На правах рукописи
Улучшение условий и безопасности труда операторов мобильных колесных машин в сельскохозяйственном производстве за счет автоматических устройств
05.26.01 - охрана труда (отрасль АПК)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Полунин Игорь Александрович
Санкт-Петербург 2009
Работа выполнена на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный университет»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ Горшков Юрий Германович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Шкрабак Владимир Степанович
кандидат технических наукКокарев Святослав Петрович
Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский институт автотракторной техники» г.Челябинск
Защита состоится 29 мая 2009 г., в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.060.05 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196601, г. Санкт - Петербург - Пушкин, Академический проспект, д.23, ауд. 2.529.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.
Автореферат разослан «28» апреля 2009 г. и помещен на сайте http://www.spbgau.ru /disser/news.html
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Т.Ю. Салова
безопасность оператор сельскохозяйственный автоматический
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Уровень безопасности транспортно-технологических процессов (ТТП) в агропромышленном комплексе (АПК) формируется многими ведомствами страны, однако, целостной научной концепции данной проблемы не разработано, а системные исследования этой проблемы требуют развития, что в итоге приводит к огромному социальному и материальному ущербу от травматизма и профессиональной заболеваемости. Так, до настоящего времени недостаточно полно разработаны методики интегральных количественных оценок безопасности при выполнении ТТП мобильных колесных сельскохозяйственных машин (МКСМ). Это в полной мере относится и к операторам указанных машин на стадии их начальной профессиональной подготовки в государственных образовательных учреждениях, а также к производственной среде в условиях сельскохозяйственного производства.
Отсюда следует, что тема диссертации, направленная на исследование и совершенствование методов и средств повышения безопасности системы «оператор-машина-среда», обеспечивающих безопасность ТТП в АПК, является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.
Диссертационная работа выполнялась в рамках целевой комплексной программы ГКНТ ОЦ 048 и научно-технической программы ЧГАУ по теме «Разработка и освоение прогрессивных методов организации, технологических процессов, приборов и оборудования, обеспечивающих повышение уровня использования тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин».
Цель работы. Повышение безопасности системы «оператор-машина-среда» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства за счет внедрения автоматических устройств.
Объект исследования. Безопасность труда операторов МКСМ при выполнении сельскохозяйственных операций.
Предмет исследования. Установление закономерностей влияния элементов системы «оператор - машина - среда» («О - М - С») на безопасность труда операторов МКСМ в сельскохозяйственном производстве.
Научная новизна положений, выносимых на защиту
- теоретически обоснован метод оценки риска системы «оператор - машина» («О - М»), достаточно объективно оценивающий риск системы «О - М» в ТТП сельскохозяйственного производства;
- впервые установлено влияние процесса буксования МКСМ на утомляемость операторов, позволяющее прогнозировать их степень утомления с учетом разных возрастных групп;
- обоснованы, разработаны и испытаны в лабораторных и производственных условиях экспериментальные образцы автоматических устройств, повышающих безопасность и динамику колесных машин, улучшающих условия труда операторов в ТТП сельскохозяйственного производства.
Практическая ценность работы и реализация ее результатов Методика оценки риска системы «оператор - машина» («О - М») в ТТП сельскохозяйственного производства позволяет получить достаточно объективную количественную оценку риска системы «О - М» с учетом каждого из ее элементов.
Использование разработанной конструкции автоматической блокировки шестеренчатого дифференциала (решение о выдаче патента на полезную модель. Заявка № 2008112419/22 (013431)) позволило на поверхностях с малой несущей способностью улучшить тягово-сцепные свойства в 3…4 раза по сравнению с серийным автомобилем, снизить расход топлива на 12…15%.
Автоматическое устройство для разбрасывания сыпучих материалов (патент на изобретение № 2332308) в условиях скользких, укатанных снежных и обледенелых дорог снижает буксование колесных машин на 25…30% и расход топлива на 8…10%.
Предложенные конструкции антиблокировочных систем (АБС) на скользких и обледенелых дорогах улучшают курсовую и боковую устойчивость, снижают вероятность возникновения ДТП в среднем на 10…20%.
Автоматическое устройство для подогрева пола кабины в холодное время года позволяет поддерживать комфортные условия для ног оператора в пределах 18…240С.
Указанные автоматические устройства позволяют улучшить условия и безопасность труда операторов, динамические качества колесных машин, их производительность и экономичность, а также снизить вероятность возникновения травматизма при выполнении транспортно-технологического процесса.
Полученные автором результаты исследования используются в процессе изучения студентами ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный университет» дисциплины «Безопасность жизнедеятельности», «Тракторы и автомобили»; курсантами Челябинского высшего военного автомобильного командного инженерного училища им. Главного маршала бронетанковых войск П.А. Ротмистрова дисциплины «Автомобильная техника». Разработанные автоматические устройства: блокировка шестеренчатого дифференциала, устройство для разбрасывания сыпучих материалов, антиблокировочная система (АБС) для мобильных колесных машин с пневматическим и гидравлическим приводами тормозов, устройство для подогрева пола кабины транспортного средства внедрены на предприятиях: ООО «Рифейэнергомонтаж», г. Миасс Челябинской области (2007г.), ООО «Головное специализированное конструкторское бюро ЧТЗ», г. Челябинск (2007г.), ООО «Транспорт ЧТЗ», г. Челябинск (2007г.), Челябинское ВВАКИУ, г. Челябинск (2007г.), ООО «Витязь - Сервис», г. Ишимбай Республика Башкортостан (2007г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях Челябинского государственного агроинженерного университета, г. Челябинск (2005…2008гг.), Челябинского высшего военного автомобильного командного инженерного училища, г. Челябинск (2003…2008гг.), Костанайского инженерно-экономического университета, г. Костанай (2006…2008гг.), Курганской государственной сельскохозяйственной академии (КГСХА), г. Курган (2005…2008гг.), Южно-Уральского государственного университета, г. Челябинск (2005…2008гг.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 9 научных статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 133 наименований и содержит 150 страниц машинописного текста, включая 44 рисунка, 12 таблиц, 6 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении: кратко изложена актуальность диссертационной работы, сформулированы научная проблема, цель и объект исследования, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об апробации и внедрении результатов работы.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проведен анализ необходимости социально-экономических аспектов улучшения условий и безопасности труда операторов мобильных колесных машин в процессе сельскохозяйственного производства.
Рассмотрены труды В.А. Андрос, Б.А. Сушко, В.Я. Улицкого, Ю.И. Аверьянова и других авторов, посвященные изучению механизма технической и технологической безопасности, а также действий факторов опасности на человека - оператора. Отечественные ученые В.С. Шкрабак, О.П. Русак, Ю.Д.Олянич, А.П. Лапин, Ю.Г. Горшков, И.В. Гальянов, П.Г. Митрофанов, Г.В. Бектобеков и др. в своих научных исследованиях много внимания уделяли методам оценки безопасности мобильных сельскохозяйственных машин. Однако, в указанных научно-исследовательских работах не в полной мере учитывается связь травматизма и профессиональной заболеваемости операторов МКСМ со степенью их подготовки; утомляемостью от процесса буксования МКСМ; недостаточными тягово-сцепными свойствами МКСМ в условиях поверхностей с малой несущей способностью и скользких дорог (буксование); несовершенством отдельных агрегатов и механизмов (отсутствие АБС); недостаточной эффективностью нормализации микроклимата в кабине транспортного средства в холодный период года (низкая температура в зоне ног оператора) и др.
На основании вышеизложенного можно сформулировать научно-техническую проблему - повышение безопасности труда операторов и мобильных колесных машин в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства.
Анализ ранее проведенных научно-исследовательских работ позволяет выдвинуть следующую гипотезу: повысить безопасность труда операторов и мобильных колесных машин в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства возможно применением автоматических устройств и методом оценки риска системы «оператор - машина» («О - М»).
Исходя из анализа научно-исследовательских работ и поставленной цели, в диссертационной работе были определены следующие задачи исследования:
- обосновать метод оценки риска системы «оператор - машина» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства;
- исследовать влияние процесса буксования МКСМ на утомляемость операторов с учетом разных возрастных групп;
- обосновать и разработать автоматические устройства, повышающие тягово-сцепные свойства и проходимость, улучшающие тормозные качества МКСМ и условия труда операторов в холодное время года;
- дать экономическую оценку результатов исследования.
Во второй главе «Теоретическое обоснование методов и средств повышения безопасности системы «оператор-машина» в транспортно-технологическом процессе сельскохозяйственного производства» разработан показатель, позволяющий достаточно объективно оценить риск системы «оператор - машина» в ТТП сельскохозяйственного производства, а также исследовано влияние процесса буксования колесной машины на утомляемость операторов.
Для оценки уровня риска травмирования операторов МКСМ выделяется:
n - общее количество операций по управлению технологическим процессом мобильной машины; m1 - количество операций, связанных с риском получения оператором травм различной степени тяжести; m2 - количество операций, связанных с максимальным риском травмирования оператора. При этом считаем, что показатель риска травмирования R нормируется на множестве [0; 1], а структура R должна быть линейной относительно величин m1/n; m2/n и m2/m1. В этом случае должны соблюдаться следующие условия: 0 ? m1 ? n; 0 ? m2 ? m1 и n ? 1. Очевидно, что чем меньше значения указанных отношений, тем ниже уровень риска травмирования операторов мобильной сельскохозяйственной техники.
Структуру показателя риска R можно записать следующим образом:
R = A m1/n + B m2/n + C m2/m1 , (1)
где А, В и С - безразмерные параметры математической модели.
Для определения количественных значений этих величин задаем следующие условия:
1) если m2= m1= n, то R=1, то есть риск травмирования максимален. С учетом этого получим уравнение:
А + В + С = 1 . (2)
2) если m1= n и m2= 0,5m1 , то:
R = А + 0,5В + 0,5С = 0,8. (3)
3) если m1=0,5n, а m2=0,25n=0,5m1, то R=0,5 (вероятность травмирования оператора составляет 50%), следовательно:
0,5А + 0,25В+-0,5С = 0,5 . (4)
Решая систему уравнений (2,3,4), определим, что: А=0,6; В=0; С=0,4. Подставив найденные значения в уравнение (1), получим окончательную формулу показателя риска травмирования оператора:
R = 0,6m1/n +0,4m2/m1. (5)
График, представленный на рисунке 1, показывает, что с увеличением значения m2 показатель риска травмирования R оператора МКСМ резко возрастает.