автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Повышение безопасности и улучшение условий труда оператора в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства

На правах рукописи

ДМИТРИЕВ Михаил Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ ТРУДА ОПЕРАТОРА В ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (отрасли АПК)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

6 ДЕК 2012

Санкт-Петербург - Пушкин - 2012

005056768

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия»

Научный консультант: Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Горшков Юрий Германович

Официальные оппоненты: Пьядичев Эдуард Васильевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университета, профессор кафедры безопасность технологических процессов и производств Иванов Николай Игоревич,

доктор технических наук, профессор, Балтийский государственный технический университет (ВОЕНМЕХ) им. маршала Советского Союза Д.Ф. Устинова, заведующий кафедрой экологии и безопасности жизнедеятельности Шкрабак Владимир Владимирович, доктор технических наук, доцент, Автономная некоммерческая научно-исследовательская организация «Институт медоварения», г. Санкт-Петербург, заместитель генерального директора по научно - инновационной деятельности

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»

Защита состоится «25» декабря 2012 г., в 14 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д 220.060.05 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196601, г. Санкт-Петербург - Пушкин, Петербургское шоссе, 2, ауд. 2.529.

Email: uchsekr@ spbgau.ru; salova_tus@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «/& » НОЯБРЯ 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета У/у^/у

доктор технических наук, профессор /Лт/^ Салова Тамара Юрьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Агропромышленное производство Российской Федерации является важнейшей структурной составляющей народного хозяйства. С точки зрения безопасности труда сельское хозяйство далеко от совершенства, так как травматизм и заболеваемость работников остаются весьма высокими.

Согласно имеющимся статистическим данным показатели травматизма в агропромышленном производстве почти в 1,5 раза выше, чем в целом по народному хозяйству РФ. При этом отмечается, что наибольший удельный вес в сельском хозяйстве занимают несчастные случаи, происходящие при выполнении транспортно-технологических процессов.

Показатели травматизма и профзаболеваемости среди операторов транспортных и технологических машин в три раза выше, чем в целом по отрасли.

Главными причинами травматизма являются: недостаточная квалификация операторов, неудовлетворительное техническое состояние и конструктивные недостатки машин, а также низкий уровень обеспечения нормальных параметров производственной среды. Это свидетельствует о том, что цель повышения безопасности и улучшения условий труда операторов в транспортно-технологических процессах в АПК не может быть достигнута без исследования и совершенствования системы «оператор-машина-среда» (О-М-С).

Характеристики «оператора» (как элемента системы «О-М-С») оказывают существенное влияние на безопасность протекания транспортно-технологического процесса сельскохозяйственного производства. В частности, они обуславливают степень утомления, являющейся непосредственной причиной дорожно-транспортных происшествий (ДТП) и других аварийных ситуаций. Утомление также вызывает снижение производительности труда.

В научных исследованиях констатируется тот факт, что степень совершенства конструкции «машины» и ее приспособленность к физиологическим возможностям «оператора» оказывают значительное влияние на безопасность функционирования системы «О-М-С». Несмотря на это обстоятельство, большинство современной отечественной мобильной сельскохозяйственной техники недостаточно приспособлено к выполнению технологической настройки. При этом существующие на сегодняшний день методы оценки приспособленности сельскохозяйственных машин не позволяют получить достаточно объективную количественную оценку этого фактора.

Кроме того, в настоящее время в организациях АПК России наибольший удельный вес занимают устаревшие транспортные и технологические машины, конструкция которых не позволяет в достаточной степени ограничить или избежать возникновения ряда неблагоприятных явлений, связанных с их недостаточно высокими тягово-сцепными свойствами, буксованием, гидроскольжением, тормозными качествами и др., зачастую служащих причиной возникновения опасных ситуаций. При этом существующие технические средства для улучшения динамики мобильных машин, применяемые в других отраслях, практически не используются в сельском хозяйстве по причине их высокой стоимости, сложности в изготовлении и эксплуатации.

Следует также отметить, что одной из причин травмирования и гибели операторов являются возгорания мобильных машин. При этом имеющиеся первичные средства пожаротушения чаще всего оказываются недостаточно эффективными и

3

не всегда позволяют избежать участия работников в процессе ликвидации очага возгорания.

«Среда», являясь элементом системы «О-М-С», также оказывает значительное воздействие на безопасность функционирования данной системы. Так, например, исследованиями установлено, что операторы мобильных машин сельскохозяйственного назначения находятся в дискомфортных условиях микроклимата до 12 % рабочего времени в весенне-осенний период года и до 76 % - в летне-зимний период.

При проведении полевых работ в воздухе рабочих зон присутствует пыль и другие вредности. При этом отмечается, что используемые в сельском хозяйстве средства обеспечения нормальных параметров производственной среды недостаточно эффективны.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что повышение безопасности и улучшение условий труда операторов при функционировании системы «О-М-С» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства является на сегодняшний момент важной народнохозяйственной проблемой.

Цель работы. Повышение безопасности и улучшение условий труда операторов транспортных и технологических сельскохозяйственных машин путем совершенствования элементов системы «оператор - машина — среда».

Объект исследования. Функционирование системы «оператор - машина - среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства.

Предмет исследования. Закономерности влияния элементов системы «оператор — машина - среда» на безопасность ее функционирования.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту. Обоснован показатель риска системы «оператор - машина - среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства, дающий возможность количественно оценить уровень безопасности и условий труда операторов мобильных машин, отличающийся от существующих тем, что учитывает удельную травмоопасность машины, а также комплексное воздействие на оператора факторов производственной среды.

Предложен и обоснован обобщенный показатель, позволяющий количественно оценить приспособленность сельскохозяйственной техники к выполнению технологической настройки и определяемый на основе балльной методики оценки таких параметров, как удобство, доступность, сложность, безопасность, трудоемкость и частота выполнения технологических регулировок.

Обоснован и разработан ряд автоматических технических устройств, позволяющих повысить безопасность функционирования системы «оператор — машина -среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства за счет улучшения тягово-сцепных и тормозных качеств мобильных машин в различных условиях эксплуатации, осуществления оперативного тушения возгораний на мобильной технике и обеспечения допустимых параметров производственной среды на рабочем месте оператора. Они отличаются простотой конструкции и не требуют высокой квалификации при их техническом обслуживании.

Практическая ценность. Результаты исследования могут быть использованы научно-исследовательскими и конструкторскими организациями при разработке и совершенствовании способов и средств повышения безопасности транспортно-технологических процессов сельскохозяйственного производства.

Предложенные показатель риска системы «оператор - машина - среда» и обобщенный показатель приспособленности сельскохозяйственной техники к выполнению технологической настройки могут использоваться в процессе испытания, эксплуатации, а также проектирования машин для получения достаточно объективной количественной оценки уровня их безопасности. Кроме того, результаты исследования могут быть рекомендованы в качестве материалов для совершенствования соответствующих ГОСТов.

Обоснованные и разработанные автоматические устройства, позволяющие снизить вероятность возникновения отрицательных явлений (буксование, гидроскольжение, заносы и др.), связанных с низкими динамическими качествами мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения, могут найти широкое применение в практике организаций АПК России и позволят повысить уровень безопасности операторов указанных машин.

Предложенная автоматическая система пожаротушения на мобильных машинах дает возможность оперативной ликвидации очагов возгорания, что препятствует распространению пожаров и способствует повышению безопасности работников АПК.

Обоснованные технические средства обеспечения нормальных уровней параметров производственной среды (устройства для поддержания нормального температурного режима, снижения запыленности) позволяют снизить риск профзаболеваний и травм, связанных с нарушением функционального состояния операторов.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования рекомендованы к внедрению Министерством сельского хозяйства Челябинской области (имеется протокол заседания НТО). Метод комплексной оценки приспособленности сельскохозяйственной техники к выполнению технологической настройки одобрен и внедрен во Всероссийском научно-исследовательском институте охраны труда в сельском хозяйстве (г. Орел, 2003 г.), а также в АОЗТ «Чесменское» (Челябинская обл., с. Чесма). В данной организации также внедрены усовершенствованные механизмы регулирования рабочих органов зерноуборочных комбайнов. Автоматическое устройство для тушения пожаров на особо опасных участках производства внедрено в ОАО «Челябинский механический завод» (г. Челябинск). В ОАО «Челябинский механический завод» (г. Челябинск) также внедрено устройство для разбрасывания сыпучих материалов под ведущие колеса транспортного средства. Кроме того, указанное устройство используется в ГУППРСД (Челябинская обл., с. Октябрьское) и ООО «Энергия ЧТЗ» (г. Челябинск). В данных организациях также внедрено быст-росъемное траковое приспособление для повышения проходимости мобильных колесных машин. Устройства для разбрасывания сыпучих материалов под ведущие колеса транспортного средства также используются в ООО ПКФ «Механик - гарант», ООО «Головное специализированное конструкторское бюро ЧТЗ», ООО «Транспорт ЧТЗ», ООО «Рифейэнергомонтаж». В ООО «Головное специализированное конструкторское бюро ЧТЗ» и ООО «Рифейэнергомонтаж» внедрено автоматическое устройство для подогрева пола кабины. Автоматический механизм блокировки простого шестеренчатого дифференциала и комбинированное устройство для поддержания нормальных параметров воздушной среды в кабинах мобильных машин внедрены в ТОО «Восток - ТБК» (Республика Казахстан), ООО «Элком-Инвест», ООО «ТрансИнвест» (г. Челябинск). В ООО «Доминанта» и ООО «Капиталстрой» (г. Челябинск) используется устройство для удаления пыли и грязи из кабин технологиче-

ских и транспортных машин (система «вентиляция-пылесос»). В ООО «Капиталстрой» также внедрено автоматическое устройство для поддержания норм давления в пнематических шинах. Вышеизложенное подтверждается актами внедрения (2003...2010 гг.).

Материалы диссертации используются в учебном процессе Челябинской государственной агроинженерной академии (ЧГАА), Южноуральского государственного университета (ЮУрГУ), Костанайского инженерно-экономического университета (КИнЭУ), Костанайского государственного университета (КГУ) и включены в учебное пособие: Безопасность жизнедеятельности (Безопасность труда в сельскохозяйственном производстве). - Челябинск, 2008 (с грифом «Рекомендовано УМО вузов РФ по агроинженерному образованию»).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на международных научно-технических конференциях ЧГАА (ЧГАУ) (г. Челябинск, 2001...2010 гг.), ЮУрГУ (г. Челябинск, 2004...2009 гг.), всероссийских научно-технических конференциях СПбГАУ (г. Санкт-Петербург, 2011 г.), МАДИ (г. Челябинск, 2005, 2006), на научно-технических конференциях КИнЭУ (г. Костанай, 2004...2007 гг.). Отдельные положения работы отмечены грантом Министерства образования и Правительства Челябинской области (2002,2003 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 57 печатных работах, в том числе 20 работ опубликованы в центральных изданиях; получено 7 патентов на полезную модель и 3 — на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 340 страницах машинописного текста и включает 33 таблицы, 118 рисунков. Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографии (314 наименований) и 45 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель исследования, изложены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе «Состояние проблемы и задачи исследования» освещено состояние травматизма в агропромышленном комплексе РФ, определены основные причины травмирования работников АПК, приведен анализ существующих исследований, посвященных влиянию элементов системы «оператор - машина - среда» на безопасность ее функционирования, а также рассмотрены существующие оценочные показатели условий и охраны труда.

В Российской Федерации уровни травматизма и профессиональной заболеваемости до сих пор остаются на весьма высоком уровне. При этом сельскохозяйственное производство по данным показателям занимает первое место среди других отраслей народного хозяйства. Достаточно отметить, что число и тяжесть дорожно-транспортных происшествий в сельском хозяйстве составляет около 60 % всех ДШ в стране. Согласно Росстату, коэффициент частоты травматизма в АПК составил 3,6 против 2,1 в целом по Российской Федерации.

Результаты статистических исследований также показывают, что уровни травматизма и профзаболеваемости среди операторов мобильных сельскохозяйственных машин в три раза выше, чем в целом по отрасли.

Проблеме повышения безопасности труда операторов сельскохозяйственной

&

техники посвящены работы Улицкого, Русака, Козлова, Шкрабака, Лапина, Горшкова, Гальянова, Олянича, Митрофанова, Гавриченко, Куплевацкого и многих других ученых.

Результаты их исследований позволяют сделать вывод, что безопасность труда операторов сельскохозяйственных машин необходимо рассматривать в рамках системы «оператор-машина-среда» (О-М-С). Установлено, что на безопасность протекания транспортно-технологических процессов в сельском хозяйстве значительное влияние оказывают характеристики человека-оператора (его квалификация, возраст, физическое и психофизиологическое состояние и др.). Разработанные и эксплуатируемые в настоящее время сельскохозяйственные мобильные машины несовершенны с точки зрения обеспечения безопасности их функционирования. В частности, это выражается в недостаточной приспособленности сельскохозяйственной техники к выполнению ее технологической настройки; отсутствием или несовершенством технических средств, предотвращающих или уменьшающих воздействие ряда неблагоприятных явлений (буксование, гидроскольжение, возгорание и др.), снижающих безопасность операторов. Кроме того, высокий уровень профза-болеваемости и травматизма работников АПК вызван неудовлетворительным состоянием производственной среды. При этом имеющиеся на сегодняшний день технические средства для поддержания нормальных параметров рабочей среды недостаточно эффективны.

Анализ проведенных исследований, посвященных вопросам оценки уровня безопасности труда, показал, что существующие в настоящее время оценочные методы либо не определяют количественные характеристики безопасности системы «О-М-С», либо могут быть использованы в качестве оценки лишь отдельных показателей безопасности ее функционирования. Кроме того, многие из них являются чрезвычайно трудоемкими.

Все вышеизложенное свидетельствует о том, что возникает проблемная ситуация. С одной стороны в настоящее время разрабатываются и внедряются более совершенные транспортные и технологические сельскохозяйственные машины, призванные облегчить и обезопасить труд работников сельскохозяйственного производства, с другой стороны травматизм и профзаболеваемость при эксплуатации мобильной сельскохозяйственной техники находятся на высоком уровне.

В связи с этим в настоящее время существует важная научная и народнохозяйственная проблема повышения безопасности и улучшения условий труда операторов при функционировании системы «оператор - машина - среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства.

Анализ литературных источников и научных исследований позволяет выдвинуть следующую гипотезу: повышение безопасности и улучшение условий труда работников агропромышленного комплекса, участвующих в транспортно-технологических процессах, может быть достигнуто путем установления закономерностей влияния элементов системы «О-М-С» на безопасность ее функционирования и совершенствованием указанных элементов.

Для решения выявленной проблемы и подтверждения сформулированной гипотезы были определены следующие задачи исследования:

- обосновать показатель безопасности системы «О-М-С», с учетом характеристик каждого из ее элементов и их влияния на систему в целом;

- разработать обобщенный показатель приспособленности (безопасности и эрго-номичности) сельскохозяйственной техники к выполнению технологических регулировок и методику оценки параметров приспособленности;

- обосновать и разработать технические средства, обеспечивающие улучшение условий труда операторов и повышение безопасности функционирования системы «О-М-С» в транспортно-технологическом процессе;

- дать экономическую оценку эффективности результатов исследования.

Во второй главе «Теоретические предпосылки исследования» приведено обоснование показателя риска системы «оператор - машина - среда» с учетом характеристик каждого элемента данной системы, а также обобщенного показателя приспособленности сельскохозяйственной техники к выполнению технологических регулировок.

Указанный обобщенный показатель позволяет оценить приспособленность каждой конкретной регулировки, отдельных рабочих органов и машины в целом. Он включает в себя параметры удобства, доступности, сложности и безопасности, оцениваемые при помощи экспертов по десятибалльной системе. При его обосновании были учтены:

- число регулировок рабочего органа: ш;

- число оцениваемых параметров приспособленности: п;

- вариация баллов при оценке: те [1... 10];

- нормированный показатель приспособленности 0 < П < 1.

Конструкция показателя записывается формулой:

П = А-Б] + В-82 + С-83, (1)

п „

где Б, = - сумма баллов при оценке регулировки; 82 = £г,2 - сумма квадратов

¡=1

баллов; 83 = ¿г? - сумма кубов баллов.

1=1

Эти суммы принимают наименьшее значение, если все показатели приспособленности данной регулировки оценены баллом 1, при:

81=п,82=п,83=пиП = 0.

Среднее значение суммы принимают в случае, когда все показатели приспособленности регулировки имеют оценку 5 баллов:

Б, = Б ■ п, = 25 • п, Б3 = 125 • п и П = 0,5.

Максимальное значение сумм будет при следующих значениях: Б, = 10-п, Б2 =100-п, 83 =1000-П И П = 1.

Указанные условия позволяют определить, что:

С-п = -1/360; В-п = 1/24; А-п =-7/180.

Подставив найденные значения А, В, С в формулу (1) и сделав элементарные преобразования, получим формулу для оценки приспособленности каждой технологической регулировки:

360-п ' (2)

Зависимость величины обобщенного показателя приспособленности для каждой регулировки от суммы баллов при оценке параметров приспособленности

представлена на рисунке 1.

Обобщенный показатель приспособленности для каждого рабочего органа машины определим по формуле средней геометрической. Таким образом, этот показатель будет иметь вид: _

Про=^Пр1-Пр2-...-Прт. (3)

Обобщенный показатель оценки приспособленности к технологической настройке машины в целом находим как сводный показатель:

П (4)

где Р - количество рабочих органов (узлов) машины, имеющих технологические регулировки.

Предложенный обобщенный показатель определяет характеристики машин с точки зрения их безопасности только в процессе регулирования и не дает возможность оценить уровень безопасности мобильной сельскохозяйственной техники при непосредственном выполнении транспортно-технологических процессов.

Рисунок 1 — Зависимость обобщенного показателя приспособленности технологической регулировки от суммы баллов экспертной оценки параметров приспособленности (при условии, что все параметры оценены одинаковым баллом)

Для решения этой задачи предлагается использовать следующие показатели.

Показатель вероятности безопасной работы оператора:

р[Б]=1-1о1-М(т), (5)

где М(т) - математическое ожидание суммарной продолжительности опасных ситуаций в течение времени смены (к>), определяемое как:

М(г) = К(10)-х, (6)

где >5(г0) - математическое ожидание числа опасных ситуаций в интервале времени (0,1^,); т - математическое ожидание длительности опасной ситуации.

Коэффициент удельной травмоопасности, позволяющий сравнить уровень безопасности труда на машинах различной конструкции, но одного назначения:

К^ТЛГ'КОо), (7)

где — число опасных ситуаций на единицу выполненной за смену работы.

Предложенные показатели, позволяя количественно оценить качественный показатель «безопасность труда», дают возможность обосновать и разработать эффективные мероприятия по повышению уровня безопасности труда на сельскохозяйственных машинах. Однако, они не учитывают состояние среды на рабочем месте оператора.

«Среда» как элемент системы «О-М-С» может быть оценена показателем времени вредного и потенциально опасного пребывания на рабочем месте. Чем выше

его значение, тем хуже условия труда операторов. Данный показатель выражается следующей зависимостью:

Т,о.=Тсм(1-К), (8)

где Тсм - продолжительность рабочей смены, ч; К - комплексный коэффициент (О < К < 1), учитывающий совокупное воздействие факторов условий труда.

Он определяется по формуле:

1

(9)

К = -

1

1

1

Кл

ф1 Лф2 Л-фп

гДе Кф1)Кф2,Кфп - факторные коэффициенты, показывающие долю сменной выработки, которая может быть реализована при производстве сельскохозяйственных работ за смену с пребыванием операторов мобильных машин в кабине при условии обеспечения безопасного и безвредного производственного процесса, п - количество учитываемых факторов условий труда.

Факторные коэффициенты рассчитываются следующим образом:

(10)

где ТД1 - время ежесменного безопасного и безвредного пребывания оператора на рабочем месте с учетом воздействия ¡-го фактора условий труда, ч.

В качестве примера приведена номограмма зависимости времени ежесменного безопасного и безвредного (допустимого) пребывания оператора в кабине мобильной сельскохозяйственной машины от концентрации нетоксической пыли при условии, что Тсм = 8 часов (рисунок 2).

«5

ееа

Рисунок 2 - Номограмма допустимого времени пребывания оператора на рабочем месте (Тд ) в зависимости от содержания

нетоксической пыли в рабочей зоне (X - содержание пыли в воздухе рабочей зоны в % от предельно допустимой концентрации ПДК) (график функции Т, = <),ООООЗХг - 0,045Х + 21)

" Тд'4 Из графика видно, что с увеличением концентрации пыли допустимое время работы оператора сельскохозяйственной машины (Тд) уменьшается. С другой стороны, приближение одного из факторов условий труда к нормативному значению снижает время вредного и потенциально опасного пребывания на рабочем месте (рисунок 3).

Однако, ввиду того, что уровни факторов условий труда на рабочем месте могут изменяться в процессе выполнения сельскохозяйственных операций, время ежесменного безопасного и безвредного (допустимого) пребывания оператора в кабине следует определять равенством:

Т» - X (Тди ^фу) /Тсм, н /

где т время ежесменного безопасного и безвредного (допустимого) пребывания оператора на рабочем месте с учетом воздействия і-го фактора условий труда і - го уровня; продолжительность воздействия і-го фактора условий труда і - го

уровня; ш - количество уровней фактора условий труда.

Подставив зависимости (10) и (11) в уравнение (9), получим окончательную формулу для определения комплексного коэффициента:

к--=-т-1-т~-• (12)

н ¡-| /

Приближение одного из факторов условий труда к нормативному значению повышает комплексный коэффициент (К) и, следовательно, снижает время вредного и потенциально опасного пребывания на рабочем месте.

Например, зависимость величины показателя времени вредного и потенциально опасного пребывания оператора сельскохозяйственной машины на рабочем месте от концентрации пыли можно определить следующим образом.

Если все другие факторы условий труда имеют нормативное значение, т. е. факторный коэффициент для каждого из них равняется единице (при восьмичасовой рабочей смене), то:

К = кфп, (13)

где Кфп- факторный коэффициент, учитывающий воздействие запыленности.

Так как время ежесменного допустимого пребывания оператора в кабине мобильной сельскохозяйственной машины с учетом воздействия запыленности определяется зависимостью Тд =0,00(ЮЗХ2 -0,045Х + 21(см. рисунок 2), то с учетом формул (10) и (11):

¿^(О.ООООЗХ? -0.045Х + 21)/тсм

кфп=^---'—. а4)

* см

где X,- концентрация пыли в кабине (%, ПДК).

Подставив уравнение (14) в формулу (8), получим зависимость показателя времени вредного и потенциально опасного пребывания оператора от уровня запыленности на рабочем месте:

Т„о. =ТСМ -Ё^(0,00003Х? -0,045Х + 21)/Тсм. (15)

График данной зависимости представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Зависимость показателя времени вредного и потенциально опасного пребывания на рабочем месте (Т,.0) от содержания нетоксической пыли в кабине мобильной сельскохозяйственной машины (X - содержание пыли в воздухе рабочей зоны в % от предельно допустимой концентрации ПДК)

Показатели, обоснование которых

приведено выше, позволяют определить характеристики элементов «машина» и «среда» с точки зрения их влияния на безопасность функционирования системы «О-М-С».

Оценивать уровень безопасности системы «О-М-С» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства предлагается с помощью показателя риска, нормируемого от нуля до единицы (0 < В. < 1). При этом, для достижения наивысшего уровня безопасности системы необходимо стремиться к тому, чтобы данный показатель имел наименьшее значение, то есть стремился к нулю:

II->0. (16)

Величина риска, означающая вероятность несчастного случая в процессе выполнения транспортных и технологических операций, зависит от характеристик каждого из элементов системы «оператор — машина — среда».

Одной из основных характеристик «оператора», влияющей на безопасность функционирования системы «О-М-С», является его квалификация. Оценить квалификацию водителя транспортного средства, используемого в агропромышленном производстве, а также тракториста-машиниста можно по системе, применяемой ранее — его классностью (1-й, 2-й и 3-й классы). Более высокая квалификация оператора (1-й класс) позволяет уменьшить вероятность его ошибочных действий, снижающих безопасность труда, т.е. приведенные выше критерии могут быть использованы при оценке риска системы «О-М-С».

Состояние машины в системе «О-М-С» может быть оценено коэффициентом удельной травмоопасности (Ку) (выражение (7)). В период с 2006 по 2009 гг. в организациях АПК Челябинской области были проведены исследования реальных производственных процессов (комбайновая уборка зерновых культур, перевозка грузов, обработка почвы и др.) с целью определения количества опасных ситуаций. Результаты показали, что максимальное значение данного коэффициента для различных типов мобильных сельскохозяйственных машин составляет 10 едУга (10 ед./10 км - для транспортных машин). Данная величина характеризует наиболее изношенную технику, не оснащенную системами активной безопасности.

«Среда» как элемент системы «О-М-С» может быть оценена показателем времени вредного и потенциально опасного пребывания оператора на рабочем месте (Тв о), определяемого зависимостью (8). Чем выше его значение, тем хуже условия труда операторов. При восьмичасовой рабочей смене максимально возможное значение этого показателя составляет Тв0 = 8 ч.

Исходя из вышеизложенного, структуру модели показателя риска системы «О-М-С» можно записать следующим образом:

Я = а-К + р.Ку+уТи., (17)

где К - класс оператора; Ку - коэффициент удельной травмоопасности машины; Тв о — показатель времени вредного и потенциально опасного пребывания оператора на рабочем месте; а, Р и у - параметры математической модели.

Для вычисления значений а, Р и у определим следующие условия:

1) если К = 3; Ку= 10; Тво = 8, то Я=1, то есть, риск максимален. С учетом этого получим уравнение:

а-3+р-10 + у-8 = 1. (18>

2) если К = 2; Ку= 5; Тв, = 4, то Я = 0,5 (вероятность несчастного случая составляет 50 %), следовательно:

а-2 + р-5+у-4 = 0,5. (1У->

3) если К = 1; К = 0; Тв 0 = 0 (идеальные условия), то:

ц=а = 0. (20)

Если допустить, что уровень квалификации оператора, безопасность машины и состояние производственной среды вносят одинаковую долю в формирование риска системы «О-М-С», тогда из уравнений (18) и (19) вычислим, что р - 0,033 и у

= 0,0417. лг-ыг =

Однако класс оператора (К) может принимать только три значения (К - 1, к

2; К = 3). Параметр а будет зависеть от значения К:

а = Г (К) (21)

Из уравнений (18), (19) и (20) получим выражение для определения параметра а:

а = -0,0275К2+0,165ЯС-0,13& (22)

Подставив уравнение (22) и ранее найденные значения параметров р и у в выражение (17), получим окончательную формулу показателя риска системы «О-М-С»: Я = 0,0417- Т„ +0,033- Ку -0,0275 К3 +0,1655 К2 -0,138-К. (23)

Из графиков (рисунки 4, 5 и 6), построенных на основании выражения (23), видно что при более высоком уровне квалификации оператора риск несчастного случая уменьшается. Например, повышение квалификации оператора с 3-го класса до 1-го уменьшает вероятность возникновения несчастного случая примерно на 33 /о.

Рисунок 4 - Зависимость показателя риска (Я) от класса оператора (К) при условии, что Т, о = 4 и Ку = 5

Рисунок 5 - Зависимость показателя риска (Я ) от коэффициента удельной травмоопасности (Ку) при условии, что Т. о =4 и К = 2

Рисунок 6 - Зависимость показателя риска ( Я ) от показателя времени вредного и потенциально опасного пребывания на рабочем месте (Т,.о) при условии, что Ку = 5 иК = 2

Снижение значений коэффициента удельной травмоопасности и показателя єни вредного и потенциально опасного пребывания оператора на рабочем мес-

13

те также приводит к повышению безопасности функционирования системы «О-М-С». Так, уменьшение коэффициента удельной травмоопасности на 50 % снижает значение показателя риска примерно на 0,17, а увеличение времени вредного и потенциально опасного пребывания оператора на рабочем месте на 2 часа приводит к повышению значения показателя риска более чем на 0,08.

Таким образом, зависимость (23) для определения риска системы «О-М-С» может служить оценочным показателем, позволяющим получить количественную информацию о состоянии условий и охраны труда операторов мобильных машин, эксплуатируемых в сельскохозяйственном производстве, и на ее основе разработать мероприятия, направленные на повышение их безопасности.

В третьей главе «Обоснование и разработка технических средств для повышения безопасности функционирования системы «оператор - машина - среда»» представлены устройства для повышения безопасности транспортно-технологических процессов в сельском хозяйстве и приведено обоснование их основных параметров.

Значительную часть времени колесные машины, используемые в сельском хозяйстве, работают в условиях плохих дорог и бездорожья. В этих условиях простые шестеренчатые дифференциалы, которыми оснащена трансмиссия большинства машин, являются причиной ухудшения их тягово-сцепных свойств и проходимости, снижения уровня безопасности операторов и приводят к технологическим отказам и нарушению экологического баланса вследствие буксования ведущих колес. В данной ситуации улучшение тягово-сцепных свойств мобильных машин может быть достигнуто путем введения в их трансмиссию механизмов блокировки дифференциала. Однако большинство из существующих в настоящее время механизмов обладают большим внутренним трением и требуют больших конструктивных изменений в дифференциале или полной его замены.

В связи с этим нами был разработан автоматический механизм блокировки простого шестеренчатого дифференциала (рисунок 7), работающий на принципе тангенциальных сил инерции, возникающих при угловых ускорениях буксующего колеса (патент № 94917).

Рисунок 7 - Принципиальная схема автоматического механизма блокировки простого шестеренчатого дифференциала автомобиля ЗиЛ-433100: 1 - наружная обойма; 2 - сепаратор с роликами и пружинами; 3 - звездочка; 4 - корпус дифференциала; 5 - стопорное кольцо

Угловое ускорение ведущего колеса, при котором происходит включение блокирующего механизма, является важнейшим параметром для определения его чувствительности. Оптимальная чувствительность блокирующего механизма к включению должна быть такой, чтобы последний не включался на повороте, при интенсивном трогании с места, и обеспечивалось бы его автоматическое включение при раздельном буксовании ведущих колес.

Угловое ускорение ведущих колес при разгоне автомобиля максимальной интенсивности на пределе сцепления колес с дорогой определяется по формуле:

е = (24)

* «тк '

где % - ускорение свободного падения; у - коэффициент загрузки ведущих колес весом автомобиля; <р - максимальный коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой; 8 - коэффициент учета вращающихся масс автомобиля; гк - радиус деформированного колеса. Максимальное угловое ускорение ведущего колеса при разгоне автомобиля ЗиЛ-433100, подсчитанное по формуле (24) составляет еф = 4,8 рад/с .

Максимальное угловое ускорение наружного ведущего колеса при движении автомобиля на повороте составляет:

ее=—?--(25)

где В - средняя ширина колеи ведущих и направляющих колес; Л - радиус поворота автомобиля; Ь8 - высота центра тяжести автомобиля; I - время выкручивания рулевого колеса в крайнее положение (5 с).

Максимальная величина углового ускорения ведущего колеса при буксовании и отрыве ведущего колеса от дороги находится по формуле:

МууМ) О^к-У^ппп (26)

6 ~-5 1

пр пр

где вк - вес, приходящийся на ведущие колеса; 1пр - приведенный к ведущему колесу суммарный момент инерции вращающихся частей двигателя, трансмиссии и ведущего колеса (^ =фд +А.)-Г|Т "Ч +1к); Ъ ~ об1«ее передаточное число трансмиссии от двигателя до раздельно раскручивающегося колеса; М - крутящий момент двигателя; X - коэффициент неустановившегося режима работы; - коэффициент внутреннего трения в дифференциале; <ршш - коэффициент сцепления буксующего колеса; г|т - КПД трансмиссии; 1к - момент инерции ведущего колеса, 1Д - момент инерции двигателя.

Значения угловых ускорений для ведущего колеса автомобиля ЗиЛ-433100 при отрыве от дороги и при буксовании на льду на первых пяти передачах приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения угловых ускорений ведущего колеса е автомобиля ЗиЛ-433100 при его отрыве от дороги и при буксовании на льду

е, рад/с2 С тузом 1 Без груза

пе редачи

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

отрыв от дороги 148 93 64,5 41,6 34,6 148 93 64,5 41,6 34,6

буксование на льду 115,5 53,4 35,2 - - 130,3 80,5 44,5 33,9 28,6

Вышеизложенное показывает, что значения углового ускорения ведущего колеса при буксовании выше, чем при разгоне автомобиля максимальной интенсивности, движении на повороте, т. е. в данных условиях дифференциал работает в обычном режиме, не ухудшая свойств простого шестеренчатого дифференциала.

На чувствительность блокирующего механизма к включению также влияет жесткость пружин, связывающих между собой звездочку и сепаратор с роликами механизма свободного хода.

Из схемы сил, действующих на механизм блокировки (рисунок 8), находим, что:

Мр=М^МР, (27)

где Мр - момент сил, воспринимаемый пружинами сепаратора; - момент тангенциальных сил инерции сепаратора и роликов; МР - момент сил трения роликов по наружной обойме.

Общую величину усилия пружин сепаратора при крайнем его положении можно найти из следующего соотношения:

Р = ЗБ'1пЛ, (28)

*п

где Е - модуль упругости материала пружины; - стрела прогиба конца пружины при крайнем положении сепаратора; 1п - длина пружины; 1п - момент инерции сечения пружины.

0.

Рисунок 8 - Схема сил, действующих в механизме блокировки

Для прямоугольного сечения:

где Ь - ширина сечения пружины; I - толщина сечения пружины.

Разработанный механизм автоматической блокировки дифференциала позволяет повысить тягово-сцепные свойства и уменьшить буксование машин при движении их по скользким дорогам и деформируемым грунтам и, тем самым, улучшить условия труда операторов и снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций.

При движении по дорогам с твердым покрытием процесс буксования, как правило, наблюдается на скользких участках. В этом случае буксование может привести к заносу машины, торможение машины в таких условиях также затруднено, что увеличивает вероятность ДТП. Одним из наиболее эффективных путей повышения сцепления шин мобильной машины со скользким дорожным покрытием является разбрасывание сыпучих материалов под ведущие колеса.

Для улучшения сцепных свойств колесных пневматических движителей со скользким дорожным покрытием предлагается автоматическое устройство (рисунки 9, 10)

для разбрасывания сыпучих материалов под ведущие колеса транспортного средства, устанавливаемое для каждого ведущего колеса.

Устройство включается автоматически при угловом ускорении буксующего колеса е > 10..25 с" и выше с помощью сравнителя угловых ускорений ведущих колес, разработанного на кафедре БЖ ЧГАА. При снижении углового ускорения колеса до е < 10...25 с'2 подача сыпучего материала прекращается.

Рисунок 9 - Общая схема автоматического устройства для разбрасывания сыпучего материала под буксующее колесо (вид сверху): 1 - бункер; 2 - разбрасыватель (крыльчатка); 3 - направляющая разбрасывателя (желоб); 4 - ведущее колесо; 5 - индуктивный датчик; 6 - сравнитель угловых ускорений; 7 - обрезиненный ролик; 8 - ведущий вал; 9 - тормозная камера (со штоком) ведущего вала; 10 - конический редуктор; 11 - ведомый карданный вал; 12 -тормозная камера (со штоком) ворошителя; 13 - электромагнитный клапан;

14-ресивер

Рисунок 10 - Принципиальная схема привода автоматической подачи сыпучего материала под ведущее буксующее колесо (вид бункера сбоку): 15 - рейка; 16 - шестерня вала ворошителя; 17 -салазки; 18 - ворошитель; 19 - полуоси; 20 - регулировочная колонка; 21 - нижняя площадка кузова

В ходе теоретического обоснования предлагаемого устройства нами была получена зависимость, позволяющая определить необходимое передаточное отношение редуктора:

V -СМ-г..

г.. • г

28 • кр • біп

(агс*ё | )

- ш • эт

(агс1ё ^ )

где V, - линейная скорость элементов беговой дорожки шины; СМ - расстояние от центра колеса до точки соприкосновения обрезиненного ролика с колесом; г,ф - радиус крыльчатки; гк - радиус колеса; гр - радиус обрезиненного ролика; Б - расстояние между точкой отрыва частицы от лопатки и точкой ее приземления на дорогу (точкой начала соприкосновения вращающейся шины с поверхностью дороги по ходу движения); Н - расстояние между точкой отрыва частицы от лопатки крыльчатки до поверхности дороги; кр — коэффициент пропорциональности; т — масса частицы сыпучего материала.

Кроме того, было определено выражение для определения силы прижатия ролика к боковине ведущего колеса в зависимости от конструктивных особенностей колесной машины и места установки предлагаемого устройства:

- \V-2S-m-g____, (30)

^пр

Фр^Р

28-кр -БИ!

Нч

(агс^—)

т-эт

Н ^

2-т1я

где Иен — снимаемая с колеса мощность; ерр — коэффициент трения; Ур - линейная скорость ролика; Ш - расход сыпучего материала за одну секунду; т1подш - КПД подшипников; т^д - КПД карданного вала; т^д - КПД конического редуктора); т]^ - КПД передачи мощности с боковины ведущего колеса на ролик.

Помимо устройства, описанного выше, в диссертационной работе представлены другие варианты конструкции автоматического устройства для разбрасывания сыпучих материалов (патент № 49502, патент № 49491, патент № 2289514, патент № 2332308).

В период распутицы, в условиях бездорожья, при наличии глубокой грязи повышение проходимости мобильных машин может быть достигнуто использованием относительно недорогих и простых в изготовлении устройств. К таким устройствам можно отнести предлагаемое быстросъемное траковое приспособление, устанавливаемое на ведущих колесах транспортного средства. Принципиальная схема разработанного приспособления представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 - Принципиальная схема быстросъемного приспособления для повышения проходимости автомобиля: 1 - фигурный трак; 2 - ведущее колесо; 3 — фигурный шток; 4 — нижняя регулируемая часть фигурного штока;

5 - соединительный палец; 6 - подшипник полуоси; 7 - контргайка; 8 - муфта с проушинами; 9 - полуось; 10 - диск колеса; 11 - ступица колеса

Одним из условий достаточного сцепления с грунтом траков предложенной конструкции является отсутствие грунта в пространстве между ними. Для этого необходимо, чтобы сопротивление грунта на разрыв превышало силы, удерживающие грунт в пространстве между выступами. Эти силы должны быть меньше центробежной силы, действующей на грунт при качении колеса.

Исходя из этого, было определено условие самоочищения предлагаемого приспособления:

h <

_Sp-e-g-R_

S0-j-v-[PQ-(e + G-4tgcp)]-g-R'

(31)

где Ь - высота впадины фигурного трака; Б0 - площадь дна впадины между выступами грунтозацепов; е - коэффициент сцепления грунта с резиной беговой дорожки шины; g - ускорение свободного падения тела; Я - расстояние от центра колеса до центра фигурного трака (грунтозацепа); ] - удельный вес грунта; V - линейная скорость вращения беговой дорожки шины, равная скорости движения автомобиля; Р0 - периметр впадины фигурного трака приспособления; в- максимальное удельное давление колеса на дно колеи; % - коэффициент бокового распора грунта; <р -угол внутреннего трения грунта.

Ниже приведен расчет процесса самоочищения фигурного трака предлагаемого приспособления при движении колеса по грунту (легкий суглинок

при влажности W = 25 %). 4 з

Вводим необходимые данные для расчета: С = 3,5-10 Н/м , ] = 1,38-10 Н/м , Я = 0,55 м, V = 1...30 м/с. По формуле (31) строим график зависимости (рисунок 12) высоты грунтозацепов от поступательной скорости движения колеса. На графике можно выделить две граничные области (1 и 2). Из рисунка 12 видно, что совместные координаты Ь1 и V должны соответствовать первой области, в противном случае почва будет разрываться под воздействием центробежной силы Бц по сечениям различной высоты в зависимости от величины внутреннего сцепления. Ь, м £ !

Рисунок 12 - График зависимости высоты щ траков от скорости V движения колеса (1 - первая граничная область, 2 - вторая граничная область)

Высота траков также влияет на сцепные качества машин, оборудованных разработанным приспособлением.

Зависимость величины коэффициента сцепления от геометрических параметров траков с учетом свойств несущих поверхно-

стей может быть определена следующими выражениями: для несвязных грунтов:

для связных грунтов:

Ф = к0| - + tgpS2

<P=kl(q+tgPs')

(32)

(33)

где ко, ki - коэффициенты деформации несвязного и связного грунта соответственно; с - связность грунта; q - удельное давление трака на площадь контакта с несущей поверхностью; psl, Ps2 - углы трения почвы; hT - высота трака; b - ширина трака.

Теоретическая зависимость коэффициента сцепления от высоты траков быст-росьемного приспособления представлена на рисунке 13. Зависимости показывают, что с увеличением высоты траков на 1 см величина коэффициента сцепления шин на различных типах несущих поверхностей возрастает примерно на 6 %.

19

Рисунок 13 - Теоретическая зависимость коэффициента сцепления ср от высоты трака hr (при условии, что коэффициент деформации (ko, lq), связность грунта (с), угол внутреннего трения (psl) Ра) и удельное давление (q) и ширина трака (Ь) не изменяются): I-обледенелая мокрая дорога; II-укатанная снежная мокрая дорога; III-укатанная снежная сухая дорога; IV-заснеженная дорога (с глубиной снежного покрова до 30 см); V-грунтовая укатанная дорога после дождя

В отличие от других приспособлений, установка разработанного съемного трака может производиться непосредственно при попадании ведущего колеса в глубокую грязь, снег и др. Предложенное быстросъемное приспособление для повышения проходимости автомобилей может изготовляться непосредственно на сельскохозяйственных предприятиях.

Предлагаемые быстросъемные устройства позволяют повысить проходимость колесных пневматических движителей и избежать буксования сельскохозяйственных колесных машин.

Помимо буксования, рассмотренного выше, гидроскольжение также представляет собой явление, служащее причиной снижения безопасности и ухудшения условий труда операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения. Явление гидроскольжения возникает при движении колесной машины на больших скоростях по дорогам с твердым покрытием, находящимся в увлажненном состоянии. При этом беговые дорожки шин управляющих колес теряют контакт с дорогой, передние колеса не могут участвовать в торможении и перестают подчиняться сигналам управления рулевого колеса, что значительно увеличивает вероятность возникновения ДТП.

Теоретически процесс гидроскольжения изучен в работах Горшкова Ю.Г., Немчинова М.В., Богданова A.B. и других ученых. В этих исследованиях обоснованы организационные мероприятия по предотвращению гидроскольжения, однако не предлагаются технические средства.

С учетом этого нами разработано автоматическое устройство, позволяющее уменьшить эффект гидроскольжения путем подачи в область зоны контакта колеса

с дорожным покрытием направленной струи воздуха под давлением (рисунок 14).

Рисунок 14 - Принципиальная схема устройства для предотвращения гидроскольжения: 1 - компрессор; 2 - ресиверы; 3 - главный тормозной кран; 4 - предохранительный клапан; 5 - кран электромагнитного управления; 6 - воздухопроводы; 7 - гибкие шланги; 8 - сопла; 9 - индуктивные датчики угловых скоростей колес; 10 - сравкитель угловых скоростей с исполнительным механизмом

Оно включается в работу посредством сравнителя угловых скоростей, который начинает функционировать тогда, когда неравенство угловых скоростей передних (управляемых) и задних (ведущих) колес достигает определенного предела. Этот предел можно выразить следующим равенством:

а)п = ю3-а, (34)

где ю3 - угловая скорость задних (ведущих) колес, рад/с; ш„ - угловая скорость передних (управляемых) колес, рад/с; а - коэффициент снижения угловой скорости колеса: а = 0...1.

При а = 0,8...0,9 сравнитель угловых скоростей не функционирует из-за небольшой потери угловой скорости ведомых колес. При а = 0,8...0,9 коэффициент сцепления фсц снижается на сравнительно малую величину, при этом потери контакта беговой дорожки шины и поверхности качения не наблюдается. Значительное снижение угловой скорости ведомых колес при а = 0..Д7 происходит за счет уменьшения коэффициента сцепления и глиссирования автомобиля.

С целью теоретического обоснования параметров разработанного устройства была получена зависимость, позволяющая определить начальную скорость струи воздуха, необходимую для разбивания слоя воды, а также ширину щели насадка:

0.97-иГУ5

где и ^ - критическое значение скорости воздуха на оси струи, при котором водная частица оторвется и унесется от поверхности земли; и^ - начальная скорость струи воздуха; 8 - ширина щели насадка; Худ - расстояние от сопла.

При этом расход воздуха равен:

<5 = 1^-^8, (36)

где £ - длина щели воздухораспределителя.

На рисунке 15 показана теоретическая кривая б = Г(и„р), построенная на основании уравнений (35) и (36). С уменьшением ширины щели насадка 8 начальная скорость струи воздуха и*р увеличивается.

Наряду с явлением гидроскольжения, значительное влияние на вероятность заносов и опрокидываний колесных машин оказывают отклонения давления воздуха в пневматических шинах от нормальных значений. Помимо этого, отклонение давления в шинах от нормы значительно снижает топливную экономичность мобильных машин.

0.025

Однако статистика показывает, что проверка давления в шинах известными приборами проводится не чаще одного раза в 20...30 дней. В остальном же она осуществляется визуально или нажатием «монтировки на боковину шины». Эти способы весьма неточны. Так, на рисунке 16 видно, что нормально накачанная шина визуально не отличается от шины, давление в которой снижено на 0,09 МПа.

и;

Рисунок 15 - Теоретическая зависимость начальной скорости струи воздуха и ^ от ширины щели насадка 8

25 30 35 40

начальная скорость струи воздуха,м/с

^^НН^^ННННнВ

«яяннннн ' і

Рисунок 16 - Автомобильные шины Sava intensa размером 225/55 R16: а) - нормально накачанная (давление 0,22 МПа); б) - недокачанная (давление 0,13 МПа)

С учетом вышеизложенного, нами предложено автоматическое устройство для поддержания нормального давления воздуха в шинах транспортных и техноло-¡0 б) гических машин (рисунки 17, 18), состоя-

щее из баллона 1 со сжатым азотом, устанавливаемого на диске колеса, и редуктора высокого давления 4, который является механизмом перепуска газа из баллона в пневматическую шину при пониженном давлении в ней воздуха и выпуска из нее воздуха при повышенном давлении.

Теоретическое обоснование автоматического устройства для поддержания нормы давления в пневматической шине сводится к определению зависимости, позволяющей оценить отношение объема сжатого в баллоне азота к объему, занимаемому им в шине, при условии поддержания нормального давления:

Xl

V

Po-R-T

В £ D В

1 т2

у Ш -к-а

-Р,

ь

(37)

где У0 - объем, занимаемый азотом;У - объем шины; ц - молярная масса азота; р0 -плотность азота; Я - универсальная газовая постоянная; Т - температура; к - коэффициент пропорциональности (к где Ск- нагрузка на шину);/- прогиб шины;

В - ширина профиля шины; Б - наружный диаметр шины; х - отношение радиуса кривизны протектора к наружному диаметру шины (для грузовых машин принимают X = 0,18...0,23); а - коэффициент, имеющий для данного типа шины постоянную величину; Рь - давление находящегося в шине закачанного воздуха.

Рисунок 17 - Общий вид автоматического устройства для поддержания нормального давления воздуха в пневматических шинах: 1 - баллон высокого давления; 2 - заправочный вентиль с клапаном; 3 - замковое устройство; 4 - редуктор высокого давления

Рисунок 18 - Редуктор высокого давления: а - промежуточное звено (воздуховод); б - принципиальная схема (разрез): 1 - конусный клапан; 2 - пружина клапана; 3 - верхняя часть редуктора высокого давления; 4 - стенка корпуса баллона высокого давления; 5 - ограничитель пружины с отверстиями для газа; 6 - клапан выпуска избыточного давления воздуха; 7 — пружина клапана выпуска избыточного давления воздуха; 8 - отверстия для воздуха; 9 - толкатель; 10 - головка золотника; 11 - золотник; 12 - вентиль

Наряду с ДТП, вызванными неудовлетворительными динамическими качествами мобильных колесных машин, одним из важнейших факторов опасности при функционировании системы «О-М-С» является возникновение возгораний в процессе эксплуатации, обслуживания и ремонта сельскохозяйственной техники. Ежегодно в России сгорает около 10 тыс. единиц автотракторной техники, гибель людей при этом составляет 6... 15 % общего количества погибающих на пожарах (по данным МЧС РФ).

Тушение возгораний с помощью первичных и подручных средств зачастую оказывается невозможным (например, при возникновении возгораний, вызванных ДТП, по причине заклинивания дверей, травмирования водителей и т. п.).

По этим причинам создание автоматических устройств, позволяющих достаточно эффективно тушить возгорания и не допустить распространения пожара, является одним из аспектов обеспечения безопасности работников сельскохозяйственного производства.

В качестве решения данной задачи предлагается автоматическая система тушения пожаров на мобильной технике (патент № 51343) с использованием генераторов огнетушащего аэрозоля (ГОА), принципиальная схема которой представлена на рисунке 19.

Эффективное функционирование предлагаемой автоматической системы пожаротушения зависит от ряда параметров. В частности, для тушения возгорания необходимо создать в замкнутом объеме такую концентрацию огнегасительного вещества (огнетушащего аэрозоля), при которой прекращается горение веществ и материалов. Поэтому нами была получена зависимость, позволяющая определить

.Йв

'X

/ у|-

V 1

необходимый объемный расход огнетушащего аэрозоля, требуемый для создания огнегасительной концентрации:

V, — 1п

а т 100

100

= 0,357

V.

-30 т

где V,, — объем помещения (подкапотного пространства, салона); х - время подачи аэрозоля.

(38)

Рисунок 19 - Принципиальная схема автоматического тушения пожара на автомобиле: 1,2- реле с Н.З.К; 3 - пожарный извещатель (датчик); 4 - аккумуляторная батарея; 5 - тяговое реле стартера; 6 - стартер; 7 - двигатель ВС; 8 - генератор; 9 - карбюратор; 10 - эл. клапаны; 11 - баллон с газом; 12 - бензобак; 13 - замок зажигания; 14 - сопротивление Я; 15-ГОА

Как уже отмечалось ранее, «среда», являясь элементом системы «О-М-С», оказывает значительное влияние на безопасность ее функционирования. При этом используемые в сельском хозяйстве средства обеспечения нормальных параметров производственной среды являются недостаточно эффективными.

Известно, что температура воздуха и различных поверхностей в кабинах сельскохозяйственных машин значительно отклоняется от нормативных значений. Так, в зимнее время, после долгой стоянки машины на холоде или при ее движении, воздух сильно охлаждает пол кабины, и подошвы ног оператора мерзнут, что является причиной простудных заболеваний и снижает производительность труда. Существуют системы отопления, которые позволяют подавать нагретый воздух в зону ног оператора, однако обогрев подошв ног при этом не происходит.

Нами предлагается автоматическое устройство (рисунок 20), обеспечивающее подогрев пола кабины, работа которого основана на использовании тепла нагретого в подкапотном пространстве воздуха (патент № 89028).

Рисунок 20 - Принципиальная схема автоматического устройства для подогрева пола кабины: 1 - крыльчатка вентилятора; 2 - головка блока цилиндров; 3 -терморегулятор; 4 - приемная воронка (конфузор); 5 - воздухопроводы; 6 - пол кабины; 7 - насадка; 8 - заслонка

При теоретическом обосновании этого устройства были получены зависимости, позволяющие определить конструктивные параметры воздуховодов и приемной воронки (конфузора) с учетом параметров теплоносителя.

Необходимый диаметр воздуховода находится из уравнения:

кч

где М1 - расход нагретого в подкапотном пространстве воздуха (теплоносителя);

V- скорость теплоносителя.

Начальный диаметр конфузора определяется следующим образом:

а =

4М.Ю

(40)

п\

где ¿;суж - коэффициент потерь напора от сужения приемной воронки (конфузора)

На условия труда операторов мобильных машин большое влияние оказывает состояние воздушной среды. В период полевых работ запыленность воздуха на рабочем месте оператора мобильной сельскохозяйственной техники в 30 раз и более превышает ПДК. Пыль попадает в кабину машины по причине ее несовершенной герметичности, через лобовые и боковые стекла, открытые форточки и др. При этом особенности конструкции кабин не позволяют эффективно убрать пыль и грязь с помощью традиционных способов и средств, т.е. скребками, щетками, с помощью пылесосов и др.

В связи с этим нами была разработана система «вентиляция-пылесос», устанавливаемая непосредственно в кабине мобильной сельскохозяйственной машины (рисунок 21). Система позволяет удалять пыль из кабины машины, а также производить ее вентиляцию чистым воздухом. Эффективность работы предлагаемого устройства во многом будет зависеть от параметров воздуховодов, которые могут иметь круглое, квадратное, комбинированное сечение и др. Поэтому нами были получены зависимости, позволяющие определить необходимые площади этих сечений с учетом скорости воздушного потока и потерь вакуума.

Рисунок 21 - Принципиальная схема системы «вентиляция-пылесос» в кабине мобильной транспортной или технологической машины: 1 - насадок-приемник; 2 - труба-держатель; 3 - гибкий шланг; 4 - воздуховод; 5 - заслонки

воздуховодов; 6 - реверсивный вентилятор; 7 - фильтр; 8 - заслонка; 9 - гнездо для соединения с гибким шлангом

Площадь круглого сечения воздуховода:

0,1-Я.-1-у2-р(1 + 0,1кГ)

(41)

8-[ДР]

где X - коэффициент гидравлических сопротивле-скорость движения воздуха, м/с; р - плотность

нии; Ч. - длина воздуховода, v воздуха, кг/м3; [ДР] - допустимое принятое падение вакуума, Па; (1+ 0,1 к!:") ражение, отражающее увеличение потерь вакуума в ходе эксплуатации. Площадь комбинированного сечения воздуховода:

вы-

8 = я-

0,1^1-у2р-(і + 0,1-к1п)У (0Д^1-у2р(і + 0Дкі")' 32- [АР] ) +Ч 8'[А?]

(42)

содержанием

у \

где а - длина стороны прямоугольного сечения.

Рассмотренное устройство позволяет производить эффективную уборку кабин мобильных машин от пыли, однако оно не обеспечивает поддержание запыленности на рабочем месте оператора в пределах нормы при движении сельскохозяйственной машины в процессе выполнения полевых работ. В качестве решения данной задачи предлагается комбинированное устройство (рисунок 22), которое в теплый период года может быть использовано для создания воздушной завесы, а в холодный период — выполнять функцию обогрева боковых и лобовых стекол и создания оптимальной температуры в кабине (патент № 2381914). Оно выполнено с возможностью регулирования положения воздухораспределителей.

Рисунок 22 - Принципиальная схема комбинированного устройства (воздушная завеса): 1 - окно; 2 - воздухораспределители; 3, 4 - соединительные патрубки; 5 - вентилятор с фильтром; 6 - люк; 7 - корпус воздухораспределителя; 8 - механизм поворота воздухораспределителя; 9 - соединительный хомут; 10 - отверстия (пазы) для воздуха

В ходе теоретического обоснования предлагаемого устройства было получено выражение для определения необходимой скорости струи воздушной завесы (рисунок 23):

V = -

етап

сіх ёу

- с*ёао

(43)

Рисунок 23 - Схема искривленной струи завесы: У„ - скорость струи внешнего ветрового потока; V, а - скорость и угол наклона струи завесы; Уо, ао - начальные значения

Определить дальнобойность струи завесы можно следующим образом:

(44)

6,5п

• соз а0 'Япа,

где 50 - начальная полуширина струи воздушной завесы; п2и - коэффициент, учи-

тывающий неравномерность начального поля скорости.

Необходимо отметить, что представленные в третьей главе зависимости позволяют определить основные параметры предлагаемых технических средств. Разработанные устройства направлены на повышение безопасности и улучшение условий труда операторов в транспортно-технологических процессах за счет предотвращения отрицательных явлений, связанных с низкими динамическими качествами колесных машин, используемых в сельском хозяйстве; улучшения условий труда при их эксплуатации; обеспечения пожарной безопасности мобильной техники.

В четвертой главе «Методика и результаты экспериментальных исследований» представлены методика и результаты экспериментальных исследований, проведенных с целью проверки основных положений теоретических предпосылок, а также работоспособности и эффективности предлагаемых технических устройств для повышения безопасности и улучшения условий труда операторов мобильных машин, используемых в транспортно-технологических процессах сельскохозяйственного производства.

Для определения приспособленности сельскохозяйственной техники к выполнению технологической настройки на основе предложенного обобщенного показателя (формулы (2), (3) и (4)) была разработана методика (с учетом ГОСТ 26026-83) экспертных оценок параметров приспособленности (удобство, доступность, сложность, безопасность, трудоемкость, частота выполнения регулировок), основанная на десятибалльных шкалах. В качестве примера в таблице 2 приведена методика оценки доступности выполнения технологических регулировок. Таблица 2 - Методика оценки доступности выполнения технологических

регулировок

К» Действия оператора Баллы

1 Не сходя с рабочего места, без устранения каких-либо препятствий 10

? Покидая рабочее место, без устранения каких-либо препятствий 9

3 Покидая рабочее место или не сходя с него, с откидыванием щитка, капота, крышки и т.д. ....... 8

4 То же что п. 3, но с откручиванием болтов, гаек (до 3) 7

5 То же, что п. 4, при 4-5 болтах (гайках) 6

6 То же, что п.4 при количестве болтов (гаек) более 5 5

7 Работа с объектом регулирования, находящимся вблизи цепных и ременных передач 4

8 Работа с объектом регулирования при ограничении доступа к нему другими рабочими органами (деталями) 3

0 Частичная разборка узлов, рабочих органов, мешающих выполнению регулировок 2

10 Полная разборка узлов, рабочих органов, мешающих выполнению регулировок 1

Осуществление полноценной оценки приспособленности к технологической настройке всех типов сельскохозяйственных машин в рамках одного исследования не представляется возможным, поэтому нами было проведено исследование на примере зерноуборочных комбайнов (ЗУК). Результаты исследования (рисунок 24) позволили выявить рабочие органы комбайнов марок «Енисей-1200М» и «Дон-1500», наименее приспособленные к технологической настройке, и разработать усовершенствованные механизмы их регулирования (рисунки 25, 26, 27), позволяющие улучшить условия труда и повысить безопасность операторов (патент № 40130, патент № 40131).

Для определения степени эффективности предлагаемого механизма блокировки

27

простого шестеренчатого дифференциала были проведены дорожные испытания (согласно ГОСТ В 26442-85 и РТМ 37.001.039-77), ь ходе которых исследовались параметры движения автомобиля ЗиЛ-433100 в серийной комплектации и оснащенного разработанным механизмом на обледенелых участках, на снегу, полевой и грунтовой дорогах после дождя и др. Результаты испытаний (рисунки 28, 29, ЗО, 31) свидетельствуют об эффективности предлагаемого самоблокирующегося дифференциала.

Рисунок 24 - Результаты расчета обобщенного показателя приспособленности по отдельным рабочим органам ЗУК

Рисунок 25 - Схема предлагаемого механизма регулирования высоты среза: 1 - шкала настройки высоты среза; 2 - корпус жатки; 3 - рукоятка складная с храповиков; 4 - гайка-шарнир; 5 - движок; 6 - регулировочный винт; 7- шарнир сферический; 8 - кронштейн башмака; 9 - башмак; Н - высота среза

Рисунок 26 - Схема предлагаемого механизма регулирования высоты подбора: 1 - колесо опорное; 2 - гайка фиксирующая; 3 - винт регулировочный с маховичком; 4 - ось вилки колеса; 5 - шплинт; 6 - шайба; 7 - кронштейн; 8 - платформа-поборщик корпуса жатки

Рисунок 27 - Схема предлагаемого механизма регулирования положения шнека жатки по высоте: 1 - шкала; 2 - винт крепления; 3 - гайка М10; 4 - стопор указателя; 5 - кронштейн; 6 - стенка правая; 7 - винт шнека; 8 - указатель; 9 - плита; 10 - фланец поворота кривошипов пальцев; 11 - болт М8; 12 - гайка М8; 13 - шайба; 14 - направляющая плиты; 15-болт М10; 16-гайка М10; 17 - рычаг фланца

Рисунок 28 - Скоростная характеристика разгона по снегу: 1 -серийный автомобиль ЗиЛ-433100; 2 - автомобиль ЗиЛ-433100 с автоматической блокировкой дифференциала

7 8 время, с

Рисунок 29 - Скоростная характеристика разгона по дерну: 1 - серийный автомобиль; 2 - автомобиль ЗиЛ-433100 с автоматической блокировкой

Рисунок 30 - Максимальная сила тяги на крюке автомобиля ЗиЛ-433100 в различных условиях движения: 1 - движение по льду; 2 - движение по снегу; 3 - движение по скользкому участку; 4 - движение по дерну; А) серийный автомобиль ЗиЛ-433100; Б) автомобиль ЗиЛ-433100 с автоматической блокировкой дифференциала

Рисунок 31 - Изменение коэффициента раздельного буксования в зависимости от коэффициента сцепления: 0.2 - -—Н 1 _ груженый автомобиль ЗиЛ-433100

в серийной комплектации; 2 - груженый автомобиль ЗиЛ-433100 с механизмом блокировки дифференциала

0 -I----1 9

0.3 а.4 0.5 0,8

Его применение позволяет снизить значение коэффициента раздельного буксования в среднем на 20...30 % в различных дорожных условиях, а также в условиях бездорожья.

В ходе испытаний предлагаемого тракового приспособления (рисунок 32) исследовались сцепные и тяговые свойства автомобиля с новыми и изношенными протекторами стандартных шин и шин, оснащенных разработанным быстросъемным приспособлением. Определялись следующие параметры: сила тяги на ведущих колесах при начале их частичной пробуксовки, которая находилась по показаниям динамометра, и коэффициент сцепления, соответствующий типу несущей поверхности.

Рисунок 32 - Быстросъемное траковое приспособление, установленное на ведущем колесе

Результаты экспериментальных исследований (рисунок 33) позволяют сделать вывод о том, что применение предлагаемого тракового приспособления позволяет повысить тягово-сцепные качества колесных пневматических движителей в сложных дорожных условиях и в условиях бездорожья.

Траки приспособления, проходившего испытания, имели высоту 15 мм, однако высота траков может быть различной. На следующем этапе нами были осуществлены испытания автомобиля ЗИЛ-ММЗ-555, оборудованного траками различной высоты (10, 20, 30, 40 и 50 мм). Результаты экспериментальных исследований

представлены на рисунке 34.

12 3 4

тип несущей поверхности

Рисунок 33 - Результаты испытаний по определению силы тяги (Р,ф) груженого автомобиля ЗИЛ-ММЗ-555 на различных типах несущих поверхностей (I - мокрая обледенелая дорога; 2 - мокрая укатанная снежная дорога; 3 - сухая укатанная снежная дорога; 4 - грунтовая укатанная дорога после дождя): I - изношенные шины; П - новые шины; III - шины с предлагаемым быстросъем-

ным приспособлением

Рисунок 34 - Экспериментальная зависимость коэффициента сцепления <р от высоты трака Ьт:

I - укатанная снежная мокрая дорога; II — грунтовая укатанная дорога после дождя; III - заснеженная дорога (с глубиной снежного покрова до 30 см)

Анализ показал, что расхождение теоретической (см. рисунок 13) и экспериментальной кривых составляет в среднем 6 %.

В ходе исследования параметров устройства для предотвращения гидроскольжения была получена экспериментальная зависимость начальной скорости струи воздуха от ширины щели насадка (рисунок 35). Сравнивая ее с теоретической зависимостью, можно сделать заключение, что экспериментальная кривая отличается от теоретической не более, чем на 6...8 %.

Рисунок 35 - Экспериментальная зависимость начальной скорости струи воздуха от ширины щели насадка

Как отмечалось выше, отклонение давления воздуха в пневматических шинах от нормальных значений ухудшает динамические качества колесных машин и повышает вероятность совершения ДТП. ш 13 20 25 30 33 и?,и Так, результаты проведенных

нами экспериментальных исследований (рисунок 36) показали, что снижение давления в шине одного из управляющих колес на 1 атм. приводит к увеличению усилия на рулевом колесе в среднем более, чем на 15 %. Это, в свою очередь, повышает степень утомления оператора, отрицательно сказывается на курсовой устойчивости мо-

бильной машины и вызывает ее склонность к заносам на поворотах.

§ 55

СО

ёх 50

£ о 45

13 16 19 22

Рисунок 36 - Экспериментальная зависимость усилия на рулевом колесе от скорости движения автомобиля: 1 - при нормальном давлении во всех шинах; 2 — при давлении в одном из управляющих колес, сниженном на 0,05 МПа; 3 - при давлении в одном из управляющих колес,

сниженном на 0,1 МПа.

Помимо этого, отклонение давления в шинах от нормы снижает топливную экономичность мобильной техники.

В связи с этим нами были проведены испытания для определения эффективности предлагаемого устройства для поддержания нормального давления воздуха в шинах (рисунок 37). Результаты показали, что оно позволяет поддерживать давление воздуха в пневматических шинах в пределах нормы.

/ 1 / г / 3

7

Рисунок 37 - Автоматическое устройство для поддержания нормального давления воздуха в шинах, установленное на автомобиле УАЗ-2206

Кроме того, замеры расхода топлива, произведенные с помощью разработанного на кафедре БЖ ЧГАА насоса-расходомера, позволяют сделать вывод, что расход топлива у автомобиля, оснащенного разработанным устройством, в среднем на 5 % ниже, чем при езде с давлением в шинах, сниженном на 0,05 МПа. (рисунок 38), что подтверждает данные НИИШП.

л/ЮОкм

Рисунок 38 - График зависимости расхода топлива от величины давления воздуха в шинах автомобиля УАЗ-2206

35

20 17 15

60- 70 кп /

0 ох 75 а 1 а 15 а* а тга 25

Расчеты показателя риска системы «О-М-С» (формула (23)) показали, что оснащение мобильных машин рассмотренными выше устройствами для улучшения их динамических качеств позволяет снизить значение данного показателя в среднем на 12 %.

Испытания автоматической системы пожаротушения проводились на специальной площадке. В целях безопасности также были заготовлены два углекислотных огнетушителя, огнетушитель пенный и другие первичные средства пожаротушения. Предварительно на грузовом автомобиле монтировалась электрическая схема автоматического тушения пожара. При монтаже электросхемы применялись тепловые извещатели «ИП-105-К1». Для испытания использовался автомобиль марки ЗиЛ-433100 (рисунок 39).

Дадление В шинах. МПа

Рисунок 39 - Расположение ГОА «Допинг-2» в подкапотном пространстве: а - боковое; б - встроенное: 1 - тепловые извещатели; 2 - соединительные провода; 3 - ГОА «Допинг-2»

При нагреве извещателя источником тепла - малогабаритным калорифером -до 110...130 °С закрывался капот, замерялось время срабатывания электросхемы и пиропатронов. Время срабатывания электросхемы замерялось секундомером. После нагрева извещателя до указанной температуры электросхема срабатывала в течение 0,2...0,3 сек и происходил взрыв пиропатрона ГОА «Допинг-2», предназначенного для оперативного аэрозольного тушения пожаров в закрытых, технически сложных объектах объемом до 2 м3. Он представляет собой стационарно устанавливаемый в защитном отсеке металлический баллон диаметром 78 мм, длиной 166 мм, массой 1,1 кг.

Исследования показали, что применение указанной системы позволяет снизить значение показателя риска системы «О-М-С» в среднем примерно на 8 % за счет уменьшения вероятности развития пожара на 80...85 %.

Результаты испытаний системы «вентиляция-пылесос» (рисунок 40) показали, что ее применение позволяет сократить время уборки кабины на 40...45 % (рисунок 41). Использование данной системы в ходе полевых работ (при закрытых форточках) дает возможность поддерживать уровень запыленности в пределах 1,2... 1,3 ПДК (рисунок 42).__1

2

е

& 5

Рисунок 40 - Система «вентиляция-пылесос», установленная в кабине трактора ДТ-75М

1 2 3 I 5 6 Г е 9 & 11 12

Вветфтт

Рисунок 41 - Зависимость концентрации нетоксичной пыли в кабине трактора от времени уборки (при закрытой форточке): 1 - при уборке вручную с помощью щеток; 2 - при уборке системой «вентиляция-пылесос»

Для проверки работоспособности воздушной завесы (рисунок 43) проводились эксперименты по определению концентрации нетоксичной пыли в кабинах тракторов ДТ-75М, выполняющих операцию боронования. Эксперименты проводились при открытых форточках. Скорость внешнего ветрового потока составляла 9...11 м/с.

1 2 3 Ь 56 7 8 9 1011 12 13 » 15 16 врет

уборки, !■№

Рисунок 42 - Изменение содержания нетоксичной пыли в воздухе кабины трактора в ходе выполнения сельскохозяйственной операции при работе системы «вентиляция-пылесос»: 1 - при открытых форточках; 2 - при закрытых форточках

Рисунок 43 - Общий вид воздушной завесы, установленной в кабине трактора ДТ-75М

Вначале замеры содержания пыли в воздухе рабочей зоны оператора производились при работе трактора без использования воздушной завесы. Измерения показали, что через 30 минут работы ее концентрация превысила предельно допустимую в 25...30 раз. Второй этап испытаний заключался в определении запыленности в кабине в ходе работы агрегата при включенной воздушной завесе. Результаты позволяют констатировать тот факт, что применение предлагаемого устройства позволяет поддерживать уровень содержания пыли в воздухе кабины в пределах 1,5... 1,7 ПДК. Это снижает вероятность возникновения профессиональных заболеваний операторов.

Нами также были проведены сравнительные исследования по определению показателя времени вредного и потенциально опасного пребывания на рабочем месте (формула (8)) для тракторов, оборудованных и необорудованных предложенными устройствами.

При проведении экспериментов помимо запыленности учитывались такие факторы условий труда, как относительная влажность, температура и скорость движения воздуха в рабочей зоне, а также вибрация. Результаты показали, что значения большинства факторов для всех обследуемых тракторов оказались примерно одинаковыми, и их колебания не сказались значительно на величинах факторных коэффициентов, рассчитанных по формуле (10) при условии, что длительность рабочей смены составила 8 часов. Исключение составил уровень вибрации, который у каждого из тракторов был разным.

Концентрация пыли во всех кабинах без использования воздушной завесы составила около 30 ПДК (факторный коэффициент Кф = 0,5), а при включенном устройстве уровень запыленности поддерживался в пределах 1,5... 1,7 ПДК(Кф = 1).

Полученные результаты позволили провести сравнительный анализ и построить зависимости, представленные на графике (рисунок 44), номера тракторов на горизонтальной оси которого проставлены в порядке убывания уровня вибрации в их кабинах.

Рисунок 44 - Изменение показателя времени вредного и потенциально опасного пребывания на рабочем месте: 1 - без применения воздушной завесы (концентрация пыли = 30 ГЩК); 2-е применением воздушной завесы (концентрация пыли = 1,5 ГЩК)

Из графика видно, что использо-н™«* тоокшорэ вание предлагаемого устройства позволяет значительно уменьшить уровень запыленности в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин и, следовательно, в целом улучшить условия труда операторов, что, выражается в снижении значения показателя времени вредного и потенциально опасного пребывания на рабочем месте в среднем более, чем на 10 %.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования подтверждают теоретические предпосылки по вопросам повышения безопасности и улучшения условий труда операторов мобильных машин в АПК. Подтверждается и эффективность предлагаемых технических средств.

В пятой главе «Оценка экономической эффективности результатов исследований» дается экономическая оценка внедрения инженерно-технических мероприятий, направленных на повышение безопасности и улучшение условий труда операторов в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства. Результаты расчетов представлены в таблице 3.

Таблица 3 — Исходные данные и годовой экономический эффект Э^хр от внедрения мероприятий по охране труда (отнесены на одну машину)

Наименование мероприятий чел.дн./год £вУТ*. чел.дн./год Ш 'чел.дн./год ГП чел.дн./год Кохр * В охр ,руб. Эг охр,, руб/год

Установка механизма автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала 18 2.3 12 2,4 10000 10707

Установка устройств для разбрасывания сыпучих материалов под ведущие колеса мобильных машин 14 2,1 б 2,1 10300 14463

Внедрение быстросьемного тракового приспособления для ведущих колес транспортного средства 18 4,0 16 4,6 4000 4603

Установка автоматического устройства для предотвращения гидроскольжения 20 4,2 11 4,2 16500 15537

Установка автоматического устройства для поддержания норм давления воздуха в пневматических шинах 11 4,1 7 4,5 15000 6560

Внедрение автоматической системы тушения возгораний мобильных машин сельскохозяйственного назначения 12 4,0 8 4,0 9500 6582

Установка автоматического устройства для подогрева пола кабины мобильной машины 16 3,8 9 4,0 5100 13639

Внедрение системы «вентиляция-пылесос» в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин 16 5,0 10 4,9 8300 10561

Установка комбинированного устройства для поддержания нормальных параметров воздушной среды в кабинах мобильных машин (воздушной завесы) 17 4,1 9 4,2 8700 14901

Величина экономии от снижения количества ДТП при использовании на мобильных колесных машинах предлагаемых устройств для улучшения динамических качеств:

Эгдта = П0-Ксн, (45)

где По - общий ущерб от дорожно-транспортных происшествий; Кен - коэффициент снижения числа ДТП (согласно рекомендациям Ксн = 0,2).

Эглгп = 447260,4 • 0,2 = 89452,1 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена важная научная и народнохозяйственная проблема повышения безопасности и улучшения условий труда операторов при функционировании системы «оператор - машина - среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства.

На стадии проектирования результаты исследований могут быть использованы для определения характеристик элементов системы «О-М-С», повышающих безопасность и улучшающих условия труда операторов в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства. Предложенные оценочные показатели могут служить основой для совершенствования нормативных документов по оценке условий и охраны труда.

Полученные зависимости, описывающие работу устройств для улучшения динамических качеств мобильных колесных машин, автоматической системы пожаротушения, устройств для поддержания нормальных параметров воздушной среды в кабинах транспортно-технологических машин будут полезны при проектировании и совершенствовании аналогичных разработок.

На стадии эксплуатации разработанные показатели риска системы «О-М-С» и приспособленности сельскохозяйственных машин к технологической настройке можно использовать для оценки уровня безопасности и условий труда операторов и определения эффективности внедрения технических мероприятий по охране труда.

Оснащение эксплуатируемых в организациях АПК РФ мобильных машин предложенными в работе техническими средствами позволит улучшить условия труда операторов и повысить безопасность функционирования системы «О-М-С» в транспортно-технологическом процессе.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Согласно имеющимся статистическим данным показатели травматизма в агропромышленном комплексе почти в 1,5 раза выше, чем в целом по народному хозяйству России, что в значительной степени снижает эффективность сельскохозяйственного производства. При этом отмечается, что наибольший удельный вес занимают несчастные случаи, происходящие при осуществлении транспортно-технологических процессов. Среди профессий наиболее часто гибнут механизаторы (трактористы, машинисты самоходных машин, комбайнеры и др.) - 33,5 %, водители автомобилей - 15,3 %, а также слесари по ремонту и техническому обслуживанию указанных машин - 5,3 %.

2. Обоснован показатель риска системы «О-М-С», позволяющий осуществлять сравнительную оценку уровня безопасности труда на мобильной сельскохозяйственной технике различной конструкции, но одного назначения. Данный показатель изменяется в пределах 0 < Я < 1 _ Он учитывает уровень квалификации оператора, выраженный его классом. Повышение квалификации оператора с 3-го класса до 1-го уменьшает риск Я (вероятность возникновения несчастного случая) примерно на 33 %.

3. Для определения характеристик элемента «машина» обоснован коэффициент удельной травмоопасности. Уменьшение данного коэффициента на 50 % снижает значение показателя риска Я примерно на 0,17.

4. Увеличение показателя времени вредного и потенциально опасного пребывания оператора на рабочем месте (Тв о), оценивающего состояние элемента «среда», на 2 часа приводит к повышению значения показателя риска Я более чем на 0,08.

5. Предложенная методика количественной оценки приспособленности мобильных сельскохозяйственных машин к выполнению технологических регулировок может быть использована при проведении испытаний с целью выявления наименее приспособленных механизмов регулирования. Расчет обобщенного показателя приспособленности (П^) показал, что наименее приспособленными рабочими органами ЗУК являются шнек жатки (П^ = 0,318), молотильный аппарат (Про = 0,473), удлинитель верхнего решета (Про = 0,457), а также механизмы регулирования высоты среза и подбора.

6. Разработанные рекомендации по усовершенствованию механизмов регулирования высоты среза, подбора (патент РФ на полезную модель № 40130, патент РФ на полезную модель № 40131) и положения шнека жатки по высоте, позволяют повысить показатель приспособленности (Пр) с 0,419 до 0,967 (высота среза), с 0,572 до 0,911 (высота подбора) и с 0,269 до 0,764 (шнек жатки).

7. Разработанные устройства для улучшения динамических качеств мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения (патент РФ на полезную модель № 49502, патент РФ на полезную модель № 49491, патент РФ на полезную модель № 94917, патент РФ на изобретение № 2289514, патент РФ на изобретение № 2332308) позволяют уменьшить тяжесть и напряженность труда операторов, снизить количество ДТП (в среднем на 20 %) и тяжесть их последствий. Применение указанных устройств снижает буксование на 20...30 % и уменьшает значение показателя риска системы «О-М-С» в среднем на 12 %.

8. Предложенная автоматическая система пожаротушения (патент РФ на полезную модель №51343) обеспечивает сохранность техники за счет значительного сокращения времени тушения очага возгорания. При этом вероятности развития пожара и получения травм при его тушении снижаются на 80...85 %, что в целом уменьшает значение показателя риска системы «О-М-С» в среднем примерно на 8 %.

9. Технические средства для обеспечения нормальных параметров производственной среды (патент РФ на полезную модель № 89028, патент РФ на изобретение № 2381914) позволяют снизить профзаболеваемость работников, уменьшить вероятность возникновения опасных ситуаций в ходе управления сельскохозяйственной техникой. Их применение обеспечивает уменьшение значения показателя времени вредного и потенциально опасного пребывания на рабочем месте (Тво) в среднем более, чем на 10 %.

10. Расчет экономической эффективности результатов исследований показал, что годовой экономический эффект составляет порядка 4600...15500 рублей на одну машину в зависимости от вида внедряемого инженерно-технического мероприятия для повышения безопасности и улучшения условий труда операторов.

11. Увеличение тягово-сцепных и тормозных качеств колесных машин за счет внедрения разработанных механизмов и устройств дает возможность значительно снизить число и тяжесть ДТП. Общий ущерб от дорожно-транспортных происшествий с пострадавшими (на примере Челябинской области за 4 месяца 2009 года) составил около 447260 тыс. руб. Величина экономии за этот период от снижения ДТП при использовании на мобильных колесных машинах предлагаемых устройств составит около 89452 тыс. руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Дмитриев, М. С. Двухфакторный дисперсионный анализ при оценке приспособленности зерноуборочных комбайнов к управлению технологическим процессом [Текст] / М. С. Дмитриев, Б. П. Кутепов, О. Ф. Скорняков, Ю. И. Аверьянов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - М., 2004 - №1 - С. 8 -9.

2. Дмитриев, М. С. Оценка риска травмирования механизаторов при выполнении регулировок зерноуборочных комбайнов [Текст] / М. С. Дмитриев, Б. П. Кутепов, Ю. И. Аверьянов и др. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -М., 2005-№3-С. 20-21.

3. Дмитриев, М. С. Устройство для предотвращения гидроскольжения колесных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Зайнишев и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2006 - №4 - С. 40.

4. Дмитриев, М. С. Бортовая автоматическая система пожаротушения [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Зайнишев и др. // Автомобильная промышленность. - М., 2006 - №4 - С. 24-26.

5. Дмитриев, М. С. Автоматическое устройство для тушения пожара на транспортных средствах [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Зайнишев и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — М., 2006 - №5 - С. 30-31.

6. Дмитриев, М. С. Определение уровня безопасности операторов мобильных средств сельскохозяйственного назначения [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г.

Горшков, А. В. Богданов, С. Ю. Попова // Безопасность жизнедеятельности. — М., 2006 - №5. - С. 2-6.

7. Дмитриев, М. С. Оценка тягово-сцепных свойств колесных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Богданов и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2007 - №3 - С. 11-13.

8. Дмитриев, М. С. Метод повышения тягово-сцепных и тормозных качеств колесных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Богданов, И. А. Полунин и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2007 - №7 - С. 14-16.

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

10. Дмитриев, М. С. Автоматическое устройство для подогрева пола кабины [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, В. В. Старших, А. В. Богданов и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2007 - №10 - С. 7, 8,28.

11. Дмитриев, М. С. Обоснование принципа автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Богданов, И. А. Полунин // Механизация и электрификация сельского хозяйства.

- М., 2008 - №1 - С. 30-32.

12. Дмитриев, М. С. Основные параметры автоматического устройства для предотвращения гидроскольжения быстроходных колесных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2008

- №5 — С. 16-17.

13. Дмитриев, М. С. Снижение запыленности в кабинах транспортных и технологических машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, Г. А. Ларионова,

B. В. Старших и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2008 - №7 -С. 7-9.

14. Дмитриев, М. С. Воздушная завеса - комбинированное устройство для улучшения микроклимата в кабинах мобильных технологических и транспортных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. С. Житенко // Безопасность жизнедеятельности. - М., 2008 - № 12. - С. 2-6.

15. Дмитриев, М. С. Прибор для измерения расхода топлива [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Зайнишев и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2009 - №1 - С. 15-18.

16. Дмитриев, М. С. Механизм блокировки простого шестеренчатого дифференциала [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. Н. Старунова и др. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2009 - №3 - С. 9-10.

17. Дмитриев, М. С. Автоматический насос-расходомер [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Зайнишев и др. // Техника в сельском хозяйстве. -М., 2009-№3-С. 29-31.

18. Дмитриев, М. С. Прочностные параметры механизма блокировки простого шестеренчатого дифференциала [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И.

C. Житенко // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2009 - №7 - с. 4345.

19. Дмитриев, М. С. Показатели безопасности при эксплуатации зерноубо-

рочных комбайнов [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Заинишев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - М., 2009 - №12 - С. 40-42.

20. Дмитриев, М. С. Автоматическое устройство для поддержания норм давления воздуха в пневматических шинах [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, Г. А. Ларионова и др. // Техника в сельском хозяйстве. - М„ 2009 - №6 - С. 4447.

Труды, опубликованные в нерецензируемых изданиях

21. Дмитриев, М. С. Методика оценки безопасности выполнения технологических регулировок мобильных сельскохозяйственных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Б. П. Кутепов, Ю. И. Аверьянов // «Челябинскому государственному аг-роинженерному университету - 70 лет» : Тез. докл. на ХЬ науч.-тех. конф. -

Челябинск : ЧГАУ, 2001. - С. 335-336.

22. Дмитриев, М. С. Методика и результаты определения затрат времени на выполнение технологических регулировок зерноуборочного комбайна [Текст] / М. С. Дмитриев, Б. П. Кутепов // Материалы ХЫ науч. - тех. конф. 4.2. - Челябинск :

ЧГАУ, 2002. - С. 85-86.

23. Дмитриев, М. С. Метод экспертных оценок приспособленности зерноуборочного комбайна к выполнению технологических регулировок [Текст] / М. С. Дмитриев // Материалы ХЫ науч. - тех. конф. 4.2. - Челябинск : ЧГАУ, 2002. - С.

45-47.

24. Дмитриев, М. С. Оценка удобства и доступности выполнения технологических регулировок зерноуборочных комбайнов [Текст] / М. С. Дмитриев, Б. П. Кутепов, Ю. И. Аверьянов // Вестник Челябинского государственного агроинже-нерного университета - Челябинск, 2002 - Том 37. - С. 98-101.

25. Дмитриев, М. С. Оценка сложности выполнения технологических регулировок зерноуборочных комбайнов [Текст] / М. С. Дмитриев // Материалы ХЬП науч. - тех. конф. Челябинского государственного агроинженерного университета. Ч. 2. - Челябинск: ЧГАУ, 2003. - С. 106-110.

26. Дмитриев, М. С. Факторы, обуславливающие технологическую эффективность комбайновой уборки и их классификация [Текст] / М. С. Дмитриев, Б. П. Кутепов, А. В. Алексеев // Материалы ХЬП науч. - тех. конф. Челябинского государственного агроинженерного университета. Ч. 2. - Челябинск: ЧГАУ, 2003. - С. 221-225.

27. Дмитриев, М. С. Оценка приспособленности зерноуборочных комбайнов к управлению технологическим процессом [Текст] / М. С. Дмитриев // Сб. рефератов науч.-иссл. работ аспирантов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. - С. 114-115.

28. Дмитриев, М. С. Обобщенный показатель приспособленности зерноуборочных комбайнов к управлению технологическим процессом [Текст] / М. С. Дмитриев, Б. П. Кутепов // Материалы Х1ЛП науч. - тех. конф. Челябинского государственного агроинженерного университета. Ч. 2- Челябинск: ЧГАУ, 2004. - С.

46-48.

29. Дмитриев, М. С. Обеспечение повышенного сцепления пневматических шин на скользких дорогах [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. Н. Стару-нова и др.// Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. - № 4. - Апматы, 2005 - С. 60-63.

30. Дмитриев, М. С. Повышение проходимости мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, В. В. Старших, И. Н. Старунова и др.// Материалы XLIV науч. - тех. конф. Челябинского государственного агроинженерного университета. Ч. 3. - Челябинск: ЧГАУ, 2005. -С 50-55.

31. Дмитриев, М. С. Исследование риска травмирования комбайнеров на основе оценки приспособленности зерноуборочных комбайнов к выполнению технологических регулировок [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, Б. П. Кутепов и др. // Наука. - Костанай, 2005 - № 3 - С. 4-10.

32. Дмитриев, М. С. Современные методы оценки безопасности и эргоно-мичности системы «оператор-машина-среда» [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. И. Аверьянов, К. В. Глемба и др. // Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета - Челябинск, 2005 - Том 45. - С. 12-17.

33. Дмитриев, М. С. Показатель безопасности функционирования системы «оператор - машина - среда» при выполнении транспортно-технологических процессов в сельскохозяйственном производстве [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Богданов // «Энергообеспечение и безопасность» : Сб. материалов Международной выставки - Интернет-конференции. - Орел: Изд-во ОрелГАУ, 2005.-С. 154-156

34. Дмитриев, М. С. Определение количества огнегасительного вещества при автоматическом тушении возгораний в подкапотном пространстве и салоне автомобиля [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, А. В. Зайнишев и др. // Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета - Челябинск, 2005 -Том 46.-С. 65-69.

35. Дмитриев, М. С. Повышение показателей приспособленности рабочих органов зерноуборочного комбайна к выполнению технологических регулировок [Текст] / М. С. Дмитриев, Б. П. Кутепов, Ю. И. Аверьянов // «Двухфазный обмолот в отечественном и зарубежном комбайностроении»: Сб. науч. тр./ ЧГАУ. Челябинск, 2005. - С. 97-101.

36. Дмитриев, М. С. О системном подходе к оценке уровня безопасности системы «человек - машина - среда» при выполнении транспортно-технологических процессов сельскохозяйственного производства [Текст] / М. С. Дмитриев // Материалы юбилейной XLV науч.-тех. конф. Челябинского государственного агроинженерного университета. Ч. 4. - Челябинск : ЧГАУ, 2006 - С. 79-82.

37. Дмитриев, М. С. Улучшение условий труда и повышение безопасности водителей автомобилей сельскохозяйственного назначения [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, Д. В. Потемкина // Охрана труда и техника безопасности в сельском хозяйстве. - М., 2006 - №9 - С. 17-20.

38. Дмитриев, М. С. Исследование сцепных свойств колесных движителей, оборудованных быстросъемным траковым приспособлением [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. В. Гальянов и др. // «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии»: Сб. материалов П1 Всероссийской науч.-практ. конф. - Челябинск : ЮУрГУ, 2006. - С. 249-254.

39. Дмитриев, М. С. Исследование влияния условий труда на утомляемость операторов мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, Д. В. Потемкина, И. Н. Старунова // «Безопас-

ность жизнедеятельности в третьем тысячелетии»: Сб. материалов III Всероссийской науч.- практ. конф. - Челябинск : ЮУрГУ, 2006. - С. 255-259.

40. Дмитриев, М. С. Повышение проходимости колесных движителей [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. В. Гальянов и др. // Новости науки Казахстана. - Алматы, 2006. - Вып. 4 (91) - С. 87-92.

41. Дмитриев, М. С. Исследование влияния буксования мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения на снижение работоспособности операторов [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. Н. Старунова и др. // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. - Алматы, 2006 - № 9 - С. 57-60.

42. Дмитриев, М. С. Устройство для предотвращения буксования колесных пневматических движителей в условиях скользких несущих поверхностей [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, Д. В. Потемкина и др. // «Достижения науки - агропромышленному производству» : Материалы Х1ЛТ международной науч.-тех. конф. Ч. 3. - Челябинск : ЧГАУ, 2007. - С. 132-136.

43. Дмитриев, М. С. Улучшение условий труда операторов мобильных машин в холодное время года [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. Н. Старунова, В. В. Старших и др. // Наука. - Костанай, 2007 - № 2 — С. 71-76.

44. Дмитриев, М. С. Пути повышения уровня безопасности операторов мобильных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. Н. Старунова и др. // Известия ОГАУ. - Оренбург, 2007 - № 4 - С. 77-80.

45. Дмитриев, М. С. Исследование риска системы «О-М-С» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственных операций [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, О. А. Гребенщикова // Охрана труда и техника безопасности в сельском хозяйстве. - М., 2007 - №10 - С. 31-35.

46. Дмитриев, М. С. Результаты оценки риска травмирования оператора при устранении процесса буксования мобильных колесных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. И. Аверьянов, А. Г. Попова и др. // Автомобильные дороги и организация дорожного движения: Сб. науч. трудов / МАДИ (ГТУ); УФ МАДИ (ГТУ). М., 2007. - С. 5-10.

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

48. Дмитриев, М. С. Повышение тягово-сцепных свойств и проходимости автомобилей автоматической блокировкой дифференциала [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. Н. Старунова // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. - Алматы, 2008 - № 3 - С. 57-61.

49. Дмитриев, М. С. Оценка уровня безопасности труда операторов мобильных технологических и транспортных машин сельскохозяйственного назначения [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, Б. А. Сушко // Вестник науки Костанай-ского социально-технического университета. Материалы международной науч. -практ. конференции «Алдамжарские чтения» - Алдамжар, 2008 - С. 74-80.

50. Дмитриев, М. С. Автоматический насос-расходомер для транспортных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, Э. Ю. Кульпин // Материалы ХЬУШ международной науч.-тех. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск, 2009. - Ч. 3. — С. 60-64.

51. Дмитриев, М. С. Автоматическое устройство для измерения расхода топлива транспортных машин [Текст] / М. С. Дмитриев, О. С. Пташкина-Гирина, Д.

B. Потемкина // Материалы ХЬУШ международной науч. - тех. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск, 2009. - Ч. 3. - С. 87-91.

52. Дмитриев, М. С. Автоматический самоблокирующийся дифференциал — средство улучшения условий труда водителей транспортных средств [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, Э. Ю. Кульпин, И. А. Полунин // Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии: Сб. материалов IV Международной науч,-практ. конф. - Челябинск, 2009. - С. 82-88.

53. Дмитриев, М. С. Поддержание нормальных параметров воздушной среды на рабочем месте оператора мобильной сельскохозяйственной машины [Текст] / М. С. Дмитриев // Наука. - Костанай, 2009 - № 4 - С. 100-104.

54. Дмитриев, М. С. Технические средства для нормализации параметров воздушной среды в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин [Текст] / М.

C. Дмитриев, Д. В. Потемкина, И. С. Житенко // Материалы ХЫХ международной науч.-тех. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». - Челябинск, 2010.-4.3.-С. 112-118.

55. Дмитриев, М. С. Обоснование параметров устройства для повышения тягово-сцепных свойств и проходимости мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения [Текст] / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, О. А. Гребенщикова // Наука. - Костанай, 2010 - № 4 - С. 26-30.

56. Дмитриев, М. С. Обоснование показателя риска системы «оператор — машина - среда» при выполнении транспортно-технологических процессов в сельскохозяйственном производстве [Текст] / М. С. Дмитриев, А. В. Богданов // Материалы Ь международной науч.-тех. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству». — Челябинск, 2011. -Ч. VI. - С. 79-84.

Монографии

57. Дмитриев М.С., Горшков Ю.Г., Старунова И.Н. Повышение эффективности транспортно-технологических процессов и улучшение условий труда работников АПК за счет инженерно-технических устройств [Текст] : монография / М. С. Дмитриев, Ю. Г. Горшков, И. Н. Старунова. - Челябинск: ЧГАА., 2010.-291 с.

Авторские свидетельства, патенты

58. Пат. 40130 Российская Федерация, МПК7 А 01 Б 41/00, 41/12. Механизм регулирования высоты среза стеблей при комбайновой уборке зерновых культур [Текст] / Дмитриев М. С., Кутепов Б. П., Глемба В. К.; заявитель и патентообладатель Челябинский государственный агроинженерный университет. - № 2004112390 ; заявл. 26.04.2004 ; опубл. 10.09.2004, Бюл. № 25. -2 с.: ил.

59. Пат. 40131 Российская Федерация, МПК7 А 01 О 41/12. Механизм регулирования высоты подбора при комбайновой уборке зерновых культур [Текст] / Дмитриев М. С., Кутепов Б. П., Глемба В. К.; заявитель и патентообладатель Челябинский государственный агроинженерный университет. - № 2004112387 ; заявл. 26.04.2004 ; опубл. 11.09.2004, Бюл. № 25. -2с.: ил.

60. Пат. 49491 Российская Федерация, МПК7 В 60 В 39/00. Устройство для предотвращения проскальзывания ведущих колес транспортного средства [Текст] / Дмитриев М. С., Горшков Ю. Г., Попова С. Ю. и др. ; заявитель и патентооблада-

тель Челябинский государственный агроинженерный университет. - № 2005121980/22 ; заявл. 11.07.2005 ; опубл. 27.11.2005, Бюл. № 33. -2 с.: ил.

61. Пат. 49502 Российская Федерация, МПК'В 61 С 15/10. Устройство для подачи сыпучих материалов под ведущие колеса мобильных машин [Текст] / Дмитриев М. С., Горшков Ю. Г., Попова А. Г. и др.; заявитель и патентообладатель Челябинский государственный агроинженерный университет. - № 2005121981/22 ; заявл. 11.07.2005 ; опубл. 27.11.2005, Бюл. № 33. -2с.: ил.

62. Пат. 51343 Российская Федерация, МПК7А 62 С 35/13. Автоматическое устройство тушения пожара на автомобиле [Текст] / Дмитриев М. С., Горшков Ю. Г., Зайнишев А. В., Старунова И. Н. и др. ; заявитель и патентообладатель Челябинский государственный агроинженерный университет. - № 2005124752/22 ; заявл. 03.08.2005 ; опубл. 10.02.2006, Бюл. № 4. - 2 с.: ил.

63. Пат. 2289514 Российская Федерация, МПК'В 60 В 39/04. Устройство для предотвращения проскальзывания ведущих колес мобильных машин [Текст] / Дмитриев М. С., Горшков Ю. Г., Попова С. Ю. и др. ; заявитель и патентообладатель Челябинский государственный агроинженерный университет. - № 2005121816/11 ; заявл. 11.07.2005 ; опубл. 20.12.2006, Бюл. № 35. -5с.: ил.

64. Пат. 2332308 Российская Федерация, МПК'В 60 В 39/04. Устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях [Текст] / Дмитриев М. С., Горшков Ю. Г., Богданов А. В., Гребенщикова О. А. ; заявитель и патентообладатель Челябинский государственный агроинженерный университет. - № 2007107554/11 ; заявл. 28.02.2007 ; опубл. 27.08.2008, Бюл. № 24. - 6 с.: ил.

65. Пат. 89028 Российская Федерация, МПК'В 60 Н 1/12. Устройство для подогрева пола кабины транспортного средства [Текст] / Дмитриев М. С., Горшков Ю. Г., Свечников П. Г., Старших В. В. и др. ; заявитель и патентообладатель Челябинский государственный агроинженерный университет. - № 2009102438/22 ; заявл. 26.01.2009 ; опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33. - 2 с.: ил.

66. Пат. 2381914 Российская Федерация, МПК' В 60 Н 1/08, Р 24 Б 13/00. Устройство для поддержания нормальных параметров воздушной среды в кабинах транспортно-технологических машин [Текст] / Дмитриев М. С., Горшков Ю. Г., Житенко И. С. ; заявитель и патентообладатель Челябинский государственный агроинженерный университет. - № 2008151216/11 ; заявл. 23.12.2008 ; опубл. 20.02.2010, Бюл. № 5. - 5 с.: ил.

67. Пат. 94917 Российская Федерация, МПК7 В 60 К 17/35. Самоблокирующийся дифференциал транспортного средства [Текст] / Дмитриев М. С., Горшков Ю. Г., Старунова И. Н. и др.; заявитель и патентообладатель Челябинская государственная агроинженерная академия. - № 2010106666/22 ; заявл. 24.02.2010 ; опубл. 10.06.2010, Бюл. № 16.-2 с.: ил.

Дмитриев Михаил Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ ТРУДА ОПЕРАТОРА В ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (отрасли АПК)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Отпечатано в Челябинской государственной агроинженерной академии

Подписано к печати « 3 » НОЯБРЯ 2012 г. Формат 60 х 84/16. Объем 2,0 уч.-изд. л. Заказ № <£3/гираж 100 экз. УОП ЧГАА. 454080, Челябинск, пр. Ленина, 75.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»

ДМИТРИЕВ МИХАИЛ СЕРГЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ ТРУДА ОПЕРАТОРА В ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ

ПРОЦЕССЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 05.26.01 - ОХРАНА ТРУДА (отрасли АПК)

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант

Заслуженный работник Высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Ю.Г. Горшков

На-правах рукописи

05201350258

ДИССЕРТАЦИЯ

Челябинск - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................6

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ...............13

1.1. Анализ травматизма в агропромышленном комплексе РФ................13

N

1.2. Влияние «человека-оператора» как элемента системы

«оператор - машина - среда» на безопасность ее функционирования.....17

1.3. Влияние «машины» как элемента системы «оператор -машина - среда» на безопасность и эффективность ее

функционирования..............................................................................................22

1.4. Анализ влияния производственной среды на условия труда и безопасность функционирования системы «оператор - машина -среда»......................................................................................................................29

1.5. Существующие методы и методики оценки безопасности системы

ч

«оператор - машина - среда».............................................................................35

1.6. Выводы и задачи исследования.................................................................40

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЯ...................43

2.1. Обоснование безопасности элемента «машина».....................................43

2.1.1. Обоснование обобщенного показателя

приспособленности сельскохозяйственной техники к выполнению технологических регулировок...........................................................................43

2.1.2. Оценка уровня безопасности мобильных технологических и транспортных машин сельскохозяйственного назначения........................46

2.2. Обоснование безопасности элемента «среда»..........................................52

2.3. Обоснование показателя риска системы «оператор - машина -среда» при выполнении транспортно-технологических процессов в сельскохозяйственном производстве...............................................................56

3. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

СИСТЕМЫ «ОПЕРАТОР - МАШИНА - СРЕДА»......................................64

3.1. Обоснование и разработка устройств для улучшения

динамических качеств мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения.................................................................66

3.1.1. Изучение свойств несущих поверхностей с малой и высокой несущей способностью........................................................................................69

3.1.2. Обоснование и разработка механизма автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала...............................76

3.1.3. Автоматические устройства для разбрасывания сыпучих материалов под ведущие колеса мобильных машин....................................90

3.1.4. Обоснование и разработка быстросъемного тракового приспособления для повышения проходимости мобильных колесных машин.....................................................................................................................98

3.1.5. Автоматическое устройство для предотвращения гидроскольжения быстроходных колесных машин...................................109

3.1.6. Автоматическое устройство для поддержания норм давления воздуха в пневматических шинах...................................................................119

3.2. Обоснование и разработка автоматической системы тушения возгораний мобильных машин сельскохозяйственного назначения......126

3.3. Обоснование и разработка технических средств для обеспечения нормальных параметров производственной среды в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин...................................................135

3.3.1. Автоматическое устройство для подогрева пола кабины мобильной сельскохозяйственной машины.................................................136

3.3.2. Обоснование и разработка устройств для поддержания нормальных параметров воздушной среды в кабинах мобильных

сельскохозяйственных машин.........................................................................145

4. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.............................................................................................161

4.1. Методика и результаты исследования приспособленности сельскохозяйственных машин к выполнению технологических регулировок.........................................................................................................161

4.1.1. Методика и результаты отбора и определения количества экспертов..............................................................................................................164

4.1.2. Методика и результаты экспертных оценок......................................167

4.1.3. Методика и результаты обработки данных экспертной оценки.... 175

4.1.4. Методика проведения хронометража выполнения технологических регулировок и результаты оценки их трудоемкости.. 178

4.1.5. Методика исследования факторов условий уборки и результаты оценки частоты выполнения технологических регулировок ЗУК..........183

4.1.6. Результаты определения обобщенного показателя приспособленности зерноуборочных комбайнов к выполнению

технологических регулировок.........................................................................189

4.2. Методика и результаты исследования характеристик технических средств для повышения безопасности функционирования системы «оператор - машина - среда»...........................................................................198

4.2.1. Методика и результаты испытаний устройств для улучшения динамических качеств мобильных колесных машин

сельскохозяйственного назначения...............................................................198

4.2.2. Результаты определения влияния устройств для улучшения динамических качеств мобильных колесных машин на величину показателя риска системы «О-М-С»..............................................................228

4.2.3. Методика и результаты проведения испытаний автоматической системы пожаротушения..................................................................................229

4.2.4. Методика и результаты испытаний технических средств для поддержания нормальных параметров производственной среды в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин...................................230

4.2.4.1. Методика и результаты испытаний автоматического устройства для подогрева пола кабины мобильной

сельскохозяйственной машины......................................................................230

4.2.4.2. Методика и результаты испытаний технических средств для поддержания нормальных параметров воздушной среды в кабинах

мобильных сельскохозяйственных машин...................................................231

5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................................................239

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ............................................................................................251

ЛИТЕРАТУРА .т.......................л.......тт................................................................254

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................285

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Агропромышленное производство Российской Федерации является важнейшей структурной составляющей народного хозяйства. С точки зрения безопасности труда сельское хозяйство далеко от совершенства, так как травматизм и заболеваемость работников остаются весьма высокими.

Согласно имеющимся статистическим данным показатели травматизма в агропромышленном производстве почти в 1,5 раза выше, чем в целом по народному хозяйству РФ. При этом отмечается, что наибольший удельный вес в сельском хозяйстве занимают несчастные случаи, происходящие при осуществлении транспортно-технологических процессов.

Большую часть сельскохозяйственных операций (обработка почвы, посев, уборка урожая и др.) выполняют с помощью мобильных колесных машин (тракторов, зерно- и кормоуборочных комбайнов, грузовых автомобилей и т. д.). Результаты статистических исследований позволяют судить о том, что показатели травматизма и профзаболеваемости среди операторов мобильных сельскохозяйственных машин в три раза выше, чем в целом по отрасли.

Главными причинами травматизма при управлении мобильными сельскохозяйственными машинами, их техническом обслуживании и ремонте являются: недостаточная квалификация операторов, неудовлетворительное техническое состояние и конструктивные недостатки машин, а также низкий уровень обеспечения нормальных параметров производственной среды. Вышесказанное свидетельствует о том, что цель повышения безопасности транспортно-технологических процессов в АПК не может быть достигнута без осуществления исследования и совершенствования системы «оператор-машина-среда» (О-М-С).

Характеристики «оператора» (как элемента системы «О-М-С») оказывают существенное влияние на безопасность протекания транспортно-технологического процесса сельскохозяйственного производства. В частно-

сти, отмечается, что квалификация, возраст, физическое и психологическое состояние оператора играют роль основополагающих факторов, обуславливающих процесс развития его утомления. Утомление, в свою очередь, является одной из главных причин ошибок операторов при продолжительном управлении сельскохозяйственной техникой. Последние могут быть непосредственной причиной дорожно-транспортных происшествий или неблагоприятным условием, затрудняющим действия оператора в аварийных ситуациях, что в свою очередь приводит к его травмированию или гибели.

В различных исследованиях констатируется тот факт, что степень совершенства конструкции «машины» и ее приспособленность к физиологическим возможностям «оператора» оказывают значительное влияние на безопасность функционирования системы «О-М-С». Однако, несмотря на это обстоятельство, большинство современной отечественной мобильной сельскохозяйственной техники недостаточно приспособлено к проведению технического обслуживания, ремонта и выполнению технологической настройки. При этом существующие на сегодняшний день методы оценки приспособленности сельскохозяйственных машин не позволяют получить достаточно объективную количественную оценку этого фактора.

Кроме того, в настоящее время в организациях АПК России наибольший удельный вес занимают устаревшие колесные мобильные машины, конструкция которых не позволяет в достаточной степени ограничить или избежать возникновения ряда неблагоприятных явлений, связанных с их недостаточно высокими тягово-сцепными свойствами, буксованием, гидроскольжением, тормозными качествами и др., зачастую служащих причиной возникновения опасных ситуаций. При этом существующие технические средства для улучшения динамики мобильных машин, применяемые в других отраслях, практически не используются в сельском хозяйстве по причине их высокой стоимости, сложности в изготовлении и эксплуатации.

Помимо вышесказанного, следует отметить, что одной из главных причин травмирования и гибели операторов являются возгорания мобильных

машин. При этом имеющиеся первичные средства пожаротушения чаще всего оказываются недостаточно эффективными и не всегда позволяют избежать участия работников в процессе ликвидации очага возгорания.

«Среда», являясь элементом системы «О-М-С», также оказывает значительное воздействие на безопасность функционирования данной системы. Так, например, исследованиями установлено, что операторы мобильных машин сельскохозяйственного назначения находятся в дискомфортных условиях микроклимата до 12 % рабочего времени в весенне-осенний период года и до 76 % - в летне-зимний период.

При проведении полевых работ в воздухе рабочих зон присутствует пыль и другие вредности. При этом отмечается, что используемые в сельском хозяйстве средства обеспечения нормальных параметров производственной среды недостаточно эффективны.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что повышение безопасности и улучшение условий труда операторов при функционировании системы «О-М-С» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства на сегодняшний момент является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель работы. Повышение безопасности и улучшение условий труда операторов транспортных и технологических сельскохозяйственных машин путем совершенствования элементов системы «оператор - машина - среда».

Объект исследования. Функционирование системы «оператор - машина - среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства.

Предмет исследования. Закономерности влияния элементов системы «оператор - машина - среда» на безопасность ее функционирования.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту. Обоснован показатель риска системы «оператор - машина - среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства, дающий возможность количественно оценить уровень безопасности и условий труда

операторов мобильных машин, отличающийся от существующих тем, что учитывает удельную травмоопасность машины, а также комплексное воздействие на оператора факторов производственной среды.

Предложен и обоснован обобщенный показатель, позволяющий количественно оценить приспособленность сельскохозяйственной техники к выполнению технологической настройки и определяемый на основе балльной методики оценки таких параметров, как удобство, доступность, сложность, безопасность, трудоемкость и частота выполнения технологических регулировок.

Обоснован и разработан ряд автоматических технических устройств, позволяющих повысить безопасность функционирования системы «оператор - машина - среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства за счет улучшения тягово-сцепных и тормозных качеств мобильных машин в различных условиях эксплуатации, осуществления оперативного тушения возгораний на мобильной технике и обеспечения допустимых параметров производственной среды на рабочем месте оператора. Они отличаются простотой конструкции и не требуют высокой квалификации при их техническом обслуживании.

Практическая ценность. Результаты исследования могут быть использованы научно-исследовательскими и конструкторскими организациями при разработке и совершенствовании способов и средств повышения безопасности транспортно-технологических процессов сельскохозяйственного производства.

Предложенные показатель риска системы «оператор - машина - среда» и обобщенный показатель приспособленности сельскохозяйственной техники к выполнению технологической настройки могут использоваться в процессе испытания, эксплуатации, а также проектирования машин для получения достаточно объективной количественной оценки уровня их безопасности. Кроме того, результаты исследования могут быть рекомендованы в качестве материалов для совершенствования соответствующих ГОСТов.

Обоснованные и разработанные автоматические устройства, позволяющие снизить вероятность возникновения отрицательных явлений (буксование, гидроскольжение, заносы и др.), связанных с низкими динамическими качествами мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения, могут найти широкое применение в практике организаций АПК России и позволят повысить уровень безопасности операторов указанных машин.

Предложенная автоматическая система пожаротушения на мобильных машинах дает возможность оперативной ликвидации очагов возгорания, что препятствует распространению пожаров и способствует повышению безопасности работников АПК.

Обоснованные технические средства обеспечения нормальных уровней параметров производственной среды (устройства для поддержания нормального температурного режима, снижения запыленности) позволяют снизить риск профзаболеваний и травм, связанных с нарушением функционального состояния операторов.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования рекомендованы к внедрению Министерством сельского хозяйства Челябинской области (протокол заседания НТС, г. Челябинск, 2010 г.). Метод комплексной оценки приспособленности сельскохозяйственной техники к выполнению технологической настройки одобрен и внедрен во Всероссийском научно-исследовательском институте охраны труда в сельском хозяйстве (г. Орел, 2003 г.), а также в АОЗТ «Чесменское» (Челябинская обл., с. Чесма). В данной организации также внедрены усовершенствованные механизмы регулирования рабочих органов зерноуборочных комбайнов. Автоматическое устройство для тушения пожаров на особо опасных участках производства внедрено в ОАО «Челябинский механический завод» (г. Челябинск). В ОАО «Челябинский механический завод» (г. Челябинск) также внедрено устройство для разбрасывания сыпучих материалов под ведущие колеса транспортного средства. Кроме того, указанное устройство используется в ГУППРСД (Челябинская обл., с. Октябрьское) и ООО «Энергия ЧТЗ» (г. Челябинск). В данных организациях

также внедрено быстросъемное траковое приспособление для повышения проходимости мобил