CN113670763A - 一种车削ptfe材料环境的模拟测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法及装置。该测试装置包括抽气风机、单向阀、吸入切屑量检测箱体、呼吸模拟管道、模拟脊椎、工作台、模拟车削模块和切屑抑制模块。切屑抑制模块设置在模拟车削模块的侧部。模拟脊椎的位置根据车削过程中工作人员与车床的相对位置确定。所述的脊椎‑呼吸道模拟模块包括伸缩软管、脊椎底板和依次连接的多个伸缩关节。吸入切屑量检测箱体内设置有直线模组、滑台安装梁、安装板和滤膜。本发明通过模拟人体在进行车削作业过程实际的呼吸情况，能够真实检验出吸入人体内的切屑量，相比于直接对环境中切屑量进行检测，更符合实际情况中切屑危害人体健康的情况，从而使得检测结果更加准确可靠。
Description
技术领域
本发明属于切削环境监测技术领域，具体涉及一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法及装置。
背景技术
车削加工是一种常用的加工PTFE材料的方法。车削加工因为其转速较快，导致切屑飞溅范围大，切屑颗粒较细小，切屑容易在空中悬浮，会在一线生产工人呼吸时对其身体健康造成不良影响。其中，直径小于10μm粉尘颗粒(PM10)是可吸入的，特别是直径小于2.5μm的细微粉尘颗粒(PM2.5)又称为可入肺颗粒，能够进入人体肺泡甚至血液循环系统中，可能引发心脏病﹑肺病、呼吸道疾病，降低肺功能等。
随着“绿色制造”理念的推广，如何抑制切屑漂浮到空中以及如何保证车间一线生产工人的身体健康已经成为亟待解决的重要问题。因此，设计一种车削过程中人体吸入切屑量的检测以及抑制切屑被人体吸入的方法与装置是十分必要的。
目前有关于检测车削加工过程中切屑会对人体产生何种影响的方法与装置并不多。如专利号为(CN106338544B)的发明专利公开了一种模拟人肺呼吸运动系统的烟气分析装置。该专利通过模拟人肺呼吸运动将烟气发生盒产生的烟气吸入测试单元，并利用弹性薄膜上的烟气萃取吸收液滴将烟气中的有害物质萃取吸收，然后进行MALDI—TOF—MS分析。但是并不适用于车削加工方面的切屑检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法及装置。
本发明一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法，具体步骤如下：
步骤一：对工件进行车削，并在被测位置进行间歇性抽气和排气；被测位置对应工作人员在进行车削作业时口腔的位置；间歇性抽气和排气的频率为0.4～0.6Hz；每个周期中，排气时间占55％～65％；被测位置在抽气时的负压设定为-1.33kpa～-0.665kpa，排气时的负压设定为0.399kpa～0.665kpa；从被测位置吸入的气体经过呼吸模拟管道后输送至依次排列的三层滤膜；三层滤膜依次为A滤膜、B滤膜、C滤膜；A滤膜的孔径为10～20μm；B滤膜的孔径为0.3～2.5μm；C滤膜的孔径小于0.3μm；呼吸模拟管道的长度为25～28cm。
步骤二、车削预设时长后，取下三层滤膜并分别称取重量。并利用流量计测出车削过程中，吸入气体的总体积V，计算A滤膜滤出的切屑重量m1＝M1-M2，B滤膜滤出的切屑重量m2＝M3-M4，C滤膜滤出的切屑重量m3＝M5-M6。M1、M3、M5分别为A滤膜、B滤膜、C滤膜的初始重量。M2、M4、M6分别为A滤膜、B滤膜、C滤膜的过滤切屑后的重量。
计算产生切屑的总质量m总＝m1+m2+m3；计算A滤膜无法滤出的切屑质量m10＝m2+m3；计算A滤膜无法滤出的切屑占总产生切屑的百分比
计算C滤膜滤出的切屑占总产生切屑的百分比
计算C滤膜滤出的切屑的浓度
计算A滤膜无法滤出的切屑的浓度
其中，V为抽入呼吸模拟管道的总气体体积。
计算综合评判标准M＝P×1.5+G；其中，G为含量评价指标，P为浓度评价指标，其具体表达式如下：
P＝c1×1.2+c2
其中，η为A滤膜在过滤后的不透光率。
综合评价标准M越大，则车削环境越差。
步骤三、多次调整被测位置的位置和朝向，以及车削预设时长的大小，每次调整后均重复执行步骤一和二，获得不同车削作业姿势以及车削工作时长对应的综合评价标准M，并据此判断不同车削作业姿势和车削工作时长对作业人员的危害程度。
作为优选，不透光率通过方格法来确定。将拍摄的照片区域以滤膜的直径为正方形的边长做外接正方形，并将所得正方形区域平均划分为十行十列的100个方格，每个方格为总面积的1％。规定某个方格中的含有切屑的黑色部分占整个方格面积的10％及以下时，此方格可以看做空白方格。最后统计白色方格的个数与总方格个数的比例w％，A滤膜的不透光率为(1-w％)，记为η。
作为优选，被测位置的位置和朝向的调整位置包括正俯视姿态、侧俯视姿态和斜俯视姿态。正俯视姿态下，被测位置位于工件的正上方；侧俯视姿态下，被测位置从斜上方朝向工件，且被测位置的朝向垂直于工件的转动轴线；斜俯视姿态，被测位置从斜上方朝向工件，且被测位置的朝向与工件的转动轴线呈30°～60°夹角。
作为优选，根据被测位置的负压设定值和损失系数，设定呼吸模拟管道的抽气风机的扇叶转速和转向；损失系数设定为0.25。
作为优选，所述A滤膜的孔径为10μm；B滤膜的孔径为2.5μm；C滤膜的孔径为0.3μm。
作为优选，根据综合评价标准M建立车削加工过程中切屑对人体造成的健康影响的评级如下：若M>10，评定健康影响等级为五级；若7.5<M≤10，评定健康影响等级为四级；若5<M≤7.5，评定健康影响等级为三级；若2.5<M≤5，评定健康影响等级为二级；若0<M≤2.5，评定健康影响等级为一级；等级越高，吸入切屑对人体造成伤害越大。
作为优选，在车削过程中，使用切屑抑制模块对车削产生的切削颗粒进行吸收，并按照步骤二中的方法测试出综合评价标准M，从而获得切屑抑制模块的切屑抑制效果。
作为优选，在车削过程中，使用切屑抑制模块对车削产生的切削颗粒进行吸收。通过调节切屑抑制模块的工作参数和安装位置并测试综合评价标准M，获得调节切屑抑制模块的最佳安装位置和工作参数。
本发明一种车削PTFE材料环境的模拟测试装置，包括抽气风机、单向阀、吸入切屑量检测箱体、呼吸模拟管道、脊椎-呼吸道模拟模块、工作台、模拟车削模块和切屑抑制模块。脊椎-呼吸道模拟模块、模拟车削模块和切屑抑制模块均安装在工作台上。切屑抑制模块设置在模拟车削模块的侧部。脊椎-呼吸道模拟模块的位置根据车削过程中工作人员与车床的相对位置确定。
所述的脊椎-呼吸道模拟模块包括伸缩软管、脊椎底板和依次连接的多个伸缩关节。伸缩关节包括第一脊椎块、第二脊椎块和旋转电机。第一脊椎块与第二脊椎块滑动连接，且能够在不同位置锁止。前一个伸缩关节中的第二脊椎块与后一个伸缩关节中的第一脊椎块转动连接，并通过旋转电机驱动进行转动。脊椎底板固定在工作台上。首端的伸缩关节中的第一脊椎块与脊椎底板转动连接，并通过旋转电机驱动进行转动。伸缩软管的外侧与多个伸缩关节连接。伸缩软管的输入端开口位于末端的伸缩关节处。伸缩软管的输出端与呼吸模拟管道的输入端连接。伸缩软管的输入端开口设置有流量计。
所述的吸入切屑量检测箱体内设置有直线模组、滑台安装梁、安装板和滤膜。滑台安装梁与吸入切屑量检测箱体内腔的底部通过螺栓固定。输出管道与吸入切屑量检测箱体固定。输出管道的输出端设置有抽气风机。呼吸模拟管道的输出端开口伸入吸入切屑量检测箱体内，与输出管道的输入端对齐。直线模组安装在滑台安装梁上。
所述直线模组的滑移块与安装板的一端固定。安装板的外端开设有安装孔。依次排列的三层滤膜均设置在安装孔内。三层滤膜能够随安装板移动到呼吸模拟管道与输出管道之间。在呼吸模拟管道到输出管道的方向上，三层滤膜的孔径依次减小。
作为优选，所述的模拟车削模块包括第一切削收集槽、刀具进给组件、滑台安装板、刀具、车刀夹、漏斗型收集器、车床外壳、主轴电机、三爪卡盘、支座和减速器。车床外壳和支座固定在工作台上。支座位于车床外壳的内侧。三爪卡盘转动连接在支座上。减速器和主轴电机固定在支座上。主轴电机的输出轴与三爪卡盘通过减速器连接。第一切削收集槽和漏斗型收集器安装在工作台上。漏斗型收集器位于三爪卡盘的夹持部外侧的下方。第一切削收集槽位于漏斗型收集器的正下方。刀具进给组件安装在工作台上。刀具进给组件的滑移块上固定有滑台安装板。滑台安装板的顶部固定有车刀夹。刀具安装在车刀夹上。
作为优选，两个切屑抑制模块分别安装在模拟车削模块的两侧。切屑抑制模块包括切屑收集槽、总管道、分支管道和鼓气风机。切屑收集槽和总管道均安装在工作台上，且与模拟车削模块等高设置。多根分支管道沿着总管道的长度方向依次排列，一端均与总管道连通，另一端均朝向模拟车削模块。总管道的一端封闭，另一端向下弯曲且朝向切屑收集槽的顶部开口并安装有鼓气风机。
作为优选，所述的输出管道上设置有单向阀。所述的安装孔为阶梯通孔。三层滤膜分别安装在安装孔内的三个台阶处。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明通过模拟人体在进行车削作业过程实际的呼吸情况，能够真实检验出吸入人体内的切屑量，相比于直接对环境中切屑量进行检测，更符合实际情况中切屑危害人体健康的情况，从而使得检测结果更加准确可靠。
2、本发明综合多个切屑指标，对人体健康受到吸入切屑的影响程度进行评测，最终通过直观的评价指标来判断，切削环境是否满足安全要求。
3、本发明结合切屑抑制模块，在使用切屑抑制模块检测切屑对人体的危害，能够实现对切屑抑制模块的抑制效果的检测。
4、本发明利用伸缩关节和旋转电机，通过改变脊椎-呼吸道模拟模块的长度和姿态，实现了对不同身高和不同弯腰程度的人在车削过程中吸入切屑的情况的模拟。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中模拟车削模块的示意图；
图3为本发明中切屑抑制模块的示意图；
图4为本发明中脊椎-呼吸道模拟模块的示意图；
图5为本发明中吸入切屑量检测箱体的内部示意图；
图6为本发明中三层滤膜的安装示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种模拟车削PTFE材料时人体吸入切屑量检测装置，包括抽气风机1、单向阀2、吸入切屑量检测箱体3、呼吸模拟管道4、脊椎-呼吸道模拟模块6、工作台7、模拟车削模块8和切屑抑制模块5。该检测装置用于检测使用切屑抑制模块5的情况下，人体吸入切削粉尘的情况。脊椎-呼吸道模拟模块6、模拟车削模块8和切屑抑制模块5均安装在工作台7上。
如图2所示，模拟车削模块8包括第一切削收集槽801、刀具进给组件802、滑台安装板803、刀具804、车刀夹805、漏斗型收集器806、车床外壳807、主轴电机809、三爪卡盘810、支座811和减速器812。车床外壳807和支座811固定在工作台7上。支座811位于车床外壳807的内侧。三爪卡盘810转动连接在支座811上。减速器812和主轴电机809固定在支座811上。主轴电机809的输出轴与三爪卡盘810通过减速器812连接。
第一切削收集槽801和漏斗型收集器806安装在工作台上。漏斗型收集器806位于三爪卡盘810的夹持部外侧的下方。第一切削收集槽801位于漏斗型收集器806的正下方。刀具进给组件802安装在工作台7上。刀具进给组件802的滑移块上固定有滑台安装板803。滑台安装板803的顶部固定有车刀夹805。刀具804安装在车刀夹805上。刀具进给组件802采用气动或电动滑台，能够带动刀具804进行移动，从而对转动的工件808进行车削。通过夹持工件808的三爪卡盘810的转动和刀具804的进给运动，能够对工件808进行车削，从而模拟出车削加工PTFE工件808时的环境。
如图1和3所示，两个切屑抑制模块5分别安装在模拟车削模块8的两侧。切屑抑制模块5包括切屑收集槽501、总管道503、分支管道502和鼓气风机504。切屑收集槽501和总管道503均安装在工作台7上，且与三爪卡盘810等高设置。多根分支管道502沿着总管道503的长度方向依次排列，一端均与总管道503连通，另一端均朝向模拟车削模块8。总管道503的一端封闭，另一端向下弯曲且朝向切屑收集槽501的顶部开口，安装有鼓气风机504。通过鼓气风机504的工作，能够将模拟车削模块8加工时产生的粉尘吸收到切屑收集槽501中。
如图1和4所示，脊椎-呼吸道模拟模块包括伸缩软管604、脊椎底板605和依次连接的多个伸缩关节。伸缩关节包括第一脊椎块601、第二脊椎块602和旋转电机603。第一脊椎块601与第二脊椎块602滑动连接，且能够不同位置通过紧定螺钉或锁扣相互锁止。旋转电机603固定在第一脊椎块601上。前一个伸缩关节中的第二脊椎块602与后一个伸缩关节中的第一脊椎块601转动连接。前一个伸缩关节中的第二脊椎块602的输出轴与后一个伸缩关节中的旋转电机603固定。脊椎底板605通过螺栓固定在工作台7上。首端的伸缩关节中的第一脊椎块601与脊椎底板605转动连接。首端的伸缩关节中的旋转电机603与脊椎底板605固定。通过各旋转电机的转动，以及第一脊椎块601与第二脊椎块602之间的伸缩调节，能够模拟不同身材的工作人员的脊柱情况，从而模拟出工作人员真实吸入粉尘的情况。伸缩软管604通过管卡件与各伸缩关节连接。伸缩软管604的输入端开口位于末端的伸缩关节处。伸缩软管604的输出端与呼吸模拟管道4的输入端连接。伸缩软管604的输入端开口设置有流量计。利用该流量计能够检测伸缩软管604吸入的气体体积。
如图1、5和6所示，吸入切屑量检测箱体3内设置有直线模组302、滑台安装梁305、安装板304和滤膜303。滑台安装梁305与吸入切屑量检测箱体3内腔的底部通过螺栓固定。输出管道与吸入切屑量检测箱体3固定。输出管道的输出端设置有抽气风机1。输出管道上设置有单向阀2，用以避免环境中的污染物反向输入到滤膜。呼吸模拟管道4的输出端开口伸入吸入切屑量检测箱体3内，与输出管道的输入端对齐并间隔设置。直线模组302固定在滑台安装梁305上。直线模组302采用气动滑台，其滑移块与安装板304的一端固定。安装板304的外端开设有安装孔。安装孔为阶梯通孔。三层滤膜303分别安装在安装孔内的三个台阶处。当安装板处于工作位置时，安装孔位于呼吸模拟管道4与输出管道之间。在呼吸模拟管道4到输出管道的方向上，三层滤膜303的孔径分别为10μm、2.5μm、0.3μm。考虑到样品的采集方式，三层滤膜的材料选用包括玻璃纤维滤膜、石英滤膜在内的无机滤膜，或选用包括聚氯乙烯、聚丙烯、混合纤维素在内的有机滤膜。孔径为0.3μm的滤膜对标准粒子的截留效率不低于99％
被吸入呼吸模拟管道4的不同粒径的粉尘附着在三层滤膜303上。直线模组302能够在实验结束后，将三层滤膜303从呼吸模拟管道4到输出管道之间移出，从而便于取下三层滤膜303分别进行称重。
该模拟车削PTFE材料时人体吸入切屑量检测装置的检测方法，具体如下：
步骤一：三层滤膜按照孔径由大至小分别命名为A滤膜、B滤膜、C滤膜。使用电子天平分别称量A滤膜、B滤膜、C滤膜的质量M1、M3、M5。之后将C滤膜、B滤膜、A滤膜依次装入安装孔。直线模组302将A滤膜、B滤膜、C滤膜移动至呼吸模拟管道4与输出管道之间。
步骤二：根据模拟的工作人员身材，滑动调节各伸缩关节中第一脊椎块601与第二脊椎块602的伸缩程度，从而改变脊椎-呼吸道模拟模块的整体，模拟出对不同身高工人所吸入的切屑情况。测量发现，一位正常成年人的脊椎长度(L)与人身高(H)的关系为L＝(H-57)×0.6(cm)。脊椎的顶端是颈椎，与鼻腔的位置相近，故假设脊椎的顶端即为人的呼吸道口，即伸缩软管口。同时，伸缩软管从吸气口到检测装置的滤膜口的长度尽量和人体气管与支气管长度相似，一般成年人的气管长度全长约10-13cm，加上鼻腔到气管上端口的距离15cm，呼吸模拟管道4的长度约为25-28cm，以实现人体呼吸系统管道长度的完美模拟。
同时，根据人体在车削时脊柱的姿态调节脊椎-呼吸道模拟模块中各伸缩关节相互之间的角度；具体地，在车削作业时，人体弯腰的倾斜角度θ(指人体头部与腰部连成直线后与水平面之间的夹角)为45°～75°。通过各伸缩关节内的旋转电机可以调整模拟人体脊椎的角度，以实现工人在不同工作情况下弯腰角度的完美模拟。
步骤三：使用模拟车削模块8进行车削作业，并开启切屑抑制模块5中鼓气风机，模拟真实的车削环境。开启抽气风机使车削加工时靠近伸缩软管604输入端的切屑被吸入伸缩软管，并输送至三层滤膜上。抽气风机的工作状态模拟车削加工时工人的呼吸状态。通过实验，一个正常成年人每分钟呼吸次数为16-20次。对人体呼吸时的肺内压强进行测量，平静呼气胸膜腔内相对于标准大气压的压差为0.399kpa～0.665kpa，吸气末相对于标准大气压的压差为-1.33kpa～-0.665kpa。此外，由于管道存在沿程气压损失，人体喉部与气管连接有垂直弯口，存在局部气压损失；综合以上两点，若要满足切屑检测装置中滤膜的正上方管道口气体流出的压强要与人体肺部压强一致，即人体呼吸道鼻腔口的气压要略大于肺内压强，则呼吸模拟管道4的气口处气压要大于人体肺部内压。经过测量与计算可得总气压损失系数为0.25。本发明中，令呼气时胸膜腔内负压为0.532kpa，吸气时负压为-1.064kpa。考虑车削加工作业时，工人处于运动状态，肺内压变化的程度较正常时更大，呼吸频率也更快。当模拟人体呼气时，调整抽气风机的转速与转向，使得模拟人体呼吸口的伸缩软管604输入端开口处的负压大小为0.532kpa；当模拟人体吸气时，调整抽气风机转速与转向，使得模拟人体呼吸口的伸缩软管604输入端开口处的负压为-1.064kpa。调节风机的抽气频率约为0.5Hz，即一分钟呼吸30次，每次抽气持续1.2s，吹气持续0.8s，即一次呼吸中人体吸气时间为1.2秒，呼气时间为0.8s。以此来模拟人体的呼吸频率和呼吸力度。
步骤四：通过调整脊椎模拟模块的长度、模拟脊椎的倾斜角度以及呼吸模拟管道4的气口角度，使得呼吸模拟管道4气口的位置达到正俯视位置。
步骤五：打开抽气风机。模拟人体呼吸持续时间分别设定为5min、10min、15min。关闭抽气风机1，记录下抽气风机1抽入的气体体积V，单位为L。逐层取下A滤膜、B滤膜、C滤膜，并分别称量滤膜A、B、C的质量M2、M4、M6。
步骤六：利用高清摄像头拍摄A滤膜表面的照片，对A滤膜的不透光率η进行分析。将拍摄的照片区域以滤膜的半径为正方形的边长做外接正方形，并将所得正方形区域平均划分为十行十列的100个方格，每个方格为总面积的1％。规定某个方格中的含有切屑的黑色部分占整个方格面积的10％及以下时，此方格可以看做空白方格。最后统计白色方格的个数与总方格个数的比例w％，A滤膜的不透光率为(1-w％)，记为η。
步骤七：分析并判断收集到的切屑量对人体健康的影响程度。
7-1.A滤膜的网格直径大于10μm。试验后，几乎所有颗粒直径大于10μm的切屑都留在A滤膜上。收集切屑前后所得的质量差m1的表达式如下，其为人体呼吸道所能接触到的所有直径大于10μm的颗粒质量。
m1＝M1-M2
B滤膜的网格直径大于2.5μm。试验后，使得颗粒直径大小在2.5μm-10μm之间的切屑留在B滤膜上。收集切屑前后所得的质量差m2的表达式如下，其为模拟人体呼吸道能吸入的颗粒直径在2.5μm-10μm之间的颗粒质量。
m2＝M3-M4
C滤膜对0.3μm标准粒子的截留效率不低于99％。试验后，使得颗粒直径小于2.5μm的切屑留在第三张滤膜上，收集切屑前后所得的质量差m3的表达式如下，其为模拟人体呼吸道能吸入的颗粒直径小于2.5μm的颗粒质量。
m3＝M5-M6
分析所得到的数据，计算产生切屑的总质量m总如下：
m总＝m1+m2+m3
计算颗粒直径小于10μm的颗粒质量m10如下：
m10＝m2+m3
计算直径小于10μm的颗粒占总产生切屑的百分比β1如下：
计算直径小于2.5μm的颗粒占总产生切屑的百分比β2如下：
世界卫生组织认为，PM2.5小于10是安全值；世界卫生组织在2005年版《空气质量准则》中也指出：当PM2.5年均浓度达到每立方米35微克时，人的死亡风险比每立方米10微克的情形约增加15％。
计算收集到的颗粒小于2.5微米的切屑浓度c1如下：
计算收集到的颗粒直径小于10微米的切屑浓度c2如下：
由此制定收集到的切屑对人身体健康危害的综合评判标准M＝P×1.5+G；其中，G为含量评价指标，P为浓度评价指标，其具体表达式如下：
P＝c1×1.2+c2
式中，由于直径大小≤2.5μm的颗粒物对人体的伤害最大，令其权重为1.2，直径大小≤10μm左右的颗粒物权重为1，更大的颗粒物可以被人体呼吸道的自我保护措施阻挡在外，影响程度较小，取权重为0.8。
将不会对人身体健康产生不良影响的最小吸入切屑量的数据代入，可知：当M<10时，便认为是安全值。
计算并将当前条件下所获得的综合评判标准M的值记录在表格1中。
表1
| 呼吸持续时间 | 正俯视位置M值 | 斜俯视位置M值 | 侧俯视位置M值 |
| 5min | |||
| 10min | |||
| 15min |
根据计算所得的综合评判标准M来评定当前状态下，车削加工过程中切屑对人体造成的健康影响等级如下：
若M>10，评定健康影响等级为五级；
若7.5<M<10，评定健康影响等级为四级；
若5<M<7.5，评定健康影响等级为三级；
若2.5<M<5，评定健康影响等级为二级；
若0<M<2.5，评定健康影响等级为一级；
等级越高，吸入切屑对人体造成伤害越大。
步骤八：通过调整脊椎模拟模块的长度、模拟脊椎的倾斜角度以及呼吸模拟管道4的气口角度，使得呼吸模拟管道4气口的位置达到斜俯视位置。重复步骤五——步骤七，并将计算得到的M值记录在表1中。
步骤九：通过调整脊椎模拟模块的长度、模拟脊椎的倾斜角度以及呼吸模拟管道4的气口角度，使得呼吸模拟管道4气口的位置达到侧俯视位置。重复步骤五至步骤七，并将计算得到的M值记录在表1中。
步骤十：对表格中记录的数据进行比对分析，可以得出在设定的三个检测位置中对人体健康影响最小的工作位置以及车削加工时吸入切屑不影响工人健康时，工人的最长的工作驻留时间。
对步骤七、八、九中提到的三个检测位置进行补充说明。如下图所示，令车刀与被切削工件的接触点为O，并以O为原点，以工件轴线方向为Y轴，竖直方向为X轴，建立三维直角坐标系，满足被切削工件的轴线与坐标轴的OY轴平行；OX轴与OY轴垂直并处于同一水平面上，OXY平面与水平面平行；OZ轴垂直于OX轴，也垂直于OY轴；至此，坐标系建立完成。正俯视位置时，伸缩软管604的输入端开口的方向向量设定为(0,0,1)；斜俯视位置时，方向向量为伸缩软管604的输入端开口的方向向量设定为(1,1,1)；侧俯视位置，方向向量时，伸缩软管604的输入端开口的方向向量设定为(0,1,1)。
为了检测抑制切屑装置是否有效，可以开启抑制切屑鼓气风机504之后，重复上述方法进行检测，若健康影响等级下降，则证明切屑抑制方案有效。
Claims (10)
1.一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法，其特征在于：步骤一：对工件进行车削，并在被测位置进行间歇性抽气和排气；被测位置对应工作人员在进行车削作业时口腔的位置；间歇性抽气和排气的频率为0.4～0.6Hz；每个周期中，排气时间占55％～65％；被测位置在抽气时的负压设定为-1.33kpa～-0.665kpa，排气时的负压设定为0.399kpa～0.665kpa；从被测位置吸入的气体经过呼吸模拟管道(4)后输送至依次排列的三层滤膜；三层滤膜依次为A滤膜、B滤膜、C滤膜；A滤膜的孔径为10～20μm；B滤膜的孔径为0.3～2.5μm；C滤膜的孔径小于0.3μm；呼吸模拟管道(4)的长度为25～28cm；
步骤二、车削预设时长后，取下三层滤膜并分别称取重量；计算A滤膜滤出的切屑重量m1＝M1-M2，B滤膜滤出的切屑重量m2＝M3-M4，C滤膜滤出的切屑重量m3＝M5-M6；M1、M3、M5分别为A滤膜、B滤膜、C滤膜的初始重量；M2、M4、M6分别为A滤膜、B滤膜、C滤膜的过滤切屑后的重量；
计算产生切屑的总质量m总＝m1+m2+m3；计算A滤膜无法滤出的切屑质量m10＝m2+m3；计算A滤膜无法滤出的切屑占总产生切屑的百分比
计算C滤膜滤出的切屑占总产生切屑的百分比
计算C滤膜滤出的切屑的浓度
计算A滤膜无法滤出的切屑的浓度
其中，V为抽入呼吸模拟管道(4)的总气体体积；
计算综合评判标准M＝C×1.5+G；其中，G为含量评价指标，C为浓度评价指标，其具体表达式如下：
C＝c1×1.2+c2
其中，η为A滤膜在过滤后的不透光率；
综合评价标准M越大，则车削环境越差；
步骤三、多次调整被测位置的位置和朝向，以及车削预设时长的大小，每次调整后均重复执行步骤一和二，获得不同车削作业姿势以及车削工作时长对应的综合评价标准M，并据此判断不同车削作业姿势和车削工作时长对作业人员的危害程度。
2.根据权利要求1所述的一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法，其特征在于：被测位置的位置和朝向的调整位置包括正俯视姿态、侧俯视姿态和斜俯视姿态；正俯视姿态下，被测位置位于工件的正上方；侧俯视姿态下，被测位置从斜上方朝向工件，且被测位置的朝向垂直于工件的转动轴线；斜俯视姿态，被测位置从斜上方朝向工件，且被测位置的朝向与工件的转动轴线成30°～60°夹角。
3.根据权利要求1所述的一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法，其特征在于：根据被测位置的负压设定值和损失系数，设定呼吸模拟管道(4)的抽气风机的扇叶转速和转向；损失系数设定为0.25。
4.根据权利要求1所述的一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法，其特征在于：所述的不透光率通过方格法来确定；将拍摄的照片区域以滤膜的直径为正方形的边长做外接正方形，并将所得正方形区域平均划分为十行十列的100个方格；当一个方格中的黑色部分占整个方格面积的10％及以下时，该方格作为空白方格；取非空白方格的个数占总方格个数的比例为不透光率。
5.根据权利要求1所述的一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法，其特征在于：所述A滤膜的孔径为10μm；B滤膜的孔径为2.5μm；C滤膜的孔径为0.3μm；根据综合评价标准M建立车削加工过程中切屑对人体造成的健康影响的评级如下：若M>10，评定健康影响等级为五级；若7.5<M≤10，评定健康影响等级为四级；若5<M≤7.5，评定健康影响等级为三级；若2.5<M≤5，评定健康影响等级为二级；若0<M≤2.5，评定健康影响等级为一级；等级越高，吸入切屑对人体造成伤害越大。
6.根据权利要求1所述的一种车削PTFE材料环境的模拟测试方法，其特征在于：在车削过程中，使用切屑抑制模块(5)对车削产生的切削颗粒进行吸收，并按照步骤二中的方法测试出综合评价标准M，从而获得切屑抑制模块(5)的切屑抑制效果；通过调节切屑抑制模块(5)的工作参数和安装位置并测试综合评价标准M，获得调节切屑抑制模块(5)的最佳安装位置和工作参数。
7.一种车削PTFE材料环境的模拟测试装置，包括抽气风机(1)、单向阀(2)、吸入切屑量检测箱体(3)、呼吸模拟管道(4)、脊椎-呼吸道模拟模块(6)、工作台(7)、模拟车削模块(8)和切屑抑制模块(5)；其特征在于：脊椎-呼吸道模拟模块(6)、模拟车削模块(8)和切屑抑制模块(5)均安装在工作台(7)上；切屑抑制模块(5)设置在模拟车削模块(8)的侧部；脊椎-呼吸道模拟模块(6)的位置根据车削过程中工作人员与车床的相对位置确定；
所述的脊椎-呼吸道模拟模块包括伸缩软管(604)、脊椎底板(605)和依次连接的多个伸缩关节；伸缩关节包括第一脊椎块(601)、第二脊椎块(602)和旋转电机(603)；第一脊椎块(601)与第二脊椎块(602)滑动连接，且能够在不同位置锁止；前一个伸缩关节中的第二脊椎块(602)与后一个伸缩关节中的第一脊椎块(601)转动连接，并通过旋转电机(603)驱动进行转动；脊椎底板(605)固定在工作台(7)上；首端的伸缩关节中的第一脊椎块(601)与脊椎底板(605)转动连接，并通过旋转电机(603)驱动进行转动；伸缩软管(604)的外侧与多个伸缩关节连接；伸缩软管(604)的输入端开口位于末端的伸缩关节处；伸缩软管(604)的输出端与呼吸模拟管道(4)的输入端连接；伸缩软管(604)的输入端开口设置有流量计；
所述的吸入切屑量检测箱体(3)内设置有直线模组(302)、滑台安装梁(305)、安装板(304)和滤膜(303)；滑台安装梁(305)与吸入切屑量检测箱体(3)内腔的底部通过螺栓固定；输出管道与吸入切屑量检测箱体(3)固定；输出管道的输出端设置有抽气风机(1)；呼吸模拟管道(4)的输出端开口伸入吸入切屑量检测箱体(3)内，与输出管道的输入端对齐；直线模组(302)安装在滑台安装梁(305)上；
所述直线模组(302)的滑移块与安装板(304)的一端固定；安装板(304)的外端开设有安装孔；依次排列的三层滤膜(303)均设置在安装孔内；三层滤膜(303)能够随安装板移动到呼吸模拟管道(4)与输出管道之间；在呼吸模拟管道(4)到输出管道的方向上，三层滤膜(303)的孔径依次减小。
8.据权利要求7所述的一种车削PTFE材料环境的模拟测试装置，其特征在于：所述的模拟车削模块(8)包括第一切削收集槽(801)、刀具进给组件(802)、滑台安装板(803)、刀具(804)、车刀夹(805)、漏斗型收集器(806)、车床外壳(807)、主轴电机(809)、三爪卡盘(810)、支座(811)和减速器(812)；车床外壳(807)和支座(811)固定在工作台(7)上；支座(811)位于车床外壳(807)的内侧；三爪卡盘(810)转动连接在支座(811)上；减速器(812)和主轴电机(809)固定在支座(811)上；主轴电机(809)的输出轴与三爪卡盘(810)通过减速器(812)连接；第一切削收集槽(801)和漏斗型收集器(806)安装在工作台上；漏斗型收集器(806)位于三爪卡盘(810)的夹持部外侧的下方；第一切削收集槽(801)位于漏斗型收集器(806)的正下方；刀具进给组件(802)安装在工作台(7)上；刀具进给组件(802)的滑移块上固定有滑台安装板(803)；滑台安装板(803)的顶部固定有车刀夹(805)；刀具(804)安装在车刀夹(805)上。
9.据权利要求7所述的一种车削PTFE材料环境的模拟测试装置，其特征在于：两个切屑抑制模块(5)分别安装在模拟车削模块(8)的两侧；切屑抑制模块(5)包括切屑收集槽(501)、总管道(503)、分支管道(502)和鼓气风机(504)；切屑收集槽(501)和总管道(503)均安装在工作台(7)上，且与模拟车削模块(8)等高设置；多根分支管道(502)沿着总管道(503)的长度方向依次排列，一端均与总管道(503)连通，另一端均朝向模拟车削模块(8)；总管道(503)的一端封闭，另一端向下弯曲且朝向切屑收集槽(501)的顶部开口并安装有鼓气风机(504)。
10.据权利要求7所述的一种车削PTFE材料环境的模拟测试装置，其特征在于：所述的输出管道上设置有单向阀(2)；所述的安装孔为阶梯通孔；三层滤膜(303)分别安装在安装孔内的三个台阶处。
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