Улучшение условий и безопасности труда операторов колесных машин в сельскохозяйственном производстве за счет организационных и технических мероприятий
На правах рукописи
КАЛУГИН Антон Александрович
УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ И БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА
ОПЕРАТОРОВ КОЛЕСНЫХ МАШИН
В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
ЗА СЧЕТ ОРГАНИЗАЦИОННЫХ
И ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ
Специальность 05.26.01 – Охрана труда (отрасль АПК)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург-Пушкин – 2012
Работа выполнена на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Феде рального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженер ная академия».
Научный руководитель: Горшков Юрий Германович, доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Белов Валерий Васильевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», профессор кафедры вычислительной техники и информационного обеспечения АПК Шкрабак Владимир Владимирович, доктор технических наук, доцент, Автономная некоммерческая научно-исследова тельская организация «Институт медоварения», г. Санкт-Петербург, заместитель генерального директора по научно инновационной деятельности
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева»
Защита состоится «25» мая 2012 г., в 13 часов 30 минут на заседании дис сертационного совета Д 220.060.05 на базе ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» по адресу: 196601, г. Санкт Петербург–Пушкин, Академический проспект, д. 23, ауд. 2-519, факс (812)465 05-05, e-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт Петербургского государственного аграрного университета.
Автореферат разослан «25» апреля 2012 года и размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Салова Тамара Юрьевна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Выполнение основных технологических и транс портных операций в агропромышленном комплексе Российской Федерации (АПК РФ) требует большого числа колесных машин различного назначения, ко торые характеризуются высокой маневренностью и скоростями движения, что делает их весьма опасными для человека-оператора.
Высокий уровень травматизма и профессиональной заболеваемости в АПК РФ вызваны и тем, что значительная часть парка техники состоит из из ношенных машин, требующих для безопасной работы дополнительных мер: по вышения проходимости и тягово-сцепных свойств, приспособленности к экс плуатации в условиях низких температур, оснащения средствами предотвраще ния дорожно-транспортных происшествий (ДТП) и др. Необходимо отметить, что для оценки уровня безопасности операторов технологических и транспорт ных машин отсутствуют достаточно полные и объективные методики. Отсюда следует, что повышение безопасности и улучшение условий труда операторов колесных машин за счет внедрения организационных и технических мероприя тий является актуальной задачей.
Цель работы. Повышение безопасности и улучшение условий труда опе раторов мобильной колесной техники за счет внедрения и совершенствования организационных и технических мероприятий.
Объект исследования. Условия труда и безопасность операторов мобиль ных машин в сельскохозяйственном производстве.
Предмет исследования. Закономерности влияния конструктивных пара метров колесных машин на условия и безопасность труда оператора.
Научную новизну исследований составляют: предложенный и обосно ванный показатель оценки внедряемых мероприятий по охране труда, позволя ющий оценить значимость и эффективность последних, отличающийся тем, что учитывает все основные факторы условий труда и класс травмобезопасности рабочего места;
предложенный и обоснованный комплексный показатель оцен ки опасности травмирования оператора в кабине мобильной колесной машины, позволяющий оценить тяжесть травмирования оператора об элементы кабины, отличающийся тем, что он учитывает скорость движения машины, антропомет рические размеры оператора и его расположение относительно элементов кон струкции кабины;
разработанные и обоснованные устройства, улучшающие условия и безопасность труда оператора трактора МТЗ-80 за счет снижения буксования;
аналитическое исследование влияния смещения поперечной коор динаты центра тяжести и изменения радиусов ведущих колес в зависимости от наклона поверхности дорог на устойчивость трактора;
Разработанные и обосно ванные устройства для предпускового подогрева двигателя внутреннего сгора ния в холодный период года, отличающиеся простотой конструкции и не тре бующие высокой квалификации при их монтаже, эксплуатации и техническом обслуживании;
разработанное и обоснованное автоматическое устройство огра ничения допустимой скорости движения, позволяющее снизить число и тяжесть ДТП с участием колесной техники.
Практическую значимость имеют: оценочный показатель эффективности внедряемых мероприятий по охране труда Мот, позволяющий выбирать для по следующего внедрения наиболее значимые организационные и технические ме роприятия;
комплексный показатель оценки опасности травмирования операто ра в кабине колесной машины Ко, позволяющий оценивать и прогнозировать степень тяжести травмирования оператора при совершении дорожно транспортного про.исшествия в зависимости от скоростного режима, антропо метрических размеров оператора и его расположения относительно элементов конструкции кабины;
разработанные конструкции весовых догружателей сцеп ного веса на колесном тракторе МТЗ-80, позволяющие улучшить боковую устойчивость, а также снизить буксование колесных движителей на 9…13%;
устройство ограничения допустимых скоростных режимов транспортных средств обеспечивающее снижение количества ДТП в среднем на 18…20% за счет автоматического ограничения скорости движения;
разработанные устрой ства предпускового разогрева ДВС, позволяющие снизить производственно обусловленную заболеваемость работников сокращением времени пуска двига теля в холодный период года на 35…50% по сравнению с машинами, необору дованными средствами облегчения запуска ДВС.
Реализация результатов исследований. Полученные автором результаты исследования используются в процессе обучения студентов ФГБОУ ВПО «Че лябинская государственная агроинженерная академия», ФГБОУ ВПО «Курган ский государственный университет».
Предложенные технические устройства внедрены на предприятиях и орга низациях Челябинской области и г. Челябинска: ООО «Климовское», п. Кли мовка (2011 г.), ООО «Элком-Инвест» (2010 г.), ООО «КапиталСтрой» (2010 г.), ООО «Доминанта» (2010 г.). Указанные предприятия имеют сельскохозяй ственное направление.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доло жены и одобрены на ежегодных международных научно-технических конфе ренциях ЧГАУ и ЧГАА (2008-2011гг.), ЮУрГУ (2008-2011 гг.), КГУ (2010 г.), КГСХА (2010 г.), СПбГАУ (2011 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 22 научных статьях, 9 из которых опубликованы в ведущих ре цензируемых научно - практических журналах, рекомендованных ВАК Мино бразования и науки РФ для публикаций трудов соискателей, также получены патента на полезную модель и решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена общим объемом 180 стр, из них машинописного текста на 121 стр., содержит 24 таблицы, 45 ри сунков, состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, 7 при ложений. Список использованной литературы включает в себя 134 наименова ния, в том числе 1 на иностранном языке, а также 4 ссылки на ресурсы сети Ин тернет.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении кратко изложена актуальность диссертационной работы, сформулированы цель, объект и предмет исследования, научная новизна основ ных положений, выносимых на защиту и практическая значимость результатов исследования.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» представлен анализ основных источников опасности в системе АПК РФ, статистических данных по условиям труда и травматизму операторов мобильной техники, су ществующих методов оценки условий и безопасности труда. Проанализированы существующие технические средства, улучшающие условия и безопасность труда операторов мобильной техники. Проведенный анализ показал, что боль шая часть технологических операций в системе АПК РФ выполняется изношен ной и морально устаревшей техникой, необорудованной достаточным количе ством средств обеспечения безопасных и нормальных условий труда, что пред определяет высокий уровень травматизма и профессиональных заболеваний ра ботающих.
Проблемам улучшения условий и безопасности труда операторов мобиль ных машин посвящены работы Шкрабака В.С., Лапина А.П., Русака О.Н., Галь янова И.В., Горшкова Ю.Г., Митрофанова П.Г., Олянича Ю.Д., Рябцева Б.И., Носова В.Б., Юркова М.М. и других ученых.
Несмотря на большое количество исследований, в настоящее время отсут ствует единая методика оценки внедряемых организационных и технических мероприятий по охране труда, которая бы учитывала их значимость. Нет досто верного показателя опасности травмирования оператора в кабине мобильной колесной машины, учитывающего основные факторы тяжести травмирования.
Недостаточно распространены простые по конструкции и относительно недоро гие технические устройства, позволяющие снизить влияние таких вредных фак торов, как буксование колесной техники, превышение допустимых скоростных режимов, относительно длительное нахождение оператора в условиях низкой температуры окружающего воздуха.
На основании изложенного выдвинута следующая гипотеза: обеспечение безопасности и улучшение условий труда оператора мобильной колесной ма шины может быть достигнуто за счет внедрения эффективных организацион ных и технических мероприятий.
В связи с вышеизложенным, для подтверждения выдвинутой гипотезы по ставлены следующие задачи исследования:
- обосновать показатель оценки эффективности внедряемых мероприятий по охране труда, учитывающий их значимость на основе изменения класса условий труда;
- обосновать комплексный показатель опасности, дающий количественную оценку тяжести травмирования оператора в кабине колесной машины при столкновении, ударе колеса машины о неподвижное препятствие, опрокидыва нии, и других видах ДТП;
- обосновать и разработать технические устройства, улучшающие условия и безопасность труда операторов колесных машин в сельскохозяйственном производстве за счет снижения буксования, сокращения времени предпускового разогрева ДВС автомобилей, ограничения скорости движения транспортных средств по дорогам сельской местности;
- дать технико-экономическую оценку результатов исследования.
Во второй главе «Теоретические предпо сылки улучшения условий и безопасности труда операторов мобильных колесных машин» приве дено обоснование показателей оценки эффектив ности внедряемых мероприятий по охране труда и оценки степени тяжести травмирования опера тора в кабине мобильной машины.
Показатель эффективности мероприятий по охране труда М от позволяет учитывать не только количество мероприятий, но и их значимость:
n М от = K n, (1) i= где Kn – значимость внедряемого мероприя тия;
n – номер внедряемого мероприятия. Из (1) видно: чем выше значимость каждого мероприятия по охране труда, тем выше общий показатель М от, то есть суммарный положительный эффект от внедрения.
Определение значимости Kn внедряемых мероприятий основано на показа теле КУТи, который определяется по методике интегральной оценки и может учитывать любые факторы условий труда, травмобезопасность рабочего места и состояние производственной среды.
Когда мероприятие эффективно, класс условий труда снижается и значи мость мероприятия принимает положительные значения. Так, если КУТи сни жается на 2 единицы, то Кn = 2 и т.д.
Если мероприятие не изменяет условия труда (класс условий труда остает ся прежним), его значимость равна нулю: если КУТи = const, то Кn = 0.
Когда мероприятие неэффективно (класс условий труда становится выше), то его значимость принимает отрицательное значение.
С учетом выражения (1), система для определения показателя М от имеет следующий вид (2). По системе (2) определяется величина М от в зависимости от изменения КУТи и количества внедряемых мероприятий по охране труда n.
При внедрении равного количества мероприятий более эффективны мероприя тия, имеющие большую значимость.
Рисунок 1 - Схематичное изображение статистического распределения вероятности травмирования частей тела оператора об элементы конструкции кабины Разработка и внедрение мероприятий по улучшению условий и безопасно сти труда может быть малоэффективно без оценки тяжести травмирования опе ратора на рабочем месте (в кабине мобильной колесной машины) при соверше нии ДТП. Комплексный показатель опасности травмирования оператора K оi позволяет на основе ряда факторов прогнозировать степень тяжести травмиро вания при совершении ДТП. Из-за различного положения относительно элемен тов конструкции кабины оператор и пассажир получают травмы различной сте пени тяжести, что можно обусловить коэффициентом k x, учитывающим распо ложение человека относительно элементов конструкции кабины и определяе мым из суммы процентов, статистически приходящихся на травмирование раз личными элементами (рисунок 1) Для примера оценки травмирования головы оператора о зеркало заднего вида. Оператор среднего роста (175 см) и среднего телосложения (массой 70 кг) попадает в ДТП при скорости движения 80 км/ч с помощью промежуточных коэффициентов.
Коэффициент относительной опасности каждого из элементов конструк ции кабины для головы оператора составит:
49 k k (3) k о ЗЗВ = м ГОЛ ч ЗЗВ =7, 100% 100% Коэффициент, учитывающий скоростной режим движения колесной ма шины при движении со скоростью 80 км/ч, составит:
(4) Vд. k= = =0,75 V Vд. +Vпр. Коэффициент, учитывающий антропометрические размеры оператора, составит:
L G 160 60 (5) k a = ф. ф. = =0, Lср. G ср. 175 Тогда значение комплексного показателя K оi для травмирования головы оператора о зеркало заднего вида составит:
n n k mi k чi ) k k ( k ) k k 7,35 0,75 1,27 7,01 (6) K =( о v a v a oi i=1 i= Для определения величины комплексного показателя при травмировании головы оператора о все задействованные в травмировании элементы, составим следующее уравнение:
n n n k mi k чi K о =( ) k v k a ( k oi ) k v k a (k o ЗЗВ k o СИД k o ВСТ i=1 100 i=1 i= k o ЗК k o КРЫШ k o ПСТ ) k v k a 7,35 1,8 26,55 2,45 6,37 1,96 1,33 1,27 27, Аналогично определяется количественное значение травмирования для травмирования остальных частей тела оператора.
В третьей главе «Обоснование и разработка технических устройств, улучшающих условия и безопасность труда операторов колесных машин» при ведено обоснование и разработка устройств, улучшающих условия и безопас ность труда операторов при выполнении транспортно-технологических сель скохозяйственных операций. Возникновение таких явлений, как буксование ко лесной машины, приводит к снижению работоспособности оператора, возник новению опасных ситуаций, приводящих к ДТП. С целью повышения тягово сцепных качеств колесных сельскохозяйственных тракторов, улучшения их устойчивости предлагается автоматическое устройство – догружатель сцепного веса (патент №110357 РФ) (рисунок 2). Принцип работы устройства основан на перемещении бака с жидкостью в сторону левого или правого ведущего колеса.
Перемещение происходит за счет приводного механизма, соединенного с гид роцилиндром.
Так как известно, что положение центра тяжести оказывает существенное влияние на динамические качества колесной тракторной техники, то для обоснования эффективности ра боты машины, оборудованной до гружателем, определяем попереч ную координату центра тяжести в статическом положении (рисунок 3):
S SG'G a+G a+G c1 X S G' X X a+G Xc =c = z c z a za aб б c1 б, c1 (7) X X= Рисунок 2 – Общая принципиальная схема ве- G'G'a G'a aG a +Gaб+G б G' +GG' б a сового догружателя с автоматическим переме где Sz – статический момент щением массы: 1 –передаточный механизм гидроцилиндра;
2 – приводная шестерня пере- трактора относительно осей X и Y даточного механизма;
3 – зубчатая рейка съем ( Sz =Ga a+Gб Xc1 );
Хс1 – расстояние ного бака;
4 – съемный бак с жидкостью;
5 обрезиненные ролики;
6 – рама с кронштейна- от центра левого колеса до центра ми для крепления на тракторе МТЗ- тяжести догружателя. С помощью уравнения (7) была получена зависимость величины смещения поперечной координаты центра тяжести бака Хс1 от увеличения весовой нагрузки на веду щее колесо G л(п) (рисунок 4). Анализ зависимости, представленной на ри сунке 4, показывает, что между уве личением нагрузки на ведущее коле со и расстоянием смещения коорди наты центра тяжести существует ли нейная зависимость.
Зная величины смещения попе речной координаты центра тяжести и величины нагрузки на ведущие коле Рисунок 3 – Схема основных действующих са, можно определить предельные сил координат центра тяжести трактора МТЗ условия движения колесной машины 80 с установленным весовым догружателем по горизонтальной поверх ности, которые выразятся следующим неравенством:
G л(п) f f или в, (8) G'в где в – коэффициент загруз ки ведущего колеса весом Рисунок 4 - График зависимости смещения поперечной машины;
G'в – общий вес, координаты центра тяжести Хс1 от увеличения весовой приходящийся на ведущие нагрузки на ведущее колесо колеса;
G л(п) –вес, приходя щийся на одно ведущее колесо;
– коэффициент сцепления;
f – коэффициент со противления качению. Выполнение условия (8) позволяет судить о возможности движения трактора МТЗ-80 по различным типам несущих поверхностей без до гружателя и с ним. Это показывают величины коэффициентов и (таблица 1).
f Таблица 1-Средние значения коэффициентов f и и их соотношения.
G л(п) в'= G'з (при Тип несущей по- G № f min в = сц верхности и ее со- f максимальной п\п min стояние Gа догрузке одного ведущего коле са) 1 2 3 4 5 6 Дорога с асфальто бетонным покрыти- 0,015…0,02 0,7…0, 1 0,6 0,77 0, ем Грунтовая дорога 0,1…0,3 0,15…0. 2 0,6 0,77 0, (в распутицу) Целина глинистая, 0,2…0,35 0,15…0, 3 0,6 0,77 1, размокшая Целина снежная 0,1…0,3 0,2…0, 4 0,6 0,77 0, Луговина болоти стая, покрытая дер- 0,15…0,3 0,1…0, 5 0,6 0,77 1, ном Свежевспаханное 0,35…0,36 0,4…0, 6 0,6 0,77 0, поле Стерня злаковых 0,29…0,32 0,4…0, 7 0,6 0,77 0, (после дождя) Исходя из данных, полученных в ходе расчетов смещения поперечной ко ординаты центра тяжести, можно сделать вывод: при максимальной загрузке колеса (крайнем положении догружателя) машина (трактор) будет двигаться без буксования по поверхностям, указанным в пунктах 1, 2, 4 и 7 таблицы 1. Нами также аналитически рассмотрена возможность использования предложенного догружателя для улучшения устойчивости колесного трактора при работе на поперечном уклоне (рисунок 5). В результате анализа представленной схемы трактора с догружателем было получено уравнение изменения радиусов веду щих колес R г у ст, оборудованных шинами марки Ф-2А. Уравнение (9) позволяет судить о характере движения трактора на поперечном уклоне, анализировать состояние устойчивости трактора в обычном состоянии и с применением пред ложенного весового догружателя:
R г уст =R ст r, (9) где R ст - статический радиус ведущего колеса ( R ст =730 мм);
r - величина изменения статического радиуса колеса под весовой нагрузкой.
На тягово-сцепные качества мобильной машины оказывает влияние пло щадь контакта шины колеса с опорной поверхностью, а также давление в шинах и нагрузка, приходящаяся на пневматическое колесо На основании этого нами также проведены экспериментальные исследования по полученным значениям нагрузки на колесо и давления воздуха в шине (таблица 2, рисунок 9).
Таблица 2 – Изменение площади контакта шашек протектора с поверхно стью дороги при различных давлениях воздуха в тракторной шине марки Ф-2А кг 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1, P, см S, см при 290 270 260 248 240 230 220 215 G=1500 кг S, см2 при 465 460 450 435 420 400 385 370 G=2000 кг Значительная доля работ в сель скохозяйственном производстве приходится на транспортные рабо ты, в которых задействованы лег ковые и грузовые автомобили.
По данным ГИБДД Челя бинской области более 25% ДТП происходит из-за превышения скоростей движения машин. В связи с этим, разработано и обосновано автоматическое устройство ограничения допу стимых скоростных режимов ав тотранспортных средств (рису нок 6а, 6б) (патент № Рисунок 5– Перераспределение весовой нагрузки РФ). Принципиальная схема колесного трактора при его движении на поперечном устройства в варианте для кар уклоне с догружателем бюраторного двигателя пред ставлена на рисунке 6 (а). В этом случае ограничение скорости достигается за счет временного разрыва цепи катушки зажигания ДВС. Схема устройства в ва рианте для двигателя с системой впрыска топлива представлена на рисунке (б). В данном случае ограничение скорости движения достигается путем вре менного прекращения подачи топлива.
Применение устройства позволяет снизить число и тяжесть ДТП, возника ющих из-за превышения допустимой скорости движения за счет автоматическо го поддержания скоростного режима. Большое число транспортных и техноло гических операций в сельском хозяйстве приходится на холодное время года и межсезонье. Приспособленность конструкции мобильных колесных машин к работе в такие периоды влияет на условия труда операторов – это выражается в необходимости находиться в условиях низкой температуры на время пуска дви гателя машины. В связи с этим, предлагается устройство для разогрева ДВС мобильных колесных машин в условиях низких температур (рисунок 7). Оно представляет собой горелку инфракрасного излучения с подключаемым газо вым баллоном, устанавливаемую в гнездо нижней части корпуса устройства на необходимое для подогрева время. Также разработан вариант устройства, в ко тором источником тепла служит газовая горелка с подключаемым газовым бал лоном (обоснование представлено в диссертации).
Рисунок 6 – Принципиальная схема автоматического устройства ограничения допустимой скорости движения транспортного средства: а) – для карбюраторных ДВС 1 – генератор;
2 – аккумуляторная батарея;
3 – замок зажигания;
4 – катушка зажигания;
5 – реле с нормально замкнутыми контактами;
- 6 – лампа внутренней предупредительной сигнализации;
7 – зум мер внутренней предупредительной сигнализации;
8 – лампы наружной сигнализации ско ростного режима;
9 – герметичные контакты (герконы);
б) – для ДВС с впрыском топлива: – шток электромагнита;
11 - возвратная пружина;
12 – узкий топливопровод;
13 – топливная камера;
14 – широкий топливопровод;
15 – регулятор подачи топлива Оба варианта предлагаемой конструкции могут быть оснащены насадкой, к патрубкам которой подсоединяются несгораемые шланги, с помощью кото рых (одновременно с разогревом двигателя) можно подогреть аккумулятор, впускной патрубок, карбюратор и др.
Для обоснования основных рабочих параметров подогревателей определялась тепловая мощность, передаваемая от греющего теплоносителя (продуктов сго рания газа) к нагреваемому (тосолу) через поверхность нагрева теплообменного аппарата: Q М Г QГ П МТ СТ (TТ TТ ),кВт, К Н (10) кг где М Г и М Т - массовые расходы продуктов сгорания (газа) и тосола,, с кДж Q Г - высшая теплота сгорания газовой смеси, ( 50000 ), П - поверхност кг ный КПД теплообменного аппарата, доли ед. или % ( 0,85), СТ - изобарная кДж К Н массовая теплоемкость тосола, ( 2,9), TТ и TТ - конечная и начальная кг К температуры тосола, C ( +20 и -30 C соответственно).
В результате расчетов был по строен график зависимости температуры тосола t°С от дли ны нагреваемой поверхности фигурного патрубка нагревателя L,м (рисунок 8). Полученные в ходе обоснования параметров предлагаемых устройств данные показывают, что их применение позволит существенно сокра тить время, затрачиваемое на предпусковой подогрев ДВС Рисунок 7 - Принципиальная схема газового инфра- мобильных колесных машин, а значит – сократить время пре красного предпускового подогревателя ДВС: 1 – фигурный патрубок;
2 – гайка;
3 – уплотнительная шайба;
4 – корпус подогревателя;
5 – крышка подо- бывания операторов в условиях низкой температуры окружаю гревателя;
6 – патрубок горячего воздуха;
7 – шар нир крышки подогревателя;
8 – сетка инфракрасной щего воздуха, что благоприятно горелки;
9 – кнопка пьезоподжига;
10 – штуцер для скажется на уменьшении числа соединения с газовым редуктором;
11 – керамиче производственно обусловлен ский нагревательный элемент;
12 – обратный кла ных заболеваний.
пан В четвертой главе «Ме тодика и результаты экспери ментальных исследований»
представлены методики и ре зультаты экспериментальных исследований, проведенных с целью проверки основных теоретических положений, а также работоспособности и эффективности предлагаемых Рисунок 8 – График зависимости температуры тосола технических устройств.
t,С от длины нагреваемой поверхности фигурного Для оценки изменения площа ди контакта шины тракторного патрубка нагревателя L,м колеса при работе с весовым догружателем переменной массы были получены кривые по опыт ным величинам давления воздуха в шине и нагрузки на колесо (рису нок 9).
Анализ графика, представ ленного на рисунке 9, позволяет сделать вывод, что при увеличении весовой нагрузки на ведущие коле са, площадь контакта шин с опор ной поверхностью увеличивается, улучшая тягово-сцепные качества Рисунок 9 – Изменение площади контакта S трактора. Далее были получены шашек протектора с поверхностью дороги при экспериментальные зависимости различных давлениях воздуха P в шинах марки коэффициента раздельного буксо Ф-2А: 1 – при нагрузке на шину G=2000 кг;
2 – вания от коэффициента сцепления при нагрузке на шину G=1500 кг ведущих колес трактора МТЗ-80 (рисунок 10).
Анализ экспериментальных зависимостей, представленных на рисунке 10, показывает, что при работе трактора МТЗ-80 с догружателем на поверхности «глинистая целина мокрая»
буксование снижается на 9…13 %.
Для оценки динамики движения транспортного по тока на дорогах сельскохозяй ственных районов Челябин ской области проводились эксперименты по замерам фактических скоростей дви жения автомобилей (2008…2010 гг.). Анализ этих данных выявил, что скорост Рисунок 10 –Экспериментальные зависимости изме- ной режим в 90-95% случаев нения коэффициента сцепления от коэффициента раздельного буксования : 1 – без догружателя сцеп- не соблюдается. Данные таб лицы 3 показывают, что ско ного веса;
2 – с догружателем сцепного веса рость движения превышается в среднем на 10…15%, а в отдельных случаях и до 50% от допустимой.
Таблица 3 –Экспеприментальная оценка динамики транспортного потока в сельской местности Ана- Движение по дорогам сельских лиз стати Год наблюдения населенных пунктов (до стических данных км/ч) ГИБДД УВД за 70… 2006…2010 гг. по сель 67… скохозяй- ственным 70… районам Челябинской области (населенным пунктам) и дорогам показывает, что при разности ско ростей машин от 10 до 20 км/ч (от допустимой скорости движения до 60 км/ч, рисунок 11, кривая 1) количество ДТП достигает 15 18%, а вне населенных пунктов (кривая 2) (допустимая скорость движения до 90 км/ч) количество ДТП значительно снижается и со ставляет около 12%. Это можно Рисунок 11 - Аппроксимированные зависимости объяснить плотностью транспорт разницы скоростей движения машин от количе ства совершенных ДТП: 1 – при превышении ного потока в населенных пунктах скоростного режима в населенном пункте (от 60 и дистанцией между машинами.
км/ч);
2 – при превышении скоростного режима Для подтверждения работоспо вне населенного пункта (от 90 км/ч) собности предложенного автома тического устройства ограничения скорости проводились лабораторные испы тания автомобиля ВАЗ 2106 (рисунок 12). Испытания проводились при выве шивании ведущих колес автомобиля ВАЗ 2106 и их «разгоном» до допустимой скорости (до 60 км/ч). Основным критерием в проведении серии данных опы тов служило время срабатывания всех элементов предлагаемого устройства:
Tср =tгер +t упр +t реле, (11) где t гер - время срабатывания герметичных контактов, с ( t гер =0,025);
t упр - время обра ботки сигнала блоком управления, с ( t упр =0,035);
t реле - время срабатывания реле в цепи катушки зажигания, с ( t реле =0,2).
Полученные значения времени срабаты вания устройства определяют его достаточно эффективное применение для ограничения до Рисунок 12 – Приборы автомобиля пустимой скорости движения.
Испытания устройства предпускового по ВАЗ 2106, оборудованного автома догрева ДВС проводились на автомобиле УАЗ тическим устройством ограниче ния допустимого скоростного ре- 2206. Эксперименты представляли собой срав жима: 1 - герметичные контакты на спидометре и стрелка спидометра с нение нескольких циклов холодного запуска магнитом;
2 - блок световой и зву- непрогретой машины без предложенного ковой сигнализации устройства и с ним в тече ние трех рабочих дней (при температуре -24,8… 32,5°С). Экспериментально установлено (рисунок 13), что при использовании по догревателя время запуска ДВС значительно сокраща ется.
В пятой главе «Тех нико-экономическая оцен Рисунок 13 – Экспериментальные зависимости времени ка результатов исследова нагрева тосола от температуры наружного воздуха Tнар: 1 – без подогревателя;
2 – с подогревателем ния» приведены данные по эффективности внедрения устройств, улучшающих тягово-сцепные качества мобильных колесных машин. Годовой экономический эффект от их внедрения составил около 100 тыс. руб. на одну машину. Годовой экономический эффект от улучшения условий труда - порядка 90 тыс. руб. на единицу техники. Вели чина ежемесячной экономии от снижения ДТП за расчетный период оценивает ся в 59 тыс. руб.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 1. Анализ статистических данных показывает, что в системе АПК РФ около 40% погибших работников составляют трактористы-машинисты колес ных машин, что приводит к существенному снижению эффективности и без опасности выполнения сельскохозяйственных операций. При этом на АПК приходится около 10 % всех ежегодно регистрируемых в РФ профессиональ ных заболеваний. Исследования показали, что превышение скорости движения от установленных приводит к увеличении опасности травмирования в среднем на 25…30%.
2. Предложенный показатель эффективности внедряемых мероприятий по охране труда Мот, позволит оценить и выбрать наиболее значимые мероприятия для улучшения условий и безопасности труда операторов колесных машин.
Внедрение мероприятий, выбранных с помощью показателя Мот, позволит сни зить степень вредности класса условий труда в среднем на 1…2 единицы.
3. Разработанный комплексный показатель опасности травмирования опе ратора в кабине колесной машины Kо позволяет прогнозировать степень тяже сти травмирования оператора с учетом основных факторов травмирования.
4. Предложенные нами устройства догружателей сцепного веса для колес ного трактора рекомендуется использовать на колесных тракторах типа МТЗ 80, что позволит снизить буксование колесных движителей на 9…13%.
5. Уточненная математическая модель изменения площади контакта шины колеса позволяет определить требуемое расстояние перемещения весового до гружателя в зависимости от веса, приходящегося на ведущие колеса машины и смещения координаты центра тяжести в пределах, что позволяет обеспечить догрузку ведущих колес от 73 до 267 кг без учета основной нагрузки на колеса от массы самого трактора.
6. Применение автоматического устройства ограничения скорости движе ния колесных машин обеспечит снижение количества ДТП в среднем на 18…20%.
7. Предложенные устройства для предпускового подогрева ДВС рекомен дуется использовать для регионов с относительно длительным холодным пери одом года. Это позволяет улучшить условия труда и снизить производственно обусловленную заболеваемость операторов путём сокращения времени пред пускового подогрева на 35…50%.
8. Расчет экономической эффективности результатов исследований пока зал, что годовой экономический эффект от внедрения устройств, улучшающих тягово-сцепные качества мобильных колесных машин, составит около 100 тыс.
руб. на одну машину. Экономический эффект от улучшения условий труда порядка 90 тыс. руб. на единицу техники. Величина ежемесячной экономии от снижения ДТП за расчетный период оценивается в 59 тыс. руб.
Основные положения диссертации опубликованы:
в изданиях, рекомендованных ВАК РФ Калугин, А.А. [и др.] Газовый предпусковой подогреватель ДВС [Текст] / 1.
А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, В.М. Усков и др. // Механизация и электрифи кация сельского хозяйства. – М., 2010 - №9 – С. 24-26.
Калугин, А.А. Гидравлическая система для повышения тягово-сцепных ка 2.
честв колесных сельскохозяйственных тракторов [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, И.Н. Старунова // Тракторы и сельхозмашины – М., 2010, № – С. 52-54.
Калугин, А.А. [и др.] Автоматическое устройство принудительного ограни 3.
чения скорости движения АТС [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, А.В.
Зайнишев и др. // Автомобильная промышленность. – М., 2011, №1 – С. 23 25.
Калугин, А.А. [и др.] Газовый инфракрасный предпусковой подогреватель 4.
для ДВС [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, В.М. Усков // Автомобиль ная промышленность. – М., 2011, №2 – С. 29-31.
Калугин, А.А. [и др.] Весовой догружатель – средство повышения тягово 5.
сцепных качеств автотракторной колесной техники [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, Г.А. Ларионова и др. // Тракторы и сельхозмашины. – М., 2011, №2 – С. 33-35.
Калугин, А.А. [и др.] Рабочие параметры весового догружателя колесного 6.
трактора [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, И.Н. Старунова и др. // Тракторы и сельхозмашины. – М., 2011, №4 – С. 27-28.
Калугин, А.А. [и др.] Математическое моделирование процесса деформации 7.
шины колесного трактора, оборудованного весовым догружателем перемен ной массы [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, О.Е. Акулич и др. // Трак торы и сельхозмашины. – М., 2011, №6 – С. 27-28.
Калугин, А.А. [и др.] Догружатель ведущих колес трактора [Текст] / А.А.
8.
Калугин, Ю.Г. Горшков, Ю.Б. Четыркин и др. // Механизация и электрифи кация сельского хозяйства. – М., 2011, №7 – С. 22-23.
Калугин, А.А. Методика оценки травмирования операторов мобильных ко 9.
лесных машин [Текст] / А.А. Калугин, Н.С. Сергеев // Достижения науки и техники АПК. – М., 2011, №7 – С. 29-32.
Авторские свидетельства, патенты 10.Пат. 108739 Российская Федерация, МПК7 B 60 B 39/00, B 62 D 37/04.
Устройство для улучшения устойчивости и тягово-сцепных качеств транс портных средств [Текст] / Калугин А.А., Горшков Ю.Г., Лещенко Е.А.;
за явитель и патентообладатель Челябинская государственная агроинженерная академия. - № 108739;
заявл. 13.04.2011;
опубл. 27.09.2011 Бюл. № 27. 2 с.:
ил.
11.Пат. 110357 Российская Федерация, МПК7 B 62 D 37/04. Устройство для улучшения устойчивости и тягово-сцепных качеств транспортных средств [Текст] / Калугин А.А., Горшков Ю.Г., Лещенко Е.А и др..;
заявитель и па тентообладатель Челябинская государственная агроинженерная академия. № 110357;
, заявл. 07.07.2011;
опубл. 20.11.2011 Бюл. № 32. 2 с.: ил.
12.Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2011113943/06(020653), Устройство для предпускового разогрева двига теля внутреннего сгорания [Текст] / Калугин А.А., Горшков Ю.Г., Усков В.М.;
заявитель и патентообладатель Челябинская государственная агроин женерная академия.
13. Пат. 111486 Российская Федерация, МПК7 B 60 K 31/00. Установка ограничения допустимой скорости движения транспортного средства [Текст] / Калугин А.А., Горшков Ю.Г., Зайнишев А.В.;
заявитель и патенто обладатель Челябинская государственная агроинженерная академия. - № 111486;
заявл. 07.07.2011;
опубл. 20.12.2011 Бюл. № 35. 2 с.: ил.
в нерецензируемых изданиях 14.Калугин, А.А. Оценка организационных и технических мероприятий по по вышению безопасности операторов мобильных колесных машин [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, А.В. Богданов // Охрана труда и техника без опасности в сельском хозяйстве. – М., 2011, №2 – С. 43-45.
15.Калугин, А.А. Повышение эффективности использования колесных трак торных агрегатов в технологических процессах сельскохозяйственного про изводства [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, И.Н. Старунова // Сборник материалов XLIX международнойнауч.-техн. конференции «Достижения науки - агропромышленному производству», - Челябинск - ЧГАА, - 2010, ч.
3 – С. 106-112.
16.Калугин, А.А. Многофункциональный газовый предпусковой подогреватель [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, В.М. Усков, Е.В. Касымова // «Эко логия. Риск. Безопасность», сборник материалов Международной научно практической конференции, т. 2, Курган – 2010 – С. 4-6.
17.Калугин, А.А. Улучшение условий труда операторов и повышение эффек тивности работы колесных тракторов за счет автоматических устройств догружателей [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, А.В. Зайнишев, Е.И.
Бердов, Е.А. Лещенко // Вестник ЧГАА, т. 57, Челябинск – 2010 – С. 41-45.
18.Калугин, А.А. Система обеспечения безопасной скорости движения авто транспортных средств [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, А.В. Зайнишев // Вестник ЧГАА, т. 57, Челябинск – 2010 – С. 46-50.
19.Калугин, А.А. Методика определения рациональной частоты проведения повторных инструктажей работникам АПК [Текст] / А.А. Калугин // Мате риалы LX научной конференции. – Челябинск: ЧГАУ, 2009 – С. 95-99.
20.Калугин, А.А. Обоснование параметров работы автоматического устройства для предотвращения буксования и опрокидывания транспортно-тракторного агрегата [Текст] / А.А. Калугин, Ю.Г. Горшков, Е.А. Лещенко // Сборник материалов L международной научно-технической конференции «Достиже ния науки - агропромышленному производству». – Челябинск: ЧГАА, 2011.
– Ч. VI. – 203 с.
21.Калугин, А.А. Обоснование эффективности колесного трактора с автомати ческим перемещением массы догружателя [Текст] / А.А. Калугин // Безопас ность жизнедеятельности глазами молодежи: сборник материалов II-й Все российской студенческой конференции (с международным участием). - Че лябинск: ЮУрГУ, 2011. – С. 182-186.
22.Калугин, А.А. Анализ движения колесного трактора с догружателем при ра боте на склонах [Текст] / А.А. Калугин, Е.А. Лещенко // Безопасность жиз недеятельности глазами молодежи: сборник материалов II-й Всероссийской студенческой конференции (с международным участием). - Челябинск:
ЮУрГУ, 2011. – С. 177-182.
Калугин Антон Александрович УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ И БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА ОПЕРАТОРОВ КОЛЕСНЫХ МАШИН В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗА СЧЕТ ОРГАНИЗАЦИОННЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ Специальность 05.26.01 – Охрана труда (отрасль АПК) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Отпечатано в Челябинской государственной агроинженерной академии Подписано в печать «11» апреля 2012 г.
Формат 60x84/ Объем 1,0 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз. Заказ № РИО ЧГАА. 454080, Челябинск, пр. Ленина, 75, УОП ЧГАА.