автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Модернизация средств пассивной безопасности кабин машин и оборудования природообустройства

На правах рукописи

КУЗЬМИН Дмитрий Геннадьевич

МОДЕРНИЗАЦИЯ СРЕДСТВ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КАБИН МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

Специальность 05.20.01- технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 ! пПЯ 2:МЗ

005538205

Москва 2013

005538205

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тверской государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО ТвГТУ)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Бровман Татьяна Васильевна

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Тверской государственный технический университет», (ФГБОУ ВПО ТвГТУ), доцент кафедры «Механизация, природообустройство и ремонт машин»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Орлов Борис Намсынович

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования ((Московский государственный университет природообустройства», (ФГБОУ ВПО МГУП), профессор кафедры «Технологии металлов и ремонт машин»

кандидат технических наук, профессор Пляка Валерий Иванович Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинже-нерный университет им. В.П. Горячкина» (ФГБОУ ВПО МГАУ им. В.П.Горячкина), профессор кафедры «Сельскохозяйственные машины»

Ведущая организация: Федерального государственного бюджетного научного

учреждения ((Российский научноисследовательский институт информации и техник о-экономических исследований по инженернотехническому обеспечению агропромышленного комплекса» (ФГБНУ

«Росинформагротех»)

Защита диссертации состоится «03» декабря 2013 г. в_ часов_ минут на

заседании диссертационного совета Д 220.045.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, 19, ауд. 1/201. Тел./факс: 8 (499) 976-10-46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУП Автореферат разослан «_» ноября 2013 г. и размещен на официальных сайтах:

ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru «_» ноября 2013 г.,

ФГБОУ ВПО МГУП http://www.msuee.ru «_» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Т.Н. Сурикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Современные машины часто обладают мощными двигателями и перемещаются с высокими скоростями. В связи с этим, удельный вес травматизма с летальным исходом среди операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения составляет около 13 % от всех погибших на производстве, из них число травмированных механизаторов составляет 78 % от общего их числа. К основным причинам травматизма относят неудовлетворительную организацию труда - 67 % и эксплуатацию неисправных машин -31,5%.

В условиях ужесточения международных норм к требованиям активной и пассивной безопасности машин природообустройства разработка стратегий и мероприятий по внедрению требований ОПТОСОЗ (Общеевропейская Программа по транспорту, окружающей среде и охране здоровья) актуальна применительно к транспорту как важному сектору экономики, в котором только в Европейском союзе занято более 16 млн. человек.

По результатам анализа эксплуатационной безопасности кабин тракторов актуальным вопросом является совершенствование несущих конструкций, обеспечивающих повышение пассивной безопасности по показателям, регламентированным ГОСТ Р 41.29-99 (Правила ЕЭК ООН №29).

В диссертационной работе представлено обобщение выполненных автором в 20082013 гг. исследований в области повышения пассивной безопасности конструкции кабины с помощью специальных устройств, обеспечивающих поглощение энергии удара и сохранение внутреннего остаточного пространства безопасности операторов в случаях фронтального и бокового ударов.

Цель работы заключается в повышении пассивной безопасности кабин транспортных и технологических машин за счет установки предохранительных модулей.

Задачи исследования заключаются в:

- проведении обзора и анализа аварийности, причин деформаций кабин, современных способов повышения пассивной безопасности кабин машин природообустройства и мелиоративной техники;

- проведении исследований характеристик пассивной безопасности кабин и оценке несущей способности каркасов кабин машин природообустройства, разработке методики определения зависимостей изменения энергии удара, усилий в зоне контакта, перемещений элементов кабины от параметров предохранительного устройства;

- проведении анализа способов испытания кабин, оценке прочности и пассивной безопасности кабины по пластическим моментам сопротивления сечений несущих стоек кабины; исследования несущей способности центральной стойки кабины трактора;

- проведении теоретических исследований конструкций предохранительного модуля пассивной безопасности кабин машин природообустройства;

- проведении статистических исследований работы срезных предохранительных устройств, в которых часть энергии удара расходуется на разрушение специальных деталей, что снижает энергию, расходуемую на дальнейшую деформацию и разрушение корпусов мелиоративных машин;

- разработке методики оптимизации значимых параметров модуля усиления: площади деформированного элемента, величины энергии деформации поглощаемой модулем усиления, толщины сечения стойки мелиоративных и строительных машин;

- обосновании технико-экономической эффективности предлагаемой методики повышения пассивной безопасности кабин тракторов, мелиоративной и строительной техники.

Объектами и предметам исследования явились кабины технологических машин, для которых предметом исследования является процесс повышения пассивной безопасности кабин парка мелиоративных, строительных и машин природобустройства установкой предохранительных модулей.

Методической основой проведенных исследований послужили труды российских и зарубежных ученых, посвященные вопросам повышения безопасности машин в мелиорации, строительстве и природообустройстве. В работе использованы методы математической статистики.

Научная значимость. Получены аналитические зависимости параметров пассивной безопасности кабин от энергии удара, усилий в зоне контакта и перемещений элементов кабины. Решена задача определения напряженного и деформированного состояния силового взаимодействия тел, ограниченных цилиндрическими поверхностями срезных штифтов предохранительного модуля.

Способами компьютерного моделирования выявлены условия статического нагру-жения стоек кабин для нахождения предельных параметров деформаций кабины.

Получена математическая модель характеристик пассивной безопасности кабин и выполнен анализ несущей способности каркасов кабин машин природообустройства.

Практическая ценность полученных результатов заключается в разработке новой конструкции предохранительного модуля, обеспечивающего поглощение части энергии удара и методики, позволяющей повысить безопасность кабин технологических машин природообустройства, которая включает в себя анализ прочности штифтов предохранительного модуля.

На защиту выносятся следующие положения:

- методические основы оптимизации конструктивных параметров предохранительных моделей, повышающие пассивную безопасность машин природообустройства;

- экономическая оценка эффективности использования разработанной методики по повышению пассивной безопасности кабин машин природообустройства за счёт снижения эксплуатационно-ремонтных затрат.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО ТвГТУ (2012 г.), ФГБОУ ВПО МГУП (2013 г.), ФГБОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина (2012г.), ФГБОУ ВПО Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (2011), ФГБОУ ВПО Орловский государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс (2013), международной научно-практической конференции - Государственный инженерный университет Армении г. Ереван (2013)

Публикации.

Всего по результатам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе один патент, из них 4 в журналах, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 106 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 148 страницах, содержит 56 рисунков и 25 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, анализируется предмет исследования, теоретическая значимость и прикладная ценность полученных результатов, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится анализ эксплуатационной надёжности мелиоративных, строительных и машин природообустройства. Приведен обзор литературных источников. Вопросами разработки средств безопасности машин занимались такие известные учёные как: Селиванов А. И., Артемьев Ю. Н., Саньков В.М., Евграфов В.А., Голубев И.Г., Орлов P.M., Илинич И.М., Курчаткин В В., Пучин Е.А., Ким Б.Г., Каракулев A.B., Лазовский В.В., Кириллов Г.И., Кургачёв И.И., Кряжков В.М.,Гуськов В В., Свирщевский Б.С., Барам Х.Г., Пржибил П., Demie M., Diligenski Dj. и другие.

Конструкция трактора должна обеспечивать возможность установки защитных устройств, обеспечивающих сохранение зоны безопасности при опрокидывании трактора и случайном падении предметов на кабину (ГОСТ 12.2.121-88).

По данным аналитического агентства «Автостата» (см. рис. 1 ) в результате мониторинга выявлено, что основными видами аварий являются столкновения (44,1% -фронтальные, 28,4 -боковые), опрокидывания (21,8%), наезды на препятствия (4,3%). В результате происшествий травмы получили: трактористы - машинисты - 37,6%; водители - 32,2%; ИТР - 17,2%; рабочие -11,8%

Кол-во

1970 1980 1990 2000 2010

гоя

Фронтальный удар - 44,1% Боковой удар -28,4%

Удар сзади -5,7% Опрокндывание - 21,8%

Рисунок 1 - Соотношения направлений воздействия при авариях и показатели аварийности за 30 лет на 1000 ДТП транспортных средств

По данным Росстата за период с 2006 по 2012 год в РФ водители и трактористы наибольшее количество травм (69,3%) получили в дорожно-транспортных происшествиях (см. рис.2).

Температурные воздействия

Электропоражения

2%

Паления с трактора 4%

Захваты и удары 12%

Прочие ситуации 9%

Падение предмете» сверху

Анализ аварий в АПК

Кеырий ■ АПК нецентральному региону

■ тяжелые травмы

■ всего

Рисунок 2 - Анализ аварийности транспортно-технологических машин агропромышленного комплекса

Усиление конструкции должно обеспечивать поглощение энергии. Такие способы пассивной безопасности обеспечиваются разработкой разнообразных профильных конструкций фирм "MAN", "Case", " Caterpillar" "John Deere","MT3", "ЧТЗ". Исследования по технологии усиления несущих конструкций фирм "Zeppelin Rusland", "The Vapormatic Company Ltd.", "ТЛА-Техно" определили направления современного развития средств пассивной безопасности.

Труды таких ученых как Ильин М.С., Пашаев Ф.А., Хвоин Д. А., Ильинич И.М., Шабан Б. А., Зузов В. Н., Орлов JÏ.H., Тумасов, A.B.,Kadir Elitok, Воронков О.В., Ким И.В., Hashemi S.M.R., Csiszâr A., Elitok К. и других посвящены вопросам защиты операторов технологических машин.

В результате анализа литературных источников по нашему мнению актуальным вопросом в настоящее время является разработка способов повышения безопасности кабин машин природооустройства за счет использования предохранительных устройств.

Во второй главе приведен анализ характеристик пассивной безопасности кабин и способы оценки несущей способности каркасов кабин машин природообустройства.

Требования безопасности к конструкции кабины крупногабаритных транспортных средств согласно ГОСТ Р 41.66-99 (Правила ЕЭК ООН № 66) определяют условия нагружения кабины транспортного средства в виде ударного воздействия жесткой плитой, воспроизводящей скорость и энергию удара. Согласно Правилам ЕЭК ООН № 66 при полном поглощении энергии удара между контуром остаточного жизненного пространства и силовыми элементами кабины необходим зазор 40 мм (см. рис.3). В процессе пластического деформирования несущих стоек кабины величина разрушающей нагрузки на силовые элементы снижается на 20...60%. С целью снижения риска нанесения повреждений оператору в соответствии с ГОСТ Р ИСО 8082-2005 кабины машин природообустройства оборудуют устройствами защиты: ROPS FOPS; OPS.

Действительный механизм разрушения рассчитывают по минимальному значению разрушающей нагрузки всех видов работ разрушения Ai: Fp = minFvi{A1... Лп}.

По данным JI.H. Орлова, Б. А. Шабана, А.В.Тумасова для тракторов Case Maxxum 110 CAB MFD массой 4740 кг максимальная величина бокового усилия составит F = 24,4 103Н. Защитное устройство при этом (согласно эмпирической формуле) должно поглотить энергию деформации не менее:

/ M ч1'25 / 47 40 ч1'25

и = 12500 ' (lôôôô) = 12500 ' (loôôo) =4916'23Д-

Выявлено, что в условиях опрокидывания машины передним силовым контуром несущей

конструкции поглощается 25... 35% общей энергии удара, центральным контуром - 30... 50%, задним контуром - 30... 37%. Пассивная безопасность салона существенно

повышается при

применении в его конструкции силовых элементов крыши и задних стоек с закрытыми сечениями, предложены изменения в конструкции кабины в виде усилительных элементов с целью улучшения

параметров пассивной безопасности.

В третьей главе представлена методика расчета и теоретические положения применения теории упругости и пластичности при определении напряженно деформированного состояния несущих стоек кабин и конструкций предохранительных модулей автотракторных кабин.

Решена задача определения напряженного и деформированного состояния силового взаимодействия штифтов и втулок предохранительного модуля (см. рис.4.а,б). В теории упругости рассмотрена задача о действии на упругое цилиндрическое тело сосредоточенного давления Р, под действием которого произвольная точка контура цилиндрической втулки (см. рис. 4) совершает упругое радиальное перемещение, которое определено:

а) для контура штифта (см. рис. 4а)

иг = р[—2$(1 + С(и><р ■ 1псд | + жггпМ] ; (1)

б) для контура цилиндрической втулки (см. рис. 4 б)

иг = р [~2дсоз<р ■ 1мд ^ + хзт\<р\); (2)

величины д и х - упругие постоянные материалов штифта и втулки предохранительного модуля, равные:

V = * = (1+*Х1-2м). (3)

пЕ 2Е

В расчетах использованы результаты решений по деформации штифтов И. Векуа, Б.А. Ободовского. Усилие Р и размеры штифта и его координаты определяют деформации штифта (и втулки, в которой он может быть установлен), здесь Е - модуль упругости материала штифта или втулки; ц - коэффициент Пуассона.

Схема деформации и распределения давления Р(</0 по поверхности контакта определяет перемещение точек контура штифта и втулки. Уравнение контура поверхности штифта после деформации:

Деформации, мм

Рисунок 3 - Деформация модели кабины и зона безопасности

р = п - и1г =

(<Ро)1

= П 1-

| Р(ф)(-2^ [1 + сов^ - ф) ■ 1Шд^—] + х^гп^! - с1ф

\ (-<Ро)1

а, контура поверхности втулки с центром в точке 02

р2=г2- и2г =

/ Оо)2

2т92 соз((р2 - ф~) ■ 1шд

: Г2

1- /

+ х2зт\<р2 - йф

(-Фо)г

•I

6)

(5)

При расчете определяем функциональные зависимости р(ф), т.е. значения контактного давления в функции значения текущего угла дуги контакта. Точное решение задачи о сжатии двух круговых цилиндров, радиусы которых почти равны, сводится к решению дифференциального уравнения Прандтля. Методами И. Веку а получено решение уравнения для распределения контактного давления по дуге

Рисунок 4 - Точки контура: а - штифта предохранительного

модуля; б - цилиндрической втулки

Р«0 =:

■ СОЗХр-, (6)

Г(<р0 + $1П<р0-СО5<Р0)

где ? - интенсивность линейной нагрузки по длине контакта образующих штифта и втулки; ср0 - угол, определяющий длину дуги контакта (см.рис.5), когда длина дуги контакта значительна, \(р0\ >50°.

Для аналитического выражения функции И0, используем линейный регрессионный анализ с двумя независимыми переменными в виде:

где £01, Ц0! _ средние значения величин деформаций и усилий, параметры и /?2 определялись методом наименьших квадратов:

Ц0 = Сгёо + С2Ц0-, (8)

где С1иС2- постоянные, зависящие от условий контакта

Основными конструктивными параметрами предохранительного модуля являются: количество плоскостей среза срезных штифтов г, диаметр штифтов <1 , ширина втулки Ь, диаметр окружности установки штифтов Д окружное несовпадение центров втулок 51, осевой зазор С, радиальные зазоры между штифтами и втулками 8Ъ 82 , 83 ... , Е - модуль упругости, ц -коэффициент Пуассона, ть - предел прочности (см. рис. 6).

Предельный момент для двух диаметрально расположенных срезных штифтов с учетом их возможного неравномерного нагружения:

Рисунок 5 -

Схема нагружения штифта и втулки по длине контакта

где к - коэффициент неравномерности нагружения пальцев в момент муфты; Рр - разрушающие усилие для одного штифта.

(9)

срабатывания

Величину разрушающего усилия Рр при срезе штифта определяем равенством:

Рр = ттах~; (Ю)

где ттах = хь ; ттах — максимальные касательные напряжения при срезе штифта; ть- предел прочности при срезе. При деформации среза площадь штифта уменьшается см. рис. 7. При перемещении штифта вдоль оси у на величину а первоначальная площадь, равная для половины сечения 0,5 уменьшится (реальная площадь сечения на рис. 7 заштрихована).

При а = (0,2 -4- 0,3')d происходит срез и разрушение предохранительного штифта. После перемещения штифта на величину а усилие составит:

п> ш* ( п . Г. 0а Г. = т" — {Шаг"1П^1

(П)

и например при а = 0,2г получим, что усилие, необходимое для продолжение процесса

Л ла2 /78,5°

Рисунок 6 - Расчетная схема срезного штифта предохранительного модуля

среза равно:

7id2 / п

Р1 = ть — (— arcsinO,98 - 2 ■ 0,2„ В случае, если а=0,3г

nd2 / ti

Pi=4

V180

Величина разрушающего усилия снижается в процессе среза, но при а = 0,2г — незначительно, всего на 2%, а при а = 0,3/- на 32%

Рассмотрим, разрушение одного штифта диаметром d = 10~2 м из стали с пределом прочности на растяжение сжатие

<гй = 500 ...520^ предел прочности на срез в

520 __ ... МН

180

nd2 /71,6°

■ 4 1 1 180

3,14 ■

\ nd2

■ 0,392j = 0,98 — r„

I-N 7rd /71,6 ч

arcsinO;95 - 2 • 0,3VO95j = 4 — • 3,14 - 0,57J = 0,68

nd2

-4

этом случае равен: ab 500

Ч

V3 V3 Предельное усилие:

= 289 ...300

у г

/ / f \ 1 <3 I Í

—г —

i

P = ть = (289 ...300)2^ =

"4 МН т.е. P = 22,7 ... 23,6 кН

"2 = 1,5 этом

Рисунок 7 — Схема уменьшения площади сечения штифта при деформации среза

10 Зм работа разрушения при срезе учтем уменьшение усилия Р =

(227 ...236) • 10

При величине а = 0,3г = 0,15^ = 0,15 ■ 10 вдоль одной плоскости составит (при 19,3 ...20,0 кН):

А0 = Р-а = Р ■ 0,15сг = (19,3 ... 20,0) ■ 1,5 ■ 10"3 = (29 ... 30) ■ 10"3кН • м = 29 ... 30 Дж.

Срез проходит по двум плоскостям одновременно и при разрушении штифта будет израсходована энергия: 2А0 = 58 ...60 Дж, для стальных штифтов диаметром 20 мм, она составит 224 ... 240 Дж.

При больших зазорах существенное влияние будет оказывать изгиб штифтов. На рис.8 схематично представлены схема деформации штифтов при установке и последовательном дальнейшем их нагружении.

Рисунок 9 - Предохранительный модуль, устанавливаемый в несущую стойку кабины

Численные расчеты показывают, что величина усилия, при котором происходит разрушение штифта может за счет влияния перекосов изменяться в диапазоне Ро(1±0,18), т.е. от 0,82Ро до 1,18Р& что следует учитывать при проектировании.

Ш

^'Ттф^Т-л

!

зпззз

Для безопасности

повышения кабин нами

пассивном предложена

конструкция предохранительного модуля (патент № 1Ш 118604 Ш. В62 Б 25/04), устанавливаемого в стойку кабины. Часть энергии удара расходуется на разрушение специальных деталей, что снижает энергию расходуемую на деформацию и разрушение кабины. На рисунке 9 показаны вертикальные стойки 1,2,3 соединённые с крышей 4 и основанием 5. В профиль 8 вставлен на резьбе цилиндр 9, а в профиле 7 - цилиндр 11. При ударе по поверхности центральной стойки профиль 6 перемещается до соприкосновения со стержнем 11 (в процессе изгиба).

Дальнейшая деформация связана с передачей усилия на деталь 11 с разрушением втулки 10 (путём среза его днища диаметром рис 9).

Далее происходит изгиб с перемещением профилей 6 и 7 до контакта со стержнем 9 диаметром й2. Его движение связано со срезом резьбы на диаметре т0 есть часть энергии расходуется на разрушение этой детали.

б)

Рисунок 8 - Схемы деформации штифтов при их изгибе

На рисунке 10 показана схема с использованием разрушаемого штифта, который подвергается срезу при воздействии динамической силы Р на деталь 1. Штифт 2 круглого или квадратного сечения разрушается при движении вниз детали 1, при этом происходит срез по двум плоскостям, а опорой штифта 2 является корпус 3. Максимальное усилие среза по двум плоскостям площадью Р равно:

P=2r BF = j=aBF;

(12)

где Tfi и сгв - величины пределов прочности при сдвиге и растяжении-сжатии.

Если перемещение после начала контакта пуансона 1 с штифтом 2, обозначить х, то по мере среза усилие убывает Р(х) ='fli —, (при квадратном сечении штифта размерами dxd). Работа среза равна:

А = I РШх= (^fj-,

(13)

и например, 10~4м2.

стальной штифт при

Г1ПМН

°В = 510-5-;

м,

F =

Р = Тз 510.

10ь

Pd 5,89-10 ГИЮ А = — =-

2 2

10 4 = 5,89 ■ 104Н (58,9 кН) может до разрушения воспринять энер-

Ю"2 л г\2 т

• = 2,95-10 Дж.

Усовершенствованное предохранительное устройство (рис.10 д) содержит верхний ступенчатый нож 1. Предохранительный штифт 2 сначала разрушается первым выступом (обычно длиной 1,2-1,3)«/, затем вторым выступом 4 - и далее третьим выступом 5. Величина работы, затрачиваемой на

разрушение штифта 2 при его характеристиках, указанных выше в численном примере, возрастает в три раза - до ~900 Дж. На практике разрушение штифта происходит при относительной глубине надреза, равной -j = 0,16-0,35 для углеродистых сталей.

Компьютерная модель предохранительного модуля, построенного с помощью пакета прикладных программ Solid Works Simulation (см.рис 11) показывает, что работу, затрачиваемую на разрушение предохранительных элементов, можно увеличить, увеличивая их размеры, но это увеличивает усилия, передаваемые на внутренние рамы корпуса. Применение же предохранительных элементов с фасонными ступенчатыми ножами, обеспечивает последовательное разрушение отдельных участков разрушаемых при ударах штифтов, что позволяет без увеличения размеров значительно увеличить поглощаемую энергию.

отптп

"ЕЕГ

i р р

U L VI А б) Ü' ■ и

_ ! —* ~ —

TFEFtF

в)

Рисунок 10 - Схема работы срезного

предохранительного элемента: а - при срезе центральной части; б - с опорой на два элемента; в - промежуточный этап разрушения штифта; г - при срезе одним ножом; д - при срезе ступенчатым ножом

Рисунок 11 - Компьютерные модели работы предохранительного элемента, построенные с помощью пакета прикладных программ Solid Works Simulation: а - действие нагрузки на предохранительный модуль; б - расчетная схема предохранительного элемента МКЭ; в - распределения напряжений по Мизесу;

г - распределение напряжений в деформируемом элементе модуля

В четвертой главе представлена методика сбора и обработки статистических данных исследования несущей способности центральной стойки кабины трактора.

Машинотракторный парк машин природообустройства относят к опасным производственным объектам. Экспертиза промышленной безопасности этих объектов, связанная с продлением нормативного срока службы, требует применения различных видов неразрушающего контроля. Анализ аварийности и травматизма на предприятиях агрокомплекса показывает, что значительная часть отказов связана с прогрессирующими повреждениями коррозионного и эксплуатационного износа, нарушениями технологии ремонта.

В опыте рассматривалась работоспособность восстановленной стойки В, после ее ремонта методом стыковой сварки в среде защитных газов. Для проведения опыта использована центральная боковая стойка кабины (см. рис. 12). Измерительная схема состоит из двух тензорезисторов, наклеенных на измеряемой стойке и два тензорезистора на компенсационном элементе, выполненном из материала аналогичного материалу стойки. Тензорезисторы сопротивлением 200 Ом, предварительно подключенные по схеме мостика Уитстона к интеллектуальному датчику типа ZET 7111 обеспечивали фиксацию

опытных показаний величин деформаций и усилий. В испытательной машине ZD 10/90 образец (см. рис.12) нагружали с интервалом ЮкН до величины 150кН. Выявили, что средняя величина усилия предельного разрушения составляет 90кН

б)

Рисунок 12 - Экспериментальный образец и компьютерные модели нагружения стойки кабины: а - вертикальное нагружение; б - горизонтальное нагружение

лмс

В работе рассмотрена реализация разработанной методики при решении конкретных

практических задач, связанных с расчетной оценкой пассивной безопасное™ и несущей способно, сти кабин машин природообустройства. Представ-|,iU лены результаты анализа несущей способности тонкостенных элементов конструкции Рассмотрен характер изменения геометрической формы сечений. Исследования показали, что в процессе пластического деформирования сечений величина разрушающей нагрузки Р, действующей на силовые элементы, снижается на 20...60%.

Были проведены экспериментальные исследования напряжений стойки кабины. Тензометрическая установка, используемая для проведения исследований несущей способности центральной стойки состоит из преобразователя интерфейса USB<->CANZET 7174, интерфейса CAN к ПК для подключения измерительных сетей на базе интеллектуальных датчиков.

Лабораторный стенд для исследования статического нагружения стоек включает

первичный преобразователь, состоящий из тензодатчика (тензомоста) и измерительного модуля ZET 7111 Tensometer-CAN, тензорезистор установлен технологическом разрезе, (рис.13 фото стойки).

Рисунок 13 - Стойка и компенсационный элемент в испытательной машине ZD 10/90

Восстановленная стойка Усовершенствованная стойка Новая стойка

150 200

Рисунок 14 - Зависимости напряжений и относительных деформаций для стоек кабин: а - для новых; б - для восстановленных;

в - для усовершенствованных стоек по патенту К и № 118604 Ш;

Ь

4 1.8 |1.6 I

I» 1

» Усовершенствованные » Восстановленные '. Новые

90

95

Усилия нагружения, кН

а)

Усилия нагружения, кН

б)

Усовершенствованная стойка

150 200 <Т(МИа)

Вертикальная нагрузка, стойка после ремонта

Вертикальные нагрузки, новая

В)

Рисунок 15 - Графики опытных данных:

а - вертикального нагружения новых, восстановленных обычным способом

и усовершенствованных (по патенту 1Ш № 118604 Ш); б - горизонтального нагружения новых, восстановленных обычным способом и усовершенствованных (по патенту 1Ш № 118604 Ш)

Горизонтальные нагрузки, новая £% стойка

50 100 150 ст(ММо)

Условия эксплуатации стоек кабины тракторов характеризуется действием широкого спектра внешних нагрузок статического и динамического характера. Для выбора расчётных схем и метода анализа напряженно деформированного состояния (НДС) на испытательной машине ZD 10/90 проведены серии опытов вертикального и горизонтального нагружения несущих стоек кабин.

Расчётный анализ напряжений и деформаций стоек при действии вертикальных и боковых нагрузок выполняем с использованием методов теории упругости и численных методов. Приращение напряжений:

н

F0 4,29-Ю"4 м2 ' v '

значение относительной деформации ДenpodjCp = 0,167 • 10~4.

Для обработки полученных экспериментальных данных испытания прочности центральных стоек кабины трактора Case IH Maxxum 110 использовали методы оптимального планирования эксперимента. Здесь приняты два уровня варьирования при трех переменных: Р - усилие деформации, кН; S - толщина сечения стойки, мм; F -площадь сечения стойки, мм2; (хо - вспомогательная переменная). Постановка полного факторного эксперимента сводится к выбору модели регрессии, выполнению исследований по запланированной схеме расчётов, оценке значимости этих коэффициентов. Применим уравнение регрессии в виде:

у = а0 + + а2х2 + а3*3 + а12х ]*2 + ах 3*1*3 + а23*2*з + ai23*i*z*3; (15) Определим коэффициенты по известным уравнениям:

У = аа + аЛ + а2х2; а, = а2 = a0 = ^f т.е.

„ _ (-1)У1+(+1)У2+(-1)Уз+(+1)У<. „ _ (-1)У1+(-1)У2+(+1)Уз+(-1)У4.

ах----, а2 - - ,

а-о = I Oi + Уг + Уз + У4 + У$ + У в + Уп + УвУ> ao= 112,7

у = 112,7 - 371*! + 159*2 + 47*з + 14*1*2 + З1,6*!*3 + 4,4*2*3 ~ 3*!*2*3; (16)

где <ус - среднее значение напряжения; п - число опытов.

Критерий Кохрена, характеризующий однородность дисперсии:

G = £22i = = 0 3067, (17)

£Di 600,88 ' к '

где G - отношение максимальной дисперсии к сумме всех дисперсий. При числе опытов и = 3 и п - 1 = 2 табличное значение критерия Кохрена равно 0,515 (при уровне значимости 0,05).

Экспериментальный критерий Кохрена = 0,3067, табличный 0,515 при уровне значимости 0,05, то есть экспериментальный не превышает табличный и гипотеза об однородности дисперсии подтверждается. Усреднённая дисперсия Dc - 75,08. По обычным формулам для ортогональных матриц определяем:

ао = 112,7 МПа о/=-371кН, а2= 159мм, а3= 47 мм2 а/2 = 14 кН-мм; Я;з= 31,6 кН-мм2; а^=4,4мм3 аш =-3 кН-мм3 Определяем дисперсию адекватности:

Da=J-TZ=M-<ri)2, (18)

где f = п — щ; п - число опытов; я/ - число проверяемых параметров; ау- средние величины о; oi - величины, определяемые по уравнению регрессии.

Из уравнения регрессии последовательно определяем параметры о,: о, = 112,7-371(-1)+159(-1)+47(-1)+14(-1Н-1)+31,6(-1К-1НЖ-1К-1>3-(-1К-1К-1)=330,7; аналогично: С2= 651,5; 03 = 605,9; 04= 346,7;

о5= -508,5; о6= - 354,4; о7= 165,3;

08= - 5,3, откуда дисперсия адекватности составляет Da - 263,7.

Для проверки адекватности модели используем критерий Фишера

Оа 263,7 Р = — = - = 3,48 йс 75,8

При уровне значимости 0,05 и f = 1, п(п-1)= 16 табличная величина критерия Фишера ^ = 4,49. Поскольку экспериментальная величина не превышает табличную F<), гипотеза об адекватности модели не отвергается.

В пятой главе проведено обоснование технико-экономической эффективности новой конструкции кузовов машин и оборудования природообусройства

Отличительной особенностью усовершенствованного технологического процесса модернизации кабин тракторов является выполнение технологических переходов без демонтажа кабины. В денежном выражении такая модернизация составляет 30800 руб., а по отношению к стоимости ремонта базовым способом в 4,8 раза дешевле.

Усовершенствованный способ ремонта подразумевает выполнение ремонта части кабины, а не замену её целиком. В предлагаемом способе ремонта кабины предусматриваются статьи расходов на внедрение дополнительного оборудования для проверки геометрии кузова, сварочное и монтажное оборудование в размере 714,7 тыс. руб. Экономическая эффективность достигается за счёт исключения трудоёмких операций снятия, установки и замены кабины составляющих в среднем 160 000 руб. По данным "Тверьагроснабкомплект", официального дилера ЗАО "ТД МТЗ" в г. Твери и области в среднем подлежат кузовному ремонту 150 - 170 единиц техники в год, стоимость работы по замене кабины равна 23520 руб. (цена кабины 110 000 руб.).

Экономические показатели эффективности внедрения усовершенствованного процесса ремонта стойки показаны на рисунке 16.

^^ 1 -

Рисунок 16 - Экономические показатели эффективности внедрения усовершенствованной стойки.

Экономический эффект от внедрения новой технологии составит разность между ремонтами, умноженную на их количество за год.

Ээ = (Рс-Рн)-п; (21)

где Ээ - экономический эффект;

Рс - стоимость ремонта по старой технологии; Рн - стоимость ремонта по новой технологии; п - количество ремонтов за расчётное время.

Ээ =(23520 - 11977)- 40,25 = 464 605 руб.

Трудозатраты на изготовление и монтаж новой усовершенствованной стойки составили 14 нормо-часов. Сумма вложения, затраченная на материалы для ремонта одной стойки, составляет 977 руб. Для покрытия издержек предприятию нужно наработать 1858,64 тыс. рублей, что равно 2250 часам, а это примерно 161 ремонт в год.

■ Затраты на заработную плату

■ Амортизационные отчисления

■ Затраты на аренду помещения

■ Затраты нэ расходные материалы

■ Капиталовложения

Основные результаты диссертационной работы

1. Анализ публикаций показывает, что с увеличением энергонасыщенности современных агропромышленных комплексов тракторами марок Case, John Deer, JCB, число погибших операторов составило 13 % от всех погибших на производстве, из них число травмированных механизаторов 78 % от общего числа.

2. Разработана, изготовлена и исследована новая конструкция предохранительного модуля (патент № RU 118604 U1 РФ, МПК B62D25/04 (2006.01)), обеспечивающая повышение безопасности за счет деформации разрушаемых элементов модуля.

3. Выполнен анализ прочности штифтов предохранительного модуля. Рассмотрена задача определения напряженного и деформированного состояния силового взаимодействия срезных штифтов и втулок. Использовано решение уравнения для распределения контактного давления и расчета предельного момента для двух штифтов с учетом их неравномерного нагружения.

4. Исследованы три варианта конструкции предохранительного модуля. Показаны их преимущества и недостатки.

5. Разработана математическая модель определения вертикальной координаты установки предохранительного модуля в центральной стойке кабины. Проведены исследования характеристик пассивной безопасности кабин и выполнен анализ несущей способности каркасов кабин машин природообустройства в зависимости от энергии удара.

6. Полезным эффектом от внедрения предохранительных модулей является повышение пассивной безопасности операторов в аварийных ситуациях за счёт поглощения предохранительным модулем энергии удара вплоть до 200...208 Дж.

7. Экономический эффект от внедрения конструкции предохранительных модулей составляет 464,6 тыс. руб. с периодом окупаемости 5 лет.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

(курсивом выделены работы, опубликованные в изданиях перечня ВАК РФ)

1. Кузьмин Д.Г. Усовершенствование конструкции дисковой фрезы в технологических процессах утилизации автотранспортных средств [текст] / Бровман Т.В. Ухабов С. С. Кузьмин Д.Г. // IV Международная научно-практическая конференция "Экология-образование, наука, промышленность и здоровье". Белгород 2011. 15-18 ноября. Часть 1.Вестник БГТУим. В.Г. Шухова. С. 18-20.

2. Кузьмин Д.Г. Конструкции автотракторных кузовов с предохранительным устройствам [текст] / Бровман Т.В., Кузьмин Д.Г. //Транспорт, наука, техника, управление №12, 2012, Москва; С. 50 -52.

3. Кузьмин Д.Г. Усовершенствование технологического процесса ремонта кузова автотранспортного средства с помощью дисковой фрезы [текст] /Кузьмин Д.Г. // Техника и оборудование для села №4 (190)-2013, Москва; С. 35-36

4. Кузьмин Д.Г. Усовершенствование конструкции кузова автотранспортных систем за счёт внедрения предохранительных модулей [текст]/ Бровман Т.В., Кузьмин Д.Г. // Техника и оборудование для села №5 (191)-2013, Москва; С. 39-40

5. Кузьмин Д.Г. Повышение пассивной безопасности кузова транспортного средства, за счёт внедрения модуля усиления [текст] / Бровман Т.В. // Материалы 3-ей Международной научно-практической конференции "Актуальные вопросы инновационного развития транспортного комплекса". Орел 2013. 21-23 мая. С. 124126.

6. Кузьмин Д.Г. Метод повышения пассивной безопасности кабин машин природообустройства [текст]/ Материалы международной научно-практической конференции "Транспорт, логистика, природопользование-2013". Ереван 2013. 2425 октября. С. 81-85. ISBN 97899941-2-914-0

7. Кузьмин Д.Г. Достижение заданного уровня надёжности элементов конструкции кабин машин и оборудования расчетными методами [текст]/ Материалы международной научно-практической конференции "Транспорт, логистика, природопользование-2013". Ереван 2013. 24-25 октября. С. 85-88. ISBN 978999412-914-0

Патент:

1. Пат. № 1Ш 118604 Ш. В62 Э 25/04 Кузов автотракторного средства / Бровман Т.В. Кузьмин Д.Г.; заявитель и патентообладатель ТвГТУ Заявка: 2012110721/11, заявл. 20.03.2012 опубл. 27.07.2012. №21 - 8с.

Отпечатано ООО «Документ-Центр» г.Тверь, б-р Радищева, 29, тел. 710-321 усл. печ лис. 1,5, Формат 84 х 60, бумага офсетная, печать офсетная, тираж 100 экз. Заказ № 2810

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

тверской государственный технический

университет

На правах рукописи

04201364946

КУЗЬМИН Дмитрий Геннадьевич

МОДЕРНИЗАЦИЯ СРЕДСТВ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КАБИН МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Бровман Т.В.

Тверь 2013

оглавление

введение........................................................................................................... 4

глава 1. анализ безопасности конструкций машин и оборудования

природообустройства............................................. 9

1.1. Оценка безопасности условий труда операторов машин

природообустройства.............................................................. д

1.2. Методики оценки пассивной безопасности кабин

машин и оборудования природообустройства......................................... 14

1.3. Современные способы усиления конструкций кабин

машин и оборудования природообустройства.................................. 17

ВЫВОДЫ.................................................................................. 29

глава 2. исследования характеристик 3 0 пассивной безопасности кабин.........................

2.1. Оценка несущей способности каркасов кабин

машин и оборудования природообустройства.............................. 30

2.2. Расчётная оценка пассивной безопасности............................................... 42

ВЫВОДЫ................................................................................. 50

глава 3. теоретические положения разработки

конструкций предохранительных модулей кабин машин и оборудования

природообустройства......................................... 51

3.1 Анализ процессов деформирования

несущих стоек кабины................................................................................ 51

3.2. Разработка эффективной конструкции предохранительного модуля

пассивной безопасности................................................................ 54

л,

i.

3.3. Исследование процессов разрушения деформируемого элемента

предохранительного модуля........................................................................ 61

3.4. Анализ прочности штифтов предохранительного модуля................. 70

ВЫВОДЫ.............................................................................................. 88

глава 4. исследование несущей способности элементов конструкции кабин машин и оборудования

природообустройства.......................................... 89

4.1. Анализ напряженно-деформированного состояния

металлоконструкций кузовов транспортных средств....................... 90

4.2 Методика проведения исследований нагрузочных факторов на металлоконструкции кабины..................................................... 93

4.3 Построение математической модели исследования......................... 101

ВЫВОДЫ................................................................................. 110

глава 5. рекомендации по внедрению технологических способов повышения пассивной безопасности машин и оборудования

природообустройства......................................................... 111

5.1. Практическая реализация результатов исследования........................ 113

5.2 Экономическая эффективность внедрение средств пассивной безопасности кабин

машин и оборудования.............................................................. 117

ВЫВОДЫ.............................................................................................................. 120

основные результаты и выводы.................................................. 121

список использованных источников............................ 122

приложения................................................................................................... 135

Приложение 1. Данные экспериментальных исследований 135

Приложение 2. Акт внедрения. Патент. 143

введение

Повышению безопасности кабин машин природообустройства были посвящены многие работы Евграфова В.А., Орлова Л.Н., Илинича И.М., Кур-чаткина В.В., Кима Б.Г., Тумасова A.B. и других ученых. От безопасности кабин во многом зависит эксплуатационная надёжность машин природообустройства. Большие работы по разработке конструкций, обеспечивающих безопасность кабин, были проведены в МГТУ им. Н.Э. Баумана, Тульском государственном университете, Нижегородском госуниверситете, Орловском «Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс», МГУЛеса, Иркутском госуниверситете, Уральском государственном лесотехническом университете и других организациях.

Следует указать, что на практике часто встречаются трудности из-за деформаций несущих стоек кабин, возникающих вследствие ударов при авариях, существенно сокращающие жизненное пространство кабины, понижающие несущую способность конструкций. Это свидетельствует об актуальности исследований, направленных на модернизацию средств пассивной безопасности кабин машин и оборудования природообустройства.

Современные машины и оборудование обладают энергонасыщенными двигателями и высокими скоростными возможностями, что обуславливает высокий удельный вес травматизма. К основным причинам травматизма относят неудовлетворительную организацию условий труда - 67 % и эксплуатацию неисправных машин - 31,5%.

В государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы от 14 июля 2012 г. № 717, представлена подпрограмма технической и технологической модернизации, инновационного развития, в которой определены задачи создания конкурентоспособной сельскохозяйственной техники, отвечающей международным требованиям по безопасности и экономичности. В рамках Федеральной целевой программы «Развитие ме-

лиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014 -2020 годы» (распоряжение Правительства Российской Федерации от 22.01.2013 № 37-р) предусмотрено увеличение материально-технических ресурсов мелиоративного комплекса в 2-3 раза.

В условиях ужесточения международных требований к активной и пассивной безопасности машин природообустройства, разработка стратегий и мероприятий по внедрению решений «Задач 1 Амстердамской декларации от 23 января 2009 года Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) по созданию безопасных рабочих мест на транспорте» становится актуальной.

Согласно требованиям ОПТОСОЗ (Общеевропейская Программа по транспорту, окружающей среде и охране здоровья) экологичные и здоровьес-берегающие рабочие места на транспорте (ЭЗРМТ) определяются их надёжностью и пассивной безопасностью, что актуально применительно к транспорту, как важному сектору экономики в котором, только в Европейском союзе занято более 16 млн. человек. Проблема снижения аварийности и травматизма водителей машин природообустройства является актуальной, так как до настоящего времени число травмированных водителей остается стабильно высоким.

По результатам анализа эксплуатационной надёжности кабин тракторов актуальным вопросом является модернизация средств пассивной безопасности по показателям, регламентированным ГОСТ Р41.29-99 (Правила ЕЭК ООН №29).

Важную роль в повышении пассивной безопасности конструкции кабины призваны решать специальные устройства, обеспечивающие поглощение энергии удара и сохранение внутреннего остаточного пространства безопасности операторов в случаях фронтального и бокового ударов.

Вопросам совершенствования конструкций транспортных и технологический машин, повышению их безопасности и надёжности посвящены работы таких ученых как: Селиванов А. И., Артемьев Ю. Н., Саньков В.М., Евграфов В.А., Голубев И.Г.,Орлов P.M., Илинич И.М., Курчаткин В.В., Пучин Е.А., Ким

Б.Г., Каракулев A.B., Лазовский В.В., Кириллов Г.И., Кургачёв И.И., Кряжков В.М., Свирщевский Б.С., Бардышев C.B., Алферов А.К., Луйк И.А., Бразилович Е.Ю., Гуськов В.В., Барам Х.Г., Пржибил П., Demie M., Diligenski Dj. и другие [1-22].

В диссертационной работе представлено обобщение выполненных автором в 2008-2013 исследований в области повышения пассивной безопасности конструкции кабин машин и оборудования природообустройства с помощью специальных устройств, обеспечивающих поглощение энергии удара и сохранение внутреннего остаточного пространства безопасности операторов в случаях фронтального и бокового ударов.

Цель работы заключается в повышении пассивной безопасности кабин машин и оборудования природообустройства за счет установки предохранительных модулей

Задачи исследования заключаются в:

- проведении обзора и анализа аварийности, причин деформаций кабин, современных способов повышения пассивной безопасности кабин машин природообустройства и мелиоративной техники;

- проведении исследований характеристик пассивной безопасности кабин и оценке несущей способности каркасов кабин машин природообустройства, разработке методики определения зависимостей изменения энергии удара, усилий в зоне контакта, перемещений элементов кабины от параметров предохранительного устройства;

- проведении анализа способов испытания кабин, оценке прочности и пассивной безопасности кабины по пластическим моментам сопротивления сечений несущих стоек кабины; исследования несущей способности центральной стойки кабины трактора;

- проведении теоретических исследований конструкций предохранительного модуля пассивной безопасности кабин машин природообустройства;

- проведении статистических исследований работы срезных предохранительных устройств, в которых часть энергии удара расходуется на раз-

рушение специальных деталей, что снижает энергию, расходуемую на дальнейшую деформацию и разрушение корпусов мелиоративных машин;

- разработке методики оптимизации значимых параметров модуля усиления: площади деформированного элемента, величины энергии деформации поглощаемой модулем усиления, толщины сечения стойки кабины мелиоративных и строительных машин;

- обосновании технико-экономической эффективности предлагаемой методики повышения пассивной безопасности кабин тракторов, мелиоративной и строительной техники.

Объектами и предметом исследования явились кабины технологических машин, для которых предметом исследования является процесс повышения пассивной безопасности кабин парка мелиоративных, строительных и машин природобустройства установкой предохранительных модулей.

Методической основой проведенных исследований послужили труды российских и зарубежных ученых, посвященные вопросам повышения безопасности машин в мелиорации, строительстве и природообустройстве. В работе использованы методы математической статистики.

Научная значимость. Получены аналитические зависимости параметров пассивной безопасности кабин от энергии удара, усилий в зоне контакта и перемещений элементов кабины. Решена задача определения напряженного и деформированного состояния силового взаимодействия тел, ограниченных цилиндрическими поверхностями срезных штифтов предохранительного модуля.

Способами компьютерного моделирования выявлены условия статического нагружения стоек кабин для нахождения предельных параметров деформаций кабины.

Получена математическая модель характеристик пассивной безопасности кабин и выполнен анализ несущей способности каркасов кабин машин природообустройства.

Практическая ценность полученных результатов заключается в разработке новой конструкции предохранительного модуля, обеспечивающего поглощение части энергии удара и методики, позволяющей повысить безопасность кабин технологических машин природообустройства, которая включает в себя анализ прочности штифтов предохранительного модуля.

На защиту выносятся следующие положения:

- методические основы оптимизации конструктивных параметров предохранительных моделей, повышающие пассивную безопасность машин природообустройства;

- экономическая оценка эффективности использования разработанной методики по повышению пассивной безопасности кабин машин природообустройства за счёт снижения эксплуатационно-ремонтных затрат.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО ТвГТУ (2012 г.), ФГБОУ ВПО МГУП (2013 г.), ФГБОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина (2012г.), ФГБОУ ВПО Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (2011), ФГБОУ ВПО Орловский государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс (2013), международной научно-практической конференции - Государственный инженерный университет Армении г. Ереван (2013)

Публикации.

Всего по результатам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе один патент, из них 4 в журналах, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 106 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 148 страницах, содержит 56 рисунков и 25 таблиц.

1. АНАЛИЗ БЕЗОПАСНОСТИ КОНСТРУКЦИИ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

1.1. Оценка безопасности условий труда операторов машин

природообустройства

Вопросы анализа пассивной безопасности (ПБ) кабин, деформаций, возникающих в аварийных ситуациях, являются весьма важными. Так же имеет значение выбор конструкций, уменьшающих объём повреждений при авариях.

Вопросам совершенствования конструкций транспортных и технологический машин, повышению их безопасности и надёжности посвящены работы таких ученых как: Селиванов А. И., Артемьев Ю. Н., Саньков В.М., Евграфов В.А., Голубев И.Г., Орлов Б.Н., Орлов Р.М, Илинич И.М., Курчаткин В.В., Ким Б.Г., Каракулев А.В., Лазовский В.В., Кириллов Г.И., Кургачёв И.И., Кряжков В.М., Свирщевский Б.С., Бардышев C.B., Алферов А.К., Луйк И.А., Бразилович Е.Ю., Барам Х.Г., Пржибил П., Demie M., Diligenski Dj. и другие [1-22].

По данным Росстата за период, с 2006 по 2012 год в РФ водители и трактористы получали травмы соответственно: в дорожно-транспортных происшествиях 69,3 и 68,0% (от общего числа несчастных случаев); в результате захватов и ударов 11,5 и 19,8%; в результате падений пострадавшего 4,1 и 2,4%; в результате электропоражений 2,2 и 1,5%; в результате температурных воздействий 3,8 и 3,1%; в прочих травматических ситуациях 9,2 и 5,2%.

Количество травм в результате опрокидывания на 10 ■ 106 тракторов в Швеции за период с 1990 по 2012 год с установленной системой защиты от опрокидывания (ROPS) уменьшилось в 20 раз [23] см. рисунок 1.1.

Согласно положению ISO 8082 и требованиям ГОСТом Р 41.29-99 (Правила ЕЭК ООН №29) элементы кабины проектируются под определённые нагрузки, с возможностью защиты водителя при аварии или опрокидывании.

% тракторов

Количество травм с

_ Общие число__Число тробм со _ Число тракторов

травм смертельным с (ЮР5

исходом

Рисунок 1.1- График снижения травматизма, при опрокидывании

тракторов, оснащенных системой от опрокидывания (ЯОР8) в Швеции за период с 1985 по 2010 год

Основными причинами деформаций кабины являются: механические повреждения; коррозия металла; разрушение противокоррозионного покрытия. Механические повреждения в основном возникают при столкновениях, опрокидывании трактора, например, вмятины или нарушение основных размеров и формы кабины.

При столкновении могут произойти повреждения, когда ремонта или замены требует часть деталей или кабины в сборе.

На рисунке 1.2 представлена статистика аварий со смертельным исходом из общего количества аварий по данным Европейского совета по безопасности дорожного движения в странах Европы. График показывает, что в странах с более жесткими требованиями к пассивной безопасности на рисунке 1.2 (слева) и в странах, пока не принявших жестких мер на рисунке 1.2 (справа) в 2010 году 35 тысяч человек погибли в аварийных ситуациях[24].

-20%

NO LV ES BG RO HU IE CZ SK IT PT AT IL CH LT FR SI UK LU NL BE PL FI DE RS MT

Рисунок 1.2 - Диаграмма количества дорожно-транспортных происшествий в странах Европы

14 апреля 2009 года ETSC (Европейское консульство по безопасности транспорта) в рамках мониторинга динамики дорожной безопасности (Road Safety Performance Index - PIN) обнародовало план по сокращению количества смертей на дорогах на 50%. Класс безопасности транспортных средств по программе Euro NCAP (The European New Car Assessment Programme), выявил места наиболее частых воздействий на кабину трактора при авариях в расчете на 1000 ДТП (см. рис. 1.3) [25].

Конструкция трактора должна обеспечивать возможность установки, защитных устройств, обеспечивающих сохранение зоны безопасности в кабине при опрокидывании трактора и случайном падении предметов на кабину (ГОСТ 12.2.121-88).

Как правило, повреждения кабины приводят к возникновению различных его перекосов, которые проявляются в нарушении геометрических параметров проемов (дверей, капота, крыши), рамы, каркаса кабины. Ремонт перекосов выполняют путем восстановления поврежденных элементов правкой, усадкой, вытяжкой, рихтовкой либо заменой узла в сборе.

По данным аналитического агентства «Автостат» в результате мониторинга выявлено, что основными видами аварий являются столкновения (44,1% - фронтальные, 28,4 - боковые), опрокидывания (21,8%), наезды на препятствия (4,3%). В результате происшествий травмы получают: трактористы - машинисты - 37,6%; водители - 32,2%; ИТР - 17,2%; рабочие - 11,8% (см