Улучшение условий и охраны труда операторов комплекса скрепер-толкач путём инженерно технических решений

На правах рукописи

Елисеев Дмитрий Васильевич

УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ И ОХРАНЫ ТРУДА ОПЕРАТОРОВ

КОМПЛЕКСА СКРЕПЕР-ТОЛКАЧ ПУТЁМ ИНЖЕНЕРНО

ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (отрасль АПК)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт – Петербург – Пушкин – 2011 2

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Орловский государственный университет»

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Загородних Анатолий Николаевич

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Шкрабак Владимир Степанович кандидат технических наук Кокарев Святослав Петрович

Ведущая организация Всероссийский научно-исследовательский институт социального развития села ФГОУ ВПО Орёл ГАУ

Защита диссертации состоится « 30 » сентября 2011г. В 14.30 на заседании диссертационного совета Д 220.060.05 при ФГОУ ВПО “Санкт – Петербургский государственный аграрный университет”, 196601, Санкт – Петербург – Пушкин, Академический проспект, д. 23, ауд. 2529. Факс (8- 812) 465-05-05, электронный адрес:

uchsekr@ spbgau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт – Петербургский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «20»июня 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Т.Ю.Салова Общая характеристика диссертационной работы Актуальность темы. Развитие агропромышленного комплекса (АПК ) сопровождается возведением и реконструкцией таких объектов, как территориальные дороги. За последние годы в стране построено и реконструировано 47 тыс. км автодорог, находящихся в ведении АПК.

Принятие и реализация Президентской программы «Дороги России» сыграли ключевую роль в строительстве, реконструкции, ремонте и содержании территориальных дорог АПК.

Скреперы сегодня является наиболее эффективной и распространенной системой производства земляных работ при строительстве этих объектов, причём в экономическом отношении их работа более выгодная, чем комбинация погрузочных и транспортирующих машин. Объем земляных работ, выполняемых скреперами в АПК, достигает 30-50 % общего объема.

Ручное управление этими агрегатами требует высокого мастерства операторов, поскольку они контролируют большое число непрерывно меняющихся параметров, связанных с изменением глубины резания или скорости движения скрепера. Такая особенность труда операторов приводит к их утомляемости, в результате чего выбранные ими режимы часто не располагаются в оптимальной области. Это приводит к тому, что происходит буксование движителей скрепера. Самоходные скреперы, ковши которых заполняются за счёт тягового усилия, требуют использования трактора–толкача при наборе грунта. Практическое отсутствие в России специальных толкачей вынуждает использовать для этих целей бульдозеры.

В момент стыковки скорость толкача может на 7-8 км/ч превышать скорость скрепера, что приводит к большим динамическим нагрузкам металлоконструкции, трансмиссии, привода и в конечном итоге травмированию операторов этих агрегатов, за счёт воздействия на них кратковременных ударных вибраций.

Статистика показывает, что в период с 2002г. по 2005г. в нашей стране зарегистрировано 119 несчастных случаев происшедших с операторами скреперов и бульдозеров.

Разработка системы контроля стыковки комплекса скрепер-толкач и противоударной защиты операторов в комплексе скрепер-толкач, позволит улучшить условия и охрану труда операторов за счёт безопасной стыковки и исключения в момент стыковки воздействия на них кратковременных ударных вибраций, что позволит исключить их травмирование. Это и определяет актуальность выбранного направления исследования.

Цель работы – улучшение условий и охраны труда операторов комплекса скрепер толкач путём инженерно-технических решений.

Задачи исследования:

1. Провести анализ производственного травматизма и профзаболеваний, вредных и опасных факторов при эксплуатации дорожно-строительной техники в АПК;

2. Теоретически обосновать применение метода анализа видов, последствий и критических отказов системы скрепер-толкач;

3. Разработать новый способ контроля стыковки комплекса скрепер-толкач для создания безопасных условий труда операторам;

4. Разработать техническое устройство противоударной защиты операторов в комплексе скрепер-толкач;

5. Провести экспериментальные исследования по оценке эффективности применения и использования разработанных технических устройств при эксплуатации дорожно строительной техники в АПК;

6. Разработать и внедрить учебный стенд для исследования параметров процесса стыковки и последующего соосного движения толкача и скрепера;

7. Провести расчёт ожидаемой экономической эффективности результатов исследования.

Объект исследования. Условия и охрана труда операторов комплекса скрепер толкач.

Предмет исследования. Техническое состояние комплекса скрепер-толкач.

Научная новизна:

- предложена методика и результаты анализа видов, последствий и критических отказов комплекса скрепер-толкач;

- предложена методология разработки: способа контроля стыковки скрепера с толкачом и технического устройства противоударной защиты операторов в комплексе скрепер-толкач для создания безопасных условий труда оператора;

- проведена экспериментальная и экспертная оценка эффективности применения способа контроля стыковки комплекса скрепер-толкач и устройства противоударной защиты оператора;

- разработан учебный стенд для исследования параметров процесса стыковки и последующего соосного движения толкача и скрепера.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическую ценность работы представляет разработанные способ контроля стыковки комплекса скрепер-толкач и техническое устройство противоударной защиты операторов комплекса скрепер-толкач, позволяющие улучшить условия труда операторов и учебный стенд для исследования параметров процесса стыковки и последующего соосного движения толкача и скрепера.

Результаты работы реализованы в натурных образцах функционирующих устройств, экспериментальном стенде для исследования параметров процесса стыковки и последующего соосного движения толкача и скрепера.

К защите предъявляются следующие научные результаты:

1. Анализ производственного травматизма и профзаболеваний, вредных и опасных факторов при эксплуатации дорожно-строительной техники в АПК;

2. Метод анализа видов, последствий и критических отказов системы скрепер-толкач;

3. Способ контроля стыковки скрепера с толкачом для создания безопасных условий труда операторам;

4. Техническое устройство противоударной защиты операторов в комплексе скрепер толкач;

5. Экспериментальные исследования по оценке эффективности применения способа контроля стыковки комплекса скрепер-толкач и устройства противоударной защиты операторов в комплексе скрепер-толкач;

6. Учебный стенд для исследования параметров процесса стыковки и последующего соосного движения толкача и скрепера;

7. Расчёт экономической эффективности результатов исследования.

Внедрение.

Оборудование для контроля стыковки комплекса скрепер-толкач и противоударной защиты операторов внедрено в производство и используется в ООО «ДЭП-57» г. Орёл.

Учебный стенд стыковки и соосности движения комплекса скрепер-толкач используется в учебном процессе при подготовке специалистов, обучающихся в ОрёлГТУ по специальности 170900 «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» в лекциях, лабораторных и практических занятиях, а так же при проведении курсового и дипломного проектирования.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на следующих международных научно-практических конференциях: Научно технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов «Неделя науки», Орёл: ГОУ ВПО ОГУ, 2008-2009, III Международной выставке-Интернет-конференции «Энергообеспечение и строительство», (2009 г.), г.Орёл;

Международной научно практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте -2010», (2010 г.), г.Одесса;

Учёном Совете Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах, из них 1 ВАК, подана заявка на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, 5 глав, общие выводы, список литературы из 113 наименований и 4-х приложений. Основной текст изложен на 147 страницах и включает 61 рисунок и 17 таблиц.

Во введении обоснована тема диссертации, отмечена научная новизна и изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние проблемы и выбор направления исследования» дан анализ применения дорожно-строительной техники в АПК, который показал что при возведении и реконструкции территориальных дорог широко используются скреперы, которые осуществляют послойную разработку, транспортирование и отсыпку грунтов I и II категорий по трудности разработки и предварительно разрыхлённых грунтов III и IV не содержащих сосредоточенных каменистых включений.

Приведён анализ травматизма и профзаболеваний при эксплуатации дорожно строительной техники в АПК, который показал:

- наибольший процент числа травмированных операторов (38,2%), от общего количества пострадавших, приходится на предприятия Агропромстроя, причём (44,1%) от общего количества пострадавших, приходится на операторов скрепера и (35,3%) на операторов толкача;

- наибольшее количество травм (47.9%), происходящих с операторами скреперов и толкачей, приходится на такой травмирующий объект, как кабина;

- основными причинами травмирования являются опасные действия пострадавшего или другого лица (46.2%), неудовлетворительная организация трудового процесса (40,3%);

- до 40% заболеваний прямо или косвенно связаны с неудовлетворительными условиями труда;

- в структуре нозологических форм профессиональных заболеваний и отравлений преобладают заболевания, связанные с физическими перегрузками и перенапряжением отдельных органов работающих (18,54%), а так же заболевания, связанные с воздействием физических факторов (43,25%).

Выполнен анализ вредных и опасных факторов, который выявил следующее:

1. В процессе работы скрепера в технологическом цикле создаются опасные факторы:

повышенный уровень шума, повышенная или пониженная температура (влажность) воздуха рабочей зоны и поверхностей оборудования, повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны и прочие.

2. При работе на скрепере оператор контролирует большое число непрерывно меняющихся параметров. Данная особенность труда оператора требует от него больших физических усилий и вызывает определённое нервно-эмоциональное напряжение, точнее – сдвиги нервного напряжения:

е i = К (е i1 - е i2 ), (1.1) где е i - показатель нервно-эмоционального напряжения, бит;

К- коэффициент преобра зования информации в эмоциональное напряжение;

е i1 – информация, получаемая водителем при движении от i-го раздражителя, бит;

е i2 – информация (алгоритм), вырабатываемая центральной нервной системой водителя на основе накопленного жизненного опыта, бит.

3. Самоходные скреперы, ковши которых заполняются за счёт тягового усилия, требуют использования трактора–толкача при наборе грунта. Практическое отсутствие в России специальных толкачей вынуждает использовать для этих целей бульдозеры. Однако в момент стыковки скорость толкача может на 7-8 км/ч превышать скорость скрепера, что приводит к большим динамическим нагрузкам металлоконструкции, трансмиссии, привода и в конечном итоге травмированию операторов этих агрегатов, за счёт воздействия на них кратковременных ударных вибраций.

Во второй главе «Теоретические исследования процесса возникновения опасностей при совместной работе скрепера и толкача» дан анализ методологий оценки аварийности, травматизма и безопасности труда операторов дорожно-строительной техники, который выявил наиболее приемлемый метод анализа видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), который позволяет оценить влияние операции стыковки скрепера с толкачом на безопасность операторов самого процесса.

Идея анализа критичности операции состоит в учете следующих факторов: частоты дефекта, обусловленного потерей точности операции стыковки и вероятности выявления этого события и последствий отказа. Здесь под точностью технологического процесса (операции) понимается его свойство обеспечивать близость действительных и номинальных значений параметров производимой стыковки. Нарушение точности операции как раз приводит к дефекту, т.е. не выполнением скрепером своих технологических функций (например, забор грунта).

Для анализа точности процесса стыковки толкача и скрепера может использоваться следующий основной показатель - индекс воспроизводимости С р, под которым понимают отношение между допуском Т на анализируемый параметр и полем рассеяния значений параметра:

С р = Т / = Т / 6, (2.1) где - поле рассеяния, принимается равным 6;

— среднеквадратичное отклонение параметра технологической функции.

В этом случае поле рассеяния определится как область значений параметра, соответствующая вероятности их появления 0,9973.

Чем выше величина С р, тем меньше уровень дефектности, обеспечиваемой данным технологическим процессом. Для параметра, распределение которого отлично от нормального, точность операции характеризуют коэффициентом точности К Т, который определяется по формуле (предполагается, что распределение близко к распределению Релея):

К Т = Т / 2,745, (2.2) где - среднее значение параметра.

Следовательно, процесс стыковки скрепера с толкачом по своим технологическим параметрам может характеризоваться коэффициентом точности.

Величина С р (или К Т ) может быть оценена экспертно специалистами рабочей группы или рассчитана путем отбора мгновенных выборок и последующего анализа точности процесса.

Выяснив эту связь, переходим к расчету критичности операции при АВПКО процесса, проводимого в целях анализа влияния технологической операции на безопасность процесса стыковки.

На рис.2.1 представлена схема учета факторов при расчете критичности операции.

Рис.2.1 - Схема учета факторов при расчете критичности операции Таким образом, критичность операции С рассчитывают по формуле:

С = В 1 В 2 В 3, (2.3) где В 1 — оценка частоты (вероятности) наступления потенциального отказа;

В 2 — оценка вероятности выявления отказа (дефекта) до его проявления;

В 3 — оценка тяжести последствий отказа (дефекта)..

При этом коэффициент В 1 находим по табл.2.1, учитывая возможное значение индекса воспроизводимости процесса С р (или коэффициента точности К Т ).

Значение коэффициента B 2 определяем по табл.2.2 в зависимости от принятой системы контроля технологического процесса.

Значение коэффициента B 3 определяем по табл.2.3.

АВПКО позволяет оценить влияние операции на безопасность самого процесса.

Влияние сказывается в том, что отказ в операции, т.е. нарушение одной или нескольких характеристик операции, может вызвать критические последствия для процесса.

Таблица 2.1 - Значение коэффициента В Характеристика частоты дефекта Ассоциируемое значение Ср Значение В1, баллы Практически невозможен 1,67 Очень редкий 1,33 Редкий 1,00 Возможен 0,83 Весьма возможен 0,71 Частый 0,63 7- Очень частый 0,56 9 - Таблица 2.2 - Значения коэффициента В Характеристика вероятности выявления нарушения точности Значение В2, баллы Очень высокая, так как это событие легко идентифицируется 1– Высокая 3– Умеренная, так как это событие сложно идентифицировать 5- Низкая 7– Очень высокая. Это событие нельзя идентифицировать 9 - Таблица 2.3 - Значения коэффициента В Последствия нарушения операции Значение В3, баллы Незначительные. Нарушение операции легко устраняется 1- Значительные. Нарушение операции приводит к простою 3- оборудования и нарушает технологический процесс Очень значительные. Нарушение операции вызывает остановку 5- производства.

Критические. Нарушение операции вызывает остановку производства 7- и может вызвать некоторые разрушения. Угроза для безопасности людей и окружающей среды отсутствует.

Критические. Нарушение операции связано с безопасностью для 9 - людей и окружающей среды.

Анализ критичности операции начинаем с разделения технологического процесса на отдельные операции. Затем проводим анализ возможных опасностей в результате потенциальных нарушений операций.

Выделение наиболее значимых операций осуществляем путем сравнения критичности i-й операции С i, с предельным значением C k = 125. Если С i С к, то i-я операция признается критической, и поэтому необходима обязательная разработка корректирующих мер.

С учётом этого были разработаны на уровне патентов: новая система управления сближением толкача со скрепером (рис.2.2) и техническое устройство противоударной защиты операторов в комплексе скрепер-толкач.

На панели управления 3 отображается значение скорости скрепера, автоматически формируемое устройством управления 1. Оператор толкача, наблюдая за скоростью скрепера, управляет движением толкача, приближаясь к скреперу. При первом мягком соприкосновении с буфером 4 скрепера последний формирует визуальную переменную информацию от состояния датчиков, расположенных на буфере, и отображает эту информацию на панели 3. Содержание этой информации включает указание о расположении толкача относительно скрепера в направлении, перпендикулярном движению скрепера. Оператор толкача ориентируется по этой информации и управляет толкачом до полного соприкосновения.

Рис. 2.2 - Структура комплекса скрепер-толкач:

1 – устройство управления скрепером;

2 – скрепер;

3 – панель управления (визуальной индикации) на задней стенке ковша;

4 – буфер скрепера с датчиками;

5 – толкач;

6 – указатель скорости толкача;

7 – датчик скорости движения Такой подход к управлению сближением комплекса скрепер-толкач позволил сформулировать систему управления как объект, относящийся к конечным управляющим автоматам (КУА), которые в общем виде описываются функцией переходов из одного состояния в другое и функцией выходов:

F = Z, X, Y,,, Z 0, (2.4) где Х – множество входных сигналов;

Y – множество выходных сигналов;

Z – множество внутренних состояний;

Z 0 – начальные состояния;

(Z, X) – функции переходов;

(Z, X) – функции выходов.

Сущность разработки технического устройства противоударной защиты операторов в комплексе скрепер-толкач поясняется чертежами, представленными на рис.2.3-2.5.

Рис.2.3 - Толкач скрепера Рис.2.4 - Амортизирующее Рис.2.4 -Упрощённый вид устройство толкача скрепера двухрядного двухстороннего (в разрезе) S-образного секционного элемента в изометрии Двухслойная фронтальная часть демпфирующего блока 3, получив ударное воздействие, упруго деформируется, при этом эластичная внешняя часть 4 после снятия воздействия приобретает первоначальную форму, а жесткий внутренний слой предотвращает ее разрушение торсионами 6, 7. Передний торсион, размещенный под углом 10° к базовой поверхности, работает до заданной нагрузки в пределах упругих деформаций, а при увеличении нагрузок свыше определенного значения, начинает работать задний торсион, размещённый между базовой поверхностью и задним торсионом под углом 9° в пределах пластических деформаций. Таким образом, торсионы 6, 7 обеспечивают рассеяние кинетической энергии за счет чередующихся процессов упругого кручения рабочих частей под нагрузкой и самопроизвольного восстановления их формы после снятия нагрузки, поглощая энергию динамического ударного воздействия толкача скрепера при стыковке.

Пористый наполнитель 8 с эластичными волокнами размещенный во внутренней полости демпфирующего блока 3 дополнительно снижает ударное воздействие и исключает самопроизвольное перемещение торсионов 6, 7 внутри демпфирующего блока 3.

Для обоснования эффективности торсионных энергопоглощающих устройств были проведены расчеты параметров движения толкача во время столкновения. Решение уравнения проводилось на ЭВМ в среде MathCad численным методом Эйлера. Результаты расчетов параметров движения толкача со скрепером показаны на рис.2.5 и рис.2.6.

Рис.2.5 - Результаты численного расчёта Рис.2.6 - Расчётная схема столкновения перемещения толкача при столкновении толкача со скрепером оборудованного со скрепером энергопоглощающим устройством В конструкции толкача применяется 4 энергопоглощающих устройства, имеющего следующие характеристики: материал элемента – сталь 40х, диаметр рабочей части 4 см, длина рабочей части 30 см, угол развертки раскосов (рычагов) = 900. Исходные данные для расчета: масса транспортного средства – 8 000 кг, скорость в момент столкновения –10 км/ч.

В третьей главе «Экспериментальные исследования работы комплекса скрепер толкач в производственных условиях» приведены результаты экспериментальных исследований и результаты анализа видов, последствий и критичности отказов (АВПКО) системы скрепер-толкач.

Экспериментальные исследования проводились на строительстве ответвления автомобильной дороги «Перемышль-Белев» км 51+300 – км 61+300 в Тульской области при работе самоходного скрепера Д357П с вместимостью ковша 8 м3 на базе одноосного тягача МоАЗ-546П и толкача - бульдозера ДЗ-171 на базе трактора Т-170 рис.3.1. Замеры вибраций выполнялись прибором Bluel&Kjaer; акселерометром типа 4507 001 по методике, приведенной в ГОСТ 12.1.012-90 « ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования».

Рис.3.1 - Экспериментальные исследования при работе самоходного скрепера Д357П (1) и толкача бульдозера ДЗ-171 (2) Экспериментальные исследования проводились в три этапа: на первом этапе осуществлен натурный эксперимент без использования оборудования контроля стыковки и соосности движения, на втором этапе - натурный эксперимент с использованием оборудования контроля стыковки и соосности движения, на третьем этапе – натурный эксперимент с использованием оборудования контроля стыковки и соосности движения и оборудования противоударной защиты, установленного на толкаче.

При проведении экспериментальных исследований первого этапа, замеры вибраций на сиденье и руле производились при различных значениях разности скоростей скрепера и толкача в момент стыковки, которые принимались равными 3 км/ч, 6 км/ч, 9 км/ч.

Анализ значений виброускорения по общей вибрации на сиденье скрепера в горизонтальной плоскости показал ее превышение в момент стыковки от 2 до 10 раз рис.3.2.

Максимальные значения виброускорения приходятся также на частоту 4 Гц при различных режимах стыковки.

Рис.3.2 - Значения виброускорения на сиденье скрепера в горизонтальной плоскости:

а - разность скоростей скрепера и трактора-толкача в момент стыковки 3 км/ч;

б - разность скоростей скрепера и трактора-толкача в момент стыковки 6 км/ч;

в - разность скоростей скрепера и трактора-толкача в момент стыковки 9 км/ч;

г – нормативное значение Значения виброускорения по общей вибрации на сиденье скрепера в вертикальной плоскости (рис.3.3) превышают допустимые нормы до частоты 40 Гц от 1,5 до 7 раз, причем максимальные значения приходятся на частоты от 20 до 24 Гц.

Рис.3.3 - Значения виброускорения на сиденье скрепера в вертикальной плоскости:

а - разность скоростей скрепера и трактора-толкача в момент стыковки 3 км/ч;

б – разность скоростей скрепера и трактора-толкача в момент стыковки 6 км/ч;

в - разность скоростей скрепера и трактора-толкача в момент стыковки 9 км/ч;

г - нормативное значение Результаты измерения значений локальной вибрации на руле скрепера (рис.3.4) показали значительное превышение (от 1,5 до 6 раз) нормативного значения в момент стыковки, причем превышение норм наблюдается на низких частотах до 20 Гц, где максимальные значения виброускорения приходятся на частоту 4 Гц при различных режимах стыковки.

Рис.3.4 - Значения виброускорения на руле скрепера:

а - разность скоростей скрепера и трактора-толкача в момент стыковки 3 км/ч;

б - разность скоростей скрепера и трактора-толкача в момент стыковки 6 км/ч;

в - разность скоростей скрепера и трактора толкача в момент стыковки 9 км/ч;

г – нормативное значение Для проведения экспериментальных исследований второго этапа скрепер и толкач были оснащены оборудованием контроля стыковки и соосности движения. Проведённые измерения виброускорений: а) по общей вибрации на сиденье скрепера в горизонтальной и вертикальной плоскостях рис.3.5, рис.3.6 и б) по локальной вибрации на руле скрепера рис.3.7, выявили, что их показатели незначительно превышают нормативные значения в процессе стыковки толкача со скрепером.

Рис.3.5 - Значения виброускорения на сиденье скрепера в горизонтальной плоскости:

а - режим забора грунта с использованием оборудования контроля стыковки и соосности движения;

б– нормативное значение Рис.3.6 - Значения виброускорения на сиденье скрепера в вертикальной плоскости:

а - режим забора грунта с использованием оборудования контроля стыковки и соосности движения;

б – нормативное значение Рис.3.7 - Значения виброускорения на руле скрепера:

а - режим забора грунта с использованием оборудования контроля стыковки и соосности движения;

б– нормативное значение Это связано с тем, что операторы этих агрегатов в процессе работы контролируют большое число непрерывно меняющихся параметров, связанных с изменением глубины резания или скорости движения. Такая особенность труда операторов требует больших физических усилий и нервного напряжения, что приводит к повышению утомляемости и снижению скорости переработки информации. В результате чего они допускают ошибки при стыковке.

Для проведения экспериментальных исследований третьего этапа скрепер был оснащен оборудованием контроля стыковки и соосности движения, а толкач оборудованием противоударной защиты. Проведенные измерения виброускорений: а) по общей вибрации на сиденье скрепера в горизонтальной и вертикальной плоскостях рис.3.8, рис.3.9 и б) по локальной вибрации на руле скрепера рис.3.10, выявили, что их показатели не превышают нормативных значений в процессе стыковки толкача со скрепером.

Рис.3.8 - Значения виброускорения на сиденье скрепера в горизонтальной плоскости:

а - режим забора грунта с использованием оборудования контроля стыковки и соосности движения и оборудования противоударной защиты;

б– нормативное значение Рис.3.9 - Значения виброускорения на сиденье скрепера в вертикальной плоскости:

а - режим забора грунта с использованием оборудования контроля стыковки и соосности движения и оборудования противоударной защиты;

б– нормативное значение Рис.3.10 - Значения виброускорения на руле скрепера:

а - режим забора грунта с использованием оборудования контроля стыковки и соосности движения и оборудования противоударной защиты;

б– нормативное значение Величина критичности С оценивалась экспертно специалистами рабочей группы из человек. В качестве экспертов привлекались специалисты дорожно-строительной техники в возрасте от 28 до 46 лет и стажем работы от 6 до 26 лет.

Критичность стыковки толкача и скрепера до использования разработанных нами новых устройств приведена в табл.3.1.

Таблица 3.1- Критичность стыковки толкача и скрепера Операция Нарушение Причина Средства В В 2 В 3 С операции нарушения обнаружен ия 1.Маневрирован Потеря функции Отказ двигателя Есть 32 2 ие и подъезд толкача к Неупорядоченность Неисправность Нет 24 9 скреперу движения системы управления 2.Стыковка Неравномерность Непараллельность Нет 76 5 скрепера с стыковки двух плоскостей толкачом стыковочных узлов Отсутствие Отказ двигателя Нет 74 6 стыковочного контакта Повышенная сила Высокая скорость Нет 55 9 удара при подъезда толкача стыковке Отсутствие Нет 57 9 системы амортизации при ударе 3.Совместное Потеря Отсутствие Нет 54 8 движение выполняемой контакта при толкача и функции стыковке скрепера Излишние Есть 46 8 заглубление скрепера 4.Отъезд Потеря функции Отказ двигателя Есть 32 2 толкача от скрепера Анализ последней колонки таблицы, содержащей значения критичности операции, показывает, что операция «Стыковка скрепера с толкачом» является наиболее критичной.

Этот вывод демонстрирует диаграмма Парето на рис.3.11, где приведены значения критичности рассмотренных операций. Кроме того, сопоставляя рассчитанные значения критичности операций с величиной С к = 125, можно прийти к этому же выводу.

Для снижения величины критичности операции «Стыковка скрепера с толкачом»

целесообразно разработать корректирующие меры. Анализ табл.3.1 (колонки B 1, В 2 и В 3 ) показывает, что наиболее перспективным направлением повышения безопасности является разработка противоударной защиты операторов в комплексе скрепер-толкач и разработка системы контроля стыковки комплекса скрепер-толкач, что будет способствовать повышению надежной работы и вероятности обнаружения нарушения операции.

Используя уже описанный подход, можно оценить эффективность разработанных нами корректирующих мер.

Рис.3.11 - Диаграмма Парето, иллюстрирует наиболее значимую для безопасности операцию В результате расчета ожидаемая критичность операции «Стыковка скрепера с толкачом» после корректирующих воздействий, связанных с внедрением наших разработок будет равна (при отказе) С = 4• 4• 5 = 80. Следовательно, корректирующие меры эффективны.

В четвёртой главе «Разработка и внедрение учебного стенда для исследования параметров процесса стыковки и последующего соосного движения толкача и скрепера»

представлен разработанный учебный стенд, предназначенный для исследования параметров процесса стыковки и последующего движения толкача и скрепера.

Общий вид учебного стенда приведен на рисунке 4.1.

Рис.4.1 - Общий вид учебного стенда стыковки и соосности движения комплекса скрепер-толкач Структурно базовый вариант стенда включает персональный компьютер и контроллер.

В полный комплект стенда входят осциллограф и частотомер.

Разработанный стенд выполняет следующие функции:

- моделирование двух движущихся транспортных средств (скрепера и толкача) с датчиками движения, соприкосновения и параметров движения с отображением их на графических средствах персонального компьютера;

- передача информации с моделей транспортных средств на контроллер;

- обработка контроллером полученной информации по специальному алгоритму с отображением результата на световой и звуковой индикации контроллера и выводом ее на стандартно подключаемые контрольно-измерительные приборы;

Основные технические данные:

- в режиме стыковки:

- условная скорость движения транспортных средств на модели, км/ч………………….….0- - точность фиксации и отображения скорости, км/ч.................................. ……………..…...0, - количество групп датчиков соприкосновения по три в каждой группе, шт……………….... - количество световых индикаторов положения второго транспортного - средства, во фронтальном положении, шт…………………………………………………….. - количество тональностей звукового сигнала, шт..................................... …………………….. - напряжение питания контроллера, В (постоянного тока / переменного тока 50±1Гц).......................................................................... …....... (10 30) / 220 10% 15% + - потребляемая мощность контроллером, Вт.............................................. ………….………… - габаритные размеры контроллера, мм...................................................... …………220х130х - габаритные размеры стенда с учебным столом, мм…1300х1000х В пятой главе «Оценка экономической эффективности результатов исследования»

излагается социально-экономическая эффективность результатов исследований, которая определяется достигнутым снижением ущерба за счет создания безопасных условий труда и снижения заболеваемости.

Общий экономический ущерб, от внедрения предлагаемых технических решений, достигает 1 200 000 рублей на одном предприятии (на примере ООО «ДЭП-57» г.Орёл).

Общие выводы 1. Анализ травматизма и профзаболеваний при эксплуатации дорожно-строительной техники в АПК показал:

- самый большой процент числа травмированных операторов (38,2%), от общего количества пострадавших, приходится на предприятия Агропромстроя, причём (44,1%) от общего количества пострадавших, приходится на операторов скрепера и (35,3%) на операторов толкача;

- наибольшее количество травм (47.9%), происходящих с операторами скреперов и толкачей, приходится на такой травмирующий объект, как кабина;

- до 40% заболеваний прямо или косвенно связаны с неудовлетворительными условиями труда;

- в структуре нозологических форм профессиональных заболеваний и отравлений преобладают заболевания, связанные с физическими перегрузками и перенапряжением отдельных органов работающих (18,54%), а так же заболевания, связанные с воздействием физических факторов (43,25%).

Анализ вредных и опасных производственных факторов выявил, что основными факторами влияющими на операторов комплекса скрепер-толкач являются кратковременные ударные вибрации, возникающие при стыковке скрепера и толкача, поскольку скорость толкача превышает скорость скрепера на 7-8 км/ч.

2. Анализ методологий оценки аварийности, травматизма и безопасности труда операторов дорожно-строительной техники выявил наиболее приемлемый метод анализа видов, последствий и критичности отказов (АВПКО), который позволяет оценить влияние операции стыковки скрепера с толкачом на безопасность операторов самого процесса.

Нарушение одной или нескольких характеристик операции, вызывает критическое последствие (С) для процесса стыковки, которое рассчитывается путем сравнения критичности i-го последствия С i, с предельным значением C k = 125.

3. Разработан новый способ управления сближением комплекса скрепер-толкач, который заключается в том, что формируется визуальная информация: о скорости движения скрепера и ее отображение для наблюдения машинистом толкача, об отклонении толкача от оси симметрии по специальному алгоритму, о полном соприкосновении скрепера с толкачом.

Такой подход к управлению сближением комплекса скрепер-толкач позволил сформулировать систему управления как объект, относящийся к конечным управляющим автоматам (КУА), которые в общем виде описываются функцией переходов из одного состояния в другое и функцией выходов.

4. Разработано техническое устройство противоударной защиты операторов в комплексе скрепер-толкач, в конструкции которого применяется 4 энергопоглощающих устройства, имеющего следующие характеристики: материал элемента – сталь 40х, диаметр рабочей части 4 см, длина рабочей части 30 см, угол развёртки раскосов (рычагов) =90°.

5. Анализ экспериментальных данных выявил, что показатели общей вибрации на сиденье скрепера в горизонтальной и вертикальной плоскостях и локальной вибрации на руле скрепера, в момент стыковки толкача со скрепером, значительно превышают требования ГОСТ, наибольшие их значения зафиксированы на низких частотах (до 40 Гц), к которым наиболее чувствительны все органы человека;

после оснащения комплекса скрепер толкач оборудованием нового способа управления сближением толкача со скрепером и техническим устройством противоударной защиты операторов, эти показатели не превышают нормативных значений.

Расчёт ожидаемой критичности (С) в процессе стыковки толкача со скрепером после корректирующих воздействий, связанных с внедрением оборудования нового способа управления сближением толкача со скрепером и технического устройства противоударной защиты операторов показал, что она равна (при отказе) 80 (при допустимой 125).

6. Разработан учебный стенд для исследования параметров процесса стыковки и последующего движения толкача и скрепера.

7. Ожидаемая экономическая эффективность от внедрения предлагаемых технических решений, достигает 1 200 000 рублей на одном предприятии (на примере ООО «ДЭП-57»

г.Орёл).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах 1. Елисеев Д.В. Повышение безопасности труда операторов комплекса скрепер-толкач [Текст] / Загородних А.Н., Елисеев Д.В. // Сборник материалов III Международной выставке Интернет-конференции «Энергообеспечение и строительство», часть 2. – Орёл, 2009, С.155-160.

2. Елисеев Д.В. Анализ основных направлений повышения эффективности и безопасной работы скреперов [Текст] / Загородних А.Н., Елисеев Д.В. // Сб. научн. трудов Международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте», том 5. – Одесса, 2010, - С.84-89.

3. Елисеев Д.В. Толкач скрепера [Текст] / Елисеев Д.В., Загородних А.Н., Тюриков Б.М.. Загородних Н.А. // Заявка № 2010134047/03(048374). - Положительное решение о выдаче патента от 14.09.2010 г.

4. Елисеев Д.В. Травматизм при эксплуатации системы скрепер-толкач [Текст] / Загородних А.Н., Елисеев Д.В. // Охрана труда и техника безопасности в сельском хозяйстве.

– 2011. - № 2. - С.117-124.

5. Елисеев Д.В. Инженерно-технические решения для улучшения условий труда операторов системы скрепер-толкач [Текст] /Загородних А.Н., Елисеев Д.В. // Охрана труда и техника безопасности в сельском хозяйстве. – 2011. - №2. - С.125-133.

6. Елисеев Д.В. Экспериментальные исследования работы системы скрепер-толкач в производственных условиях [Текст] /Загородних А.Н., Елисеев Д.В. // Учёные записки Орловского государственного университета. Серия «Естественные, технические и медицинские науки», №4. – Орёл, издательство ОГУ, 2011, С.272-281.

Подписано в печать 17.06.2011 г. Формат 60х80 1/ Печать оперативная. Бумага офсетная.

Гарнитура Times. Объем 1,13 п.л. Тираж 100 экз.

Заказ № Отпечатано с готового оригинал макета на полиграфической базе редакционно-издательского отдела ФГБОУ ВПО «Орловский государственный университет»

302026 г. Орел, ул. Комсомольская, Тел. (4862) 74-45-