shkolaput.ru 1


На правах рукописи







ПОЛУНИН ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ


УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ И БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА ОПЕРАТОРОВ

МОБИЛЬНЫХ КОЛЕСНЫХ МАШИН В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ

ПРОИЗВОДСТВЕ ЗА СЧЕТ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ


05.26.01 – ОХРАНА ТРУДА (отрасль АПК)


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Санкт-Петербург - Пушкин –2009

Работа выполнена на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный

университет»


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

заслуженный работник высшей школы РФ Горшков Юрий Германович


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РФ

Шкрабак Владимир Степанович


кандидат технических наук

Кокарев Святослав Петрович


Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский институт

автотракторной техники» г.Челябинск


Защита состоится 29 мая 2009 г., в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.060.05 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196601, г. Санкт - Петербург - Пушкин, Академический проспект, д.23, ауд. 2.529.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.


Автореферат разослан «28» апреля 2009 г. и помещен на сайте http://www.spbgau.ru /disser/news.html


Ученый секретарь диссертационного совета


доктор технических наук, профессор





Т.Ю.Салова


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. Уровень безопасности транспортно-технологических процессов (ТТП) в агропромышленном комплексе (АПК) формируется многими ведомствами страны, однако, целостной научной концепции данной проблемы не разработано, а системные исследования этой проблемы требуют развития, что в итоге приводит к огромному социальному и материальному ущербу от травматизма и профессиональной заболеваемости. Так, до настоящего времени недостаточно полно разработаны методики интегральных количественных оценок безопасности при выполнении ТТП мобильных колесных сельскохозяйственных машин (МКСМ). Это в полной мере относится и к операторам указанных машин на стадии их начальной профессиональной подготовки в государственных образовательных учреждениях, а также к производственной среде в условиях сельскохозяйственного производства.

Отсюда следует, что тема диссертации, направленная на исследование и совершенствование методов и средств повышения безопасности системы «оператор-машина-среда», обеспечивающих безопасность ТТП в АПК, является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

Диссертационная работа выполнялась в рамках целевой комплексной программы ГКНТ ОЦ 048 и научно-технической программы ЧГАУ по теме «Разработка и освоение прогрессивных методов организации, технологических процессов, приборов и оборудования, обеспечивающих повышение уровня использования тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин».

Цель работы. Повышение безопасности системы «оператор-машина-среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства за счет внедрения автоматических устройств.

Объект исследования. Безопасность труда операторов МКСМ при выполнении сельскохозяйственных операций.


Предмет исследования. Установление закономерностей влияния элементов системы «оператор – машина - среда» («О - М - С») на безопасность труда операторов МКСМ в сельскохозяйственном производстве.

Научная новизна положений, выносимых на защиту

- теоретически обоснован метод оценки риска системы «оператор - машина» («О - М»), достаточно объективно оценивающий риск системы «О - М» в ТТП сельскохозяйственного производства;

- впервые установлено влияние процесса буксования МКСМ на утомляемость операторов, позволяющее прогнозировать их степень утомления с учетом разных возрастных групп;

- обоснованы, разработаны и испытаны в лабораторных и производственных условиях экспериментальные образцы автоматических устройств, повышающих безопасность и динамику колесных машин, улучшающих условия труда операторов в ТТП сельскохозяйственного производства.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов Методика оценки риска системы «оператор - машина» («О - М») в ТТП сельскохозяйственного производства позволяет получить достаточно объективную количественную оценку риска системы «О - М» с учетом каждого из ее элементов.

Использование разработанной конструкции автоматической блокировки шестеренчатого дифференциала (решение о выдаче патента на полезную модель. Заявка № 2008112419/22 (013431)) позволило на поверхностях с малой несущей способностью улучшить тягово-сцепные свойства в 3…4 раза по сравнению с серийным автомобилем, снизить расход топлива на 12…15%.

Автоматическое устройство для разбрасывания сыпучих материалов (патент на изобретение № 2332308) в условиях скользких, укатанных снежных и обледенелых дорог снижает буксование колесных машин на 25…30% и расход топлива на 8…10%.

Предложенные конструкции антиблокировочных систем (АБС) на скользких и обледенелых дорогах улучшают курсовую и боковую устойчивость, снижают вероятность возникновения ДТП в среднем на 10…20%.


Автоматическое устройство для подогрева пола кабины в холодное время года позволяет поддерживать комфортные условия для ног оператора в пределах 18…240С.

Указанные автоматические устройства позволяют улучшить условия и безопасность труда операторов, динамические качества колесных машин, их производительность и экономичность, а также снизить вероятность возникновения травматизма при выполнении транспортно-технологического процесса.

Полученные автором результаты исследования используются в процессе изучения студентами ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный университет» дисциплины «Безопасность жизнедеятельности», «Тракторы и автомобили»; курсантами Челябинского высшего военного автомобильного командного инженерного училища им. Главного маршала бронетанковых войск П.А. Ротмистрова дисциплины «Автомобильная техника». Разработанные автоматические устройства: блокировка шестеренчатого дифференциала, устройство для разбрасывания сыпучих материалов, антиблокировочная система (АБС) для мобильных колесных машин с пневматическим и гидравлическим приводами тормозов, устройство для подогрева пола кабины транспортного средства внедрены на предприятиях: ООО «Рифейэнергомонтаж», г.Миасс Челябинской области (2007г.), ООО «Головное специализированное конструкторское бюро ЧТЗ», г.Челябинск (2007г.), ООО «Транспорт ЧТЗ», г.Челябинск (2007г.), Челябинское ВВАКИУ, г.Челябинск (2007г.), ООО «Витязь - Сервис», г. Ишимбай Республика Башкортостан (2007г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях Челябинского государственного агроинженерного университета, г.Челябинск (2005…2008гг.), Челябинского высшего военного автомобильного командного инженерного училища, г. Челябинск (2003…2008гг.), Костанайского инженерно-экономического университета, г.Костанай (2006…2008гг.), Курганской государственной сельскохозяйственной академии (КГСХА), г. Курган (2005…2008гг.), Южно-Уральского государственного университета, г. Челябинск (2005…2008гг.).


Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 9 научных статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 133 наименований и содержит 150 страниц машинописного текста, включая 44 рисунка, 12 таблиц,

6 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении: кратко изложена актуальность диссертационной работы, сформулированы научная проблема, цель и объект исследования, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проведен анализ необходимости социально-экономических аспектов улучшения условий и безопасности труда операторов мобильных колесных машин в процессе сельскохозяйственного производства.

Рассмотрены труды В.А. Андрос, Б.А. Сушко, В.Я. Улицкого, Ю.И. Аверьянова и других авторов, посвященные изучению механизма технической и технологической безопасности, а также действий факторов опасности на человека - оператора. Отечественные ученые В.С. Шкрабак, О.П. Русак, Ю.Д.Олянич, А.П. Лапин, Ю.Г. Горшков, И.В. Гальянов, П.Г. Митрофанов, Г.В. Бектобеков и др. в своих научных исследованиях много внимания уделяли методам оценки безопасности мобильных сельскохозяйственных машин. Однако, в указанных научно-исследовательских работах не в полной мере учитывается связь травматизма и профессиональной заболеваемости операторов МКСМ со степенью их подготовки; утомляемостью от процесса буксования МКСМ; недостаточными тягово-сцепными свойствами МКСМ в условиях поверхностей с малой несущей способностью и скользких дорог (буксование); несовершенством отдельных агрегатов и механизмов (отсутствие АБС); недостаточной эффективностью нормализации микроклимата в кабине транспортного средства в холодный период года (низкая температура в зоне ног оператора) и др.


На основании вышеизложенного можно сформулировать научно-техническую проблему - повышение безопасности труда операторов и мобильных колесных машин в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства.

Анализ ранее проведенных научно-исследовательских работ позволяет выдвинуть следующую гипотезу: повысить безопасность труда операторов и мобильных колесных машин в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства возможно применением автоматических устройств и методом оценки риска системы «оператор - машина» («О - М»).

Исходя из анализа научно-исследовательских работ и поставленной цели, в диссертационной работе были определены следующие задачи исследования:

- обосновать метод оценки риска системы «оператор - машина» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства;

- исследовать влияние процесса буксования МКСМ на утомляемость операторов с учетом разных возрастных групп;

- обосновать и разработать автоматические устройства, повышающие тягово–сцепные свойства и проходимость, улучшающие тормозные качества МКСМ и условия труда операторов в холодное время года;

- дать экономическую оценку результатов исследования.

Во второй главе «Теоретическое обоснование методов и средств повышения безопасности системы «оператор–машина» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства» разработан показатель, позволяющий достаточно объективно оценить риск системы «оператор - машина» в ТТП сельскохозяйственного производства, а также исследовано влияние процесса буксования колесной машины на утомляемость операторов.

Для оценки уровня риска травмирования операторов МКСМ выделяется:

n - общее количество операций по управлению технологическим процессом мобильной машины; m1 - количество операций, связанных с риском получения оператором травм различной степени тяжести; m2 - количество операций, связанных с максимальным риском травмирования оператора. При этом считаем, что показатель риска травмирования R нормируется на множестве [0; 1], а структура R должна быть линейной относительно величин m1/n; m2/n и m2/m1. В этом случае должны соблюдаться следующие условия: 0 ≤ m1 ≤ n; 0 ≤ m2 ≤ m1 и n ≥ 1. Очевидно, что чем меньше значения указанных отношений, тем ниже уровень риска травмирования операторов мобильной сельскохозяйственной техники.


Структуру показателя риска R можно записать следующим образом:

R = A m1/n + B m2/n + C m2/m1 , (1)

где А, В и С - безразмерные параметры математической модели.

Для определения количественных значений этих величин задаем следующие условия:

1) если m2= m1= n, то R=1, то есть риск травмирования максимален. С учетом этого получим уравнение: А + В + С = 1 . (2)

2) если m1= n и m2= 0,5m1 , то: R = А + 0,5В + 0,5С = 0,8. (3)

3) если m1=0,5n, а m2=0,25n=0,5m1, то R=0,5 (вероятность травмирования оператора составляет 50%), следовательно: 0,5А + 0,25В+-0,5С = 0,5 . (4)

Решая систему уравнений (2,3,4), определим, что: А=0,6; В=0; С=0,4. Подставив найденные значения в уравнение (1), получим окончательную формулу показателя риска травмирования оператора:

R = 0,6m1/n +0,4m2/m1. (5)

График, представленный на рисунке 1, показывает, что с увеличением значения m2 показатель риска травмирования R оператора МКСМ резко возрастает.



Рисунок 1 - График зависимости риска травмирования R от количества операций, связанных с максимальным риском m2 (при n=20, m1=15)


Риск травмирования оператора также зависит от его квалификации. Чем выше квалификация оператора, тем меньше вероятность совершения им ошибочных действий, являющихся причиной создания аварийных ситуаций.

С учетом вышесказанного показатель риска, зависящий от квалификации, можно определить следующим образом:

Rк=к∙R, (6)

где к - коэффициент квалификации оператора (к1 = 0,5…0,6; к2 = 0,7…0,8; к3 = 0,9…1).


Указанный коэффициент также учитывает возраст операторов.

Влияние процесса буксования МКСМ на утомляемость операторов можно рассмотреть по объективным характеристикам их функционального состояния (безотказность, восстанавливаемость, профессиональная долговечность).

На основании проведенных экспериментальных исследований составим линейные уравнения регрессии для разных уровней возраста операторов при одинаковом изменении показателя условий труда (буксование):

У1=2,2δ - для возраста 50 лет и более; (7)

У2=2,0δ - для возраста от 20 до 30 лет; (8)

У3=1,5δ - для возраста от 30 до 50 лет, (9)

где δ - показатель буксования, %; У - показатель утомления, отн.ед.

Тогда график изменения показателя утомления У от процесса буксования (с учетом возрастных групп) примет вид, представленный на рисунке 2.



Рисунок 2 - Изменение показателя утомления оператора колесной машины от процесса буксования для разных возрастных групп: 1 – 50 лет и более; 2 – от 20 до 30 лет; 3 – от 30 до 50 лет


С целью снижения влияния негативных факторов, усложняющих работу операторов МКСМ, обоснованы и разработаны автоматические устройства, повышающие тягово-сцепные свойства колесных машин и их проходимость (блокировка шестеренчатого дифференциала (решение о выдаче патента на полезную модель. Заявка № 2008112419/22 (013431)), устройство для разбрасывания сыпучих материалов (патент на изобретение № 2332308)); улучшающие тормозные качества МКСМ с гидравлическим и пневматическим приводом тормозов (АБС) и микроклимат рабочего места оператора (устройство для подогрева пола кабины транспортного средства).

На поверхностях с малой несущей способностью и скользких дорогах предлагается использовать автоматический самоблокирующийся дифференциал Обоснование этого устройства было проведено по трем основным моментам работы дифференциала: при отрыве ведущего колеса от дороги, при буксовании на льду и интенсивном повороте.


При буксовании максимальная величина углового ускорения εб, как и при отрыве ведущего колеса от дороги εо, ограниченная подведенным крутящим моментом двигателя, находится по формулам:

εб = Mim/Jnp(1-)-0.5Gсцrkmin/ Jnp, (8)

εо = Mimm/Jnp(1-), (9)

где М — крутящий момент двигателя; im - общее передаточное число трансмиссии от двигателя до раздельно раскручивающегося колеса; - коэффициент внутреннего трения в дифференциале; Gсц – сцепная нагрузка на ведущее колесо;

rк – радиус качения колеса; φmin- коэффициент сцепления буксующего колеса; ηm- КПД трансмиссии; Jпр - приведенный к ведущему колесу суммарный момент инерции вращающихся частей двигателя, трансмиссии и ведущего колеса. Последний определяется равенством:

Jпр= (Jд+λ)ηmim+Jk, (10)

где Jд - момент инерции двигателя; λ — коэффициент неустановившегося режима работы; Jk - момент инерции ведущего колеса.

Таблица 1 - Значения угловых ускорений ведущего колеса ε автомобиля

ЗИЛ - 433360 при его отрыве от дороги и при буксовании на льду


ε, рад/с2

С грузом

Без груза


передачи

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

отрыв от дороги

129,0

85,0

54,5

37,6

28,6

129,0

85,0

54,5

37,6

31,2

буксование на льду

100,5

46,4

29,2

-

-

117,3

70,5

37,5

28,9

25,6

Зона рекомендуемых значений чувствительности блокирующего механизма к заклиниванию по угловым ускорениям ведущего колеса εзак должна определяться условием: εзак εо + φεп (для автомобиля ЗИЛ-433360 она составляет 10...25с-2), где εп - максимальное угловое ускорение ведущего колеса, вызываемое поворотом автомобиля. Вышеизложенное позволяет свидетельствовать о принципиальной возможности осуществления блокировки дифференциалов путем ограничения углового ускорения буксующего колеса.


Анализ работы самоблокирующихся дифференциалов и теоретические расчеты показали, что полную реализацию тягового усилия по условию сцепления ведущих колес с дорогой способны обеспечить только дифференциалы с полной блокировкой (рисунок 3). Отсюда следует, что в трансмиссию МКСМ необходимо вводить автоматические блокираторы.



Рисунок 3 - Тяговое усилие для различных типов дифференциалов: Кб = 9 – коэффициент блокировки червячного дифференциала; Кб = 5 – коэффициент блокировки кулачкового дифференциала; Кб = 1,07 – коэффициент блокировки дифференциала с фрикционными элементами; Кб = 0 – коэффициент блокировки простого шестеренчатого дифференциала;

Кб = – коэффициент блокировки автоматического самоблокирующегося дифференциала


На скользких несущих поверхностях с низким коэффициентом сцепления так же предлагается использовать автоматическое устройство для разбрасывания сыпучих материалов (рисунок 4).

Наиболее важные параметры этого устройства находим из уравнения (11), определяющего скорость полета частицы сыпучего материала (Vo):



Pисунок 4 - Схема полета частицы сыпучего материала

Vо = , (11)

где H – расстояние от желоба до несущей поверхности, м; S - расстояние полета частицы сыпучего материала до несущей поверхности, м; g – ускорение свободного падения, м/с2.

Анализ ДТП свидетельствует, что подавляющее большинство водителей выполняют торможение, особенно в экстренных случаях, с усилием, приводящим к полному блокированию колес и их неконтролируемому движению «юзом». Для улучшения тормозных качеств колесных машин с гидравлическим и пневматическим приводом тормозов в диссертационной работе предлагаются автоматические антиблокировочные системы (АБС).


Для того чтобы колесо разблокировалось (или несколько колес) нужно на блокированном колесе уменьшить силу прижатия тормозных колодок к тормозному барабану Fбл на такую величину ΔF, чтобы колодки снизили свое давление на тормозной барабан. В этом случае тормозная сила на этом колесе станет меньше возможной по условию сцепления шины с поверхностью дороги. Тогда:

Fр=Fбл–ΔF, (12)

где Fр– величина силы прижатия колодок к тормозному барабану разблокированного колеса.

Для мобильных колесных машин с пневматическим приводом тормозов давление в тормозной камере определяем равенством:

P = , (13)

где - объем ресиверов; - объем тормозной магистрали автомобиля;

- давление воздуха в ресивере.

Параметры микроклимата в кабинах существующих МКСМ не отвечают нормативным требованиям по температуре в условиях холодного периода года на 8…13%. Для улучшения условий труда операторов МКСМ в холодное время года предлагается использовать автоматическое устройство для подогрева пола кабины.

Теоретически процесс работы предлагаемого устройства для подогрева пола кабины может быть описан с помощью основ термодинамики, в частности, уравнения переноса теплоты:

, (14)

где - плотность распределения источников (стоков) тепловой энергии;

- коэффициент теплопроводности; - оператор градиента или дивергенции; - плотность газовоздушной смеси; Ср - удельная изобарная теплоемкость;


 - время движения газовоздушной смеси; Т - температура смеси.

Эффективность работы предлагаемого устройства также зависит от величины сопротивлений, возникающих при движении газовоздушной смеси по воздухопроводам. Если конструкция приемника выполнена в виде круглого конфузора (рисунок 5), то потери на трение по длине его прямолинейной части hтр можно оценить по формуле:

hтр = , (15)

где v – средняя скорость потока газовоздушной смеси в произвольном сечении; lдлина прямолинейной части конфузора.



Рисунок 5 - Расчетная схема конфузора

Потери напора в местных сопротивлениях, если они расположены вблизи друг от друга, можно определить следующим образом:

, (16)

где d - диаметр трубы; r - радиус закругления; - угол закругления.

С учетом параметров, входящих в уравнения (15) и (16), можно определить оптимальный режим работы предлагаемого автоматического устройства для подогрева пола кабины транспортного средства.

В третьей главе «Разработка автоматических устройств, улучшающих условия и безопасность труда операторов колесных машин в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства» представлены принципиальные схемы: блокировки шестеренчатого дифференциала; устройства для разбрасывания сыпучих материалов; антиблокировочной системы (АБС) для мобильных колесных машин с пневматическим и гидравлическим приводами тормозов; устройства для подогрева пола кабины транспортного средства.

Автоматическая блокировка шестеренчатого дифференциала


Блокировка шестеренчатого дифференциала осуществляется за счет касательных сил инерции в блокирующем механизме при ε 10...25 с-2 (буксование, отрыв колеса от дороги). Механизм блокировки не влияет на основные свойства шестеренчатого дифференциала и не ухудшает его работу при различных режимах движения колесной машины. Использование роликового механизма в блокираторе снижает ударные нагрузки, возникающие при блокировании дифференциала.

Рисунок 6 – Принципиальная схема механизма автоматической блокировки дифференциала: 1 - полуоси; 2 -упорные конические шарикоподшипники; 3 - корпус дифференциала;

4 - нажимные диски; 5 - блокирующие диски;

6 - шлицы полуосей; 7 - винтовая силовая пружина; 8 - ролики; 9 - сепаратор; 10 - сателлиты; 11 - шестерни полуосей; 12 - пружина консольного типа


Автоматическое устройство для разбрасывания сыпучих материалов

Предлагаемое автоматическое устройство выполнено для каждого ведущего колеса. При буксовании одного из ведущих колес, как только разность в соотношении угловых ускорений превысит ε ≥ 10-25 с-2, сравнитель угловых ускорений через усилитель подает питание на соленоид, расположенный на раме со стороны буксующего колеса. Устройство начинает работать, при этом сыпучий материал автоматически подается в зону контакта беговой дорожки шины с несущей поверхностью.



Рисунок 7 – Принципиальная схема автоматического устройства для разбрасывания сыпучих материалов. Вид (А) со стороны правого борта и (Б) – сверху: 1 - бункер для сыпучего материала; 2 - консоль поворотная с ременной передачей; 3 - пружина растяжения консоли; 4 - соленоид (электромагнит); 5 - индуктивные датчики; 6 - сравнитель угловых ускорений с усилителем (условно не показаны)



Автоматические антиблокировочные системы

Улучшить тормозные качества колесных машин с гидравлическим и пневматическим приводом тормозов в диссертационной работе предлагается за счет уменьшения значения силы прижатия тормозных колодок к тормозному барабану путем снижения давления тормозной жидкости в рабочем тормозном цилиндре за счет ее прохождения в расширительную камеру через отверстие в сердечнике соленоида (для машин с гидравлическим приводом тормозов), и за счет частичного выпуска сжатого воздуха в атмосферу через дросселированное отверстие (для машин с пневматическим приводом тормозов).

Рисунок 8 – Принципиальная схема устройства и работы АБС с гидравлическим приводом тормозов на различных режимах торможения: 1 – тормозной барабан; 2 – тормозная колодка;

3 – стяжная пружина; 4 – резиновый противопыльный колпачок; 5 – рабочий тормозной цилиндр колеса; 6 – щит; 7 – трубопроводы;8 – корпус электроклапана;9 – катушка электроклапана;

10 – пружина электроклапана; 11–сердечник соленоида;

12 – резиновая манжета поршня; 13 – поршень;14 – пружина;15 – корпус цилиндра; 16 – обратный шариковый клапан; 17-пружина обратного клапана; 18 – отверстие в сердечнике соленоида



Рисунок 9 – Принципиальная схема устройства и работы АБС для МКМ с пневматическим приводом тормозов на различных режимах торможения:

1 – электромагнит; 2 – корпус электромагнитного клапана;

3 – сердечник электромагнитного клапана; 4 – уплотнительные кольца штока; 5 – воздухопровод; 6 – дросселированное отверстие штока; 7–пружина штока


Автоматическое устройство для подогрева пола кабины

Предлагаемое автоматическое устройство обеспечивает подогрев пола кабины транспортного средства в холодное время года. Включенный в схему подогрева терморегулятор обеспечивает относительно комфортные условия по температуре 18…240С.


Рисунок 10 – Принципиальная схема и работа автоматического устройства для подогрева пола кабины: 1 - крыльчатка вентилятора; 2 - головка блока цилиндров; 3 - терморегулятор; 4 - приемная воронка конфузор); 5 - воздухопроводы; 6 - пол кабины;

7-насадок;8-заслонка

В четвертой главе «Методика и результаты экспериментальных исследований» приведены методики и результаты лабораторно-дорожных испытаний методов и автоматических устройств, позволяющих улучшить условия и безопасность труда операторов колесных машин в сельскохозяйственном производстве.

Результаты испытаний операторов на динамическом тренажере вождения марки ТТВ-172К до и после работы, связанной с буксованием, свидетельствуют о том, что при утомлении от процесса буксования колесных машин могут сохраняться в основном простые навыки (80%), достигшие автоматизма, которые позволяют правильно действовать в хорошо знакомых, стандартных ситуациях. Нарушаются же сложные виды психической деятельности (20%), что снижает готовность к действиям при неожиданном и необычном изменении дорожной обстановки.

Техническая эффективность предлагаемого автоматического самоблокирующегося дифференциала осуществлялась по скоростной характеристике при разгоне автомобиля и силе тяги по сцеплению на определенном участке несущей поверхности. Указанные характеристики автомобиля ЗиЛ - 433360 приведены на рисунке 11.



а) б)

Рисунок 11 - Скоростная характеристика разгона (а) и сила тяги по сцеплению (б) на обледенелом участке: 1 - автомобиль ЗиЛ - 433360 с автоматической блокировкой дифференциала; 2- серийный автомобиль ЗиЛ - 433360

Результаты скоростных характеристик и параметров, характеризующих опорную проходимость испытуемых автомобилей на исследуемых несущих поверхностях (обледенелый участок, снег, скользкий участок, дерн) показали, что скоростные возможности автомобиля, оборудованного автоматической блокировкой, значительно выше, чем автомобиля в серийной комплектации, в среднем – в 2 раза, а сила тяги по сцеплению - в 3…4 раза, особенно при большой разнице в сцеплении ведущих колес с несущей поверхностью.


Результаты сравнительных дорожных испытаний (рисунок 12) груженого (а) и негруженого (б) автомобиля с универсальным рисунком протектора

позволили получить регрессионные зависимости влияния коэффициента сцепления φ на коэффициент раздельного буксования при использовании автоматического устройства для разбрасывания сыпучего материала и без него.




Рисунок 12 - Регрессионная зависимость коэффициента раздельного буксования δр от коэффициента сцепления φ груженого (а) и негруженого (б) автомобиля ЗиЛ-433360 с универсальным рисунком протектора при использовании автоматического устройства для разбрасывания сыпучего материала (2) и без него (1)

При использовании предложенного устройства коэффициент раздельного буксования уменьшается в среднем в 2,5…3 раза для груженого автомобиля и в 1,5…2 раза - для негруженого.

Результаты экспериментальных исследований тормозных качеств колесных машин с использованием представленных автоматических антиблокировочных систем показали (рисунок 13), что возрастание температуры тормозных барабанов в конце торможения достигала 70 ± 5°С, что соответствует нормативам. При этом неравномерность нагрева тормозных барабанов наблюдалась у автомобиля, необорудованного АБС. Разница нагрева тормозных барабанов у блокированного и неблокированного колеса составляла 20 ± 5°С.



Рисунок 13 - Зависимость температуры нагрева тормозных барабанов от начальной

скорости торможения: а - "эталонное" торможение автомобиля УАЗ – 452;

б - торможение автомобиля УАЗ– 452, оборудованного предлагаемой АБС;

в - торможение автомобиля УАЗ – 452 серийной комплектации


Результаты экспериментальных исследований автоматического устройства для подогрева пола кабины транспортного средства представлены на графике (рисунок 14). Экспериментальные исследования показали, что при применении автоматического устройства для подогрева пола кабины транспортного средства комфортные условия в области ступней достигаются в среднем за 25…30 мин., при этом поддерживается температура – 18…240С.






Рисунок 14 - Изменение температуры Тп поверхности пола и Тв воздуха в зависимости от времени τ прогрева кабины транспортного средства в серийной комплектации (Тп1, Тв1) и с использованием автоматического устройства подогрева пола кабины (Тп2, Тв2)

В пятой главе «Экономическая оценка результатов исследования» приведены экономические расчеты, результаты которых показывают, что рост производительности труда операторов за счет повышения работоспособности при оснащении МКСМ предлагаемыми автоматическими устройствами составит в среднем 11%, годовая экономия, полученная в связи с уменьшением расходов, связанных с временной утратой трудоспособности операторов - 3200 руб. на одного оператора, годовая экономия на текущих расходах за счет сокращения текучести рабочей силы – 7500 руб.


Общие выводы

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. В настоящее время в агропромышленном комплексе абсолютные и относительные показатели травматизма работников сельскохозяйственного производства остаются достаточно высокими. Наибольшую опасность травмирования представляют мобильные колесные сельскохозяйственные машины, на долю которых приходится более половины погибших. Высокие показатели травмирования операторов отражают специфику их профессиональной деятельности, относительно невысокую безопасность указанных машин и технологических процессов, протекающих в условиях постоянно меняющихся параметров производственной среды.

2. Обоснован и предложен метод оценки риска системы «оператор - машина» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства, позволяющий получить достаточно объективную количественную оценку риска системы «оператор - машина». При этом выявлено, что вероятность травмирования оператора низкой квалификации в 2 раза больше, чем высококвалифицированного оператора.

3. Установлено, что показатель утомления оператора мобильной колесной машины с ухудшением дорожной обстановки (например, буксование машины) возрастает с 40 до 160 отн.ед., что характеризует наиболее тяжелые и напряженные условия труда.

4. Теоретически обоснована и разработана конструкция автоматической

блокировки дифференциала (решение о выдаче патента на полезную модель. Заявка № 2008112419/22 (013431)), позволяющая в особых условиях движения (снег, грязь, песок, размытые грунтовые и полевые дороги, гололед и др.) улучшить тягово-сцепные свойства в 3…4 раза по сравнению с серийным автомобилем, особенно при большой разнице в сцеплении колес, снизить расход топлива на 12…15%, повысить скоростные возможности автомобиля, в среднем – в 2 раза. Автомобиль, оборудованный автоматической блокировкой, при поломке полуоси способен реализовывать тяговое усилие через другую полуось, улучшить тормозные качества на 10…15%, повысить курсовую и боковую устойчивость. В обычных и указанных условиях эта конструкция не ухудшает свойств шестеренчатого дифференциала.


5. Обосновано и разработано автоматическое устройство для разбрасывания сыпучих материалов, позволяющее снизить буксование колесных машин на 25…30%, расход топлива на 8…10% в условиях скользких, укатанных снежных и обледенелых дорог, улучшить условия труда оператора (патент на изобретение № 2332308).

6. Оснащение колесных машин сельскохозяйственного назначения предложенными конструкциями АБС, в условиях поверхностей с малой несущей способностью и на скользких дорогах, улучшает курсовую и боковую устойчивость, снижает вероятность возникновения ДТП в среднем на 10…20%.

7. Автоматическое устройство для подогрева пола кабины колесных машин сельскохозяйственного назначения позволяет поддерживать температуру пола со стороны водителя и пассажира в допустимых пределах (18 - 240С), что положительно влияет на микроклимат рабочего места оператора в холодный период года.

8. Ожидаемая экономическая эффективность от использования автоматических устройств составит 10700 руб.

Рекомендации

В результате теоретических и экспериментальных исследований рекомендуется:

на стадии проектирования:

- разработка автоматических устройств, повышающих тягово-сцепные свойства мобильных колесных сельскохозяйственных машин и улучшающих условия труда операторов на поверхностях с малой несущей способностью и скользких дорогах;

- разработка антиблокировочных тормозных систем (АБС) с целью улучшения тормозных качеств колесных машин, повышения безопасности труда оператора и снижения числа и тяжести ДТП;

- разработка автоматического устройства для подогрева пола кабины с целью улучшения условий труда операторов.

на стадии эксплуатации:

- обеспечить подвижной состав транспортных и технологических машин, предлагаемыми автоматическими устройствами для повышения тягово-сцепных свойств; улучшения тормозных качеств и микроклимата на рабочем месте оператора.


Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Полунин И.А. Метод повышения тягово-сцепных и тормозных качеств колесных машин [Текст]/ И.А. Полунин, Ю.Г. Горшков, А.В.Богданов,

М.С. Дмитриев, О.А.Гребенщикова // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – М., 2007. - № 7. - С. 14 - 16.

2. Полунин И.А. Улучшение тормозных качеств колесных машин [Текст]/ Ю. Г. Горшков, А.В. Богданов, А.В. Зайнишев, О.А. Гребенщикова // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – М., 2007. - № 8. - С. 36 - 38.

3. Полунин И.А. Улучшение сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях [Текст]/ И.А. Полунин, Ю.Г. Горшков, А.В.Богданов, М.С. Дмитриев, О.А.Гребенщикова // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – М., 2007. - № 9.- С. 42 - 44.

4. Полунин И.А. Обоснование принципа автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала [Текст]/ И.А.Полунин, Ю.Г. Горшков, А.В. Богданов, М.С. Дмитриев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – М., 2008. - № 1.- С. 30 - 32.

Публикации в других изданиях:

1. Полунин И.А. Метод повышения безопасности дорожного движения путем применения устройства противоскольжения на дорогах, покрытых укатанным снегом и льдом [Текст]/ И.А. Полунин //Научный вестник ЧВВАКИУ. - Челябинск, 2007.- Т.19. – С. 51 - 56.

2. Полунин И.А. Улучшение условий труда операторов мобильных машин в холодное время года [Текст]/ И.А. Полунин, Ю.Г. Горшков, И.Н. Старунова, В.В. Старших, М.С. Дмитриев //Наука. – Костанай: КИнЭУ, 2007. № 2.-С.71-76.

3. Полунин И.А. Улучшение тормозных качеств колесных машин сельскохозяйственного назначения с пневматическим приводом тормозов [Текст]/ И.А. Полунин, Ю.Г. Горшков, Д.В. Потемкина, А.Р. Ваймер // Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета. – Челябинск, 2007. –Т.50.- С. 22 - 26.


4. Полунин И.А. Улучшение условий труда операторов мобильных машин в холодное время года [Текст]/ Ю.Г. Горшков, И.Н. Старунова, В.В. Старших, М.С. Дмитриев // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. – Алматы, 2008. - № 2. – С. 58 - 60.

5. Полунин И.А. Устройство для предотвращения буксования колесных пневматических движителей в условиях скользких несущих поверхностей [Текст]/ Ю.Г. Горшков, Д.В. Потемкина, М.С. Дмитриев, О.А. Гребенщикова //Материалы XLVI междунар. науч. – практ. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». – Челябинск, 2007. – Ч. 3. – С. 132 - 136.

6. Патент 2332308 Российская Федерация, В60В 39/04 (2006.01) Устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях [Текст]/ Горшков Ю.Г., Богданов А.В., Дмитриев М.С., Полунин И.А., Гребенщикова О.А., Алексеев А.А.; заявитель и патентообладатель ЧГАУ. - № 2007107554/11; заявл. 28.02.2007; опубл. 27.08.2008, Бюл. № 24.

7. Решение о выдаче патента на полезную модель. Автоматический самоблокирующийся дифференциал [Текст]/ Горшков Ю.Г., Полунин И.А.; заявитель и патентообладатель ЧВВАКИУ. - № 2008112419/22; заявл. 31.03.2008.


Полунин Игорь Александрович



УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ И БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА ОПЕРАТОРОВ МОБИЛЬНЫХ КОЛЕСНЫХ МАШИН В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗА СЧЕТ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ


Специальность 05.26.01 – Охрана труда

(отрасль АПК)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени


кандидата технических наук


Отпечатано в Челябинском высшем военном автомобильном командно-инженерном училище


Подписано к печати «26» февраля 2009 г.

Формат 64х84/16. Объем 1,0 уч. - изд. л.

Заказ № 209. Тираж 100 экз., УОП ЧВВАКИУ.

454029, г. Челябинск, пр. Победы 187.