Безопасность и экологичность в машиностроительном производстве

БЕЗОПАСНОСТЬ 

И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ 

В МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ 

ПРОИЗВОДСТВЕ

Г.В. ПАЧУРИН 
А.Б. ЕЛЬКИН 
И.Г. ТРУНОВА 
А.А. ФИЛИППОВ

Под общей редакцией Г.В. Пачурина

Рекомендовано УМО РАЕ по классическому университетскому 

и техническому образованию в качестве учебного пособия для студентов 

высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 

15.04.01 «Машиностроение», 15.04.05 «Конструкторско-технологическое 

обеспечение машиностроительных производств», 15.04.04 «Автоматизация 

технологических процессов и производств»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва 
ИНФРА-М 

202

УДК 331.458(075.8)
ББК 65.246.95я73
 
П12

Пачурин Г.В.

П12  
Безопасность и экологичность в машиностроительном производ
стве : учебное пособие / Г.В. Пачурин, А.Б. Елькин, И.Г. Трунова, 
А.А. Филиппов ; под общ. ред. Г.В. Пачурина. — Москва : ИНФРА-М, 
2023. — 231 с. — (Высшее образование: Магистратура). — DOI 
10.12737/981143.

ISBN 978-5-16-014412-2 (print) 
ISBN 978-5-16-106925-7 (online)
В учебном пособии рассмотрены основные производственные процес
сы по обработке металлов, опасные и вредные производственные факторы. Приведены оценка профессионального риска работников основных 
профессий, мероприятия по обеспечению безопасности технологических 
процессов в машиностроении, сведения о негативном воздействии производственных процессов на окружающую природную среду, организационно-технические мероприятия по обеспечению безопасности производственных процессов, санитарно-гигиенические мероприятия и меры 
пожарной безопасности, а также требования к зданиям и сооружениям 
промышленных предприятий.

Соответствует федеральным государственным стандартам высшего об
разования последнего поколения.

Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлениям 

подготовки магистратуры 20.04.01 «Техносферная безопасность», 15.04.01 
«Машиностроение», 15.04.04 «Автоматизация технологических процессов 
и производств», 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств», 15.04.06 «Мехатроника и робототехника», 27.04.03 «Системный анализ и управление», преподавателей, 
инженеров и специалистов машиностроительного производства, а также 
широкого круга читателей, интересующихся проблемами безопасности 
производственных процессов.

УДК 331.458(075.8)

ББК 65.246.95я73

Р е ц е н з е н т ы:

Н.А. Кузьмин, доктор технических наук, профессор, заведующий 

кафедрой автомобильного транспорта Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева;

С.М. Шевченко, кандидат технических наук, доцент Нижегородско
го государственного педагогического университета имени К. Минина

ISBN 978-5-16-014412-2 (print) 
ISBN 978-5-16-106925-7 (online)

© Пачурин Г.В., Елькин А.Б., 

Трунова И.Г., Филиппов А.А., 2022

Введение

Экономическое развитие Российской Федерации требует постоянного увеличения объемов промышленного производства. 
В стране появляются новые производства, наблюдается рост материально-экономического, энергетического, информационного 
потенциала производственных комплексов и систем. Применяются наукоемкие, экологичные, материало- и энергоэкономные, 
ресурсосберегающие технологии, которые связаны с научно-техническим прогрессом и требуют новых, более полных сведений 
о производственном травматизме и различных опасных производственных факторах, а также переоценки имеющихся и выработки 
новых критериев оценки и профилактики травматизма.
Современное производство продолжает оставаться источником 
опасных и вредных производственных факторов. Требуется дальнейшее изучение проблем и причинно-следственных связей травматизма и эффективности производства на данном этапе развития 
общества. Необходимо решать вопросы профилактики и снижения 
риска несчастных случаев в условиях производственного процесса.
По информации Министерства здравоохранения РФ, за период 
с 2013 по 2016 г. в нашей стране было зарегистрировано 25 565 профессиональных заболеваний. В 2016 г. численность пострадавших 
при несчастных случаях на производстве составила 26,7 тыс. человек, в том числе со смертельным исходом 1,29 тыс. человек. 
Уровень смертельного травматизма достиг 6,2 случаев на 100 тыс. 
работающих, т.е. он в несколько раз выше, чем в США и странах 
Евросоюза. Средняя продолжительность жизни в России составляет 71,8 лет, что на 7 лет меньше, чем в США, и на 6,5 лет меньше, 
чем в Евросоюзе. При этом дополнительные расходы государства 
на оплату больничных листов по временной нетрудоспособности 
и семьям в результате летального исхода на производстве составляют ежегодно 4% ВВП. Потери рабочего времени вследствие временной нетрудоспособности в среднем составляют до 49 человекодней на одного пострадавшего. Общие потери рабочего времени, согласно экспертным оценкам, составляют около 1,3 млн дней в году.
Всестороннее рассмотрение данной проблемы в масштабах Российской Федерации показало, что структура травматизма отличается постоянством и мало зависит от его уровня. Представляется, 
что методологической основой профилактики травм является адекватный анализ опасных и вредных производственных факторов, 

риска их возникновения. Для разработки профилактических мероприятий по снижению травматизма необходимо располагать достоверными данными по конкретному предприятию, цеху, участку 
с учетом времени получения травмы. В связи с этим требуется грамотно и квалифицированно провести расследование несчастного 
случая на производстве. В противном случае помимо ошибочных 
выводов о причинах случившегося и неэффективных мероприятий 
по устранению последствий могут быть разработаны неадекватные 
мероприятия по профилактике несчастных случаев.
Уровень производственного травматизма на многих предприятиях в России остается достаточно высоким и вызывает серьезную озабоченность, учитывая постоянный рост травматизма 
и частоты тяжелых повреждений.
Основными причинами производственного травматизма являются:
 
• старение и износ основных производственных фондов;
 
• несовершенство и нарушение технологических процессов;
 
• неудовлетворительная организация производства работ;
 
• эксплуатация неисправных механизмов и оборудования;
 
• ухудшение производственного контроля;
 
• ухудшение обеспечения средствами индивидуальной и коллективной защиты;
 
• снижение производственной и технологической дисциплины;
 
• снижение ответственности работодателей и руководителей производств за состояние условий и охраны труда;
 
• различные психофизиологические факторы.
В машиностроительном производстве предъявляются все более 
жесткие требования к эксплуатационным свойствам производимой 
продукции. Наряду с этим отмечается потребность в снижении затрат, экономии материальных и энергетических ресурсов, снижении 
рисков безопасности производственных процессов и решении все 
более острых экологических проблем.
В учебном пособии рассмотрены основные производственные 
процессы по обработке металлов, опасные и вредные производственные факторы. Приведены оценка профессионального риска 
работников основных профессий, мероприятия по обеспечению 
безопасности технологических процессов в машиностроении, сведения о средствах защиты от механического травмирования, негативном воздействии производственных процессов на окружающую 
природную среду, методика расчета загрязнения атмосферного 
воздуха при обработке металлов резанием, а также организационно-технические мероприятия по обеспечению безопасности про

изводственных процессов, санитарно-гигиенические мероприятия 
и меры пожарной безопасности, безопасной эксплуатации грузоподъемного оборудования и сосудов, работающих под давлением, 
на предприятиях машиностроения, требования к зданиям и сооружениям промышленных предприятий.
В результате освоения материала учебного пособия обучающиеся должны:
 
• приобрести: способность самостоятельно получать знания, используя различные источники информации; способность анализировать, оптимизировать и применять современные информационные технологии при решении научных задач;
 
• знать: мероприятия по защите производственного персонала 
и населения от возможных последствий аварий, специфику 
опасностей техногенного и антропогенного характера, опасные 
и вредные факторы производственной (рабочей) среды и их действие на человека; способы защиты человека от вредных и опас ных производственных факторов; основы пожарной безопасности; основы электробезопасности; правовые основы охраны 
труда;
 
• уметь: использовать средства индивидуальной и коллективной 
защиты; разрабатывать мероприятия по защите персонала при 
ликвидации последствий аварий; проводить анализ и давать 
оценку действующим опасным и вредным производственным 
факторам, применять нормативные документы для их оценки; 
выполнять инженерные расчеты по защите персонала от действующих опасных и вредных производственных факторов;
 
• владеть: навыками применения основных методов защиты производственного персонала от возможных последствий аварий; 
профилактическими мерами для снижения уровня действующих 
опасностей различного вида и их последствий в профессиональной деятельности; навыками проектирования и эксплуатации систем обеспечения безопасности технологических процессов для снижения уровня действующих опасностей различного вида и их последствий в профессиональной деятельности.
Учебное пособие может быть использовано при подготовке магистерских диссертаций.
Авторский коллектив учебного пособия: Г.В. Пачурин (гл. 9, 10); 
А.Б. Елькин (гл. 1, 2, 3); И.Г. Трунова (гл. 5, 7, 8); А.А. Филиппов 
(гл. 4, 6).

Глава 1. 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 
О ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

1.1. ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Способы обработки металлов, основанные на удалении припуска и превращении его в стружку, связаны с понятием «резание 
металла». Процесс резания возможен при наличии основных 
движений: главного движения — вращения заготовки и поступательного движения инструмента, называемого подачей.
При действии на резец усилия его режущая кромка врезается 
в заготовку и отделяет слой металла от основной массы в виде 
стружки. Слой металла, срезаемый при обработке, называется припуском.
При резании различных материалов могут образовываться следующие типы стружек: сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома. Типы стружек представлены на рис. 1.1.

а
б
в

Рис. 1.1. Типы стружек:

а — сливная; б — скалывания; в — надлома

Сливная стружка образуется при резании вязких и мягких металлов (мягкая сталь, латунь) с высокой скоростью. Чем больше 
скорость резания и вязкость обрабатываемого материала, а также 
меньше угол резания и толщина среза и выше качество смазочноохлаждающей жидкости, тем стружка ближе к сливной.
Стружка надлома образуется при резании хрупких металлов 
(бронзы, чугуны). Такая стружка состоит из отдельных, почти 
не связанных между собой элементов. Обработанная поверхность 
при образовании такой стружки получается шероховатой, с большими впадинами и выступами. В определенных условиях, например 
при обработке чугунов средней твердости, стружка надлома может 
получиться в виде колец. Сходство ее со сливной стружкой только 

внешнее, так как достаточно сжать такую стружку в руке — и она 
легко разрушится на отдельные элементы.
Стружка скалывания занимает промежуточное положение 
между сливной стружкой и стружкой надлома и образуется при 
обработке некоторых сортов латуни и твердых сталей с большими 
подачами и относительно малыми скоростями резания. При изменении условий резания стружка скалывания может перейти 
в сливную и наоборот. В целях создания наилучших условий для 
отвода стружки из зоны резания необходимо обеспечить ее дробление или завивание в спираль определенной длины.
Дробленую стружку в виде колец и полуколец диаметром 
10–15 мм и более следует рассматривать как хорошую. Эта стружка, 
несмотря на то, что занимает меньший объем и легче транспортируется, снижает стойкость инструмента. Мелкодробленая стружка 
рассматривается как удовлетворительная. Помимо снижения стойкости резцов такая стружка, разлетаясь во все стороны, попадает 
на поверхности станка, нарушает нормальную работу его узлов.
Формирование стружки в виде непрерывной спирали, прямой 
ленты и путаного клубка не удовлетворяет требованиям обработки 
деталей на станках и поэтому должно быть исключено. При некоторых условиях резания на переднюю поверхность режущей кромки 
налипает обрабатываемый материал, образуя нарост. Он имеет клиновидную форму, по твердости в 2–3 раза превышает твердость обрабатываемого металла. Являясь как бы продолжением резца, нарост изменяет его геометрические параметры: участвует в резании 
металла, влияет на результаты обработки, изнашивает резец. При 
обработке нарост периодически разрушается (скалывается) и вновь 
образуется. Часть его уходит со стружкой, а часть остается вдавленной в обработанную поверхность (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Образование и срыв нароста

Отрыв частиц нароста происходит неравномерно по длине режущего лезвия, что приводит к мгновенному изменению глубины 
резания. Эти явления, повторяющиеся периодически, ухудшают 
качество обработанной поверхности, так как она оказывается усеянной неровностями. С увеличением пластичности обрабатыва

емого металла размеры нароста возрастают. При обработке хрупких 
материалов, например чугуна, нарост может и не образоваться.
В процессе токарной обработки выполняются следующие виды 
работ:
 
• токарная обработка и доводка сложных деталей и инструментов 
с большим числом переходов по 6–7 квалитетам;
 
• обтачивание наружных и внутренних фасонных поверхностей;
 
• токарная обработка длинных валов и винтов с применением нескольких люнетов;
 
• нарезание и накатка многозаходных резьб различного профиля 
и шага;
 
• выполнение операций по доводке инструмента, имеющего несколько сопрягающихся поверхностей;
 
• токарная обработка сложных крупногабаритных деталей и узлов 
на универсальном оборудовании;
 
• токарная обработка новых и переточка выработанных прокатных валков с калибровкой сложного профиля.
Производственный процесс включает в себя отдельные циклы: 
начиная с момента запуска исходных материалов и полуфабрикатов в производство до полного изготовления и сдачи продукции.
Технологический процесс механической обработки заготовок 
делится на составные части (технологические операции).
Технологической операцией называют законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте 
и охватывающую все действия рабочего по обработке детали до перехода к следующей. Кроме того, есть ряд других операций, которые 
используются в процессе обработки заготовки, такие как установ, 
технологический переход, вспомогательный переход, рабочий ход, 
вспомогательный ход. Все эти операции — неотъемлемые составляющие токарной обработки.
Установ — это часть технологической операции, выполняемой 
при неизменном закреплении обрабатываемого изделия. Обработка 
детали за два установа представлена на рис. 1.3, за три перехода — 
на рис. 1.4.
Технологический переход — законченная часть технологической 
операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах 
и установке.
Вспомогательный переход — законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека или оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предмета 
труда, но необходимы для выполнения технологического перехода. 

Например, при черновой обточке вала резец возвращается в исходное положение, совершая вспомогательный ход.

а

60

40

40

30

б

Рис. 1.3. Обработка детали за два установа:

а — обработка цилиндрической поверхности 40; 
б — обработка цилиндрической поверхности 30

а
б
в

Рис. 1.4. Обработка отверстия за три перехода:

а — сверление; б — растачивание; в — развертывание

Рабочий ход — законченная часть технологического перехода, 
состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, 
качества поверхности и свойств заготовки. Рабочий ход представляет собой непрерывное срезание одного слоя заготовки. Например, 
на токарном станке — обработка вала на проход.

1.2. РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

На сегодняшний день существует несколько видов резки листовых материалов: плазменная, механическая, лазерная и гидроабразивная. Рассмотрим достоинства и недостатки каждого метода.
Плазменная резка. Принцип работы оборудования плазменной 
резки основан на свойствах плазменной дуги местно расплавлять 
и удалять материал с места разреза. При этом используется постоянный ток прямого действия. Главным преимуществом плазменной 
резки является возможность обеспечения высокой скорости резки 
металла (2 м/мин при резке стального листа толщиной 20 мм). 

К недостаткам можно отнести низкое качество реза, риск появления микротрещин, оплавлений, выброс в рабочую зону аэрозолей 
преимущественно фиброгенного действия (АПФД).
Механическая резка — это резка, во время которой применяются 
физический труд или специальные механические приспособления 
(специальные резаки). Достоинствами механической резки являются высокое качество среза и его высокая точность, возможность 
резки металла под углом и небольшие потери металла при его обработке. Основной недостаток механической резки металла заключается в том, что все ее способы позволяют выполнять разрез только 
по прямой линии. В том случае, если требуется раскрой металла 
по сложной криволинейной траектории, этот вид резки применить 
невозможно. Кроме того, к недостаткам механической резки можно 
отнести и не слишком высокую производительность труда, а также 
недостаточно большую глубину пропила.
Лазерная резка считается высокотехнологичным методом. 
Принцип ее действия основан на способности лазерного луча нагревать и расплавлять обрабатываемый материал. Мощность лазерного луча можно корректировать в зависимости от плотности материала. Что же касается резки металла, то лазер может справиться 
с ним лишь в случаях, когда толщина металла не превышает 20 мм. 
При этом лазерная резка имеет минусы, схожие с особенностями 
плазменной резки: служит причиной обгорания, оплавления на разрезаемых кромках, создает напряжения, микротрещины и структурные изменения в обрабатываемых материалах.
Гидроабразивная резка — единственный вид резки, технология 
которой предусматривает использование воды. Гидроабразивная 
резка основана на обработке материала сильной струей воды 
с абразивными частицами, скорость которой может составлять 
до 900 м/мин благодаря микроотверстиям размером всего 0,2 мм. 
В этом и состоит секрет превращения энергии, при котором кинетика струи переходит в механическую силу резки материала.
К достоинствам гидроабразивной резки можно отнести то, что:
 
• метод гидроабразивной резки подходит для всех материалов;
 
• она характеризуется высокой степенью безопасности — в процессе резки удаляются лишь пылеобразные частицы;
 
• метод не подразумевает термообработки;
 
• в процессе гидроабразивной резки образуется разрез шириной 
1 мм с минимумом отходов;
 
• метод не требует частой заточки инструмента;
 
• она не требует специально оборудованных рабочих мест 
и жесткого закрепления деталей в силу минимальных касательных усилий;