3.6 Требования безопасности

1. Работы начинают производить только после ограждения места работ и после выдачи разрешений на работу диспетчером.

2. Перед началом работ весь персонал ознакомлен с проектом производства работ, назначены ответственные лица за каждый вид работ.

3. В темное время суток все предупредительные знаки, ограждающие производство работ, освещаются в соответствии с ГОСТ 12.4.026-01.

4. Все работники прошли медицинское освидетельствование для определения годности их к выполнению соответствующей работы.

5. К работе механизированными инструментами допускаются люди имеющие удостоверения на право пользования таким инструментом. Ремонт и регулировка механизированного инструмента производится после его отключения и полной остановки.

6. В соответствие с ГОСТ 12.0.004-90 к работе по дефектоскопированию деталей должны допускаться лица не моложе 18 лет, прошедшие при поступлении на работу обязательный предварительный медицинский осмотр, вводный и первичный инструктаж на рабочем месте, начальную подготовку или повышение квалификации (практическое обучение), стажировку и проверку знаний, а также имеющие вторую группу по электробезопасности. В дальнейшем эти работники проходят периодические медицинские осмотры в установленном порядке и подвергаются периодическим проверкам знаний.

7. Все работы производятся исправным инструментом с выполнением требований инструкций по технике безопасности.

8. Персонал, обслуживающие грузоподъемные машины, оборудования и объекты подконтрольными органами Гостехнадзора, обучен по программе утвержденной органами профессионально-технического образования, и аттестован комиссией, создаваемой в соответствии с Гостехнадзором.

9. Безопасность производственных процессов в течении всего времени их функционирования обеспечена:

- организацией рабочих мест;

- профессиональным отбором и обучением работающих;

- включением требования безопасности в нормативно-технологическую документацию;

- выбором требований безопасности и методов контроля их выполнения;

- применением средств защиты работающих;

- другие мероприятия в соответствии с ГОСТ 12.3.003-86.

4. Анализ выхода рельса по дефектам шейки акустическим методом неразрушающего контроля

4.1 Выбор схемы прозвучивания

Дефектоскоп предназначен для обнаружения дефектов в обеих нитях железнодорожного пути по всей длине и сечению рельсов, за исключением перьев подошвы, с помощью дефектоскопной тележки, а также для контроля отдельных участков одной нити железнодорожного пути и контроля элементов стрелочных переводов с помощью ручной штанги. Контролю подлежат все типы железнодорожных рельсов, при этом предусмотрена автоматическая корректировка настроек при переходе на другой тип рельсов по указанию оператора. Схемы прозвучивания позволяют выявлять все виды критических дефектов согласно классификатору НДТ/ЦП-1-93. При этом реализованы эхо, зеркальный и зеркально-теневой методы УЗК, с использованием контактного способа ввода ультразвука. В дефектоскопе предусмотрен алгоритм распознавания типа дефекта, но окончательное решение должен принимать оператор, используя дополнительно ручной контроль и визуальный осмотр дефектного участка.

В нашем случае будут произведены расчеты на одном из часто встречающемся дефекте в шейке рельса - это трещины, развивающиеся от болтовых отверстий (код дефекта 53.1), выходящие за край болтового отверстия более 10 мм и заходящие в шейку не менее 10 мм от боковой поверхности.

Для контроля каждой рельсовой нити используем схему прозвучивания рельса, показанные на рисунке 3.1.

Рисунок 4.1 Схема прозвучивания рельса с использованием четырех ПЭП

Схема для контроля каждой рельсовой нити используют два ПЭП (1 и 2) с углами ввода 55°, развернутые относительно продольной оси рельса на 34° и контролирующие головку рельса. Оси ультразвуковых лучей этих ПЭП направлены вперед и назад по ходу движения подвижной единицы с разворотом относительно продольной оси рельса под углом 34 в сторону рабочей грани головки. Луч одного ПЭП ("наезжающего") направлен вперед, луч другого ПЭП ("отъезжающего") - назад относительно направления движения подвижной единицы. Для контроля шейки рельса, а также зоны проекции шейки в головке и подошве, используются ПЭП 3, 4 раздельно-совмещенного типа, с углом ввода 45 и углом разворота 0. Лучи этих ПЭП направлены навстречу друг другу и реализуют схему контроля по эхо- и по зеркально-теневому методам.

4.2 Структурная схема дефектоскопа

Электрические схемы ультразвуковых дефектоскопов очень сложны и громоздки. Схема дефектоскопа и рекомендации по работе обычно даны в заводской инструкции. Принцип работы дефектоскопа удобно изучать, рассматривая его структурную схему, которая представлена на рисунке.

Рисунок 4.2 Структурная схема дефектоскопа

Основные блоки современного УЗ - дефектоскопа работают следующем образом. Генератор зондирующих импульсов 7 вырабатывает импульс электрических колебаний, возбуждающий ультразвуковые колебания в преобразователе 3. Отраженные от дефекта УЗ - сигналы принимает тот же преобразователь и трансформирует их в электрические импульсы, которые поступают на вход усилителя 1. Коэффициент усиления его регулируется во времени при помощи системы 4 временной регулировки чувствительности (ВРЧ). Усиленный до требуемой величины сигнал поступает на вход электронно-лучевого индикатора 6 и автоматического сигнализатора дефектов (АСД) 2.

Синхронизатор 8 обеспечивает требуемую временную последовательность работы всех узлов дефектоскопа, одновременно с запуском генератора импульсов он приводит в действие генератор развертки 9 электронно-лучевой трубки.

Развертка позволяет различать по времени прихода сигналы от объектов отражения, расположенных на разном расстоянии от преобразователя, например сигналы от дефектов отличать от донного сигнала. Синхронизатор также управляет работой блоков ВРЧ и АСД.

Измерительное устройство 5 обрабатывает сигналы, поступившие от усилителя, с учетом времени поступления сигнала от синхронизатора и выдает цифровую информацию на электронно-лучевой индикатор.

4.3 Выбор метода акустического контроля

Акустический контроль занимает ведущее место среди других видов неразрушающего контроля. Отличительные особенности акустических методов состоят в возможности эффективного решения комплекса задач дефектоскопии, контроля физико-механических свойств материалов, измерения геометрических размеров объектов контроля. Автоматизация ультразвукового контроля не только повышает производительность труда, но и обеспечивает получение экспрессной информации о соответствии контролируемого объекта установленным техническим требованиям. При этом ультразвуковые методы контроля не оказывают вредного влияния на окружающую среду, неопасны для здоровья обслуживающего персонала и позволяют при низких экономических затратах получать достоверную информацию о характере дефектов, расположенных на значительной глубине в материалах.

На сегодня существуют много различных методов контроля, но один из наиболее распространенных и универсальных считается эхо-метод, основанный на регистрации эхо-сигналов от дефектов. Чувствительность эхо-метода высокая: она достигает 0,5 мм² на глубине 100 мм. К преимуществам данного метода следует также отнести возможность одностороннего доступа к зоне шва, поскольку достаточно только одного преобразователя и для излучения и для приема ультразвуковых сигналов. Недостатки эхо-метода-это сравнительно низкая помехоустойчивость и резкое изменение отраженного сигнала от ориентации дефекта.

4.4 Выбор рабочей частоты дефектоскопа

Упругие механические колебания, распространяющиеся в воздухе, воспринимают обычно как звуки. Это - акустические колебания. Если их частота более 20000 Гц, то есть выше порога слышимости для человеческого уха, то такие колебания называют ультразвуковыми.

Упругие колебания могут быть возбуждены в твердых, жидких и газообразных средах. При этом колебательное движение возбужденных частиц благодаря наличию упругих сил между ними вызывает распространение упругой УЗ-волны, сопровождаемое переносом энергии.

Для получения УЗ-колебаний применяют пьезоэлектрические, магнитострикционные, электроакустические и другие преобразователи. Наибольшее распространение получили пьезоэлектрические преобразователи, изготовленные из пьезокерамических материалов или из монокристалла кварца. На поверхности пьезо-пластины наносят тонкие слои серебра, служащие электродами. При подаче на пьезопластину электрического напряжения она изменяет свою толщину вследствие так называемого обратного пьезоэлектрического эффекта. Если напряжение знакопеременно, то пластина колеблется в такт этим изменениям, создавая в окружающей среде упругие колебания. При этом пластина работает как излучатель. И наоборот, если пьезоэлектрическая пластина воспринимает импульс давления, то на ее поверхности вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта появляются электрические заряды, величина которых может быть измерена. В этом случае пьезопластина работает как приемник. Процесс распространения ультразвука в пространстве является волновым. Граница, отделяющая колеблющиеся частицы среды от частиц, еще не начавших колебаться, называется фронтом волны. Упругие волны характеризуются скоростью распространения , длиной волны и частотой колебаний . При этом под длиной волны понимается расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися одинаковым образом (в одинаковой фазе). Число волн, проходящих через данную точку пространства в каждую секунду, определяет частоту УЗ-колебаний.

Акустические свойства - это физические свойства сред, которые определяют особенности генерации и распространения в данной среде упругих колебаний. Основными свойствами сред являются скорости продольных и поперечных волн, характеристический импеданс и коэффициент затухания.

Скорость звука зависит, вообще говоря, от самых разных факторов. В твердых телах скорость звука является константой среды в широком температурном диапазоне.

Важным параметром среды распространения упругих колебаний является акустический импеданс или удельное волновое сопротивление.

Таблица 4.1

Акустические характеристики сред

Вещество	Плотность
ЦТС-19	7,5	3600	27,0
Сталь	8	3200	45

Акустическим импедансом называют комплексное отношение звукового давления к колебательной скорости для любой волны.

При распространение волн в реальных средах происходит уменьшение амплитуды колебаний частиц в волне, что может быть вызвано расхождением лучей (дифракционным ослаблением), характерным для сферических и цилиндрических волн, а также затуханием волн в среде. При затухании уменьшается амплитуда и интенсивность всех типов волн, включая плоские волны. Основная причина затухания - наличие внутреннего трения в среде. Таким образом, затухание - акустическое свойство среды, в отличие от дифракционного ослабления, которое является свойством волны.

Нижняя граница частоты рассчитывается с точки зрения выявляемости минимальных дефектов:

(4.1)

где С₁-скорость продольных УЗ-волн;

b-минимальный размер дефекта.

В твердых телах коэффициент затухания должен быть определен отдельно для продольной и поперечной волн.

Затухание акустических колебаний определяется формулой:

(4.2)

где - частота;

-коэффициенты поглощения и рассеяния звуковых волн.

Так как продольные волны в нашем случае отсутствуют, то получаем:

(4.3)

(4.4)

где - объем зерна;

с_t- скорость поперечных волн в материале;

- среднее отклонение модуля сдвига.

Обычно для расчета затухания используют значения

Объем зерна находим по формуле:

(4.5)

где -диаметр зерна.

В рельсовой стали диаметр зерна составляет 0,012мм.

Для реализации методики контроля необходимо, чтобы уменьшение амплитуды волны из-за затухания происходило в раз на длине (100-1000) длин волн:

(4.6)

(4.7)

(4.8)

Определив , находим значение верхней границы частот:

(4.9)

С учетом рассчитанных верхней и нижней граничных частот, выбираем рабочую частоту из ряда, рекомендуемого ГОСТом, при соблюдением следующего условия:

. (4.10)

Выбранная рабочая частота:

Коэффициент затухания в стали при данной частоте будет равен .

Длина УЗ-волны:

(4.11)

Подставив выбранную рабочую частоту в формулу 3.12 определим минимальный размер дефекта, который сможем распознать:

, (4.12)

6,4 мм

Выбранная частота позволяет определить размер дефекта, гораздо меньше выбранного размера дефекта, который предположительно находиться в шейке рельса.

4.5 Выбор пьезоэлемента, расчет и конструирование призмы наклонного преобразователя

Преобразователи для приборов неразрушающего контроля классифицируются по ряду признаков.

По способу ввода УЗ-колебаний различают:

- контактные преобразователи;

- иммерсионные преобразователи;

- щелевые (менисковые) преобразователи;

- преобразователи с сухим точечным контактом;

- бесконтактные преобразователи.

По способу конструктивного исполнения:

- совмещенные преобразователи;

- раздельные преобразователи;

-раздельно-совмещенные преобразователи.

По направлению УЗ-волны:

- прямые;

- наклонные;

- комбинированные.

По форме рабочей поверхности или пьезоэлемента:

- плоские преобразователи с пьезопластиной плоской формы;

- фокусирующие преобразователи, обеспечивающие сужение акустического поля в некоторой области контролируемого объекта;

- неплоские.

Для выявления рассмотренного нами дефекта применяется наклонный преобразователь. Наклонный преобразователь используется для приема и излучения поперечных волн. Типовая схема такого преобразователя представлена на рисунке 3.3

Рисунок 4.3 Схема наклонного преобразователя

Пьезоэлемент изготавливают, учитывая условие резонанса . Размеры в поперечных направлениях выбирают такими, чтобы интервалы времени пробега продольных УЗ-волн по толщине и длине пьезоэлемента значительно различались. Поперечные размеры пьезоэлемента должны быть во многом раз больше его толщины.

Выбор рабочего пьезоэлемента для наклонных преобразователей зависит от решаемых дефектоскопических задач, так как наряду с обычными требованиями здесь необходимо учесть наличие обязательной акустической линии задержки, а также широкое применение преобразователей наклонного типа для выявления труднодоступных и удаленных дефектов. С учетом этого при выборе материала пьезопластины для наклонного преобразователя предпочтение отдают материалам с малым характеристическим импедансом и низкой диэлектрической проницаемостью.

Рисунок 4.4 Схема распространения акустических волн в призме наклонного преобразователя

Призма обеспечивает ввод упругих колебаний в объект контроля под необходимым углом. Призма должна обеспечить при малых углах падения (углах призмы) достаточно большие углы - углы преломления акустической оси, что достигается за счет разности скорости ультразвука в материале призмы и в материале изделия. В качестве материала призмы обычно выбирают органическое стекло (плексиглас). Геометрические размеры призм в зависимости от назначения преобразователя могут изменяться в широких пределах. При этом также изменяются углы ввода луча в объект контроля. В наклонных преобразователях, осуществляющих контроль на сдвиговых волнах, углы призмы (углы падения) имеют значения в интервале между первым и вторым критическими углами.

Важной характеристикой и геометрическим параметром призмы является стрела преобразователя - расстояние от точки ввода УЗ-пучка в изделие до передней грани призмы. Стрела характеризует минимальное расстояние, на котором можно расположить преобразователь вблизи выступов на поверхности изделия. Это расстояние выбирают таким образом, чтобы УЗ - колебания, зеркально отражающиеся от передней грани призмы и поверхности изделия, не попадали непосредственно на пьезоэлемент.

Другая характеристика наклонного преобразователя - точка выхода луча. Знание точного положения этой точки необходимо для определения условных размеров, обнаруженного рельса.

Угол ввода - угол, при котором регистрируется максимальное отражение от модельного дефекта в виде горизонтального сверления в стандартном образце СО-2. Как правило, при больших углах призмы угол ввода может существенно отличается от угла преломления акустической оси.

Используя закон Снеллиуса можем найти угол призмы:

, (4.13)

где - скорости волн в призме и изделии.

Также по закону Снеллиуса находим угол , который будет равен .

Используя геометрию находим остальные параметры призмы:

Размеры и форма призмы выбираются такими, чтобы обеспечить отсутствие ложных импульсов. Луч не должен попадать на верхнюю часть пьезопластины, а - на ребро двугранного угла.

Подберем материалы для данного ПЭП, наиболее подходящие для специфики нашей задачи.

В качестве материала пьезоэлемента выбираем пьезокерамику ЦТС-19. Это стандартный материал для прямых преобразователей, имеющий высокое значение , что позволит нам избежать пробоя.

Таблица 4.2

Характеристики материалов

Вещество
ЦТС-19	3600	27,0
Спирт этил.	1180	0,93
Стекло органич.	2700	3,0
Эпоксидная смола ЭД-5(70% PbO)	1630	4,2

Толщина пьезоэлемента рассчитывается по формуле:

(4.14)

где - скорость звука в пьезоэлементе.

В качестве контактной жидкости возьмем спирт этиловый

.

Протектор выбираем из материала с большой скоростью звука. В качестве протектора возьмем органическое стекло, так как для него характерна высокая скорость продольных волн.

Для улучшения передачи ультразвука от пьезопластины в контактную жидкость используют четвертьволновые протекторы, обеспечивающие просветление границы.

Толщина протектора определяется по формуле:

, (4.15)

Демпфер защищает пьезоэлемент от механических повреждений и гасит паразитные колебания. Демпфер изготавливают из материала с большим поглощением ультразвука, чтобы отраженная от верхней грани волна не возвращалась к пьезоэлементу и не вызывала помех. Рекомендуется, чтобы демпфер обеспечивал затухание паразитных сигналов не менее 60-80дБ.

В качестве материала демпфера возьмем эпоксидную смолу ЭД-5 с наполнителем 70 % по массе.

Необходимо обеспечить затухание 60 дБ:

, (4.16)

где коэффициент затухания в органическом стекле, равный 435 .

4.6 Расчет диаметра пьезопластины

Диаметр преобразователя для дефектоскопа должен выбираться как можно больше для того, чтобы угол расхождения луча был мал, при этом контроль должен проводиться в дальней зоне.

Так же диаметр преобразователя должен обеспечивать фронтальную разрешающую способность в дальней зоне:

, (4.17)

где - фронтальная разрешающая способность;

=180 мм - толщина изделия;

=1,28 мм - рабочая длина волны;

- радиус преобразователя.

Принимаем стандартный диаметр для наклонного преобразователя, равный , и отсюда найдем фронтальную разрешающую способность:

, (4.18)

Исходя из этих предпосылок, надо, чтобы ближняя зона была не менее чем в два раза меньше расстояния до дефекта.

, (4.19)

Как видно из расчета, требуемая фронтальная разрешающая способность достижима при условии размера ближней зоны 10 мм. Угол расхождения лучей в дальней зоне для круглого преобразователя определяется по формуле:

, (4.20)

где - коэффициент формы.

4.7 Расчет акустического тракта с наклонным преобразователем

Акустическим трактом называют путь ультразвукового сигнала от излучателя до дефекта или отражателя и далее к приемнику колебаний (излучатель-протектор-жидкость-объект контроля-дефект-объект контроля-жидкость-протектор-приемная пьезопластина).

В акустическом тракте могут возникать следующие эффекты: ослабление в протекторе, отражение, преломление, трансформация на границе объекта контроля и на дефекте, затухание (поглощение, рассеяние) при распространении ультразвука в контролируемой среде.

На амплитуду полезного сигнала оказывают влияние различные факторы: форма дефекта, его размеры, ориентация дефекта в объекте контроля. Рассчитать акустический тракт означает определить амплитуду полезного сигнала в зависимости от формы, размера дефекта, размера преобразователя, глубины залегания дефекта, акустических свойств материала и частоты колебаний. В ультразвуковой дефектоскопии получены формулы акустического тракта для отражателя простой геометрической формы. Чтобы применить данные формулы к дефектам (отражателям) более сложной формы вводят понятие эквивалентного размера дефекта.

При контроле наклонным преобразователем используют искусственные отражатели, подобные применяемым при контроле прямым преобразователем. При этом плоские отражатели располагаются так, чтобы плоскость была ориентирована перпендикулярно акустической оси. Помимо этого используют также отражатели, дающие большие эхо-сигналы благодаря угловому эффекту, то есть двукратному отражению акустических волн от поверхности отражателя и перпендикулярно расположенной к нему поверхности объекта контроля.

Акустический тракт рассчитывается по формуле:

, (4.21)

где s - площадь дискового отражателя;

S - площадь излучателя;

D - коэффициент прохождения по интенсивности;

- угол ввода луча;

- угол призмы;

- длина акустической оси в призме;

- длина поперечной волны в изделии;

- расстояние в изделии от точки ввода до отражателя;

- коэффициенты затухания в изделии и призме;

- приведенное расстояние в призме;

- минимальное давление на приемнике;

- давление на пьезопреобразователе.

Величина напряжения на входе усилителя при наличие в объекте контроля дефекта заданного размера должна существенно превышать уровень помех, возникающих в процессе контроля. Принимаем уровень шума на входе усилителя равным 50 мкВ. Для определения минимального давления на приемнике используем формулу:

, (4.22)

где - пьезоэлектрический модуль для колебаний по толщине (для ЦТЛ-19

=);

- диэлектрическая постоянная материала пьезоэлемента (для кварца =1400);

- диэлектрическая постоянная ().

Найдем величину излучателя и оценим возможность получения таких значений на пьезопреобразователе:

, (4.23)

Найдем длину акустической оси в призме с помощью геометрии, зная угол ввода луча и толщину изделия. Получаем

Длина акустической оси в призме принимается равной 44 мм.

Приведенное расстояние в призме рассчитывается по формуле:

, (4.24)

Коэффициент прохождения по интенсивности - отношение интенсивностей прошедшей и падающей волн. При падении волны по нормали:

, (4.25)

где - коэффициент прохождения при падении из среды 1 в среду 2;

- коэффициент прохождения при падении из среды 2 в среду 1;

- акустические импедансы сред 1 и 2 соответственно.

, (4.26)

, (4.27)

Для учета отражения волны от границы алюминий-воздух (считаем, что пора заполнена воздухом), введем коэффициент отражения :

, (4.28)

,

поэтому домножать на него в формуле мы не будем.

В результате расчета давление на пьезопреобразователе равно:

Напряжение генератора рассчитывается по формуле:

, (4.29)

Для учета потерь акустической энергии при переходах пьезопластина-протектор-контактная жидкость-изделие и обратно, влияния помех, результат умножается на коэффициент потерь =(100-300), который зависит от конструируемого материала, чистоты обработки и состояния поверхности. Кроме того, это обеспечивает необходимый запас чувствительности прибора.

Выбрав =100, получаем напряжение генератора:

;

4.8 Требования к генератору зондирующих импульсов

Основными элементами генератора зондирующих импульсов являются колебательный контур, включающий передающий пьезоэлемент, и электронная схема, обеспечивающая генерацию коротких импульсов той или иной формы, заполненных.

Выбор напряжения генератора и частоты УЗК рассмотрены выше. Выбор частоты следования зондирующих импульсов в эхо-импульсном дефектоскопе производится исходя из разрешающей способности, максимального времени пробега УЗК импульса в изделии и с учетом длительности зондирующего импульса:

Длительность зондирующего импульса:

, (4.30)

где - добротность для преобразователя, нагруженного на демпфер.

, (4.31)

где (4.32)

здесь - пластина, - демпфер, - металл.

За время между двумя зондирующими импульсами сигнал должен пройти изделие и вернуться в приемник, исходя из этого, выберем период между импульсами:

, (4.33)

, (4.34)

Следовательно

Исходя из расчетов период следования импульсов следует принять равным 128 мкс.

При выборе зарядной цепи контура возбуждения УЗК, включающего пьезопластину, учитываются следующие величины:

- время нарастания тока при возбуждении пьезопластины должно быть

(4.35)

- выполнение условия: зарядная емкость должна быть значительно больше емкости преобразователя - для достижения максимального тока через преобразователь:

, (4.36)

где - площадь пьезопластины;

- толщина пьезопластины.

, (4.37)

Следовательно, зарядную емкость можно принять равной 2 мкФ:

Проверим лучевую разрешающую способность:

, (4.38)

где - длительность импульса;

- скорость звука в изделии.

Вывод:

В результате проделанной работы рассчитан эхо - импульсный дефектоскоп для обнаружения трещин в шейке рельса в зоне болтовых соединений. Исходя из полученных значений можно выбрать дефектоскопы, с помощью которых можно обнаружить данный дефект. К таким дефектоскопам можно отнести портативный дефектоскоп Авикон - 02Р, Интротест - 1М.

В отличие от известных аналогов в дефектоскопе Авикон-02Р реализованы следующие новые возможности:

- полуавтоматическая настройка на чувствительность;

- предварительный ввод и хранение в памяти дефектоскопа практически всех действующих методик контроля: сварных стыков, выполненных контактной и термитной сваркой; зон болтовых стыков; участков рельсов с поверхностными повреждениями головки (расслоения); отдельных сечений рельсов по показаниям мобильных средств; ручного уточняющего контроля;

- возможность подключения датчика пути;

- визуальное отображение контролируемого сечения рельса в виде В-развертки;

- возможность введения звукового комментария, что позволяет запоминать информацию, которую нельзя вносить с клавиатуры;

- изменение частоты звука звукового индикатора в зависимости от амплитуды, что позволяет более точно определить координаты выявляемых дефектов;

- передача данных на ПК и формирование документа контроля с возможностью распечатки на принтере.

Технические характеристики дефектоскопа Интротест-1М:

- Метод контроля: эхо-импульсный, теневой;

- Диапазон рабочих частот, МГц: 1-10;

- Усиление, дБ: 0-100;

- Амплитуда зондирующего импульса, В: 200, 400;

- Частота АЦП, МГц: 80;

- Фильтры: 2, 5, 10 МГц и без фильтра;

- Диапазон рабочих температур, °С: 0-50;

- Габариты, мм: 270 х 160 х 63.

Таблица 4.3

Параметры дефектоскопа, полученные при расчетах

Параметры контроля
Длина волны		1,28 мм
Ближняя зона		10 мм
Лучевая разрешающая способность		11,5 мм
Фронтальная разрешающая способность		4,8 мм
Параметры аппаратуры
Частота		2,5 МГц
Толщина пьезопластины		0,72 мм
Диаметр пьезопластины		20 мм
Толщина демпфера		15 мм
Длительность зондирующего импульса		1,5 мкс
Напряжение генератора		45 В
Частота следования импульсов		66,7 кГц
Время нарастания тока		0,1 мкс
Зарядная емкость		1,23 мкФ
Контактная жидкость		Спирт этиловый,вода
Материал протектора		Эпоксидная смола
Материал пьезопреобразователя		ЦТС-19
Параметры изделия
Материал		сталь
Толщина		180мм
Коэффициент затухания на рабочей частоте		0,64 м-1
Дефект		трещина 10 мм

4.9 Требования безопасности при работе с дефектоскопом

1. К работе по дефектоскопированию деталей должны допускаться лица не моложе 18 лет, прошедшие при поступлении на работу обязательный предварительный медицинский осмотр, вводный и первичный инструктаж на рабочем месте, начальную подготовку или повышение квалификации (практическое обучение), обучение требованиям настоящей Инструкции, стажировку и проверку знаний, а также имеющие вторую группу по электробезопасности. В дальнейшем эти работники проходят периодические медицинские осмотры в установленном порядке и подвергаются периодическим проверкам знаний.

2. Во время дефектоскопирования дефектоскопист должен быть внимательным, не отвлекаться посторонними делами и разговорами.

3. Во время работы на дефектоскописта могут воздействовать следующие основные опасные и вредные производственные факторы:

- повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

- электромагнитные излучения постоянных полей и полей промышленной частоты;

- повышенный уровень ультразвука;

- повышенный уровень шума;

- повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;

- повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

- физические перегрузки.

4. Дефектоскопист должен обеспечиваться следующими средствами индивидуальной защиты (СИЗ):

- костюмом хлопчатобумажным с маслонефтезащитной пропиткой;

- ботинками юфтевыми на маслобензостойкой подошве;

- фартуком прорезиненным;

- рукавицами комбинированными;

- перчатками хлопчатобумажными в комплекте с перчатками резиновыми;

- нарукавниками прорезиненными;

- галошами диэлектрическими;

- перчатками диэлектрическими.

5. Дефектоскопист должен знать:

- правила оказания первой (до врачебной) помощи пострадавшему при несчастном случае;

- действие на человека опасных и вредных производственных факторов, возникающих во время работы;

- требования техники безопасности, производственной санитарии и пожарной безопасности.

6. Дефектоскопист обязан соблюдать следующие требования пожарной безопасности:

- не курить и не пользоваться открытым огнем при проверке дефектоскопа и во время заботы на нем;

- не производить работы, связанные с применением открытого огня, факелов;

- обо всех неисправностях дефектоскопов и электрооборудования немедленно сообщать бригадиру (мастеру);

- курить только в отведенных и приспособленных для этого местах;

-знать и уметь пользоваться первичными средствами пожаротушения.

5. Безопасность и экологичность проекта

5.1 Организация рабочего места ПК

В современных условиях высокоразвитого производства, оснащенного сложной техникой, необходим научный подход к организации труда на рабочих местах. Рационально организованное рабочее место обеспечивает условия труда, правильное построение трудового процесса, избавляет от лишних и неудобных движений, позволяет сократить затраты времени, улучшить использование оборудования, повысить качество выполняемой работы, обеспечить сохранность оборудования.

Современный этап развития общества характеризуется всеобщей компьютеризацией всех сфер жизнедеятельности человека: производственной, бытовой, учебной.

В настоящее время компьютерная техника широко применяется во всех областях деятельности человека. При работе с компьютером человек подвергается воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов: электромагнитных полей (диапазон радиочастот: ВЧ, УВЧ и СВЧ), инфракрасного и ионизирующего излучений, шума и вибрации, статического электричества и других.

Работа с компьютером характеризуется значительным умственным напряжением и нервно-эмоциональной нагрузкой операторов, высокой напряженностью зрительной работы и достаточно большой нагрузкой на мышцы рук при работе с клавиатурой ЭВМ. Большое значение имеет рациональная конструкция и расположение элементов рабочего места, что важно для поддержания оптимальной рабочей позы человека-оператора.

По мнению некоторых исследователей, вместе с положительным эффектом компьютеризация обучения может негативно повлиять как на развитие профессиональных качеств будущего специалиста, так и на состояние здоровья пользователя ПК. Педагоги отмечают снижение уровня развития таких инженерных качеств, как интуиция, конструкторское мышление, способность к глубокому анализу свойств технических объектов и процессов. Длительное использование компьютера сказывается не только на изменении психологических процессов, но и на состоянии здоровья.

Из выше сказанного следует, что необходимо организовывать комплексный, системный подход к подготовке студентов к длительной работе на компьютере. Пользователь должен обладать навыками безопасной работы с компьютером.

5.1.1 Оснащение рабочего места

Оснащение рабочего места представляет собой совокупность расположенных в пределах рабочего места основного технологического и вспомогательного оборудования, технологической и организационной оснастки, инструмента, технической документации, средств связи и сигнализации, средств охраны труда. Набор этих средств зависит от технологического назначения рабочего места, уровня его специализации, системы обслуживания рабочих мест.

Конкретные виды оснащения, которые могут быть самыми разнообразными, должны соответствовать особенностям каждого рабочего места и обеспечивать рациональное использование рабочего времени, экономию физиологических усилий, безопасность труда, комфортность и эффективность работы.

5.1.2 Эргономичное аппаратное оборудование

Чтобы работа была комфортной и безопасной необходимо позаботиться об аппаратном оборудовании компьютера. Как правило, набольший вред здоровью пользователя компьютера наносят устройства ввода-вывода: монитор, клавиатура, мышь.

В наше время, когда проблемы безопасности работы за компьютером стоят как нельзя остро, появляется множество различных стандартов на экологическую безопасность оборудования персонального компьютера. Современный монитор должен соответствовать по крайней мере трем общепринятым стандартам безопасности и эргономике:

FCC Class B - этот стандарт разработан канадской федеральной комиссией по коммуникациям для обеспечения приемлемой защиты окружающей среды от влияния радиопомех в замкнутом пространстве. Оборудование, соответствующее требованиям FCC Class B, не должно мешать работе теле- и радио аппаратуры.

MPR-II - этот стандарт был выпущен в Шведским национальным департаментом. MPR-II налагает ограничения на излучения от компьютерных мониторов и промышленной техники, используемой в офисе.

TCO'95 (а также современный TCO'99) - рекомендация, разработанная Шведской конференцией профсоюзов и Национальным советом индустриального и технического развития Швеции (NUTEK), регламентирует взаимодействие с окружающей средой. Она требует уменьшения электрического и магнитного полей до технически возможного уровня с целью защиты пользователя. Для того чтобы получить сертификат TCO'95 (TCO'99), монитор должен отвечать стандартам низкого излучения (Low Radiation), т.е. иметь низкий уровень электромагнитного поля, обеспечивать автоматическое обеспечивать автоматическое снижение энергопотребления при долгом не использовании, отвечать европейским стандартам пожарной и электрической безопасности.

EPA Energy Star VESA DPMS - согласно этому стандарту монитор должен поддерживать три энергосберегающих режима - ожидание (stand-by), приостановку (suspend) и “сон” (off). Такой монитор при долгом простое компьютера переводится в соответствующий режим, с низким энергопотреблением.

Необходимо также чтобы монитор имел возможность регулировки параметров изображения (яркость, контраст). Рекомендуется, чтобы при работе с компьютером частота вертикальной развертки монитора была не ниже 75Гц (при этом пользователь перестает замечать мерцание изображения, которое ведет к быстрому уставанию глаз).

В настоящее время многие фирмы производители мониторов начали массовый выпуск так называемых плоскопанельных мониторов (LCD), которые лишены многих экологических недостатков, присущих мониторам с электронно-лучевой трубкой, как то: электромагнитное излучение, магнитное поле, мерцание.

В отличие от мониторов для компьютерных устройств ввода (клавиатура и мышь) в настоящее время не имеется общепринятых и широко распространенных стандартов. В тоже время многие производители данного оборудования рекламируя свою продукцию, описывают различные конструктивные решения, повышающие эргономичность ее использования: клавиатура с возможностью регулирования расположение клавиш, мышь с формой, уменьшающей усталость кисти при длительной работе. Хотя некоторые из них стоит рассматривать только как броскую рекламу, многие модели действительно являются своеобразным технологическим скачком вперед с точки зрения безопасности работы за компьютером.

5.1.3 Эргономичная организация рабочего места

Даже самое эргономичное оборудование в мире не поможет вам избежать заболеваний, если использовать его неправильно. Следуя простым советам по эргономичной организации рабочего места, можно предотвратить дальнейшее развитие заболеваний.

Научная организация рабочего пространства базируется на данных о средней зоне охвата рук человека - 35-40 см. Ближней зоне соответствует область, охватываемая рукой с прижатым к туловищу локтем, дальней зоне - область вытянутой руки.

Неправильное положение рук при печати на клавиатуре приводит к хроническим растяжениям кисти. Важно не столько отодвинуть клавиатуру от края стола и опереть кисти о специальную площадку, сколько держать локти параллельно поверхности стола и под прямым углом к плечу. Поэтому клавиатура должна располагаться в 10-15 см (в зависимости от длины локтя) от края стола. В этом случае нагрузка приходится не на кисть, в которой вены и сухожилия находятся близко к поверхности кожи, а на более "мясистую" часть локтя. Современные, эргономичные модели имеют оптимальную площадь для клавиатуры за счет расположения монитора в самой широкой части стола. Глубина стола должна позволяет полностью положить локти на стол, отодвинув клавиатуру к монитору.

Монитор, как правило, располагается чрезмерно близко. Существует несколько научных теорий, по-разному определяющих значимые факторы и оптимальные расстояния от глаза до монитора. Например, рекомендуется держать монитор на расстоянии вытянутой руки. Но при этом, что человек должен иметь возможность сам решать, насколько далеко будет стоять монитор.

Именно поэтому конструкция современных столов позволяет менять глубину положения монитора в широком диапазоне. Верхняя граница на уровне глаз или не ниже 15 см ниже уровня глаз.

Значимым фактором является под пространство столешницей. Высота наших столов соответствует общепринятым стандартам, и составляет 74 см. Также необходимо учесть, что пространства под креслом и столом должно быть достаточно, чтобы было удобно сгибать и разгибать колени.

Казалось бы, требования к креслу сформулировать предельно просто, - оно должно быть удобным. Но это еще не все. Кресло должно обеспечивать физиологически рациональную рабочую позу, при которой не нарушается циркуляция крови и не происходит других вредных воздействий. Кресло обязательно должно быть с подлокотниками и иметь возможность поворота, изменения высоты и угла наклона сиденья и спинки. Желательно иметь возможность регулировки высоты и расстояния между подлокотниками, расстояния от спинки до переднего края сиденья. Важно, чтобы все регулировки были независимыми, легко осуществимыми и имели надежную фиксацию. Кресло должно быть регулируемым, с возможность вращения, чтобы дотянуться до далеко расположенных предметов.

Регулируемое оборудование должно быть таким, чтобы можно было принять следующее положение:

- поставьте ступни плоско на пол или на подножку;

- поясница слегка выгнута, опирается на спинку кресла;

- руки должны удобно располагаться по сторонам;

- линия плеч должна располагаться прямо над линией бедер.

Предплечья можно положить на мягкие подлокотники на такой высоте, чтобы запястья располагались чуть ниже, чем локти.

Локти согнуты и находятся примерно в 3 см от корпуса.

Запястья должны принять нейтральное положение (ни подняты, ни опущены).

5.1.4 Окраска и коэффициенты отражения

Окраска помещений и мебели должна способствовать созданию благоприятных условий для зрительного восприятия, хорошего настроения.

Источники света, такие как светильники и окна, которые дают отражение от поверхности экрана, значительно ухудшают точность знаков и влекут за собой помехи физиологического характера, которые могут выразиться в значительном напряжении, особенно при продолжительной работе. Отражение, включая отражения от вторичных источников света, должно быть сведено к минимуму. Для защиты от избыточной яркости окон могут быть применены шторы и экраны.

В помещениях, где находится компьютер, необходимо обеспечить следующие величины коэффициента отражения, %:

Для потолка - 60 - 70

Для стен - 40 - 50

Для пола - 30

Для других поверхностей и рабочей мебели - 30 - 40

5.1.5 Освещение

Правильно спроектированное и выполненное производственное освещение улучшает условия зрительной работы, снижает утомляемость, способствует повышению производительности труда, благотворно влияет на производственную среду, оказывая положительное психологическое воздействие на работающего, повышает безопасность труда и снижает травматизм.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

Существует три вида освещения - естественное, искусственное и совмещенное (естественное и искусственное вместе).

Естественное освещение - освещение помещений дневным светом, проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях помещений. Естественное освещение характеризуется тем, что меняется в широких пределах в зависимости от времени дня, времени года, характера области и ряда других факторов.

Искусственное освещение применяется при работе в темное время суток и днем, когда не удается обеспечить нормированные значения коэффициента естественного освещения (пасмурная погода, короткий световой день). Освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным, называется совмещенным освещением.

Искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное. Рабочее освещение, в свою очередь, может быть общим или комбинированным. Общее - освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно или применительно к расположению оборудования. Комбинированное - освещение, при котором к общему добавляется местное освещение.

При выполнении работ категории высокой зрительной точности (наименьший размер объекта различения 0,3…0,5мм) величина коэффициента естественного освещения (КЕО) должна быть не ниже 1,5%, а при зрительной работе средней точности (наименьший размер объекта различения 0,5…1,0 мм) КЕО должен быть не ниже 1,0%. В качестве источников искусственного освещения обычно используются люминесцентные лампы типа ЛБ или ДРЛ, которые попарно объединяются в светильники, которые должны располагаться над рабочими поверхностями равномерно.

Требования к освещенности в помещениях, где установлены компьютеры, следующие: при выполнении зрительных работ высокой точности общая освещенность должна составлять 300лк, а комбинированная - 750лк; аналогичные требования при выполнении работ средней точности - 200 и 300лк соответственно.

Кроме того все поле зрения должно быть освещено достаточно равномерно - это основное гигиеническое требование. Иными словами, степень освещения помещения и яркость экрана компьютера должны быть примерно одинаковыми, т.к. яркий свет в районе периферийного зрения значительно увеличивает напряженность глаз и, как следствие, приводит к их быстрой утомляемости.

5.1.6 Параметры микроклимата

Параметры микроклимата могут меняться в широких пределах, в то время как необходимым условием жизнедеятельности человека является поддержание постоянства температуры тела благодаря терморегуляции, т.е. способности организма регулировать отдачу тепла в окружающую среду. Принцип нормирования микроклимата - создание оптимальных условий для теплообмена тела человека с окружающей средой.

Вычислительная техника является источником существенных тепловыделений, что может привести к повышению температуры и снижению относительной влажности в помещении. В помещениях, где установлены компьютеры, должны соблюдаться определенные параметры микроклимата (таблица 5.1).

Объем помещений, в которых размещены работники вычислительных центров, не должен быть меньше 19,5 м³/человека с учетом максимального числа одновременно работающих в смену. Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютеры, приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.1

Параметры микроклимата помещений, где установлены компьютеры (ГОСТ 12.0.005-88)

Период года	Параметр микроклимата	Величина
Холодный и переходный	Температура воздуха в помещении	22- 240С
	Относительная влажность	40- 60%
	Скорость движения воздуха	До 0,1 м/с
Период года	Параметр микроклимата	Величина
Теплый	Температура воздуха в помещении	23- 250С
		Относительная влажность	40- 60%
		Скорость движения воздуха	0,1-0,2 м/с

Таблица 5.2

Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютеры

Характеристика помещения	Объемный расход подаваемого в помещение свежего воздуха, м3/на одного человека в час
Объем до 20 м3 на человека	Не менее 30
20-40 м3 на человека	Не менее 20
Более 40 м3 на человека	Естественная вентиляция
Помещение без окон и световых фонарей	Не менее 60

Для подачи в помещение воздуха используются системы механической вентиляции и кондиционирования, а также естественная вентиляция.

5.1.7 Шум и вибрация

Шум ухудшает условия труда оказывая вредное действие на организм человека. Работающие в условиях длительного шумового воздействия испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т. д. Такие нарушения в работе ряда органов и систем организма человека могут вызвать негативные изменения в эмоциональном состоянии человека вплоть до стрессовых. Под воздействием шума снижается концентрация внимания, нарушаются физиологические функции, появляется усталость в связи с повышенными энергетическими затратами и нервно-психическим напряжением, ухудшается речевая коммутация. Все это снижает работоспособность человека и его производительность, качество и безопасность труда. Длительное воздействие интенсивного шума [выше 80 дБ(А)] на слух человека приводит к его частичной или полной потере.

В таблице 5.3 указаны предельные уровни звука в зависимости от категории тяжести и напряженности труда, являющиеся безопасными в отношении сохранения здоровья и работоспособности.

Таблица 5.3

Предельные уровни звука, дБ, на рабочих местах

Категория напряженности труда	Категория тяжести труда
	I. Легкая	II. Средняя	III. Тяжелая	IV. Очень тяжелая
I. Мало напряженный	80	80	75	75
II. Умеренно напряженный	70	70	65	65
III. Напряженный	60	60	-	-
IV. Очень напряженный	50	50	-	-

Для снижения уровня шума стены и потолок помещений, где установлены компьютеры, могут быть облицованы звукопоглощающими материалами. Уровень вибрации в помещениях вычислительных центров может быть снижен путем установки оборудования на специальные виброизоляторы.

5.1.8 Электромагнитное и ионизирующее излучения

Большинство ученых считают, что как кратковременное, так и длительное воздействие всех видов излучения от экрана монитора не опасно для здоровья персонала, обслуживающего компьютеры. Однако исчерпывающих данных относительно опасности воздействия излучения от мониторов на работающих с компьютерами не существует и исследования в этом направлении продолжаются.

Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений от монитора компьютера представлены в табл. 5.4.

Максимальный уровень рентгеновского излучения на рабочем месте оператора компьютера обычно не превышает 10мкбэр/ч, а интенсивность ультрафиолетового и инфракрасного излучений от экрана монитора лежит в пределах 10…100мВт/м².

Таблица 5.4

Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений (в соответствии с СанПиН 2.2.2.542-96)

Наименование параметра	Допустимые значения
Напряженность электрической составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора	10В/м
Напряженность магнитной составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора	0,3А/м
Напряженность электростатического поля не должна превышать: для взрослых пользователей для детей дошкольных учреждений и учащихся средних специальных и высших учебных заведений	20кВ/м 15кВ/м

Для снижения воздействия этих видов излучения рекомендуется применять мониторы с пониженным уровнем излучения (MPR-II, TCO-92, TCO-99), устанавливать защитные экраны, а также соблюдать регламентированные режимы труда и отдыха.

5.1.9 Электробезопасность при работе с компьютером

При пользовании средствами вычислительной техники и периферийным оборудованием каждый работник должен внимательно и осторожно обращаться с электропроводкой, приборами и аппаратами и всегда помнить, что пренебрежение правилами безопасности угрожает и здоровью, и жизни человека. Во избежание поражения электрическим током необходимо твердо знать и выполнять следующие правила безопасного пользования электроэнергией:

1. Необходимо постоянно следить на своем рабочем месте за исправным состоянием электропроводки, выключателей, штепсельных розеток, при помощи которых оборудование включается в сеть, и заземления. При обнаружении неисправности немедленно обесточить электрооборудование, оповестить администрацию. Продолжение работы возможно только после устранения неисправности.

2. Во избежание повреждения изоляции проводов и возникновения коротких замыканий не разрешается:

а) вешать что-либо на провода;

б) закрашивать и белить шнуры и провода;

в) закладывать провода и шнуры за газовые и водопроводные трубы, за батареи отопительной системы;

г) выдергивать штепсельную вилку из розетки за шнур, усилие должно быть приложено к корпусу вилки.

3. Для исключения поражения электрическим током запрещается:

а) часто включать и выключать компьютер без необходимости;

б) прикасаться к экрану и к тыльной стороне блоков компьютера;

в) работать на средствах вычислительной техники и периферийном оборудовании мокрыми руками;

г) работать на средствах вычислительной техники и периферийном оборудовании, имеющих нарушения целостности корпуса, нарушения изоляции проводов, неисправную индикацию включения питания, с признаками электрического напряжения на корпусе;

д) класть на средства вычислительной техники и периферийном оборудовании посторонние предметы.

4. Запрещается очищать от пыли и загрязнения электрооборудование, находящееся под напряжением.

5. Запрещается проверять работоспособность электрооборудования в неприспособленных для эксплуатации помещениях с токопроводящими полами, сырых, не позволяющих заземлить доступные металлические части.

6. Ремонт электроаппаратуры производится только специалистами-техниками с соблюдением необходимых технических требований.

7. Недопустимо под напряжением проводить ремонт средств вычислительной техники и периферийного оборудования.