Бурный рост промышленного производства в последние десятилетия способствовал не только росту качества жизни человека, но и отрицательно сказался на состоянии окружающей среды. Технические возможности человека изменять природную среду стремительно возрастали, достигнув своей высшей точки в эпоху научно технической революции. В настоящее время человечество констатирует глобализацию экологических проблем. Мы отмечаем изменение климата на планете [3, с.48], истощение озонового слоя и ряд других проблем [4, с.63], связанных в том числе, с загрязнением предприятиями машиностроительной отрасли.
Выполнение экологических требований на вновь разрабатываемых типах электровозов обеспечивается выбором материалов безвредных для окружающей среды и допускающих полезную утилизацию после окончания срока службы изделия; оптимизацией, с точки зрения экологии технологических процессов; разработкой конструкций узлов, позволяющих разборку по видам материалов; созданием систем и узлов, исключающих загрязнение окружающей среды в процессе эксплуатации. Тем не менее, степень загрязнения окружающей среды машиностроительными предприятиями определяется уровнем технологии производства и выпускаемой серийной продукции [1, с.209]. В условиях обострившейся экологической ситуации крайне необходимо разработка технологий, предотвращающих загрязнение окружающей среды, способствующих уменьшению потребления природных ресурсов, направленных на утилизацию отходов. При этом существующие в рамках различных научных направлений технологии не позволяют решить проблему комплексно. Они не учитывают так же особенности региона и специфические характеристики выпускаемой продукции.
В рамках работы кружка «Аналитик» ГБОУ СПО РО «НПГК» творческой группой студентов, обучающихся по специальности 151001 «Технология машиностроения» была проведена научно-исследовательская работа по выявлению влияния предприятий машиностроительной отрасли города Новочеркасска на окружающую среду. В процессе выполнения работы проводился анализ загрязнения воздушной среды, почв, водных ресурсов; разработаны рекомендации по совершенствованию технологии производства при выпуске серийной продукции.
На первом этапе работы были сформулированы цели проекта:
— анализ факторов антропогенного загрязнения окружающей природной среды от основных и вспомогательных производств машиностроительных предприятий города Новочеркасска;
— разработка рекомендаций по совершенствованию технологии производства серийной продукции с целью снижения экологического ущерба на ООО «ПК «Новочеркасский электровозостроительный завод».
Следующим этапом работы было исследование факторов антропогенного загрязнения окружающей среды машиностроительными предприятиями города Новочеркасска.
В городе Новочеркасске работают более десяти предприятий машиностроительной отрасли, в том числе ООО «ПК «НЭВЗ», Станкозавод, Электрозавод, Завод нефтяного машиностроения и др. Влияние машиностроительных предприятий города на окружающую среду многообразно, но их можно условно разделить на две группы, наукоемкие и ресурсоемкие.
К наукоемким производствам можно отнести предприятия, изготавливающие современные средства связи, электронно-вычислительные комплексы, оптические приборы, периферийные устройства вычислительных систем, электронные компоненты и т.д. Эти изделия имеют небольшую материалоемкость, а предприятия, их выпускающие, потребляют сравнительно мало природных ресурсов, имеют небольшой объем вредных выбросов на единицу стоимости продукции [2, с.447].
Материалоемкими являются предприятия, выпускающие, сельскохозяйственную технику, подвижной состав железных дорог, электротехническое оборудование. На долю материалоемких производств машиностроительного комплекса города приходится 80 % этих выбросов, несмотря на непрерывный рост наукоемких производств.
Анализ многолетних данных экологического мониторинга города показывает, что из всех машиностроительных предприятий только НЭВЗ является предприятием II класса экологической опасности, а все остальные относятся к III и IV классу. В связи с этим дальнейшее исследование проблемы строилось на изучении влияния технологии ООО «ПК «НЭВЗ» на окружающую среду.
ООО «ПК «НЭВЗ» является крупным и традиционным поставщиком электроподвижного состава для железных дорог России и ряда зарубежных стран, в том числе пассажирских и магистральных электровозов, электровозов для открытых горных разработок, промышленных предприятий, шахт и электропоездов.
К основным производствам НЭВЗ относятся:
— чугунолитейное, сталелитейное производство, цветное литье;
— изготовление изоляционных материалов, конструкций и изделий из пластмасс;
— цеха антикоррозийных, гальванических и лакокрасочных покрытий;
— сварочное и механообрабатывающее производство.
К вспомогательным производствам НЭВЗ относятся:
— внутризаводские энергокомплексы, обеспечивающие производство теплом, сжатым воздухом, технической водой;
— внутризаводской транспорт;
— склады, в том числе для хранения экологически опасных материалов (электролитов, лаков, красок, асбеста) и их отходов.
Наиболее крупными источниками пыли- и газо- выделения в атмосферу на НЭВЗе являются литейные цеха [2, с.454], а конкретно, вагранки, электродуговые и индукционные печи, участки складирования и переработки шихты, формовочных материалов, участки выбивки и очистки литья. Значительное количество газов и пыли выделяется в атмосферу участками по приготовлению, переработки и использованию шихты и формовочных материалов.
При работе этих производств в окружающую среду вентиляционными системами выбрасывается большое количество воздуха, загрязненного пылью, продуктами горения масел, аммиаком, цианистым водородом, оксидами металлов и другими веществами. Источниками загрязнения в термических цехах являются также нагревательные печи, работающие на жидком или газообразном топливе, дробеструйные и дробеметные камеры. При отпуске деталей в масляных ваннах в отводимом от ванн воздухе содержится до 1 % паров масел от массы металла. В гальваническом производстве при цианировании выделяется до 6 г/ч цианистого водорода на один агрегат цианирования, а также большое количество паров электролитов и соединений тяжелых металлов [2, с.469].
В конструкциях электровозов широкое применение находят детали из стеклопластиков, которые содержат стекловолокнистый наполнитель и связующие смолы. Особенно много вредных выбросов происходит в процессе производства изделий из пластмасс, синтетических волокон, изоляционных материалов, таких как СО, СО2, Н2S, SO2, фтористые соединения, пары, содержащие толуол, глицерин, пыль.
Токсичные вещества в окрасочных цехах выделяются в процессах обезжиривания поверхностей органическими растворителями перед окраской, при подготовке лакокрасочных материалов, при их нанесении на поверхность изделий и сушке покрытий. Воздух, удаляемый вентиляционными отсосами от окрасочных камер, напольных решеток, сушильных установок и других устройств, всегда загрязнен парами растворителей, а при окраске распылением – окрасочным аэрозолем. В вентиляционных выбросах малярного цеха НЭВЗ могут содержаться окрасочные аэрозоли и пары растворителей до 10 г/м3.
Анализ состава загрязнений, выбрасываемых в атмосферу ООО «ПК «НЭВЗ» показывает, что кроме традиционных загрязнителей атмосферы (SО2 , СО, NO2, СnHm, пыль) в выбросах содержатся и другие токсичные соединения, такие как соединения тяжелых металлов, фенол и другие ароматические вещества [5, с.6].
Твердые отходы цехов НЭВЗа содержат стружки и опилки различных металлов, в том числе легированных никелем, хромом, ванадием, кадмием. На заводе отходы составляют около 200 кг на одну тонну металла, в основном из-за нерационального раскроя.
Другим источником твердых отходов является электротехническое производство завода и, в первую очередь, цеха, производящие изоляционные конструкции и детали из пластмасс и стеклопласта [7, с. 176]. Отходы производств от основы или наполнителя содержит стекло, поэтому имеют длительный период естественного распада, накапливаются, занимая обширные территории.
При изготовлении электрических машин и силовых аппаратов, часто используется свинец, цинк, олово и их припои. Их отходы вносят свою лепту в загрязнение окружающей среды, особенно почв. Почва становится мертвой при содержании в ней даже 2-3 г свинца на 1 кг грунта. В тех случаях, когда промышленные и бытовые отходы вывозятся на свалки, создаются реальные угрозы значительных загрязнений атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, что ведет к загрязнению и нерациональному использованию земельных угодий.
На территории НЭВЗа образуются сточные воды трех видов: бытовые, поверхностные и производственные. Основными потребителями технической воды являются: гальваническое производство, источники тепла для производства и быта, приготовления формовочных смесей, кислородная станция, установки по производству сжатого воздуха [6, с.155].
Грунтовые воды в результате взаимодействия влаги и загрязненной почвы закисляются до рН среды 2,5 – 3,5. Данные отложения близлежащих водоемов загрязняются тяжелыми металлами на глубину 3 – 5 м.
В процессе реализации целей проекта, была проведена оценка средств защиты окружающей среды, используемых на ООО «ПК «НЭВЗ». На заводе постоянно ведется работа по снижению загрязнений от технологических процессов изготовления электроподвижного состава и его оборудования на окружающую среду. НЭВЗ разработал и внедрил схему переработки отходов в цехах, изготавливающих тяговый электродвигатель (ТЭД) [2, с.477].
Для изготовления многих деталей электрических аппаратов на заводе внедрено литье по выплавляемым моделям, что позволило, коэффициент использования материалов на их изготовление повысить на 4 – 5 % [8, с.182]. Это особенно важно, так как большинство этих деталей изготавливается из сплавов меди и алюминия.
С целью повышения коэффициента использования листового и рулонного стального проката, т.е. для снижения количества отходов, на НЭВЗе разработан и внедрен в цехе раскроя, пакет программ оптимизации раскроя при использовании проката одной толщины для изготовления разных деталей с отличающейся конфигурации. Программа обеспечивает рациональное расположение на листе трех или четырех деталей различного вида с учетом требуемого количества каждой из них на электровоз и месячного объема их выпуска. Экономия металла при применении этой системы раскроя составил около 5 % от раскраиваемого материала или более 600 кг на каждый восьмиосный грузовой электровоз переменного тока типа «Ермак», в настоящее время находящийся в серийном производстве.
Дополнительное уменьшение вредного воздействия на природу получено при применении системы рационального раскроя дополнительно за счет замены газовой резки лазерной.
На основании результатов выполненных исследований творческой группой кружка «Аналитик» были выделены следующие предложения по снижению экологического ущерба, наносимого машиностроительными предприятиями на примере ООО «ПК «НЭВЗ»:
- Внедрить в производственную практику нанесение антикоррозийных покрытий лаков и красок без растворителей. Применяемые сегодня грунтовки типа ГФ, эмали ПФ и НЦ являются двухкомпонентными, и доля вредных для окружающей среды органических растворителей в них (ксилола, сольвента, уайт-спирта, скипидара, бутилацетата и др.) составляет около 50 % объема.
- Внедрить автоматизацию процесса раскроя электротехнических сталей с применением устройств лазерной резки с числовым программным управлением.
- При производстве кислорода из сжатого воздуха целесообразно внедрить замкнутую систему охлаждения воды.
- Предлагается собирать и утилизировать отдельно стружку металлов легированных и нелегированных.
- Для уменьшения суммарных газообразных выбросов гальванического производства предлагается внедрить модуль ионообменного волокнистого фильтра.
- Важным фактором для снижения отрицательного экологического воздействия на природу станет разработка и внедрение в производство нового поколения электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями вместо коллекторных.
- Предлагается дальнейшая работа с использованием новой методологии «Комплексной оценки влияния технологий на геоэкологическую обстановку», разработанной научными сотрудниками Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. Она предполагает новую методику выполнения проводимой работы с использованием математической модели мониторинга геоэкологической обстановки и показателей качества технологий на предприятии. Это позволит комплексно оценивать результаты большого числа антропогенных факторов отрицательного воздействия на окружающую среду, имеющих место в технологических циклах изготовления сложных электромеханических устройств и систем, к которым относится электроподвижной состав.
Список литературы:
- Основы логики совершенствования ЭПС /В.И. Бочаров. И.И. Кондратко, В.Г. Наймушин, В.Г. Щербаков, — Новочеркасск: агентство Наутилус, 1999. – 512 с.:ил.
- Технология производства тяговых электродвигателей электровозов/Н.И. Березинец, В.И.Бочаров, А.И. Каргин, В.И. Голобородько, М.А. Комаровский, А.В. Лебедев, В.Г. Наймушин, Е.В. Полторак, Л.Н. Сорин, В.П. Янов; Под ред.Л.Н. Сорина. — Новочеркасск: агентство Наутилус, 2003. – 574 с.:ил.
- Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Кн. 2. Научная мысль как планетарное явление. – М.: «Мир», 1977. – 67 с.
- Реймерс Н.Ф. Надежды на выживание человечества: концептуальная экология. – М.: Мир, 1992. – 129 с.
- ГОСТ 12.1.005-88. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.
- Полторак Е.В. Предварительная экологическая оценка электровозов с асинхронным тяговым приводом. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы Транссиба на рубеже веков». – Хабаровск, 2000. – 226с.
- Полторак Е.В. Проблемы активизации познавательного интереса студентов через научно- исследовательскую работу. // Труды международной научной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические», посвященной 75-летию РГУПС. Рост. гос. ун-т. путей сообщения. Ростов н/Д, 2004.- 408 с.
- Полторак Е.В. Экологическая оценка прогресса в электровозостроении. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «транспорт-2008» Часть 3. Рост. гос. ун-т. путей сообщения. Ростов н/Д, 2008.- 303с.[schema type=»book» name=»ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАУЧНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ В ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ, КАК ФАКТОР СНИЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ» description=»В статье приводится анализ факторов антропогенного загрязнения окружающей среды от основных и вспомогательных производств машиностроительных предприятий города Новочеркасска на примере ООО «ПК «НЭВЗ». Рассматриваются результаты научно-исследовательской работы, выполненной творческой группой студентов ГБОУ СПО РО «НПГК», по специальности 151001 «Технология машиностроения». Приводятся рекомендации по совершенствованию технологии производства серийной продукции на ООО »ПК »НЭВЗ» с целью снижения экологического ущерба при производстве и эксплуатации электроподвижного состава. » author=»Полторак Елена Викторовна, Попова Татьяна Сергеевна, Сильванский Никита Андреевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-18″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_28.11.15_11(20)» ebook=»yes» ]