автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.04, диссертация на тему:Создание тепловых комфортных условий труда при влажно-тепловой обработке швейных изделий

Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности

На правах рукописи

ол

ЛЕБЕДЕВ Станислав Альбертович С •

Создание тепловых комфортных условий труда при влажно-тепловой обработке швейных изделий

05.19.04- Технология швейных изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Российском заочном институте текстильной и легко1 промышленности.

Научный руководитель

Научный консультант

Официапыше оппоненты

- доктор технических наук, профессор Умняков П. Н.

- доктор технических наук, профессор Шершнепа Л. П.

- доктор технических наук, профессор Меликов Е. X.

- кандидат технических наук, доцент Свищев Г. А

Ведущее предприятие

ООО «Любава», г. Егорьевск

Защита диссертации состоится 2000 г. в час. На за

нии диссертационного совета к.064.16.03 при Российском заочном институте тс стильной и легкой промышленности по адресу: 123298, Москва, ул. Народного Ополчения, 38 корп. 2.

С текстом диссертации можно ознакомиться ^ Автореферат разослан « 2000 г.

Т7 ь-г

г/

/гг «-<-

Ученый секретарь

диссертационного совета К 064.16.03 кандидат технических наук, доцент

Т. П. Тихонове

М 406Н, о

Актуальность темы. Одним из наиболее перспективных направлений увеличения выпуска конкурентно-способной продукции и повышения ее качества становится внедрение на предприятиях легкой промышленности прогрессивных научно-технических решений, способствующих созданию тепловых комфортных условий труда.

Процессы тепловой и влажно-тепловой обработки деталей швейных изделий занимают существенное место в производстве. На предприятиях Российской Федерации на этих операциях занято примерно 100 тысяч работающих и годовой расход электроэнергии составляет около 100 млн. кВт/ч.

Исследованиями, проведенными в Институте Медицины Труда при РАМН, установлено, что наблюдается снижение производительности труда при работе в дискомфортных тепловых условиях, на которые определяющее влияние оказывают температура, относительная влажность и подвижность воздуха в. помещении швейного цеха.

По данным профсоюза легкой промышленности из-за простудных заболеваний, таких как острый фарингит и ангина, болезни верхних дыхательных путей, пневмония, обострение хроничеасих заболеваний органов дыхшшя (бронхиты, астма и др.) число календарных дней временной нетрудоспособности на 100 работающих в г. Москве и Московской области составили 475,3 дня в 1997 году, 453,3 дня в 1998 году и 434,3 дня в 1999 году.

Анализ рада швейных предприятий, таких как ОАО «Акро», ОАО «Салют», ОАО «ЛШФ», ОАО «БПГФ» показал, что невыходы по болезни работающих на операциях влажно-тепловой обработки на 20 — 30 % больше, чем на остальньгх технолагитеских.операциях.

Создание тепловых комфортных условий труда на рабочих местах при ВТО деталей и узлов изделий является актуальной проблемой в комплексе взаимосвязанных и взаимообусловленных элементов в теплофгаической системе «человек — воздушная среда - оборудование ВТО».

Настоящая работа выполнена в рамках выработки рекомендаций по созданию комфортных тепловых условий труда на рабочих местах влажно-тепловой обработки изделий в соответствии с требованием действующих «Гигиенических критериев оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса» и является актуальной для всех предприятий швейной промышленности, включая также и малые предприятия, выпускающю конкурентно-способную продукцию.

Пели и задачи исследований. Настоящая работа посвящена разработке теоретических основ расчета и математического описания процессов теплообмена в структуре «человек —воздушная среда—оборудование ВТО» и разработке практических предложений, позволяющим повысить уровень тепловой комфортности на рабочих местах и производительности труда. Для достижения поставленной цели необходимо было на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований решить ряд задач:

— установить степень разработанности темы и провести анализ основных научных положений и практических результатов исследований, выполненных по тематике диссертации, а также выбрать оборудование для дальнейшего исследования;

— теоретически изучить теплофизические процессы оборудования для ВТО, теплофизические свойства пакетов одежды работающих и определять взаимосвязи между ними;

— разработать мегодологаческие основы и практическую реализацию системного подхода к созданию условий теплового комфорта;

— разработать теплофизические модели различных видов прессов;

— разработать метод расчета оценки теплового состояния человека в одежде на основе конвективно-лучистого теплообмена с оборудованием для ВГО;

— разработать инженерный метод по расчету зон теплового комфорта и дискомфорта на операциях влаяшо-тепловой обработки изделий и на основе полученных результатов дать предложения, но улучшению тепловых, условия работы оператора;

— на основе технико-экономического анализа установить эффективность разработанных предложений по созданию тепловых комфортных условий при ВТО.

— разработать предложения по улучшению условий труда на операциях ВТО;

— разработать техническое задание для проектирования подушек прессов с применением новых дополнительных конструктивных особенностей для-удаления-пара в момент пропаривания из рабочей зоны оператора ВТО. Методы исследований. Теоретической основой исследований является

системный подход к исследованию сложных объектов, какими являются «человек - воздушная среда - оборудование для ВТО». В работе использованы основпые тсоретические положения теориитегою-массо-переноса и.теории. конг вективных струй, основные положения теории подобия, диффузионной теории, современные методы физиолого-гигиенических исследований^ методы решений-уравнений математической физики и методы решения систем линейных уравнений.

При обработке результатов исследований и анализа эксперимента использованы методы экспертных оценок, корреляции и математической статистики.

Научная новизна работы заключается в разработке научных основ создания тепловых комфортных условий труда на операциях ВТО на основе системы «человек —воздушная среда - оборудование ВТО» с целью роста производительности труда.

С этой целью получены следующие результаты, которые и выносятся на защиту:

— определены основные закономерности влияния тешюфизических процессов при ВТО изделий па тепловые условия работы, посредством решения многокритериальной задачи теплообмена между технологическим оборудованием и оператором;

— разработан новый метод и программа моделирования процессов теплообмена на рабочих местах ВТО, позволяющий получить пространственно-временную функцию распределения поля температур в зависимости от режимов обработки;

— разработан новый инженерный метод расчета границы зоны теплового комфорта и дискомфорта на операциях влажно-тепловой обработки изделий;

— определены динамические. и_статические.параметры.системы. «оператор - воздушная среда — пресс» во время работы;

— получены.математяческие.модели,. описывающие, процессы, конвективно-лучистого теплообмена, физико-механических и защитных свойств пакетов одежды рабочего, способствующие совершенствованию процесса создания условий теплового комфорта в зависимости от реальных условий эксплуатации;

— разработаны новые методы оценки условий комфорта на основе структурного анализа системы «человек —воздушная среда—оборудование для ВТО», позволяющие на стадии проектирования, реконструкцией технического, перевооружения производить прогнозирование условий теплового комфорта в зависимости от режимов ВТО;

— проведена систематизация и разработана классификация разновидностей оборудования для влажно-тепловой обработки деталей и узлов изделий;

- предложено новое техническое решение верхней подушки пресса, позволяющее улучшить тепловые условия работающих, а также увеличить съем продукции с полезной площади цеха. Практическая значимость. Результаты теоретических исследований процессов теплообмена позволяют впервые рассмотреть влияние тепловой струи при работе пресса с использованием пара повышенного давления (до 6 атмосфер) при различном расположении верхней и нижней подушек пресса во время различных этапов цикла ВТО на работающего.

Полученные зависимости изменения температурного поля используются при.расчете систем вентиляции,, а также впервые дают возможность технологу научно обосновать расположешге прессов друг против друга в зависимости от режимов влажно-тепловой обработки изделий.

Автором впервые предложено оригинальное решение новой конструкции верхней подушки, которое позволит измелить направление распространения и скомпенсировать воздействие струи пара в момент ггропаривания, что обеспечит снижение утомляемости оператора и приведет к росту производительности.

трута-

На основе получешшх результатов разработана «Инструкция по расчету-зон теплового комфорта и дискомфорта на операциях ВТО», которая позволяет дать, оценку теплового состояния человека» а также используется, при проведет нии аттестации рабочих мест .

Апробация работы. Материалы разработок использованы при аттестации рабочих мест и при управлении систем вентиляция ОАО «Акро» г. Москва, в качестве рекомендаций использованы на ООО «Любава» г. Егорьевск^ а также используются в учебном процессе.

Публикации. Результаты проведенных исследований отражены в 7 статьях. Основные результаты работы были доложены и обсуждены па межвузовских конференциях «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», проходивших в 1996 и 1998 году в г. Москве, на семинаре

«Технология управления охраной труда», проходившем в 1996 году в г. Санкт-Петербурге, на межвузовских научно-методических конференциях по проблемам совершенствования высшего заочного образования, проходивших в г. Москве в 1997 и 1999 году, а также на Технических Советах ОАО «Акро» и ООО «Любава». ,

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав с выводами, списка литературы из 106 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 174 страницах компьютерного текста, содержит 59 рисунков и 13 таблиц.

В введении обоснована актуальность работы, ее цель, выявлена научная новизна проведенных исследований и определена практическая значимость.

В первой главе рассмотрены технологическое характеристики прессов для влажно-тепловой обработки швейных изделий, проведена классификация оборудования, рассмотрены конструкции.различных.типов подушек как тепловых объектов.

Основные конструктивные элементы верхней подушки с олектрообогре

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

6

5

г

з

Рис 1.Схема устройства гладильной подушки с электропаровым обогревом. 1 - корпус; 2 - электронагреватель; 3 - алюминиевый лист; 4 - гладильный лист; 5 - парораспределитель; 6 - теплоизолирующая прокладка, вом показаны на рис. 1. Подушка имеет устройство для отпаривания и систему

электрообогрева. Для электрообогрева применяются трубчатые электронагреватели.

В прессах с паровым обогревом верхняя подушка (рис.2) имеет две камеры: верхнюю и нижнюю. В плите размещено значительное количество отверстий в коридорном или шахматном порядке. Пар поступает в верхнюю камеру и обогревает подушку. Эта камера называется камерой подогрева. При открытии клапана пар проходит в камеру проггаривания я через ее отверстия поступает на. ткань изделия, расположенного на нижней подушке пресса. В современных прессах с отсосом пара для просушивания изделий нижняя подушка также имеет две камеры. Через отверстия ее верхней камеры с помощью вакуумной установки отсасывается пар. Обогрев нижней подушки в большинстве современных конструкций прессов осуществляется также при воздействии пара, поступающего в камеру подогрева по паропроводу из котельной от группового или индивидуального парогенератора

Рис.2 Подушка с паровым нагревом и камерой пропаривания. А - паровая камера; 1 - корпус подушки ; 2 - паровой клапан; 3 - накладка; Б - камера

пропаривания.

Температура подающего пара зависит от давления паровой струи, термического режима ВТО, длительности цикла и производительности прессов.

Рабочие органы прессов осуществляют контактное тепловое воздействие на обрабатываемую деталь изделия. Контактирующая с деталью изделия поверхность подушек гладильных прессов называется рабочей. Под воздействием температурного поля паровой струи и рабочей поверхности .подушек температура изделия изменяется, происходит обмен тепловой энергией между рабочими органами и деталью изделия. При этом значительная часть тепла расходуется на рассеивание в окружающую среду. Установлено, что процесс теплообмена с окружающей средой происходит в основном за счет двух видов: теплообмена излучением, за счет нагрева подушек, и теплообмена конвекцией, обусловленного выбросом пара и подвижностью воздуха около нагретых поверхностей подушек пресса..

Классификация прессов по уровню расположения подушек пресса относительно поверхности тела человека показала, что направление теплового воздействия различается-в зависимости от вида выполняемых операций и расположения подушек прессов. В условиях швейного производства рабочие органы прессовало, отношению к поверхности.тела.оператора занимают.положение.от. уровня талии, примерно 1 метр от пола, до уровня головы 1,5—1,7 метра. Так при технологическом формовании плечевого оката, либо воротничковой части или оката рукавов изделия тепловому воздействию подвергаются голова и руки работающего. Удельный вес такого оборудования составляет около 36 %. При технологическом формовании полочек, спинок, подбортов или деталей брюк тепловое воздействие направленно на верхнюю часть-туловища и руки работающего. Удельный вес такого оборудования составляет около 60 %.

При выполнении операций ВТО на постоянных рабочих местах конвективно-лучистое тепловое воздействие носит, хотя и изменяющееся во времени, но все же постоянный характер.

Проделав всесторонний анализ и классификацию технологического оборудования для влажно-тепловой обработки изделий с целью создания тепловых комфортных условий труда, для дальнейшего изучения выбраны следующие

виды прессов: пресс для технологического формования полочек пиджака и пресс для технологического формования верхнего оката рукавов.

Вторая глава посвящена анализу изменений параметров воздушной среды в рабочей зоне оператора ВТО изделий. Выявлено, что па рабочих местах влажно-тепловой обработки деталей и узлов изделий технологический процесс оказывает неблагоприятное влияние на микроклимат в рабочей зоне оператора, которое характеризуется повышенной температурой, повышенной относительной влажностью воздуха, недостаточной или повышенной подвижностью воздуха.

Проведенный анатиз показал, что воздействие микроклимата на организм человека весьма сложно и многообразно. Основные процессы швейного производства, работа швеи, раскрой ткани, относятся к 1-му классу по условиям труда на рабочих местах. Процессы влажно-тепловой обработки изделий относятся ко 2-му классу, ai в ряде случаев и к 3-му классу по показателям вредности производственной среды. При неблагоприятном сочетании отдельных факторов у работающего могут изменяться частота пульса и дыхания^ артериальное давление, напряженность нервной системы. Такие изменения сопровождаются значи— тельнымувеличением расхода энергии ла процесс терморегуляции организма, оператора и вызывают ухудшите работоспособности и снижение производительности, труда.

Параметры воздушной среды в рабочей зоне в соответствии с СанПин-2.20.0555-96 характеризуются «температурой воздуха от пола до высоты 2 метра, относительной влажностью, подвижностью воздуха и интенсивностью теплового излучения». Нормирование отдельных показателей производится ГОСТом 12.1.005 —88 в-зависимости от условий работы и в целях обеспечения максимальной энергии оператора для полезной работы и минимального расхода ее на.так называемые внутренние процессы.

По физическому напряжению все виды работ подразделяются на легкие, средней тяжести и тяжелые. К легким работам относятся работы, не требующие систематического физического напряжения. К категории работ средней тяжести

относят работы, связанные с постоянным движением, переноской небольших тяжестей массой до 10-ти кг, и выполняемых стоя, а к тяжелым работам относятся работы, связанные с переноской грузов массой свыше 10-ти кг.

Как показал проведенный анализ к категории работ средней тяжести относятся работы, выполняемые на технологических операциях: глажение утюгом и глажение на прессах..

Для определения температур рабочих поверхностей и кожухов подушек на технологическом процессе проводились замеры в холодный период с помощью тепловизора «AGA», с погрешностью измерений 1 градус. Замеры проводились в трех точках поверхностей: одна в середине и две точки на расстоянии ]см от края поверхностей подушки. Измерения температуры воздуха проводились в узлах сетки с шагом 0,05 м от прессах помощью психрометра. Всего было проведено 300 замеров температур при влажно-тепловой обработке изделия из полушерстяной ткани, которые были обработаны методами математической статистики.

На рабочих местах при использовании такого оборудования как швейные машины 800, 5659,541,73,28,51,212 классов и др. численное значение температуры воздуха в рабочей зоне составляло 21,0 - 24,2 °С, что соответствует допустимым значения. Численное значение подвижности воздуха находилось в пределах 0,1 - 0,2 м/с, что также соответствовало норме. Относительная влажность составляла 37 —41 %, при этом нижняя граница данного диапазона на 3 % ниже допустимых значений.

На рабочих местах для влажно-тепловой обработки изделий, оснащенных такими прессами как TV 2000-5-22,2000-1-22,2000-2-22, CS-330, CS-35I, CS-311, МАКПЙ- 521, значение температуры воздуха находилось в диапазоне 26,6 - 28,8 °С, что на 6,7 - 8,8 °С превышало оптимальную величину и на 3,4 - 5,3 °С превышало допустимое значение. В момент пропаривания температура воздуха достигала 54 °С, что на 30 °С превышало допустимое значение. Относительная влажность составляла 52 —58-%, что соответствовало оптимальному значению.

Подвюкность воздуха в момент пропаривания составляла 3,2 м/с, что на 3 м/с превышало допустимое значение. При отсутствии пропаривания на прессе подвижность воздуха составляла 0,2 —0,25 м/с.

Аналогичная картина наблюдалась в рабочей зоне оператора пресса на технологических процессах по изготовлению одежды в ОАО «Франт» г. Мо~ -жайск, ОАО «ЛШФ» г. Луховицы.

Проведенный анализ результатов измерений показал, что в рабочей зоне оператора ВТО наблюдаются условия теплового дискомфорта, причем наиболее дискомфортные условия наблюдаются в момент пропаривания изделия.

Третья глава посвящена разработке теплофизических моделей технологического оборудования для ВТО.- .....

При влажно-тепловой обработке изделий происходит с одной стороны передача тепла обрабатываемому швейному изделшо, а с другой стороны, процесс теплообмена между подушками прессов и окружающей средой в помещении цеха. Основными видами теплообмена являются конвекция и тепловое излучение.

Процесс конвективной теплоотдачи является сложным процессом, а коэффициент теплоотдачи является сложной функцией различных величин^ характеризующих этот процесс. В общем случае коэффициент теплоотдачи является функцией формы Ф1, размеров И, 12..., температуры нагретой поверхности 1п, скорости воздуха- и его температуры, а также его физических свойств при данной температуре — коэффициента теплопроводности, теплоемкости, плотности. и. вязкости.

Анализ существующих конструкций подушек прессов показал, что рабочие поверхности подушек а большинстве случаев плоские. Неплоские рабочие поверхности некоторых видов подушек имеют радиус кривизны в 5-10 раз больше определяющего размера этой поверхности, и поэтому в соответствии с принятой практикой тепловых расчетов их также можно считать плоскими: Ра—

бочие поверхности овальных подушек небольших размеров можно представить в виде дисков, определяющим размером которых будет диаметр.

Теплообмен излучением при ВТО изделий объясняется тем, что практически все тела обладают способностью излучать электромагнитные волны теплового диапазона.

На основе анализа циклограммы работы прессов цикл влажно-тепловой обработки изделия можно представить состоящим из нескольких этапов, характеризующихся различной температурой и расположением в пространстве подушек пресса'

1. Пресс открыт, на подушки укладывается изделие, длительность г, [с].

2. Пресс закрыт, идет процесс пропаривапия изделия, пресс приоткрыт идет снятие лас, длительность тг [с].

3. Пресс закрыт, идет процесс прессования, длительноспг, т> [с].

4. Пресс открыт, снимается изделие , длительность г„ [с].

5. Пресс открыт, длительность г5 [с].

Для первого этапа цикла влажно-тепловой обработки изделия определены следующие характерные поверхности:

— рабочая поверхность верхней подушки, вертикальная;

— боковые поверхности кожуха верхней подувши, вертикальные;

— рабочая-поверхность нижней подушки, горизонтальная^ на которую укладывается изделиенагграатенная\веерх;

— боковые поверхности кожуха низшей подушки^ вертикальные. Исследованиями установлено, что процесс конвективного теплообмена па

первом этапе цикла ВТО описывается двумя критериальными уравнениями для вертикально ориентированных поверхностей

о. . = 0,508 ■ Рг'' • (0,952 + Рг)

Л /

(1)

для горизонтально ориентированных поверхностей

а к = 0,135-4 (2)

v '

где, Рг - турбуле1шюе число ГГраидтля; g —ускорение свободного падения; 0 — коэффициент температурного расширения; V— кинематическая вязкость^ воздуха; X — коэффициент теплопроводности воздуха; ^ —температура поверхности подушки; /-характерный размер поверхности.

Процесс лучистого театообмена характеризуется коэффициентом, определяемым по следующей формуле

е-С,

»'

а, = -

100 У I 100 )

На втором этапе цикла ВТО, когда пресс закрыт и идет процесс проларивания. изделия, находящегося, между подушками пресса можно определить следующие характерные поверхности: боковые поверхности кожуха верхней и нижней подушек, вертикальные; получена зависимость для коэффи циента сложного теплообмена между боковыми поверхностями подушек прессов и воздушной средой в помещении цеха

Т«,25

, + т ——л-1 —+

(3)

[3 "Г»'0

У*я.+ 27зУ (Ч + 273У I ню ; I юо

е С0

(4)

В течение третьего этапа цикла ВТО происходит изменение температуры поверхностей подушек пресса и прекращается воздействие пара на изделие и воздушную среду в рабочей зоне оператора .

0,15

Для четвертого этапа цикла ВТО выделенные характерные поверхности теплообмена аналогичны поверхностям первого этапа, с той лишь разницей, что на рабочей поверхности нижней подушки пресса находится обрабатываемое изделие.

Расчет процессов теплообмена на пятом этапе цикла аналогичен расчегу в течение первого этапа цикла влажно-тепловой обработки изделий, и описывается теми же уравнениями.

Для определения суммарного количества тепла, выделенного в помещение швейного цеха за весь цикл влажио-тепловой обработки изделий, получена зависимость

О^Х Е (5)

где, ау - коэффициент сложного теплообмена на ¡-ом этапе цикла между воздушной средой и]-ой поверхностью теплообмена; 1а - расчетная температура внутреннего воздуха в помещении швейного цеха; - площадь .¡-ой поверхности теплообмена.

Аналогичным образом рассмотрена теплофизическая модель действия пресса, выполняющего операции ВТО верхнего плечевого оката, на примере пресса МАКПИ-521. Особенность этого анализа заключалась в том, что направление движения подушек отличалось от рассмотренного ранее и выброс паровой струи происходил га уровне головы человека, что представляло несомненный интерес для исследования с точки зрения определения и создания тепловых комфортных условий работающего.

На основе анализа величин, входящих в критериальнные уравнения (1),(2) следует, что процесс теплообмена между поверхностями подушек прессов и воздушной средой помещения цеха не зависит от геометрических размеров подушек прессов* поскольку в вышеуказанных уравнениях определяющий размер поверхности теплообмепа входит и в числитель^ и в знаменатель в степени одного порядка. Таким образом, процесс конвективного теплообмена ав-

томоделен, что говорит о корректной разработке теплофизической модели пресса ВТО и о справедливости распространения всех получепных уравнений теплообмена на пресса для влажно-тепловой обработки различных деталей и узлов, а также и различных групп изделий. На основе анализа уравнения (3) лучистого теплообмена видно, что процесс данного теплообмена протекает вне-, зависимости от определяющего размера / и, следовательно, также является автомодельным..

Таким образом, теплофизическая модель пресса представляет собой набор плоских поверхностей, строгим образом ориеитировашшх и взаимосвязанных во времени.» пространстве с присущими им характерными температурами нагрева поверхностей теплообмена.

В четвертой главе приведены результаты исследований конвективно-лучистого теплообмена между человеком и технологическим оборудованием. Установлено, что степень тяжести физической работы по энергозатратам человека на основных процессах швейного производства (швея, осноровщица, резак) не превышает 174,5 Вт/м2. Однако на операциях влажно-тепловой обработки изделий степень тяжести физической работы на 32 % превышает значение на других технологических операциях к составляет 232 Вт/м2.

На технологических потоках швейных предприятий для обеспечения на рабочем месте необходимых по санитарно-гигиешиеским нормам параметров-микроклимата применяются различные виды систем вентиляции: общеобменные,локальные, механкческие.сястемьг рассеивания и.др.

В настоящей работе автором проведен анализ действующих на передовых предприятиях швейной отрасли систем воздухообмена, отмечены положительные и отрицательные стороны воздействия на тепловые потоки от оборудование и технологических процессов ВТО.

Представляют интерес закрытые локальные системы удаления тепловых потоков, которые являются наиболее эффективными, но более громоздкими и дорогостоящими.

1- Г /

Р31_ 1 I ' - I I РА2 /\

Рис.3. Пресс с виброформованием ППСВ 1,2- подушки пресса ; 3 — вытяжка .

Особый интерес представляет система удалеиия-тепла примененная специалистами МГАЛТ под руководством Меликова Е. X. Влажно-тепловая обработка изделий производится в закрытых рабочих зонах, откуда тепловой поток удаляется-по локальным системам вентиляции. Однако, в настоящее время данные системы не нашли широкого применения н промышленности.

Проведенный анализ систем управления параметрами микроклимата на рабочих местах ВТО показал, что проблема поддержания температуры, влажности является актуальной и требует дальнейшей разработки в направлении анализа конвективно-лучистого теплообмена.

С позиций системаого подхода создание тепловых комфоргаых условий рассматривается как сложная теплофизическая система «оборудование для ВТО — воздушная-среда —оператор», включающая-в себя режимы обработки деталей и узлов изделий, параметры воздушной среды в помещении цеха, а также процессы конвективно-лучистого теплообмена.

Основываясь ш исследованиях УмияковаП. Н. в качестве расчетной те-плофизической модели человека в одежде принимается кожный покров в виде полой цилиндрической стенки с внутренним источником тепла радиусом 13 см, начиная.со слоя эпидермиса да концентрически раслголоженнъ/х слоеа одежды,, при этом применительно к изучению процессов теплообмена и создания-тепло-вых комфортных условий труда-на операциях влажно-тепловой обработки в со-

ответствии с разработанной теплофизической моделью пресса получено уравнение теплового баланса оператора

. 0,25

л .1-1*1 I*Г.

1,5-

= "£( 0,5 -Рг/'М- ' ■ ь.. 1=1,- л

• (их,у, т) + • - ^(х, у,г,,)]

V • а ^ + 1 X + 2я8в )

(6)

и.об + 273^ 4

100

/■— ч *• + 2731

, 100 )

Яе - критерий Рейнольдса; Рг — критерий Прандтля; и(х,у,2) — функция распределения температуры воздуха на рабочем месте оператора ВТО; ^ —температура на поверхности кожи оператора ВТО; а, - коэффициент теплообмена на поверхности оператора; сопротивление теплопередачи пакета одежды; 8Я — толщина пакета одежды; Ь - периметр теплофизической модели оператора в виде щшиндра; «3 —диаметр поверхности пакета одежды в теплофизической модели оператора ВТО в виде цилиндра; Соб.ч-приведенный коэффициент взаи— мооблучешюсти оператора и 1-й поверхности теплообмена оборудования ВТО; Фоб-ч- угловой коэффициент облученности между оператором и 1-й поверхностью теплообмена оборудования ВТО.

Анализ данного уравнения показал, что для определения конвективной теплоотдачи человека на основе системного подхода необходимо получить пространственно-временную функцию распределения температуры от оборудования для ВТО на рабочем месте оператора, которая зависит от параметров^ описывающих режим работы пресса. Для определения лучистой составляющей, падающей на оператора^ необходимо определить угловые коэффициенты облученности между поверхностью теплофизической модели человека и соответствующей поверхностью теплообмена модели пресса.

Для разработанной теплофизической модели пресса на основе теории конвективных струй были получены функции распределения температур воздуха на всех этапах цикла ВТО.

Пространственная функция распределения температуры воздуха в течение первого этапа цикла ВТО характеризуется количеством конвективного тепла, выделенного в помещение цеха поверхностями теплообмена, и имеет следующий вид

ек, о(1+<х) I, V г 6я с ес.1р1

о !

2_2

с'г

1+ст

з пс2' ^срри

йк!

•ехр

(^

У,, о

•ехр 2

+ У

(7)

Для пространственной функции распределения температуры воздуха в течение второго этапа цикла ВТО, которая характеризуется количеством конвективного тепла, выделенного в течение второго этапа цикла ВТО, а также темпе-

ратурой паровой струи получена следующая зависимость

с

2- 2 2

ехр

а 2

+У*

(8)

0мра

А_ 11-1

- ехр

о 2

(г+02

{сг[(х- у2)г + у2])

Установлено, что наиболее неблагоприятные условия наблюдаются в течение второго этапа цикла ВТО, когда происходит процесс пропаривания и пропаривания для снятая лас. На основе полученных зависимостей написана программа расчета функции распределения температуры воздуха в рабочей зоне оператора & зависимости от режимов работы пресса наязыке «Турбо Паскаль» и построены графики избыточной температуры воздуха для данного этапа цик-ла.рис.4.

сЗ Cl, ü И

50

й40 X

&30

эт

о «20

10

о

/ / / /

Y '

> г X у

о————л У -■ Г-'

. «я* —*

Расстояние от пресса, м

2 3 4 5 6 Давление пара Р,агм

—О—JPO.IM

--x=0J2M

......х=0,3м

-----х=0,4м

-;о=0,5м

х=Ч),6м

-----х=0,7м

-х=0,8м

---х?=0^м

---х=1,0м

Рис.4. Величина избыточной температуры воздуха на рабочем месте оператора ВТО в зависимости от давления trapa и его местоположения на втором этапе цикла.

Для определения угловых коэффициентов облученности использовались номограммы.

Пятая глава посвящена разработке инженерного метода оценки теплового состояния-оператора: В настоящее время НИИ медицины труда Российской ака-демии.медицинскнх наук рекомендуег.проязводнтьоценку теплового состояния , организма человека в производственных помещениях по оптимальной величине средневзвешенного конвективно-лучистого потока в зависимости от вида физической деятельности. Исследованиями гигиенистов установлено, что комфортному состоянию человека' при величине энергозатрат 135 - 232,6 Вг/м2 ( про-'

цессы влажно-тепловой обработки изделий ) величина теплового потока составляет 70 - 90 Вт/м2.

В связи с этим, в качестве критерия оценки комфортного теплового состояния человека принят расчетный средневзвешенный конвективно-лучистый поток, учитывающий термические свойства одежды, температуру и подвижность воздушной среды.

В зависимости от режимов обработки изделий определяются температуры характерных поверхностей подушек пресса, а также давление пара при пропа-ривании по графикам рис.4 определяется пространственно временная функция распределения температуры на рабочем месте .

При определении границы зоны теплового дискомфорта плоскость пола разбивается на квадраты со стороной 0,1 м. Разбивка па квадраты начинается от проекции боковой поверхности нижней подушки пресса, обращешюй в сторону оператора и продолжается вглубь помещения швейного цеха с шагом 0,1 м. Последовательно для каждой точки квадратной сетки на плоскости пола определяется величина средневзвешенного конвективно-лучистого теплового потока человека..

Для - определения вклада и влияния на тепловые условия работы оператора получены зависимости как для конвективной, так и для лучистой составляющих уравнения теплового баланса (6). На основе полученных зависимостей построены номограммы рис. 5,6 для определения величин конвективного, лучистого и конвективно-лучистого тепловых потоков оператора. При этом учтено, что работающий одет в соответствии с «Типовыми отраслевыми нормами бесплатной выдачи работникам специальной одежды, специальной обуви и средств индивидуальной защиты» и теплоизоляция" одежды составляет 0,15 м^т.

По величине расчетного средневзвешенного конвективно-лучистого теплового потока, иа рабочем месте оператора ВТО проводятся границы, между которыми находится зона-теплового комфорта.

« 40

§ 20

§ 2 0

§ "Р -20

Н ® -40

| а-60

2 «-80

к о

£ &100

§ &120

§ -140

& -160

1

й-"***'1 а *

/ '¿г . * ; К " Р- 1

1 / г "Г а»

» Ж" Л/ У 1 1 г &

1 г

✓

-

Давление пара, атм

......1,5

---2

-3

- 5

— •«

Расстояние от пресса X, м

Давление пара, атм

2 Я £ 2

VI со

о" сГ о" о" о

1) II II н II

X X ><5

Расстояние от пресса X, м

Рис. 5. Зависимость конвективного и лучистого теплового потоков оператора от его местоположения и давления пара

500 | 450 ® 400 « 3 50 & 300 о 250 В 200 150 100 50 0

ч ^

ч. >

* \\

'V- \

V л \\ ч Ч| Л.

-Да** ¿V] •. ^ ч4 ...... . Ьн рта

• - ---.

Зо на те плов

о £

я

о"

к х

о II X

о &

о &

3 \о о" I!

X

г

о

II

X

3 оо о" !| X

Давление пара

Расстояние от пресса Х,м

Рис.б. Зависимость конвективно-лучистого теплового потока оператора от его местоположения и давления пара.

В результате проведенных исследований разработан инженерный метод оценки теплового состояния человека на операциях ВТО и на его основе разработана «Инструкция по расчету зон теплового комфорта и дискомфорта в рабочей зоне оператора влажно-тепловой обработки изделий».

Анализ полученных результатов показал, что наибольшее количество тепла выделяется во время второго и третьего этапов цикла ВТО, когда происходит. процессы, пропарнванигя, прессования и. пропаривания.для снятия лас с изделия; Величина конвективного теплового потока^ получаемого оператором во время второго и этапа достигают величины 85 Вт/м2, тогда как в течение выполнения остальных этапов цикла величина конвективных .потерь оператора составляет 17 Вт/м2. Это обменяется тем, что во время этих этапов цикла влажно-

тепловой обработки происходит выброс струи перегретого пара, который подается под давлением в шесть атмосфер, в воздушное пространство швейного цеха. На частицы пара действует подъемная сила Архимеда, приращение которой , в условиях существования избыточной температуры определяется то формуле ,

jp^^.^ijjpjdz (10)

Для уменьшения вредного воздействия паровой струи на параметры микроклимата рабочего места предложено изменить направление распространения струи пара и компенсировать выделение данного объема перегретого пара. Для этого предлагается использовать систему вакуумного отсоса пара ^которая, действует в момент пропаривания и подключена к нижней подушке пресса. Вакуумная установка создает разрежение равное 2,5 атм., которого, как показали

Рис.7. Подушка с паровым нагревом и камерой пропаривания.

А-паровая камера; I - корпус подушки; 2 - паровой клапан; 3 - накладка; Б - камера пропаривания; 4 - отверстия для отсоса пара; 5 - подача вакуума для компенсации пара . . проведенные расчеты по формуле для пара давлением 2 —б атм. достаточно для того, чтобы «всосать» паровую струю, распространяющуюся в вертикальном направлении во время второго и третьего этапов цикла ВТО: Для обеспечения этого необходимо подключить действующий вакуумный отсос в-верхнюю

подушку пресса и внести изменения в ее конструкцию рис.7. По периметру боковой поверхности подушки пресса предлагается изготовить отверстия , через которые можно было бы производить отсасывание струи пара. Предложенная конструкция.подушки пресса позволяет существенно снизить.тепловые потери конвекцией оператора. Составлено техническое задание на усовершенствование верхней подушки пресса с паровым обогревом, которое направлено на Орловский завод легкого машиностроения для изготовления опытного образца.

Очевидно, что мероприятия-по улучшению тепловых условий труда имеют приоритет перед другими мероприятиями, так как обладают одновремешю большой социальной и экономической эффективностью.

Однако, мероприятия по совершенствованию условий труда, как отмечается исследователями именно в силу своей высокой социальной направленности дают повышенный экономический эффект, который проявляется в уменьшении выплат по больничным листам (поскольку сокращаются невыходы на работу из-за заболевания, обусловленных некомфортными условиями труда); в связи с улучшением трудоспособности работающих, а также в уменьшении потребности в рабочей силе в связи с ростом производительности труда.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований по созданию теплового комфорта на операциях влажно-тепловой обработки изделий, выполненных в данной диссертационной работе на основе системного подхода к этой проблеме, можно сделать следующие выводы.

1. Разработаны новые методы оценки условий комфорта на основе структурного анализа системы «человек —воздушная среда— оборудование для ВТО», позволяющие на стадии проектирования, реконструкции и технического перевооружения производить прогнозирование условий теплового комфорта в зависимости от режимов ВТО;

2. Проведен анализ особенностей технологического формования на примере прессов и паро-воздушных манекенов, а также рассмотрены конструктивные особенности подушек прессов и проведен сравнительный анализ и классификация рабочих органов оборудования по видам теплообмена, по направлению теплового воздействия , а также по форме и типоразмерам. На основе этого определены технологические характеристики.прессов, оказывающие непосредственное влияние на параметры микроклимата в рабочей зоне оператора ВТО.

3. Разработана теплофизическая модель пресса, позволяющая определять общее количество и распространение тепла, поступающего в течение различных этапов цикла работы пресса в рабочую зону оператора , обслуживающего технологический процесс влажно-тепловой обработки пиджака.

4. На основе комплексного анализа критериев оценки теплового состояния человека, как комфортного, определены критерии для оценки тепловых условий работы оператора при влажно-тепловой обработки изделий. Для оценки теплового состояния оператора ВТО по средневзвешенному конвективно-лучистому потоку разработана модель процесса конвективно-лучистого теплообмена между оператором и прессом для влажно-тепловой обработки изделий; определены этапы цикла, оказывающие наиболее сильное негативное влияние на параметры микроклимата в рабочей зоне оператора, такие как пропарива-ние, прессование и про гари ванне для снятия; лас.

5. На основе выполненных исследований и проведенных теплофизиче-ских расчетов получена пространственно-временная функция распределения температуры в рабочей зоне на операциях ВТО, а также предложены пути создания тепловых комфортных условий на основе защиты оператора временем или расстоянием.

6. Полученные функции распределения тепловых потоков на рабочих местах в зависимости от режимов влажно-тепловой обработки изделий являются исходными даннымидтя расчета систем вентиляции.

7. В работе производится принципиально новый метод расчета границы зоны теплового комфорта и дискомфорта по средневзвешенному конвективно-лучистому потоку, учитывающий теплоизоляционные свойства одежды оператора ВТО, теплопередачу излучением и теплопроводностью в воздушной прослойке между кожным покровом и слоями пакета одежды, а также распространение конвективно-лучистых тепловых потоков от оборудования для влажно-тепловой обработай изделий.

8. Предложена принципиально новая конструкция и разработано техническое задание на усовершенствование верхней подушки пресса, которая позволяет производить отсос паровой струи из воздушной среды помещения швейного цеха, что приводит к существенному снижению отрицательного воздействия конвективного теплового потока на оператора, а также уменьшению выделения тепла от пресса и созданию условий теплового комфорта работающим.

9. Разработана и утверждена в Главном управлении по труду и социальным вопросам «Инструкция по расчету зон теплового комфорта и дискомфорта в рабочей зоне оператора влажно-тепловой обработки изделий». Полученные результаты по расчету зов теплового комфорта и дискомфорта использованы при составлении плана мероприятий по улучшению условий труда работающих и модернизации технологических потоков на ряде предприятий, таких как ОАО «Акро», ОАО «Белоомутская швейная фабрика» и других, а также при проведении аттестации рабочих мест.

10. Использование разработок данной диссертационной работы в швейной промышленности с соответствующим социально-экономическим эффектом подтверждает правильность проведенных теоретических и экспериментальных исследований и создаст предпосылки к повышению производительности труда..

Опубликованные работы по теме диссертации.

1. Лебедев С. Л. Влияние влажно-тепловой обработки деталей и узлов изделия на воздушный режим в помещениях швейных цехов. Тез. докл. Межвузовской научной конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности». - М.,1996, ч. 4, с.83.

2. Умняков П. Н., Лебедев С. А Воздушный режим в производственных помещениях швейных цехов. Сб. Технология управления охраной труда. МАНЭБ, Санкт-Петербург, октябрь 1996, с.25.

3. Умняков П. Н., Шубина Е. В., Красичкова-Терновская Н. Ф., Лежава И. Д., Лебедев С. А. Реконструкция и техническое перевооружение малых предприятий. Метод, указания по дишгом. проектир. —М., РосЗИТЛП, 1996,24 с.

4. Лебедев С. А. Теплофизическая система: влажно-тепловая обработка—человек -тепловой комфорт в дипломном проектировании. Тез. докл. «Научно-методическая конференция по проблемам совершенствования высшего заочного образования». —М., 1997, с. 82.

5. Лебедев С. А. Исследование влияния влажно-тепловой обработки изделий на параметры микроклимата рабочих мест. Тез. докт. Межвузовской научной конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности». — М„ РосЗИТЛП, 1998, с. 34.

6. Лебедев С. А. Проблемы теплового комфорта-на операциях стабилизации-формы деталей одежды в дипломном проектировании; Тез. докл. Межвузовской-научно-технической конференции «Проблемы совершенствования высшего заочного образования». —М., РосЗИТЛП, 1999, с.145.

7. Умняков П. Н., Лебедев С. А Комплексная- теплофизическая модель пресса-ВТО швейных изделий. Сб. «Ученые РосЗИТЛП—в решении научных, технических и социальных проблем». —М, РосЗИТЛП, 1999, с.126-133.