工車間制造系統(tǒng)運行狀態(tài)信息的系統(tǒng)特性和采集新方法研究(項目編號:50775228)”以及國家科技支撐計劃課題“綠色制造技術(shù)體系與運行模式研究(項目編號:2006BAF02A01-01)”,對機(jī)械加工車間的環(huán)境影響進(jìn)行總體分析,并對其中污染排放中的粉塵特性進(jìn)行了重點研究。
　　

3、 在闡述機(jī)械加工車間的系統(tǒng)構(gòu)成后,分析了機(jī)械加工系統(tǒng)的各種資源環(huán)境屬性,在此基礎(chǔ)上,建立了由運行目標(biāo)層、支撐系統(tǒng)層、運行主線層、底層系統(tǒng)層等四層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的面向環(huán)境影響的機(jī)械加工車間運行模型,并對模型中的每個層次功能進(jìn)行詳細(xì)分析。
　　 由于機(jī)械加工車間環(huán)境影響非常復(fù)雜,每一種污染物都需要單獨分析和研究,本文選擇機(jī)械加工產(chǎn)生的主要污染物中研究相對比較薄弱但危害大的粉塵進(jìn)行了深入研究。分析機(jī)械加工粉塵對于人體健康的危害和安全性威脅,

4、以及對機(jī)械加工設(shè)備和加工質(zhì)量的影響,指出機(jī)械加工粉塵問題隨著干切削技術(shù)的推廣逐漸凸顯,隨后提出粉塵問題研究內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)框架,并分析指出粉塵特性的發(fā)掘、研究與利用是機(jī)械加工車間粉塵問題研究的基礎(chǔ)與重點,隨后展開以單機(jī)床機(jī)械加工系統(tǒng)為對象和以整個車間為對象的兩種層面的機(jī)械加工粉塵特性的研究。
　　 在對機(jī)床單元的粉塵排放特性的研究中,首先分析指出粉塵排放有組織性、粉塵排放過程受機(jī)械加工任務(wù)和進(jìn)度影響的動態(tài)性和粉塵排放的空間特性。隨后

5、重點對粉塵排放的空間特性進(jìn)行討論,提出使用粉塵濃度分布的相對指標(biāo)來描述懸浮粉塵顆?？臻g分布特性,通過典型的車削實驗,測得不同切削速度下機(jī)床附近若干空間點的粉塵濃度,在對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后一方面獲得直觀的粉塵濃度分布等值線圖,另一方面計算不同方向間和同方向不同距離粉塵濃度。隨后在切削氣流中引入惰性粉塵顆粒的影響,采用歐拉.拉格朗日多項流模型,對實驗條件下的氣流場進(jìn)行數(shù)值模擬,并從氣流場和能量轉(zhuǎn)換兩個角度對實現(xiàn)現(xiàn)象進(jìn)行定性分析與解釋。

6、>　　 在對整個機(jī)械加工車間為對象的粉塵研究中,首先分析了機(jī)械加工車間內(nèi)粉塵分布的空間動態(tài)性和隨加工任務(wù)變化的時間動態(tài)性,以及影響車間內(nèi)粉塵分布的各種因素,并分類為靜態(tài)影響因素和動態(tài)影響因素。隨后針對機(jī)械加工車間建筑結(jié)構(gòu)多樣、工況復(fù)雜、粉塵排放動態(tài)性強(qiáng)的特點,提出了一種以COwZ(COMIS(Conjunction of Multizone Infiltration Specialists)with sub-Zones)模型為核心的機(jī)

7、械加工車間粉塵的時空分布狀態(tài)的估計模型。且針對模型的具體實現(xiàn),討論了其關(guān)鍵技術(shù):考慮到機(jī)床本身對氣流的阻礙作用,提出基于COwZ模型空間網(wǎng)格劃分的機(jī)床組建模擬；提出機(jī)械加工細(xì)粉塵顆粒排放等效源強(qiáng)的概念及以其為基礎(chǔ)的切削粉塵排放的動態(tài)表達(dá)方法。最后總結(jié)了估計方式實施步驟,指出本估計方法只需輸入機(jī)加車間內(nèi)各機(jī)床的各種工作狀態(tài)參數(shù)、環(huán)境因素就可估計出機(jī)械加工車間粉塵的時空分布狀態(tài)。案例研究對一中型混合通風(fēng)模式下機(jī)械車間進(jìn)行多點模擬和試驗,數(shù)值