機械加工車間環(huán)境影響分析及粉塵特性研究.pdf

1、當前,綠色制造作為一種面向可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略的新型制造模式已引起國內(nèi)外研究院所和先進企業(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,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,機械加工是一種典型的制造方式,機械加工系統(tǒng)通過機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,直接影響機械加工車間的環(huán)境,帶

2、來職業(yè)健康與安全問題。機械加工車間具有量大面廣的特點,針對機械加工車間的環(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)合國家自然科學基金項目“現(xiàn)代機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“綠色制造技術體系與運行模式研究(項目編號:2006BAF02A01-01)”,對機械加工車間的環(huán)境影響進行總體分析,并對其中污染排放中的粉塵特性進行了重點研究。
　　

3、 在闡述機械加工車間的系統(tǒng)構(gòu)成后,分析了機械加工系統(tǒng)的各種資源環(huán)境屬性,在此基礎上,建立了由運行目標層、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)境影響的機械加工車間運行模型,并對模型中的每個層次功能進行詳細分析。
　　 由于機械加工車間環(huán)境影響非常復雜,每一種污染物都需要單獨分析和研究,本文選擇機械加工產(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行了深入研究。分析機械加工粉塵對于人體健康的危害和安全性威脅,

4、以及對機械加工設備和加工質(zhì)量的影響,指出機械加工粉塵問題隨著干切削技術的推廣逐漸凸顯,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、研究與利用是機械加工車間粉塵問題研究的基礎與重點,隨后展開以單機床機械加工系統(tǒng)為對象和以整個車間為對象的兩種層面的機械加工粉塵特性的研究。
　　 在對機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、粉塵排放過程受機械加工任務和進度影響的動態(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行討論,提出使用粉塵濃度分布的相對指標來描述懸浮粉塵顆?？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床附近若干空間點的粉塵濃度,在對實驗數(shù)據(jù)進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)象進行定性分析與解釋。

6、>　　 在對整個機械加工車間為對象的粉塵研究中,首先分析了機械加工車間內(nèi)粉塵分布的空間動態(tài)性和隨加工任務變化的時間動態(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。隨后針對機械加工車間建筑結(jié)構(gòu)多樣、工況復雜、粉塵排放動態(tài)性強的特點,提出了一種以COwZ(COMIS(Conjunction of Multizone Infiltration Specialists)with sub-Zones)模型為核心的機

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),討論了其關鍵技術:考慮到機床本身對氣流的阻礙作用,提出基于COwZ模型空間網(wǎng)格劃分的機床組建模擬；提出機械加工細粉塵顆粒排放等效源強的概念及以其為基礎的切削粉塵排放的動態(tài)表達方法。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加車間內(nèi)各機床的各種工作狀態(tài)參數(shù)、環(huán)境因素就可估計出機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模式下機械車間進行多點模擬和試驗,數(shù)值