Разработка функционального и стилевого решения маски сварщика

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Инженерной и компьютерной графике»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Инженерная и компьютерная графика»

Разработка функционального и стилевого решения маски сварщика

Выполнил:

ст-т гр. ИП 131−3

Юрьев К.Б.

Проверил:

Кулешов В.И.

Красноярск 2005

• Введение
• 1. Описание объекта. Основные функции
• 1.1 Применение
• 1.1.1 Сварка, виды сварки, история, классификация
• 1.1.2 Резка металлов
• 2. Патентно-литературный обзор
• 2.1 Аналоги защиты:
• 2.2 Общий анализ приведенных аналогов защиты
• 3. Проектирование
• 3.1 Бионика
• 3.2 Эргономика (эргономическое решение)
• 4. Описание готовой конструкции
• Список использованных источников
• Приложение А

Во многих случаях при разработке средств безопасности забывают об его внешнем виде и тем более не многоие помнят о том что внешний вид может нести не только эстетическое блага, но и функциональное.

Задача конструктора состоит в создании устройства, отвечающиго мера м безопасности, дающих наибольший экономический эффект и обладающих наиболее высокими технико — экономическими и эксплуатационными показателями.

Главными показателями являются:

— Безопасность;

— Высокая производительность;

— Экономичность;

— Прочность;

— Надёжность;

— Малые масса и металлоёмкость;

— Габариты;

— Простота обслуживания и др.

В связи с тем, что в настоящее время любое техническое изобретение имеет анологи, нужно повышать конкурентоспособность машин еще и по средствам гармонично спроектированного, завершенного внешнего вида.

Цель усовершенствования конструкции — разработка общего стилевого решения с учетом повышения безопасности при эксплуатации машины.

Возьмем данное устройство, маску сварщика, за прототип и разработаем его функциональное и стилевое решение. Для этого воспользуемся следующими методами:

1. Проведем патентный поиск, с целью ознакомления с существующими изобритениями на данное изделие.

2. Метод «Бионик»

1. Описание объекта. Основные функции

Маска сварщика (рисунок 1 а, б) предназначена для защиты глаз при газовой сварке от светового излучения (имеют затемнение стекол Г2, соответствующее газосварке средней мощности), а так же защиты лица от раскаленных частиц и продуктов горения. Имеет корпус из ударопрочного пластика, лицевую часть из оргстекла толщиной 3 мм и наголовник из мягких регулируемых лент. Изготовлены из не воспламеняющихся материалов.

Рисунок 1

Состав:

1. Крепление ремня к маске;

2. Защитные стекла: светофильтр и прозрачное стекла;

3. Ремень крепления с регулировкой;

4. Корпус (пластмассовый)

1.1 Применение

Маска используется для защиты лица и глаз при сварке и резке.

маска сварщик бионика

1.1.1 Сварка, виды сварки, история, классификация

Сварка — технологический процесс соединения твёрдых материалов в результате действия межатомных сил, которое происходит при местном сплавлении или совместном пластическом деформировании свариваемых частей. Сваркой получают изделия из металла и неметаллических материалов (стекла, керамики, пластмасс и др.). Изменяя режимы сварки, можно наплавлять слои металла различной толщины и различного состава. На специальном оборудовании в определенных условиях можно осуществлять процессы, противоположные по своей сущности процессу соединения, например огневую, или термическую, резку металлов.

Простейшие приёмы сварки были известны в 8−7-м тыс. до н. э. В основном сваривались изделия из меди, которые предварительно подогревались, а затем сдавливались. При изготовлении изделий из меди, бронзы, свинца, благородных металлов применялась т. н. литейная сварка. Соединяемые детали заформовывали, подогревали и место соединения заливали заранее приготовленным расплавленным металлом. Изделия из железа и его сплавов получали их нагревом до «сварочного жара» в кузнечных горнах с последующей проковкой. Этот способ известен под названием горновая, или кузнечная, сварка. Только эти два способа сварки были распространены вплоть до конца 19 в. Толчком к появлению принципиально новых способов соединения металлов явилось открытие в 1802 дугового разряда В. В. Петровым. В 1882 Н. Н. Бенардос и в 1890 Н. Г. Славянов предложили первые практически пригодные способы сварки с использованием электрической дуги. В начале 20 в. дуговая электросварка постепенно стала ведущим промышленным способом соединения металлов. К началу 20 в. относятся и первые попытки применения для сварки и резки горючих газов в смеси с кислородом. Первую ацетилено-кислородную сварочную горелку сконструировал французский инженер Э. Фуше, который получил на неё патент в Германии в 1903. В России этот способ стал известен предположительно к 1905, получил распространение к 1911. Процесс дуговой сварки совершенствовался, появились её разновидности: под флюсом, в среде защитных газов и др. Во 2-й половине 20 в. для сварки стали использовать др. виды энергии: плазму, электронный, фотонный и лазерный лучи, взрыв, ультразвук и др.

Современные способы сварки. металлов можно разделить на две большие группы: сварка плавлением, или сварка в жидкой фазе, и сварка давлением, или сварка в твёрдой фазе. При сварке плавлением расплавленный металл соединяемых частей самопроизвольно, без приложения внешних сил соединяется в одно целое в результате расплавления и смачивания в зоне сварки и взаимного растворения материала. При сварке давлением для соединения частей без расплавления необходимо значительное давление. Граница между этими группами не всегда достаточно чёткая, например возможна сварка с частичным оплавлением деталей и последующим сдавливанием их (контактная электросварка). В предлагаемой классификации в каждую группу входит несколько способов. К сварке плавлением относятся: дуговая, плазменная, электрошлаковая, газовая, лучевая и др.; к сварке давлением — горновая, холодная, ультразвуковая, трением, взрывом и др. В основу классификации может быть положен и какой-либо др. признак. Например, по роду энергии могут быть выделены следующие виды сварки электрическая (дуговая, контактная, электрошлаковая, плазменная, индукционная и т. д.), механическая (трением, холодная, ультразвуковая и т. п.), химическая (газовая, термитная), лучевая (фотонная, электронная, лазерная).

Дуговая сварка — основной вид сварки плавлением, при котором нагрев и плавление основного и присадочного металла достигается за счет тепловой энергии, получаемой в результате преобразования подводимой к дуге электрической энергии. Процесс дуговой сварки обладает следующими преимуществами: высокая концентрация тепловой энергии; универсальность процесса; возможность сварки в различных пространственных положениях; высокие эксплуатационные свойства, надежность и относительно низкая стоимость оборудования.

При плавлении металлов с использованием энергии дугового электрического разряда, возбуждаемого и поддерживаемого в пространстве между электродом и изделием, свойства и размеры шва зависят от физических условий, в которых существует дуговой разряд, и от свойств источника питания, для которого дуга является нагрузкой.

В сварочной технике применяют следующие источники питания сварочной дуги: источники питания дуги переменным током: сварочные трансформаторы; специализированные установки переменного тока; источники питания дуги постоянным током.

1.1.2 Резка металлов

В настоящее время резка металлов, наряду со сваркой получила широкое применение на производственных предприятиях самых разных профилей деятельности. Существует раздельная и размерная резка, строжка и прошивка отверстий. Наибольшая эффективность резки с учетом всех свойств разрезаемых металлов и особенностей конструкции изделий, может быть достигнута при следующем способе резки: пламенная резка.

В настоящее время воздушно-плазменная резка является наиболее эффективным способом резки низколегированных и легированных сталей, цветных металлов и сплавов. Плазменная резка по скорости значительно превосходит газокислородную резку при работе с металлами толщиной до 30 мм. Данный метод разделки металлов получил широкое применение в приборостроительной и машиностроительной отраслях промышленности. Аппараты для плазменной резки являются высокоскоростными машинами с программным управлением. Широкое применение нашла также разделительная полуавтоматическая (ручная) плазменная резка. В настоящее время существуют установки для плазменной резки, рассчитанные на токи 50 А, 100 А, 200 А, 400 А, обеспечивающие высококачественную резку в диапазоне толщин разрезаемого металла от 2 до 100 мм.

Использование источников питания, имеющих систему управления с микропроцессорами, значительно повышает качество резки, сокращает расход быстроизнашивающихся деталей плазматронов.

УПР-51 и УПР-1210 — мобильные установки плазменной резки в полевых, монтажных и цеховых условиях, имеют защиту от падения давления в воздушной сети и перегрева установки. УПР-4010/4011 имеют водяное охлаждение, позволяющее увеличить срок службы быстроизнашивающихся деталей резака, получив при этом наилучшее качество резания и высокую скорость резки. Данные установки имеют также возможность подключения ручных плазматронов ПРВ-202 и ПРВ-301 на токи 200 А и 300 А.

2. Патентно-литературный обзор

2.1 Аналоги защиты

Таблица 2.1. Сварочные щитки, маски, шлемы

Рисунок 2

Сварочная маска Speedglas 9002X (рисунок 2) с автоматически затемняющимся светофильтром, с регулируемым от 9 до 13 DIN номером затемнения и увеличенным на 45% полем зрения. Одна из самых совершенных моделей. Используется с различным сварочным оборудованием при токах до 500 А. Имеет два способа регулировки чувствительности светофильтра: автоматический (рекомендуется для наружных работ) и ручной с установкой добавочного коэффициента к автоматическому (для сварки со свето помехами и низкоамперной сварки). Так же имеется функция задержки возврата в светлое положение (применяется когда после сварки остается слишком яркий шов). Управление настройками осуществляется при помощи сенсорных кнопок на внутренней панели сварочной маски. Возможно использование с любым сварочным Рисунок. 2 оборудованием и при любых токах. Каждый фильтр Speedglas® состоит из семи различных уровней: УФ/ИК фильтр (1), три поляризатора (2), и три жидко кристаллических элемента (3). УФ/ИК фильтр непрерывно блокирует вредную радиацию, независимо включен ли фильтр или выключен (темное или светлое положение). Принцип работы самозатемняющегося светофильтра основан на поляризации жидких кристаллов (поворотом их на определенный угол) путем облучения чувствительных датчиков (на поверхности) сварочной вспышкой. Уровень защиты фильтра от УФ/ИК излучений имеет постоянное значение; оно равняется коэффициенту 13, затемнения у обычных сварочных фильтров «Без авто затемнения». Все фильтры Speedglas ® отвечают требованиям Европейского Стандарта EN 379 для защиты глаз при сварке.

Таблица 2.2 Технические данные Speedglas 9002X

При анализе патентов (Приложение А) я выделил четыре функциональных решения, которые включил в разработку своей сварочной маски (рисунок 3 а — крепление, б — защита головы, в — панорамный вид, гзаменимость стекол защиты).

Рисунок 3

2.2 Общий анализ приведенных аналогов защиты

· Из выше перечисленных масок, щитков, шлемов сварщика можно вывести, выполняемые ими функции:

· Защита от теплового и светового облучения;

· Регулировка степени затемнения;

· Легкость;

· Устройство откидывающее вверх светофильтр и внутреннее стекло;

· Фильтр отчистки и подачи воздуха;

· Панорамное стекло;

· Универсальность в эксплуатации (для резки и сварки)

· Подбор крепления под размер головы.

3. Проектирование

Цель: Спроектировать маску сварщика

Задачи:

· Разработать внешний вид (летний вариант);

· Заменимость стекол защиты;

· Безопасность (зашита);

· Панорамное стекло;

· Эргономичность;

· Функциональность (автоматизм);

· Цветовое решение.

3.1 Бионика

В данной курсовой работе поставлена задача: разработать стилевое решение машины, используя методы бионики.

Бионика (от греч. biфn — элемент жизни, буквально — живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками — электроникой, навигацией, связью, морским делом и др. БСЭ.1978г.

Бионика — занимается использованием знаний о живых системах для разрешения технических проблем, и в частности, проблем роботостроения. Бионика сравнительно новая наука, моделирующая приёмы, к которым прибегает природа для решения различных задач. Она использует их в машинах, инструментах, приборах, конструкциях, технологических процессах и т. п. Формальным годом рождения бионики принято считать 1960 г. Учёные — бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом — «Живые прототипы — ключ к новой технике».

Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляли моделирование орнитоптера.

Совмещение маски сварщика с изображением головой тигра:

Рисунок 4 (а-з) показывают сочетание форм объектов.

Рисунок 4(и-н) совмещение объектов и переход техническому решению формы маски.

Рисунок 4 (н) — Предлагаемый вариант внешнего вида маски.

Рисунок 4

Рассмотренную маску сварщика совместим с изображением животного. В следствие совмещения с формой головы тигра я получил новое технологическое решение в конструкции маски. Которое позволяет сочетать внешний дизайн маски с функциональными возможностями.

3.2 Эргономика (эргономическое решение)

Для удобства и просты эксплуатации конструкции маски предлагается:

механизм быстрой и надежной смены обзора рабочей зоны сварщика, при этом рабочий не затрачивает времени на снятие маски.

На рисунке 5 (а, б) показан способ работы механизма маски. В положении (Рисунок 5 а) рабочий не снимая маску имеет возможность осмотреть рабочею зону через прозрачное, панорамное стекло (выделено синим). Перед началом процесса сварки рабочий поворачивая голову вниз (Рисунок 5 б) смещает «челюсть» маски вверх. Светофильтр (Выделен зеленым) перемещается под панорамное стекло, защищая глаза сварщика в процессе сварки. Панорамное стекло защищает от акален светофильтр. Пружина (выделена красным) уменьшает усилия человека при открывании/закрывании «челюсти» и фиксирует ее (рисунок 5 б). Рукой сварщик открывает ее.

а б

Рисунок 5

В маске имеется вентиляция, подсветка и регулируемый по размеру головы маскодержатель (выделены красным рисунок. 6 а, б)

Так как маска имеет форму шлема (защиты головы) для комфорта рабочего встроено: вентиляция, выполняющая функции подвода кислорода и звуков; маскодержатель для фиксирования шлема на голове; наружная подсветка освещает рабочею зону.

а б

Рисунок 6

Механизм является полуавтоматическим, так как сварщик выбирает свой способ работы индивидуально.

3.3 Цветовое решение Ахроматические цвета (белый, черный и все оттенки серого) в цветовых кругах отсутствуют, но они играют важную роль. Белый цвет осветляет, делает «легче» любой другой; черный, наоборот, затемняет любой хроматический, делает его более мрачным, торжественным. Сочетание оттенков разной интенсивности, полученных путем добавления белого цвета к основному цветовому тону (например, от красного до розового, от синего до голубого), никогда не приводит к дисгармонии. «Цветовой аккорд» воспринимается воздушным, спокойным.

Хроматические цветовые тона с ахроматическими наиболее гармоничны в следующих сочетаниях: красный, оранжевый и желтый (теплые) с черным; голубой, синий и фиолетовый (холодные) с белым.

Цель дизайнера достичь гармоничного сочетания цветов совместным их применением.

Наиболее распространены следующие типы цветовых гармоний: двухцветная однотонная, двухцветная контрастная, трехцветная однотонная, трехцветная однотонно-контрастная, и, как исключение, четырехцветная.

В более многоцветных композициях случайные цвета зачастую вызывают пестроту, ощущение тревоги и нарушают единство композиции.

Восприятие цвета субъективно, оно зависит от психологического состояния человека. Существует и обратная связь. С древнейших времен известно специфическое воздействие цвета на человека. Цвет влияет на аппетит, работоспособность, внимание, кровяное давление и многое-многое другое. По утверждению психологов, человек наделяет каждый цвет определенными свойствами, и это очень важно учитывать в дизайне.

Цвет обладает эмоциональной выразительностью, он может создавать впечатление легкости и тяжести, торжества и уныния, печали и радости. Восприятие размера и глубины пространства также зависит от цвета: одни краски «выступают вперед», другие «уходят назад». Красный, оранжевый, желтый цвета и их оттенки человек ощущает как теплые; синий и фиолетовый — как холодные. Зеленый цвет — нейтральный, у него есть теплые и холодные оттенки. Теплые цвета, как правило, вызывают бодрое настроение — их называют активными; холодные (пассивные), наоборот, успокаивают.

Каждый цвет имеет определенное психологическое и физическое воздействие на человека. Например:

1. красный — тяжелый, насыщенный, горячий, активный, динамичный, тревожный. В его присутствии усиливается мышечное напряжение, учащается дыхание и повышается кровяное давление;

2. голубой — удаляющийся, легкий, прохладный, спокойный, свежий, чистый. Этот цвет успокаивает, снижает кровяное давление, в больших количествах вызывает ощущение прохлады;

3. желтый — теплый, радостный, подвижный. Зрительно увеличивает объем, приближает, стимулирует умственную деятельность. Серо-желтые и зеленовато-желтые оттенки вызывают неприятные ощущения;

4. оранжевый — легкий, теплый, яркий, динамичный, способствует легкому возбуждению, улучшению пищеварения, кровообращения и повышению половой активности;

5. фиолетовый — далекий, таинственный, холодный, выразительный. Он уменьшает объем, стимулирует деятельность сердца и легких Интенсивные цвета, действующие в течении длительного времени, утомляют человека, раздражают глаза и надоедают. Если человеку приходится иметь дело с желтыми предметами, а стены помещения окрашены в тот же цвет, то зрение ослабевает.

Оранжево-желтый, желтый, зеленовато-голубой, голубой, а также белый уменьшают зрительное и цветовое утомление и относятся к группе оптимальных цветов. Красный, синий и фиолетовый как бы подчинены первой группе и называются субоптимальными цветами. Третью группу так называемых предохранительных цветов составляют максимально насыщенные. Они используются при окраске транспортных средств, станков, инструментов — иными словами, предметов, которые могут представлять опасность для человека.

Умелое сочетание цвета и фактуры помогает усилить декоративные свойства материалов. Удачные решения получаются в результате:

1. использование материалов контрастных по фактуре и весу: тяжелых (камня) и легких (стекла);

2. сочетания теплых по зрительному ощущению материалов с холодными (дерево — стекло или керамика)

3. применения материалов единой цветовой гаммы с различной фактурой, например, побелка стен (в экологическом стиле) и обитая белой искусственной кожей мебель.

абв где Рисунок 7

Можно использовать однотонную окраску для всего изделия как вы можете видеть на рисунке 7(а, б, в, г, е). Я выбираю (рисунок 7 д) яркий, природный окрас шлема, позволяющий обнаружить сварщика на расстоянии, а также этот броский цвет служит предупредительным для других людей.

4. Описание готовой конструкции

Предлагаемый вариант шлема сварщика состоит из восьми основных частей, выделенных цветами на рисунок 8:

· «Челюсть"(желтый);

· Светофильтр (голубой);

· Прозрачное панорамное стекло (зеленый);

· Корпус (красный);

· Вентиляция (бежевый);

· Подсветка (синий);

· Пружина (малиновый);

· Маскодержатель.

Рисунок 8

Шлем имеет два рабочих состояния:

· Для резки материала используется только прозрачное, панорамное стекло (Рисунок 9 а);

· Для сварки используется оба защитных стекла (Рисунок 9 б).

а б

Рисунок 9

Заключение

При совмещение обычной маски сварщика с изображением животного было выведено несколько решений по усовершенствованию конструкции маски., одно из главных это применения принципа закрывающейся челюсти. Для защиты рабочего используется: форма шлема, светофильтр и панорамное стекла, вентиляция. В качестве внешнего дизайна шлема используется форма головы животного, в данном случаи тигра. Патентно-литературный обзор показал, что подобных предложение по оформлению защиты сварщика нет. Яркий, природный окрас шлема позволяет обнаружить сварщика на расстоянии, а также броский цвет служит предупредительным для других людей.

Механизм является полуавтоматическим, так как сварщик выбирает свой способ работы индивидуально, а также в данном виде работы отдается предпочтение контролю человека над автоматическими приводами.

Данный вид работы позволил мне применить свои теоретические знания и умения в разработке новой формы изделия и его конструктивных особенностей. Маска сварщика приобрела сочетаемость функциональности с дизайном внешнего вида.

5. Список использованных источников

1. СТП КГТУ 01−05. Общие требования к оформлению текстовых и графических студенческих работ. Текстовые материалы и иллюстрации. Красноярск, 2005.

2. АС 1 685 434 СССР, МКИ; А61F9/06.Защитный шлем/ В. Г. Ключков и В. В. Степанов (СССР) № 1 022 691/ заявл. 05.05.89; опубл. 30,03,83, бюл. № 39

3. АС 388 747 СССР, МКИ; А61F9/06. Маска сварщика/ Я. Я Трейманис и К. Я. Фрейманис (СССР) № 168 478 031−16/ заявл. 20.07.71; опубл. 30.07.73, бюл. № 29.

4. АС 1 830 252А1 СССР, МКИ; А61F9/06.Защитная маска сварщика/ М. В. Новиков, А. А. Трубин (СССР) № 193 031/ заявл. 29.04.91; опубл. 30.07.93, бюл. № 28

5. АС 1 685 434 СССР, МКИ; А61F9/06.Защитный шлем/ В. Г. Ключков и В. В. Степанов (СССР) № 1 022 691/ заявл. 05.05.89; опубл. 30,03,83, бюл. № 39

1. http://www.svarka.ru

2. http://www.snabdos.ru

Приложение А