автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Снижение травмоопасности мобильных кормораздатчиков путем разработки и внедрения инженерно-технических средств безопасности

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МАТЮХИН Виктор Анатольевич

УДК 658.382.2:631.36(043.3)

СНИЖЕНИЕ ТРАЕМООПАСНОСТЙ МОБИЛЬНЫХ КОРМОРАЗДАТЧИКОВ ПУТЕМ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИИ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ БЕЗОПАСНОСТИ -

Специальность: 05.26.01 - охрана груда и пожарная безопасность

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С анкт-Петербург-Пушкин 1992

Работе выполнена в Санкт-Петербургском государственной аграрном уиц»врои«вте.

Научный руководитель Неучный консультант Официальные олпонен?ы$

Ведущая органивация

доктор технических наук, профессор В.О.ШКРАБАК

кандидат технических наук, доцент В.А.ЕЛИСЕШШН

доктор технических наук, профессор В.Й.НУЗЬМЙН,

кандидат технических наук Н.М.НУЩ1ЕВАЦКИЙ

Оийирокий филиал научно-ис-следовательокого института охраны труда в сельском хозяйстве, г.Красноярск

Защите состоится Г» моя 1992 г1, в II Часов 30 минут на заседании специализированного совета Д 120,37.07 при Санм-Пвтербургокои государственном аграрном университете по адресу» ¿9620, г.Оанкт-Пйтербург-Пушкин, Академический проопек*, д.23, ауд,?19.

С диссертацией моино овнавомиться в библиотеке Санкт-Петербургского гооудвромениого аграрного университета.

Автореферат разослан " £ и апреля 1952 года.

Учений секретарь специаливированного совета, доктор технических наук

/Г Ф.Д.КОСОГХОВ

2. Заглохание двигателя при работе его на частичных режимах вследствие срабатывания средства безопасности;

3. Удержание рабочих органов в неподвижном состоянии: при нахождении обслуживающего персонала в кузове агрегата при включенном ВОМ трактора.

Модель системы безопасности (Ш при работе в зоне действия битеров приведена на рис.1.

Модель состоит из трех блоков:

1 - моторно-трансмиссионная установка, внутренняя структура которой характеризуется передаточным числом привода ВОМ ( I бои);

2 - устройство блокировки рабочих органов МК, внутренняя структура которой характеризуется тормозной силой СРг)«

3 - предохранительная муфта, характеризующаяся величиной передаваемого крутящего момента (Мк).

На Еыходе системы - вероятность работы Оз зоне действия <5ло;;з отбойных битеров) без травм (Рбт), контролируемым параметром которой является время быстродействия блокировки Ci.fi). На входе модели - момент крутящий на валу двигателя. Мб- момент на валу битера,^- средняя скорость МК.

Обратная связь 7 обозначает, что выбором частичного реки на можно добиться заглохание двигателя при срабатывании блокировочного устройства. Обратная связь Ц предполагает согласование тормозной силы блокировочного устройства и усилия пружины предохранительной муфты, обеспечивающее выполнение первого и третьего условий рабочей гипотезы.

Для проведения алгоритмизации модели на рис. 2 представлена принципиальная схема блокировочного устройства.

На вале битера I закреплен икив 2, охватываемый фрикционной лентой 3, которая посредством рычагов и тяги соединена с двугтлечим рычагом 5, на одном плече которого размещен фиксатор б и оттяжная пружина 7, о другое плечо является промежуточной ступенькой лестницы 8, ведущей в кузов МК.

При попытке проникновения работающего в опасную зону ■ ступеяька; под действием массы человека (у опускается до упора 9. За счет этого другое плечо рычага 5 перемещает тягу в результате чего происходит плотный охват шкива 2 фрикционной лентой 3. Удержание элементов устройства в этом положе-

Рис Л. Модель системы обеспечения безопасности при выполнении работ в кузове МК

ГГТ^

рис.2. Схема на

ма блокировочного уст рабочие органы КТУ-10А

ойства

Рис.3. Вероятность попадания ОМК в опасную зону действия отбойных битеров в зависимости от времени

ния достигается фиксатором б. Таким обратом происходит торможение и впоследствии полная остановка отбойных битеров I, т.к. искусственное создание режима перегрузки рабочих органов вызывает включение предохранительной пружинно-зубчатой муфты 10. После устранения неисправности в кузове МК работа »пил, спустившись по лестнице 8, выводит фиксатор б из зацепления и под действием пружины 7 элемента блокиповочно-. го устройства воззра-даются в исходное положение. Фрикционная лента 3 освобоздает шкив 2 и тем самым восстанавливается кинематическая связь привода II с рабочими органами I МК.

Уровень безопасносги ОМК при работе вблизи блока битеров определяется быстродействием I$ системы блокировки, значение которого, в свою очередь, зависит от частоты вращения DOM агрегатирующего трактора, регулировки предохранительной муф-ти и от усилия на рычаге управления тормозного устройства:

ls = /fn; Л/; ß). (I)

С другой сторони, зависимость ко гаду бистродействием системы блокировки (то рк муфт а) и безопасностью ОМК при работе вблизи битеров может быть представлена в общем виде логистической кривой (см. рис. 3) и имеющей предположительно следующее математическое описание в общем виде:

( U-ffk)*

raeGi, М4. - параметры распределения значений.

На рис.3 точка ß соответствует среднестатистическому времени (¿л), необходимому для попадания ОМК из-за борта в кузов раздатчица и отражает существующее положение вещей, когда работающий попадает в опасную зону при отсутствии коллективных средств защити. Отрезок 0-¿в соответствует'допустимому быстродействия системы блокировки, при котором>гарантируется безопасное обслуживание рабочих органов. Координаты точек Д и В достоверно могут быть определены экспериментальным путем, что предусмотрено программой экспериментальных исследований. На основании омперических данных устанав- - ' ливаются фактические параметры ß({) уравнения (2).

Для оценки вероятности травмирования ОМК введем параметр безопасности деятельности - Кд:

КдН-Р/1). (з)

Очевидно, что величины К& и •¿б взаимосвязаны. Чем меньше ¿6 , тем выше Кд. С учетом наложенного целевая функция может быть выражена одной из следующих зависимостей:

48 - Ш1П ; а

Не-Пи)

ь-'-тдв:-' <5)

' В соответствии с представленной на рис,') схемой привода рабочих органов КТУ-ЮА, оборудованного блокировочным устройством, время торможения блока битеров имеет следующее математическое описание:

<Л< ^ Ок из г ^ У ,

(6)

Мт -Мк

где " моменты инерции масс, приведенные к валам,

соответственно 7 , Ц , Щ ; Й» - передаточные числа механизмов; 1-2* ~ "-п.Д. элементов передачи;

тормозной момент. * В данном случае

Мт-Ртр-^-^-«».

где 8 - основание натуральных логарифмов ( 6 *2,72); коэффициент трения (,//=0,35); о1- угол обхвата лентой тормозного икива; Iпередаточное число механизма управления тормозом. Применительно к условиям исследования (б) имеет вид:

где Об, 0.8 ,&и1 > йз . (Зк > 0.М ~ масса, соответственно битера, рала, шкива, звездочки, колеса и муфты;

JJi.De -Лш -Лз 'Зц .Дм ~ иатужния ( с! - внутренний) дианитр перечу,пленных вьгае элементов привода. Время тормокения ¿т-отбойных битеров вследствии воздействия блокировочного устройства нежно считать в некотором прибликенн:! временем быстродействия ¿5 системы блокировки, что и является критерием безопасности средства защиты. При этом необходимо выполнение условия: is Количественные значения 4. п и -¿б определяются экспериментально.

В третьей главе "Методика экспериментальных исследований и обработка опытных данных" приводится программа, описание объекта исследования, частные методики исследований, применяемая аппаратура и оценка погрешности опытов.

Программой исследований предусматривалось следующее: проверка принятых теоретических предпосылок; определение параметров кривой (2); разработка и ноитак экспериментальной установки; оценка быстродействия блокировочного устройства; согласование параметров конструкции средства безопасности и рационального режима эксплуатации МК;

производственная проверка принятого к реализации инке-нерно-техннческого средства предупреждения травматизма и оценка социально-экономической эффективности его применения на МК типа КГ/-10А.

При реализации программы исследований использовались методики анализа и прогнозирования травматизма, экспертной оценки, планирования факторного эксперимента и хронометраж.

Исходя из предварительного изучения конструктивных параметров системы блокировки и априорной информации, в качестве факторов, влияющих на динамику блокировки рабочих органов МК, были выделены следующие:

усилие б* на ступеньку лестницы (рычаг тормозом управления), соответствующее массе человека

величина крутящего момента, передаваемого через предохранительную муфту (контролируемым параметром которого является количество оборотов /V завинчивания нажимной гайки пружины) -£2;

частота вращения Я ВОМ агрегатируищего трактора - Xj-Значения варьируемых факторов приведены в табл. I.

Таблица I

Исходные данные трехфакторного эксперимента

Показатели

Центр эксперимента, (0) Интервал варьирования,6 Верхний уровень, ( + ) Нижний уровень, ( - )

Значения: факторов

, кг :_, об : , мин"*

70 б Э70

10 5 170

80 II 540

60 I 200

В качестве критерия оптимизации является время быстро, действия 1б блокировочного устройства - у .

Кратная характеристика средств измерения, применяемых

• в экспериментальных исследованиях, представлена в табл. 2.

Таблица 2

Регистрируемые параметры и средства измерения

Наименование регистрируемого параметра_

Прибоя измерения

Марка

Пределы измерения

.Частота враиения, мин~1

Время, с Время, с Усилие, кг

Тахометр часовой

ТЧ Ю-Р

Секундомер электрический ПВ-53Щ

50+10000 0,0Ы0,0

Секундомер

механический СОП пр бг-2 0,1*180,0 Динамометр

пружинный ДПУ-0.02-2 0,2*20,0

Для обработки полученного экспериментального материала предусматривалось использование стандартных программ расчетов на ЭВМ и программированных микрокалькуляторах.

В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований" приведены данные, полученные в результате реализации разработанной программы «следования.

Уровень прогнозирования исследуемого травматизма согласно общепринятой методики и использования стандартной

программы па ЭВМ, составленной и С.-ПбГЯ, выражаются математическим описанием (соответственно 9 иЮ), в виде:

+ 10,т*Ц2; КтрЪ-2,23;^ Трг0,7$<?1 + 10,09 ; КтРч,-0МШ

Сравнивая уравнения (9) без учета Д и (10), полученные различными методами, отмечается соответствие коэффициентов регрессии 01 и 5 » что указывает на общую закономерность дштмкк.и травматизма. Тем не менее при такой тенденции исследуемого травматизма нет оснований ожидать значительного его снижения в ближайшее время без разработки и внедрения эффективных мероприятий.

На основании мнении респондентов в результате экспертного опроса по ранжированию предложенного им ряда организационных и технических мероприятий из 7 наименований с цельи профилактики травматизма ОМК можно утверждать, что наибольшей эффективностью обладает пятсс мероприятие, которое заключается в разработке и внедрении устройства блокировки для отключения привода рабочих органов МК при работе ОМК в кузове агрегата. Согласованность мнений экспертов не случайна и подтверждается достаточно высоким коэффициентом конкорда-ции\Уя0.73. Оценка значимости \(/ исходит из определения критерия /1расч.-87,2 >^абл.=16,8.

В результате реализации трехфакторного трехуровневого эксперимента плана Бокса-Бенкина получена математическая модель по определению критерия безопасности блкировочного устройства в виде уравнения регрессий второго порядка...

у'0,81-0,23x1 * 0,53x1 <-ОЛхз'ОЛх<Х1+0,04х,Хз+ + ОМхгх3*0,07х*+0,17x1 -0,02х$ . <п)

Рассчитанный критерий Фишера при уровне значимости 0,05 .( Ррпсч^2'0**1^ Ртабл.^2'1^ указывает, что полученная мате мотичеекая модель адекватно описывает исследуемый процесс.

В натуральных значениях уравнение (II) принимает вид:

1б*{70Н-0,Н№ *0,1725/У-0,03Мп -0,003 (тА/*

Вп +0,0041 Л/п +0,0007(т2*- 0,0108 V 1-0,0025п*;ю

и

ь

А

и),

-<-* тг

II л

2

•И

1 Л

Рис Л. Схема привода рабочих органов КТУ"-10А, оборудованного блокировочным устройством: I- пружинно-эуочатая муфта; 2- тормозной шкив; 3- битер

О

¿1

<5

03

о

т

г1 ВО 65

70 6

75 о_8й

1

у

3 5 7 В

VI

о5

Рис.5. Зависимость времени быстродействия системы блокировки:

5А) от частоты вращения ВОМ при 1в) & =60 кг, Ы =1 об; 16} О =60 кг, Ы = Поб; 2а) б =80 кг, об;

26) & =80 кг, /У = Иоб;

5Б) от усилия на рычаге управления тормозом при т. 1а) об, П =3,3с~4;

Ш /У=1 об, Д=9,0с~4; 2а) /У = Иоб 'п= 3 Зс-|; 26) /У = 11об~ 9,0с

5В) от количества оборотов винчивания нежимной гайки предохранительнойтмуфты при ) П -Э.З с & =60кг; 2а) п «9,0о;*,'& =60

(1 с3,3 о х, 0 =80кг; 26) п =9,0о"1

кг;

=80 кг.

.Графические' зависимости времени срабатывания блокировочного устройства от изменения величины отдельного фактора при граничных значениях двух других в соответствии о уравнением (12), представлены На рио,5.

При изменении частоты вращения ВОН (ои.рио.5Л) время до полной остановки рабочих органов МК меняетоя s диапазоне 0,05...О,42 о., а при варьировании факторе 0- а пределах граници опытов (рис.5Б) отмечается изменение критерия опти-' миэации на 0,С6...0,71 о. Наибольшее влияние на время быстродействия системы блокировки оказываем величина крутящего момента, передаваемого через предохранителнну» муфту, регулируемую накимной £айкой (ом.рио,5В) и составляет порядка 0,76...1,60 о. А время быстродействия ¿в при варьировании входных параметров JCj< 3:ьЭС.з от (-Î) Д" (+D изменяется в пределах ОЛ.,.2,2 с, *

. Из аналиаа двумерных сечений поверхности отклика определены оптимальные »начения рассматриваемых факторов оиотэ* ми блокировки при уояовии, когда ив влияет на

увеличение числа огкасоз s рнбмо агрегата из-за срабатывания предохранительной цуфтн. Б натуральных показателях принятом к реализации блокировочного устройства oîO ооо?вет~ , отвует: усилии на ричаге управления тормозом 0* «= 720.*. 780 Ht завиичиваний гайки пруййни предохранительной цуфты /V = 10.i.II оборотов й частота Ьршцения ВОЙ При уотрвнвнйи неисправности в sotte действия блока oifloftiwx битеряв fl * в 200...320 мин""*, В пределах указанных значений остановка рабочих органов при помойй блокировочного устройства произойдет за время 1в * 1,3...1,75 о,

В результате Храйометрош было установлено, что время," необходимое OMR для попадания в зону действия битеров Un), составляет от 3,7 с. До 6,0 С. Согласно первой рабочей гипотезы можно угверядмь, чгоьразработаниое блокировочное устройство при рекомендуемая значениях входных параметров гарантирует desortftchoe оболукяваиив Mit йрй вовможном отклонении критерия бавопйености в пределах <гсмь«и*еяьного дб«: пуска « 2,0...2,3. При этом оценочные величина взайси«-мости (2) составят fît4 « ч,92, (ft « 0,41, о уравнение (3) принимает вид*.

tu-uif 0,572.-е 0,34 . С13)

Таким образов, параметр безопаоности деятельности ОМК ( Кд) ПРИ обслуживании агрегатов, оборудованных блокировочным устройством, составляет 0,93...0,99, что указывает на значительное снижение травмоопаскооти МК и позволит сократить уровень травматизма при обслуживании КТУ-ЮА в 3,5... 5,8 раза по сравнению с существующим.

В пятой главе "Социально-экономическая эффективность результатов исследования" приведен расчет экономического эффекта от использования инжанерио-технических средств безопасности на МК за счет ликвидации исследуемого'травматизма. В денежном, выражении ото составляет 51,8 руб. в год на I агрегат.

ОБЩИЕ ВЫВОДУ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Кормораздатчик KT7-IOA являетоя наиболее распространенным и эффективным мобильным'средством раздачи кормов, но относитоя к группе машин и оборудования повышенной опасности.. Ежегодно при его обслуживании на сельскохозяйственных предприятиях России происходит в среднем 32L несчастных случая -со смертельным исходом.

2. Доминирующее число травм (.7^,3% от общего числа летальных случаев на КТУ-ЮА) зарегистрировано при воздействии на пострадавшего рабочих органов (блока битеров) агрегата, что является следствием низкой надежности системы защиты работающих и требует его совершенствования.'

3. Доотовернооть предлагаемой методики прогнозирования травматизма ОМК, оонованйой на уточненной количественной оценки безопасности Исполнителей работ с применением теории случайных функций, подтверждаемся удовлетворительным совпадением раечегных и фактических показателей травматизма работающих.

1». Разработанная модель обеспечения безопасности труда ОШ отличаемой от существующих новыми- инженерно-техническими средствами коллективной защиты (авторское свидетельство

II 17№722 и положительное решение на изобретение по заявке lí 4909900/15(013076)), показатели надежности которых в условиях нормального и аварийного функционирования Ш ранее не изучались.

5. Применение разработанных инженерно-технических средств безопасности, в соответствии о принятой в рабояе моделью, позволяет снизить уровень травматизма при обслуживании КТ/-10А в 3,5...3,8 раза по сравнению 0' существующим.

6. На основании полученной математичеохой модели о целью согласования конструктивных параметров блокировочного;-устройства и рациональных режимов безопасной эксплуатации кормораздатчика, можно рекомендовать оледуотие значения; усилие на рычаге управления тормозом ¡j = 720...780 Н; крутящий момент, передаваемый через предохранительную муфту

ВО...200 Нм (что соответствует Д/= 10...II оборотов завинчивания нажимной гайки пружины муфты); частота врзще~ ния ВОМ агрегатирувщего трактора Л. « 200..¡320 мин"*. Параметр безопасности деятельности ОМК ( Кд) при соблюдении указанных рекомендаций соотавлнвт 0,33...0,99<

7. Вре-мя баотрэдсйзт?ия 1« блокировочного устройства при рациональной реяиме работы МК составляет 1,30...1,79 о, что в 3,0...3,5 раза меньше времени-¿и « 3,7...6,0 0. попадания работающего в зону действия блока битеров.

В. Экономический эффект от внедрения результатов «обследования составляет 51,8 руб. а год на I агрегат4

Основные положения диссертаций опубликованы з олвдую*-адих; работах* . .. .

2. Матюхин В.А. О травмоопасйооти мобильного кормораздатчика КТУ-ЮА // Тезиса докл. 3-й зональной научно-производственной конф, молодых ученых и специалистов I4-Í6 марта 19Э9 Г.- Красноярскj 1989,- tí. 88-89.

2. Матюхин В.А. Анализ летального травматизма при эксплуатации мобильного кормораздатчика типа КТУ-ЮА // Тезисы докл. конф. молодых ученых и студентов ЛСХЙ, март-апрель 1990 г.- Л.-Пуйкин, 1990.- С. 126-127.

3. Матпхин В.А. Анализ травматизма «'разработка реко-' мендацнй по повышение безопасности/труде операторов мобильных кормораздатчиков // Сб.науч;тр. / ЛОХИ, 1990.- С.10-12.

А.о. 170+722 СССР, МКИ А 01 К 5/00, Механизм привода рабочих органов кормораздатчика / В.С.Шкрабак, В. А. Матюхин, В.й,Свиридов, Н.А.Бочарова (СССР).- Э.о.: ил.

5. Шкрабак B.C.» Матвхин Б.А., Логачева ЕЖ 0 путях снижения травматизма при: механизированной раздаче кормов

на животноводческих объектах Ц Тезисы докл. Всесоюзной научно-практической конф, I6-B октября 1990 г.- Орел, 1990.-С. 58-59.

6. Матюхин В.А. Оценка тр&вмоопаонооти мобильных кормораздатчиков // Охрана труда. Проблемы, решения, опыт. Бюллетень. Выпуск *»,- Сибирский филиал ВНИИОТСХ, Красноярск, 1991.- С. 28-30.

7. Шкрабак B.C., Матюхин В.А. Причинно-следственная ояязь событий при формировании предпосылок несчастного случая на мобильном кормораздатчике // Материалы научно-практической конф. 15-17 мая 1991 г. в НПО "Нечерновемагромай" .С.-Петербург, 1991,- С. Иб~П7.

8. Матюхин В.А., Ёяисейкий В.А. Основные условия формирования наочаотных случаев на мобильных кормораздатчиках ft Теаиоы докл. региональной научно-технической конф. 12-15 ноября 199I г.— Красноярск, 199Г.- С. 7-8.

9. Мэтихин В.А., Михайлов В.М» Теоретичеокие предпосылки равработки подели обеспечений безопасности труда операторов мобильных кормораздатчиков // Сб. науч. тр. ЛГ¡Cf.- " С.-Петербург, K9I.- С. 62-65.

10. Предохранительное устройство «обильного кормораздатчика / В.А.Магюхий, В.С.Шкрабак, Й.Г.Выоотина, В.В.Шкрабак. Положительное решение ВНШГПЗ от 24.10.91 г. по заявке tè 4909900/15(013076).

IÎ. Предложения шгоценке надежности средств защиты работающих // В.С.Шкрабак, ВЖЕлисеЙкин, В.А.Матюхин и др.: Материала научпо-технической-конф. 15-16 октября I99Î г. в ВНЙИОТ.- С.-Петербург, 1991.- С. 13-16.