Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по техническим специальностям

На правах рукописи

БОГДАНОВ Андрей Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ УСЛОВИЙ ТРУДА ОПЕРАТОРОВ МОБИЛЬНЫХ КОЛЕСНЫХ МАШИН В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (в агропромышленном комплексе)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург - Пушкин - 2010

Работа выполнена на кафедре Безопасность жизнедеятельности ФГОУ ВПО Челябинская государственная агроинженерная академия

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Горшков Юрий Германович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Пьядичев Эдуард Васильевич

доктор технических наук, профессор

Юрков Михаил Михайлович

доктор технических наук, профессор

Митрофанов Петр Георгиевич

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Уральский государственный университет

Защита состоится л___ ___________ 2010 г., в ___ час 00 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. ______.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан л___ _____________ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор технических наук, профессор Т.Ю. Салова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие агропромышленного производства (АПП) Российской Федерации непосредственно связано с ростом производительности и повышением безопасности труда. Это относится и к операторам мобильных машин. Подавляющее большинство мобильных машин в АПП снабжены пневматическими колесными движителями и используются на различных поверхностях: с малой несущей способностью (поле, пахота, размытые грунтовые и полевые дороги, снег и др.); с высокой несущей способностью (асфальтобетонные дороги, дороги с щебеночным и гравийным покрытием, сухие укатанные грунтовые дороги и др.).

Технологические машины (зерноуборочные и кормоуборочные комбайны и др.) в основном работают на полях. При выполнении транспортных работ на поверхностях с малой несущей способностью колесные машины распределяются следующим образом: тракторы - 60Е65 %, автомобили Ц 35Е40 %. На поверхностях с высокой несущей способностью: тракторы - до 40 %, автомобили - свыше 60 %. В зимнее время использование автомобилей доходит до 90 %. В целом на долю автомобильного транспорта приходится более 80 % перевезенных грузов в сельском хозяйстве. При этом вид и состояние опорной поверхности оказывают непосредственное влияние на безопасность труда оператора.

Особенности АПП затрудняют создание отвечающих требованиям условий труда, которые у операторов мобильной техники во многом зависят от состояния внешней среды, конструкции машины и др. Используемые в АПП колесные машины обычно служат более установленного срока и ограничены в системах активной и пассивной безопасности. Их движение осуществляется или по бездорожью, или по дорогам, которые в ряде случаев требуют ремонта. При этом наличие вредных и опасных факторов предопределяет производственно обусловленную заболеваемость работников, включая травматизм, в том числе и с летальным исходом. По данным ВНИИОТ (г. Орел) количество погибших операторов мобильных машин составляет около 50 % от всех погибших в агропромышленном производстве.

Обоснованное повышение уровня безопасности операторов невозможно без результатов оценки условий труда, дающей не только количественную информацию о состоянии условий труда, но и позволяющей определять наиболее слабые места для адресной реализации организационных и технических мероприятий по охране труда. Важна и оценка эффективности этих мероприятий.

Существующие методы оценки условий труда зачастую не учитывают такие важные показатели, как производственно обусловленную заболеваемость и квалификацию работников. Хотя известно, что производственно обусловленная заболеваемость непосредственно зависит от условий труда, а более квалифицированный работник допускает меньше ошибочных действий, повышая свою безопасность.

Все это свидетельствует о необходимости разработки показателей, которые смогут оценить уровень безопасности оператора не только с учетом производственных факторов, но и с учетом его квалификации и производственно обусловленной заболеваемости. Обоснование и внедрение организационных и технических мероприятий по охране труда на основе оценочных показателей позволят повысить уровень безопасности операторов колесных машин. Оценить экономическую эффективность этих мероприятий целесообразно на основе методики интегральной оценки, учитывающей связанную с производством заболеваемость работников.

Таким образом, исследование и совершенствование методов оценки условий труда и повышения уровня безопасности операторов мобильных колесных машин при выполнении технологических процессов в агропромышленном производстве является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель работы. Совершенствование оценки условий труда и повышение уровня безопасности операторов мобильных колесных машин агропромышленного производства за счет организационных и технических мероприятий.

Объект исследования. Процесс формирования безопасных условий труда оператора мобильной колесной машины агропромышленного производства.

Предмет исследования. Закономерности влияния организационных и технических мероприятий на уровень безопасности оператора мобильной колесной машины агропромышленного производства.

Методы исследования. В качестве основных методов применялись: логика научных исследований, элементы методов инженерных и эргономических исследований, методы оптимизации и рационализации, математического и физического моделирования, хронометражные работы и т.д. В результате были разработаны частные методики лабораторных исследований, испытаний машин и устройств. Все расчеты выполнены с использованием ЭВМ.

Научная новизна:

обоснованы показатель уровня безопасности операторов мобильных машин агропромышленного производства с учетом влияния на него каждого элемента системы лчеловек Ц машина - среда и оценочный показатель условий и охраны труда на основе методики интегральной оценки, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников;
обоснованы и разработаны: автоматические устройства, повышающие уровень безопасности операторов при движении колесных машин на скользких несущих поверхностях; нагревательные устройства электрического типа с автоматическим регулятором температуры для поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины мобильной машины, улучшающие условия труда операторов в переходные и холодный периоды года;
разработаны математические модели: расчета критической скорости гидроскольжения (аквапланирования) с учетом основных факторов, влияющих на процесс гидроскольжения; определения рациональных давлений воздуха в шинах тракторов типа Т-150К, повышающих устойчивость прямолинейного движения;
установлена зависимость экономической эффективности результатов исследования на основе методики интегральной оценки условий труда.

Практическая ценность. Предложен показатель уровня безопасности (класс безопасности) операторов мобильных машин с учетом влияния на него каждого элемента системы человек-машина-среда (Ч-М-С). Он может использоваться для рационального распределения операторов по машинам. Также обоснован оценочный показатель условий и охраны труда (класс условий труда) на основе интегральной методики, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников. Данные показатели могут применяться для определения путей повышения безопасности операторов и эффективности мероприятий по охране труда. Обоснованы и предложены автоматические устройства для разбрасывания сыпучего материала и антиблокировочные системы, направленные на повышение безопасности операторов при движении и торможении колесных машин на скользких дорогах. Обоснованы автоматические электронагревательные устройства, которые в переходные и холодный периоды года обеспечивают оптимальные температуры поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины. Разработана математическая модель определения критической скорости гидроскольжения (аквапланирования). На ее основе возможно совершенствование колесных машин и ограничение скорости движения на покрытых водой участках дорог с целью снижения числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Предложена математическая модель расчета рациональных давлений воздуха в шинах тракторов типа Т-150К, при которых повышается устойчивость прямолинейного движения за счет снижения кинематического несоответствия. Установлена зависимость для определения экономической эффективности мероприятий по охране труда на основе интегральной методики, позволяющей учитывать производственно обусловленную заболеваемость работников, включая производственный травматизм.

Реализация результатов исследования. На стадии проектирования результаты исследований могут быть применены для определения рациональных параметров элементов системы Ч-М-С, повышающих уровень безопасности операторов мобильных колесных машин в АПП. Предложенные показатели могут быть использованы при совершенствовании нормативных документов по оценке условий и охраны труда. Обоснование работы автоматических устройств для разбрасывания сыпучих материалов, антиблокировочных тормозных систем, нагревательных устройств электрического типа позволяет создавать аналогичные конструкции. Разработанная математическая модель расчета критической скорости гидроскольжения дает возможность анализировать влияние основных факторов на сам процесс гидроскольжения (оптимизировать параметры колес и машин). Математическая модель определения рациональных давлений может служить основой для создания автоматических систем регулирования давления воздуха в шинах колесных машин.

На стадии эксплуатации возможно использование класса безопасности и класса условий труда для более объективной оценки уровня безопасности операторов мобильных машин в АПП и определения эффективности внедрения мероприятий по охране труда. Также возможно проведение организационных мероприятий на основе предложенного алгоритма по рациональному распределению операторов по мобильным машинам, технических мероприятий по оборудованию мобильных машин разработанными автоматическими устройствами. Для снижения вероятности гидроскольжения целесообразно на покрытых водой участках дорог устанавливать ограничительные знаки скорости движения, рассчитанной по предложенной математической модели. Установка рациональных давлений воздуха в шинах на основе разработанной математической модели позволит улучшить устойчивость прямолинейного движения тракторов типа Т-150К. Целесообразно оснащение тракторов системами регулирования давления в шинах непосредственно из кабины. Экономическую эффективность предлагаемых мероприятий по охране труда можно определять по предложенной зависимости на основе интегральной методики.

Внедрение. Предложенный оценочный показатель, определяемый посредством интегральной методики, рекомендован к использованию Министерством труда и социального развития РФ и Министерством сельского хозяйства РФ, а также Управлением по труду и социальным вопросам администрации Челябинской области при проведении аттестации рабочих мест по условиям труда (аттестация проведена более чем на 70-ти предприятиях). Предложенные на основе класса безопасности рекомендации по рациональному распределению операторов по машинам внедрены в АОЗТ Чесменское (Челябинская обл.). Устройство для разбрасывания сыпучих материалов внедрено в ООО Рифейэнергомонтаж, ООО Транспорт ЧТЗ (Челябинская обл.) и др. Антиблокировочная система тормозов внедрена в ООО Транспорт ЧТЗ. Электронагревательные устройства - в ООО Подрядчик, ООО Рифейэнергомонтаж (Челябинская обл.), ООО Головное специализированное конструкторское бюро ЧТЗ (г. Челябинск). Рекомендации по ограничению скорости движения на мокрых дорогах используются Октябрьским ГУП по ремонту и содержанию дорог (Челябинская обл.). Рекомендации по использованию рациональных давлений воздуха в шинах тракторов внедрены в ООО Матрикс Агритех, ООО Подрядчик (Челябинская обл.). Предложенная экономическая оценка по охране труда ведется в ООО ЦОТ Эксперт-Безопасность (г.Челябинск). Материалы диссертации преподаются в ЧГАУ, КГСХА, КИнЭУ и включены в учебное пособие: Безопасность жизнедеятельности (Безопасность труда в сельскохозяйственном производстве). Ц Челябинск, 2008 (с грифом л Рекомендовано УМО вузов РФ по агроинженерному образованию).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях ЧГАУ (г. Челябинск, 1990Е2009 гг.), КСХИ (г. Кустанай, 1995Е1996 гг.), ОСХИ (г. Оренбург, 1996 г.), МАДИ (Челябинское отд., 2004Е2007 гг.), ЮУрГУ (г. Челябинск, 2004Е2009 гг.), ВНИИОТ (г. Орел, 2000 г.), Всероссийском совещании Проблемы реформирования отраслей социальной сферы и совершенствования управления охраной труда (Москва, 1999 г.), конференциях по вопросам охраны труда Министерства сельского хозяйства РФ (1999Е2000 гг.), заседании секции охраны труда Научно-технического Совета Министерства сельского хозяйства РФ (2000 г.), научной конференции СПбГАУ (г. Санкт-Петербург, 2008 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 45 работах, из них 15 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, получены три патента и два свидетельства на программы для ЭВМ.

На защиту выносятся:

обоснование показателя уровня безопасности операторов мобильных машин агропромышленного производства с учетом влияния на него каждого элемента системы человек - машина Ц среда и оценочного показателя условий и охраны труда на основе методики интегральной оценки, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников;
обоснование и разработка: автоматических устройств, повышающих уровень безопасности операторов при движении колесных машин на скользких несущих поверхностях; нагревательных устройств электрического типа с автоматическим регулятором температуры для поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины мобильной машины, улучшающих условия труда операторов в переходные и холодный периоды года;
математические модели: расчета критической скорости гидроскольжения (аквапланирования) с учетом основных факторов, влияющих на процесс гидроскольжения; определения рациональных давлений воздуха в шинах тракторов типа Т-150К, повышающих устойчивость прямолинейного движения;
зависимость экономической эффективности результатов исследования на основе методики интегральной оценки условий труда.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 213 наименований, и содержит 358 страниц машинописного текста, включая 92 рисунка, 52 таблицы, 39 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования по совершенствованию безопасности и оценки условий труда операторов мобильных колесных машин агропромышленного производства. Дана характеристика проблемы, сформулированы цель исследования, основные положения, выносимые на защиту, приведены научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В первой главе Состояние проблемы и задачи исследования освещены состояние травматизма и профзаболеваемости в агропромышленном производстве РФ, основные источники опасности в системе Ч-М-С, существующие оценочные показатели условий и охраны труда, а также ранее выполненные исследования по вопросам безопасности операторов мобильных машин.

Специфика условий труда операторов мобильных машин в АПП и неудовлетворительное состояние техники предопределяют высокий травматизм, который среди операторов примерно в 3 раза выше, чем в целом по отрасли. В отраслевой структуре профессиональной патологии их заболевания составляют около 55 %. Поэтому вопрос повышения уровня безопасности операторов мобильных транспортных и технологических машин агропромышленного производства весьма актуален.

Повышение уровня безопасности возможно путем внедрения обоснованных организационных и технических мероприятий на основе объективной оценки условий и охраны труда. Оценкой условий труда занимаются многие НИИ (ВНИИОТ, ВНИИМАШ, НПО ВИСХОМ и др.) и ВУЗы (СПбГАУ, КГСХА, ЧГАУ и др.). Результаты исследований представлены в работах Шкрабака В.С., Русака О.Н., Гальянова И.В., Митрофанова П.Г., Лапина А.П., Горшкова Ю.Г., Олянича Ю.Д. и других ученых. Введен оценочный показатель - уровень риска. Но до сих пор нет единого подхода для оценки функционирования системы Ч-М-С.

Оценка условий труда проводится и в рамках проведения аттестации рабочих мест. При этом оцениваются условия труда по гигиеническим критериям, травмобезопасность и обеспеченность работников средствами индивидуальной защиты.

Однако существующие оценочные показатели, как правило, не учитывают профессиональные качества человека-оператора, хотя уровень его квалификации может оказывать большое влияние на безопасность труда. Не придается значению и производственно обусловленная заболеваемость работников, характеризующая состояние условий труда. Поэтому требуются оценочные показатели, которые могли бы учесть влияние всех элементов системы Ч-М-С на уровень безопасности оператора мобильной машины в АПП. Эти показатели позволили бы наряду с количественной оценкой наметить пути улучшения условий и охраны труда, сделать вывод о соответствии квалификации оператора выполняемому технологическому процессу и др. Обоснование и внедрение организационных и технических мероприятий на основе оценочных показателей будет способствовать преодолению сложившегося неблагоприятного положения с безопасностью труда операторов.

Уровень безопасности операторов мобильных машин во многом определяется состоянием поверхности качения. В трудах Чудакова Е.А., Чудакова Д.А., Смирнова Г.А., Петрушова В.А., Шульгина Л.М., Горшкова Ю.Г., Немчинова М.В., Гуревича Л.В. и других ученых отмечается, что скользкие дороги повышают буксование и ухудшают тормозные качества колесных машин. Мокрые дороги могут привести к гидроскольжению (аквапланированию). Но вопросы устранения этих отрицательных явлений еще не достаточно изучены. Дальнейшего изучения требуют и вопросы повышения курсовой устойчивости колесных машин, улучшения показателей микроклимата в их кабинах, рационального распределения операторов с учетом их квалификации и технического состояния машин.

Организационные и технические мероприятия по охране труда требуют оценки их эффективности, в том числе и экономической. Экономический анализ подробно рассматривается в работах Шкрабака В.С. и других ученых. При этом экономический эффект от снижения связанной с производством заболеваемости операторов целесообразно определять на основе интегральной методики, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников.

На основании изложенного можно утверждать, что в настоящее время наблюдаются явные противоречия: с одной стороны, имеются оценочные показатели условий и охраны труда и предлагаются пути совершенствования безопасности операторов, с другой стороны, наблюдается значительный ущерб от производственного травматизма и заболеваемости операторов мобильных машин. В связи с создавшейся проблемной ситуацией возникает научно-техническая проблема - исследование и совершенствование методов оценки условий труда и повышения уровня безопасности операторов мобильных колесных машин при выполнении технологических процессов в агропромышленном производстве.

Анализ литературных источников и научных исследований позволяет выдвинуть следующую гипотезу: повышение уровня безопасности операторов мобильных колесных машин агропромышленного производства возможно за счет организационных и технических мероприятий на основе оценочных показателей условий труда.

На основе анализа приведенного материала определены следующие основные задачи исследования:

обосновать показатель уровня безопасности операторов мобильных машин агропромышленного производства с учетом влияния на него каждого элемента системы лчеловек Ц машина - среда и оценочный показатель условий и охраны труда на основе методики интегральной оценки, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников;
обосновать и разработать: автоматические устройства, повышающие уровень безопасности операторов при движении колесных машин на скользких несущих поверхностях; нагревательные устройства электрического типа с автоматическим регулятором температуры для поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины мобильной машины, улучшающие условия труда операторов в переходные и холодный периоды года;
разработать математические модели: расчета критической скорости гидроскольжения (аквапланирования) с учетом основных факторов, влияющих на процесс гидроскольжения; определения рациональных давлений воздуха в шинах тракторов типа Т-150К, повышающих устойчивость прямолинейного движения;
дать экономическую оценку результатов исследования на основе интегральной методики, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников.

Во второй главе Теоретические предпосылки к повышению безопасности и совершенствованию оценки условий труда операторов колесных мобильных машин в агропромышленном производстве дается обоснование предлагаемых оценочных показателей условий труда и мероприятий по повышению безопасности операторов.

Уровень безопасности оператора мобильной машины зависит от элементов системы Ч-М-С. Если элементы лмашина и среда в настоящее время более или менее исследованы, то элементу лчеловек не уделяется должного внимания.

Основной характеристикой человека-оператора является уровень его квалификации, который раньше определялся тремя классами. Чтобы получить квалификацию того или иного класса нужно было не только иметь достаточные навыки управления машиной и стаж работы, но и определенный объемом знаний, в том числе по охране труда. При этом оператор первого класса (КЛ = 1) считался более квалифицированным, чем оператор второго (КЛ = 2) или третьего (КЛ = 3) классов.

Элемент лмашина в системе Ч-М-С может быть выражен через травмобезопасность рабочего места оператора. Среда - через состояние условий труда. Информация о травмобезопасности и условиях труда в соответствие с Порядком проведения аттестации рабочих мест должна иметься в картах аттестации организаций.

К первому (КТ = 1) и второму(КТ = 2) классу по травмобезопасности относятся, соответственно оптимальные и допустимые условия по данному фактору. Третий класс (КТ = 3) присваивается травмоопасным условиям.

Условия труда на рабочем месте оцениваются классами условий труда (КУТ). Первый класс - оптимальные условия труда. Второй - допустимые. В целом это безопасные условия труда (КУТ = 2). Третий класс Ц вредные условия труда. Он делится на четыре степени и обозначается КУТ = 3.1, КУТ = 3.2, КУТ = 3.3 и КУТ = 3.4. Четвертый класс (КУТ = 4) - опасные условия труда.

Таким образом, классы, характеризующие квалификацию работника, травмобезопасность и условия труда, могут быть использованы для определения общего уровня безопасности оператора мобильного средства Ц класса безопасности КБ. Для него предлагаются следующие уровни безопасности: КБ = 1 - наивысший, КБ = 2 - высокий, КБ = 3 - средний, КБ = 4 - низкий, КБ = 5 - недопустимый.

Квалификацию оператора, травмобезопасность и состояние условий труда для удобства определения класса безопасности целесообразно выразить через баллы, соответственно, А, В и С (таблицы 1Е3).

Таблица 1 - Соответствие баллов А классности операторов

Классность, характеризующая квалификацию (КЛ)	1 класс	2 класс	3 класс
Баллы А, соответствующие КЛ	1	2	3

Таблица 2 - Соответствие баллов В классам по травмобезопасности

Классы по травмобезопасности (КТ)	1 класс	2 класс	3 класс
Баллы В, соответствующие КТ	1	2	3

В целом первый и второй классы Ц травмобезопасные условия (таблица 2). Поэтому имеет смысл их объединить и использовать один балл, например, В = 1

В = 1 при КТ = 1 или КТ = 2. (1)

Нужно учесть и то, что оператору трудно обеспечить допустимые условия труда. Это связано с особенностью агропромышленного производства. Так, характерное для сельского хозяйства движение машин по мягким грунтам (поле, бездорожье) повышает утомляемость операторов. Поэтому можно объединить условия труда с КУТ = 2 и КУТ = 3.1, а также условия труда с КУТ = 3.2Е3.4 (таблица 3).

Таблица 3 - Соответствие баллов С классам условий труда

Класс условий труда (КУТ)	2	3.1	3.2	3.3	3.4	4
Баллы С, соответствующие КУТ	1		2			3

Принимая баллы А, В и С равнозначными, найдем их среднюю величину Dср

(2)

Проанализируем выражение (2) с учетом таблиц 1Е3 и условия (1). Наивысший уровень безопасности (КБ = 1) будет при А = 1, В = 1 и С = 1, то есть при наивысшей квалификации оператора, травмобезопасных и допустимых (или почти допустимых) условиях труда. В этом случае Dср = 1.

Высокий уровень безопасности (КБ = 2) будет при средней квалификации оператора, травмобезопасных и соответствующих КУТ = 2Е3.1 условиях труда (А = 2, В = 1 и С = 1). При наличии вредных условий труда (КУТ = 3.2Е3.4), но высоких квалификации и травмобезопасности (А = 1, В = 1 и С = 2) также будет КБ = 2. Тогда для двух вариантов сочетаний баллов А, В и С значение Dср = 1,33.

Средний уровень безопасности (КБ = 3) будет при низкой квалификации оператора, травмобезопасных и соответствующих КУТ = 2Е3.1 условиях труда (А = 3, В = 1 и С = 1). При средней квалификации и вредных условиях труда (КУТ = 3.2Е3.4), но высокой травмобезопасности (А = 2, В = 1 и С = 2) также будет КБа=а3. Тогда для двух вариантов сочетаний баллов А, В и С значение Dср = 1,67.

Низкий уровень безопасности (КБ = 4) будет при низкой квалификации оператора, травмобезопасных и вредных условиях труда (КУТ = 3.2Е3.4). То есть при А = 3, В = 1 и С = 2 значение Dср = 2.

Недопустимый уровень безопасности (КБ = 5) независимо от квалификации оператора будет при травмоопасных (В = 3) и (или) опасных условиях труда (С = 3), когда эксплуатация машин не рекомендуется.

С учетом вышеизложенного и выражения (2) определим показатель КБ

Две верхние линии (рисунок 1), построенные по системе (3), показывают, что повышение квалификации операторов приводит к более высокому уровню безопасности. Плохое состояние мобильного средства (В = 3 и /или С = 3) приводит к недопустимому уровню безопасности (нижняя линия). График также подтверждает, что улучшение условий труда (баллы С) и травмобезопасности (баллы В) приводят к возрастанию уровня безопасности в целом.

Оценить условия труда операторов мобильных машин в АПП можно и с помощью разработанной НИИ труда методики интегральной оценки условий труда на основе норматива потерь рабочего времени от заболеваемости с временной утратой трудоспособности. Она позволяет выделять из всей нетрудоспособности работников ту, которая связана с производством - сверхнормативную (производственно обусловленную) заболеваемость. Производственно обусловленная заболеваемость служит лмерилом состояния условий и охраны труда, так как их ухудшение приводит к возрастанию заболеваемости, и наоборот. Учитывая, что одним из направлений применения методики является аттестация рабочих мест, то в качестве оценочного показателя можно предложить класс условий труда КУТи, определяемый на основе интегральной методики (на основе производственно обусловленной заболеваемости). Градация КУТи была принята исходя из Руководства Р2.2.2006-05

(4)

где ВУТсн - средняя производственно обусловленная (сверхнормативная) временная утрата трудоспособности (заболеваемости) работников структурного подразделения (рабочего места и др.), дней/год.

Показатель ВУТсн определятся на основе известных выражений

(5)

где ВУТф - средняя фактическая утрата трудоспособности работников структурного подразделения (рабочее место и др.), дней/год; ВУТн Ц средняя нормативная утрата трудоспособности работников структурного подразделения, дней/год;

(6) (7)

где ВУТфi - фактическая утрата трудоспособности i-го работника, дней/год; ВУТнi - нормативная утрата трудоспособности i-го работника, дней/год; n Ц количество работников структурного подразделения (рабочее место и др.), чел.

Величина ВУТф определяется с листов нетрудоспособности работников и включает в себя производственно обусловленную ВУТсн и не связанную с производством ВУТн нетрудоспособности. Величина ВУТн есть не что иное, как лбытовая нетрудоспособность. Она находится из справочника нормативной утраты трудоспособности по показателям работника: пол, возраст, уровень образования, стаж работы, семейное положение, наличие детей и детей до 14 лет. Разность между ВУТф и ВУТн исключает бытовую нетрудоспособность (5) при определении КУТи (4).

Показатель КУТи учитывает влияние на него всех элементов системы Ч-М-С, так как лбиоприборами выступают сами люди, организм которых четко реагирует на любые элементы условий труда. Если они неблагоприятны, то реакция организма человека проявляется в повышении связанной с производством заболеваемости.

Для определения зависимости КУТи от величины ВУТсн была сделана выборка из рабочих мест организаций, где оценка условий труда проводилась на основе интегральной методики и путем измерений и оценок производственных факторов. Классы условий труда и степень вредности определялись по результатам измерений и оценок (Руководство Р 2.2.2006-05). Сверхнормативная утрата трудоспособности работников рассчитывалась по формулам (5Е7). Рабочие места, где достоверность измерений и оценок подвергалась сомнению, исключались из выборки. В таблице 4 приведен ее фрагмент, а на рисунке 2 показаны результаты сравнения.

Таблица 4 - Фрагмент сопоставления классов условий труда и производственно

обусловленной (сверхнормативной) утраты трудоспособности

Рабочее место, профессия	Количество работников, чел.	Средняя сверхнормативная утрата трудоспособности ВУТсн, дн./год	Класс условий труда и степень вредности
Оператор комбикормового цеха	2	8,45	3.2
Зерносушильщик	3	3,57	3.1
Весовщик	3	-6,50	2
Водитель грузового автомобиля	2	8,80	3.2
Тракторист	2	9,00	3.2
Кузнец	1	22,10	3.4

Рисунок 2 - Зависимость класса условий труда и степени вредности от ВУТсн

Из рисунка 2 видно, что классам условий труда и степени вредности соответствуют определенные интервалы производственно обусловленной заболеваемости. Так как границы между интервалами размыты, то использование математического аппарата позволило окончательно принять следующие интервалы (таблица 5).

Таблица 5 - Зависимость КУТи от ВУТсн

ВУТсн, дн./год	Класс условий труда и степень вредности КУТи
ВУТсн ≤ 0	2 (второй класс Ц допустимые /безопасные/ условия труда)
0 < ВУТсн ≤ 6,00	3.1 (третий класс первой степени - вредные условия труда первой степени)
6,00 < ВУТсн ≤ 12,25	3.2 (третий класс второй степени - вредные условия труда второй степени)
12,25 < ВУТсн ≤ 18,75	3.3 (третий класс второй степени - вредные условия труда второй степени)
18,75 < ВУТсн ≤ 25,75	3.4 (третий класс второй степени - вредные условия труда второй степени)
ВУТсн > 25,75	4 (четвертый класс - опасные /экстремальные/ условия труда)

По данным таблицы 5 найдено уравнение регрессии

(8)

где у - значение, характеризующее класс условий труда и степень вредности.

На основе уравнения (8) построена кривая (рисунок 3). При этом интервалам от 0 до 1 по оси ординат соответствует КУТи = 3.1, от 1 до 2 - КУТи = 3.2, от 2 до 3 Ц КУТи = 3.3 и от 3 до 4 - КУТи = 3.4. Значениям y 0 соответствует КУТи = 2, а значениям y > 4 - КУТи = 4. Таким образом, график показывает (рисунок 3), что с повышением производственно обусловленной утраты трудоспособности значения класса условий труда и степени вредности возрастают (условия труда ухудшаются).

На основе выражения (8) и таблицы 5 составим систему для расчета КУТи

На основе системы (9) была разработана программа для ЭВМ (свидетельство Роспатента № 2000611049). Кроме КУТи она позволяет рассчитывать величины ВУТн, ВУТф и ВУТсн, общие сверхнормативные потери рабочего времени, выделять работников с КУТи 3.2 и др. Применение КУТи на основе методики интегральной оценки при про

ведении аттестации рабочих мест рекомендовано Департаментом условий и охраны труда Министерства труда и социального развития РФ и Министерством сельского хозяйства РФ (протокол заседания секции охраны труда Научно-технического Совета Минсельхоза России от 17 октября 2000 г., утвержден заместителем Министра сельского хозяйства РФ 8 ноября 2000 г.).

Показатель КУТи, как и класс безопасности КБ, может оценить и эффективность внедрения организацион-

ных и технических мероприятий по охране труда. При повышении безопасности оператора КБ стремится к единице

при . (10)

Обеспечить КБ = 1 довольно сложно. Поэтому для операторов мобильных средств достаточно иметь высокий (КБ = 2) или средний (КБ = 3) уровни безопасности. Низкий уровень (КБ = 4) нежелателен, и совершенно недопустим КБ = 5. Для уменьшения значения КБ можно воспользоваться предлагаемой схемой (рисунок 4). Из нее видно, какие элементы условий труда влияют на снижение баллов А, В и С, а значит на повышение безопасности оператора.

Аналогичная ситуация с оценочным показателем КУТи. Нужно напомнить, что в соответствие с Руководством Р 2.2.2006-05

классы условий труда из-

меняются от 1 до 4. При-

чем первому классу соответствуют оптимальные условия труда. Тогда

КУТи → 1 при ВУТсн → 0. (11)

Иными словами, при улучшении условий труда (КУТи → 1) снижается производственно обусловленная заболеваемость ВУТсн.

Исходя из выражений (10) и (11) показатели КБ и КУТи эквивалентны между собой, а наиболее безопасные условия труда будут наблюдаться при

(12)

Поэтому снижение баллов А, В и С (рисунок 4) также уменьшит КУТи.

Таким образом, подсчет КБ и КУТи по системам (3) и (9) вместе с анализом схемы (рисунок 4) позволит определить наиболее лслабые места в системе Ч-М-С для последующей реализации мероприятий по охране труда. При оценке эффективности этих мероприятий наиболее безопасные условия труда будут при значениях КБ и КУТи, близких к единице, что видно из условий (10), (11) и (12). Ряд организационных и технических мероприятий рассматривается далее.

Алгоритм проведения предлагаемых организационных мероприятий по повышению уровня безопасности операторов за счет их рационального распределения по мобильным машинам представлен в таблице 6.

Таблица 6 - Алгоритм рационального распределения операторов по машинам

№	Вид мероприятия	Примечания
	Проведение аттестации рабочих мест с целью определения класса условий труда КУТ и класса травмобезопасности КТ	В соответствие с действующим Порядком проведения аттестации рабочих мест по условиям труда
	Определение баллов В и С на основе КУТ и КТ	По таблицам 2 и 3
	Определение уровня квалификации (классности) оператора (КЛ)	По характеристикам уровня квалификации операторов
	Определение баллов А на основе КЛ	По таблице 1
	Расчет класса безопасности КБ на основе баллов А, В и С	По системе (3)
	Выделение машин, где КБ = 5, и запрет их дальнейшей эксплуатации	При КБ = 5 машины не участвуют в дальнейших расчетах до устранения (частичного устранения) вредных и опасных факторов
	Выделение машин, где КБ = 4, с целью повышения уровня безопасности	При КБ = 4 возможно устранение вредных и опасных производственных факторов и (или) закрепление за машинами операторов с более высокой квалификацией
	Рациональное распределение операторов по машинам с целью получения КБ = 1Е3	Перерасчет разных вариантов распределения операторов по машинам по системе (3)

Когда мероприятия охватывают несколько машин, то для подтверждения их эффективности можно воспользоваться средними значениями КБ. Если после внедрения мероприятий средняя величина класса безопасности будет меньше средней величины класса безопасности до их внедрения , то можно считать мероприятия эффективными

(14)

где , - класс безопасности i-го работника до и после внедрения мероприятий по охране труда; n - количество работников.

Кроме организационных важную роль играют и технические мероприятия. Основной причиной для разработки систем активной безопасности послужило большое количество ДТП, связанных с низким сцеплением шин с дорогой. Эксплуатируемые в АПП колесные машины, как правило, не оснащены этими системами, хотя более 50 % ДТП случается в сельской местности. Поэтому проблема повышения сцепления шин с опорной поверхностью в АПП весьма актуальна. В связи с этим, ряд предлагаемых технических устройств направлен на повышение сцепных качеств колесных машин с опорной поверхностью, прежде всего, в наиболее экстремальных условиях, встречающихся в переходные и холодный периоды года.

Установка ошипованных шин в зимний период не всегда оправдана, так как они увеличивают тормозной путь на очищенных от снега усовершенствованных дорогах. Со временем часть шипов выпадает из протектора. Шины с шипами портят дорожное покрытие и повышают уровень шума в кабине, ухудшая условия труда операторов. Абразивный износ шипов снижает их сцепные свойства.

Однако хорошее сцепление шин с дорогой позволяет повысить тормозные качества и снизить буксование ведущих колес. Буксование, в свою очередь, приводит к повышению тяжести и напряженности труда (увеличение числа стереотипных движений, потока воспринимаемой информации, усложнение ее оценки и др.). В итоге ухудшается самочувствие оператора, возрастает его утомление, снижается работоспособность. Буксование может привести к заносу, нарушая устойчивость движения машины. Все это повышает вероятность возникновения ДТП.

Таким образом, улучшение сцепления шин с дорогой приведет к снижению буксования колес, оказывая положительное влияние на условия труда (баллы С) и травмобезопасность (баллы В), уменьшая ВУТсн. Поэтому на основе выражений (10) и (11) можно записать условие повышения безопасности оператора

(15)

где δо - обобщенный коэффициент буксования колесной машины.

Как видно из условия (15), снижение буксования (δо) имеет важное значение, так как уменьшает величины оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных мобильных машин агропромышленного производства.

Буксование ведущих колес может быть совместным и раздельным. Для снижения раздельного буксования используют самоблокирующиеся межколесные дифференциалы. Но они не нашли широкого применения в АПП, так как имеют довольно высокую стоимость и не всегда обеспечивают полную блокировку колес.

Повышение сцепления шин с дорожным покрытием возможно путем разбрасывания сыпучего материала (щебень, мелкий гравий и др.) на скользкую поверхность. На городские дороги и трассы его разбрасывают спецмашины. Но в сельской местности ввиду малой интенсивности движения они практически не используются. Поэтому в условиях АПП имеет смысл устанавливать устройства для разбрасывания сыпучих материалов непосредственно на эксплуатируемые машины.

В связи с этим, предлагается устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях (устройство для разбрасывания сыпучих материалов). Для его функционирования применяется известный сравнитель угловых ускорений. Он учитывает наиболее встречающееся раздельное буксование, связанное с наличием межколесного дифференциала.

При попадании колеса на скользкий участок пути оно начинает буксовать. Если его угловое ускорение ε ≥ 10Е25 с-2, то сравнитель угловых ускорений вклю

чает электродвигатель устройства для разбрасывания сыпучих материалов, который приводит в действие вал с крыльчаткой (рисунок 5). Сыпучий материал подхватывается лопатками крыльчатки и вылетает через направляющий желоб под буксующее колесо. Сцепление шины с дорогой увеличивается, и угловое ускорение колеса уменьшается. При ε < 10Е25 с-2 электродвигатель отключается, и подача сыпучего материала прекращается.

Попадание частицы сыпучего материала под буксующее колесо зависит от начальной скорости полета частицы Vн, задаваемой лопаткой крыльчатки. Для ее определения рассмотрим основные силы, действующие на частицу (рисунок 5):

сила, действующая от лопатки разбрасывающего устройства Fл

Fл = m ⋅ a, (16)

где m - масса частицы сыпучего материала, кг; а - ускорение частицы, м/с2;

сила тяжести Fт

Fт = m ⋅ g, (17)

где g - ускорение свободного падения, м/с2;

сила сопротивления воздушной среды Fw

Fw = kр ⋅ Vн2, (18)

где kр - коэффициент пропорциональности, Н ⋅ с2/м2.

Рассмотрим проекцию сил, действующих на частицу, на ось ОY

Fw ⋅ sin α Ц⋅Fл sin α - Fт = 0, (19)

где α - угол между линией полета частицы и поверхностью дороги (максимальный угол между направляющим желобом и горизонталью), град.

После преобразований с учетом выражений (16Е19), а также средней величины угла наклона направляющего желоба α/2, получим

(20)

где Н - расстояние между точкой отрыва частицы от лопатки крыльчатки до поверхности дороги, м; S - расстояние по горизонтали между точкой отрыва частицы от лопатки и точкой ее приземления на дорогу перед надвигающимся колесом, м.

Значение Vн необходимо знать для расчета диаметра, скорости вращения крыльчатки и других параметров устройства. При выводе выражения (20) были сделаны допущения. Они, наряду с аэродинамическими характеристиками частицы, учитываются коэффициентом kр, который можно найти экспериментально.

В диссертационной работе также рассматривается аналогичное устройство с приводом вала крыльчатки от ведущего колеса.

Таким образом, предложенные автоматические устройства для разбрасывания сыпучих материалов позволяют повысить тягово-сцепные и тормозные свойства в условиях скользких несущих поверхностей, ограничить буксование ведущих колес мобильных машин, улучшить устойчивость прямолинейного движения, уменьшить тяжесть и напряженность трудового процесса. Нужно отметить, что на устройство получен патент на изобретение № 2332308.

Повысить уровень безопасности операторов мобильных машин можно и применением антиблокировочных систем (АБС), не допускающих блокировку колес при торможении. Особенно на скользких дорогах блокированное колесо может привести к заносу и опрокидыванию транспортного средства. Существующие АБС, как правило, имеют достаточно мощный компьютер и относительно высокую стоимость, что делает проблематичным их использование в АПП. Хотя в сельской местности применение АБС весьма актуально по причине частого движения машин по бездорожью и довольно редкой чистки дорог зимой от снега и наледи.

Работа АБС прежде всего направлена на повышение устойчивости при торможении (снижение числа ДТП). Это оказывает положительное влияние на травмобезопасность (баллы В), уменьшая ВУТсн. Тогда на основе выражений (10) и (11) можно записать условие повышения безопасности операторов

(21)

где Аотнi = Аабсi/Асмтi - относительное смещение i-ой оси колесной машины при работе АБС; Аабсi, Асмтi - смещение центра i-ой оси машины от заданного направления движения при торможении, соответственно, с АБС и без АБС, м.

Как видно из условия (21), снижение заноса осей при торможении с АБС (Аотнi 0) имеет важное значение, так как уменьшает величины оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных машин агропромышленного производства.

Для снижения заноса заблокированное при торможении колесо необходимо разблокировать. С этой целью в диссертации предлагается относительно простая АБС, не требующая бортового компьютера, что позволяет применять ее в условиях АПП даже на эксплуатируемой технике. Данная АБС работает лпо блокировке колеса. Поэтому наилучшие показатели, как и у АБС, работающей лпо замедлению колеса, будут наблюдаться на поверхностях с низким сцеплением. Но алгоритмы работы по блокировке и по замедлению в некоторых случаях приводят к сбоям при движении по неровным дорогам и являются причиной ошибок в работе АБС.

Поэтому предлагается второй вариант АБС с более предпочтительным алгоритмом работы - по проскальзыванию колеса (рисунок 6). В ней рассчитываются текущие значения коэффициента скольжения s и сравниваются с его предельным значением sпр, соответствующим максимальному коэффициенту сцепления. Если при торможении колеса превышается величина sпр, то логическое устройство подает напряжение на электроклапан, который открывает доступ тормозной жидкости в расширительную камеру (рисунок 7). Давление жидкости в тормозном цилиндре начинает падать, и колесо растормаживается, не дожидаясь полной блокировки. Когда коэффициент скольжения становится меньше sпр, то электроклапан обесточивается. Давление жидкости в тормозном цилиндре повышается. Если снова будет превышено значение sпр, то указанный цикл повторится. Это обеспечивает устойчивость движения и тормозную эффективность колесных машин даже в сложных и переменных условиях. Поэтому работающая по проскальзыванию АБС в большей степени подходит для условий сельского хозяйства.

Рисунок 7 - Принципиальная схема АБС:
1 - тормозной барабан; 2 - тормозная колодка; 3 Ц стяжная пружина; 4 - противопыльный колпачок; 5 - рабочий тормозной цилиндр колеса; 6 - щит;7 - трубопроводы; 8 - корпус электроклапана; 9 - катушка электроклапана; 10 - пружина электроклапана; 11 - сердечник соленоида; 12 Ц манжета; 13 Ц поршень;
14 - пружина; 15 - расширительная камера;
16 - обратный клапан; 17 - пружина клапана; 18 Цотверстие для сброса жидкости; 19 - отверстие для подачи жидкости

Поступающие в логическое устройство АБС сигнал с педали тормоза обозначим через Х, от датчика действительной скорости - через Х1 (рисунок 6). Сигнал с логического устройства, подаваемый на электроклапан АБС, обозначим как Y.

При отсутствии усилия на педали тормоза (при движении или покое колесной машины) сигнал Х = 0. В этом случае сигнал Y = 0 (электроклапан обесточен). Если машина движется (Х1 = 1) и осуществляется торможение (Х = 1), то логическое устройство обрабатывает сигналы с датчиков действительной скорости движения машины и оборотов колеса для определения коэффициента скольжения s. Когда значение s начинает превышать предельную величину sпр, то логическое устройство подает напряжение на электроклапан (Y = 1). При растормаживании колеса значение s становится меньше величины sпр, и подача напряжения на электроклапан прекращается (Y = 0). Когда машина останавливается (Х1 = 0), но усилие на педали тормоза остается (Х = 1), то логическое устройство также не подает напряжение (Y = 0). С учетом этого запишем совокупность условий работы логического устройства АБС

(22)

Для определения величины s воспользуемся известными формулами

(23)

где Vsi - скорость скольжения i-го колеса, м/с; Vд Ц действительная скорость движения машины, м/с; Vкi - линейная скорость элементов беговой дорожки шины i-го колеса в зоне контакта шины с дорогой, м/с.

Vкi = ωкirкi, (24)

где ωкi - скорость вращения i-го колеса, 1/с; rкi - радиус качения i-го колеса, м.

Из равенства (23) определим величину Vкi

Vкi = Vд(1 - s). (25)

Исходя из формулы (25) и заменяя величину s на sпр, можно записать

если Vкi < Vд(1 - sпр), то Y = 1. (26)

На основе выражения (26) представлены зоны торможения с АБС и без АБС при sпр = 0,2, что для большинства скользких поверхностей соответствует максимальному коэффициенту сцепления (рисунок 8).

Совместное решение выражений (22) и (23) и (24) позволит обосновать работу АБС при заданном значении sпр

Обоснование работы АБС (27) позволит обеспечить максимальные тормозные усилия без блокировки колеса. Совокупность условий (27) можно использовать и для АБС, работающей по блокировке колеса. Установка АБС на новые и эксплуатируемые мобильные машины в АПП будет способствовать сохранению их устойчивости при торможении и, следовательно, снижению числа ДТП при выполнении технологических процессов.

Условия труда операторов зависят и от других факторов, к одним из которых относится температура поверхностей tпов. В основном оператор контактирует с поверхностями кресла и пола кабины. В холодный период года их температура может быть ниже требуемой и даже отрицательная, а условия труда признаны как вредные (баллы С). Теплообмен с такими поверхностями приводит к охлаждению тела человека, повышая значение ВУТсн. Тогда на основе выражений (10) и (11) запишем условие снижения КБ и КУТи за счет поддержания оптимальных температур tопт поверхностей

(28)

Как видно из условия (28), обеспечение требуемых температур поверхностей в кабинах имеет важное значение, так как уменьшает величины оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных мобильных машин в АПП.

Обеспечить требуемые температуры можно с помощью электронагревательных устройств (накидок на поверхности). Проведенные нами эксперименты показали, что существующие устройства, как правило, не обеспечивают нормируемые температуры (даже при наличии регуляторов). Например, температура поверхности в месте контакта человека и сиденья (рисунок 9) на седьмой минуте нагрева превысила максимально допустимую величину (26 С), а на двенадцатой - 30 С. Причем интенсивности нагрева поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины различные.

Поэтому предложено нагревательное устройство электрического типа для сиденья и спинки кресла кабины (патент на полезную модель № 74222), включающее в себя две нагревательные части: для сиденья и спинки кресла. При этом каждая часть имеет свой регулятор температуры поверхности, обеспечивающий автономное питание от электрической системы мобильной машины (рисунок 10).

Предложен и более совершенный регулятор температуры поверхностей (патент на полезную модель № 74223). Он содержит (рисунок 11) датчик температуры, прикрепленный к центру поверхности нагревательного устройства и подключенный к логическому устройству, которое соединяется с управляющим элементом, включающим или выключающим питание от электрической системы мобильной машины. По достижению верхнего предела tвп температуры питание отключается, при падении до нижнего предела tнп - включается.

Тогда можно записать условие работы предложенного регулятора

(29)

где U - напряжение питания нагревательного устройства, В; Uб - бортовое напряжение машины, В; Рну - потребляемая мощность устройства, Вт; Рмакс.возм - максимальная мощность, которую позволяет реализовать электрическая часть мобильной машины, Вт.

После включения устройства происходит повышение температуры поверхности от начальной tнач до среднего значения требуемой величины . Затем она не меняется (tпов_ср = соnst). Так как нагрев поверхности до требуемых температур (рисунок 11) близок к линейному закону, то можно записать

(30)

где кt - коэффициент пропорциональности, С/мин; - время нагрева, мин.

Таким образом, предложенные и обоснованные нагревательные устройства электрического типа с автоматическим регулятором температуры позволят обеспечить требуемые температуры поверхностей. Это улучшит показатели микроклимата в кабинах мобильных машин в переходные и холодный периоды года.

Повысить безопасность операторов можно и организационными мероприятиями. Так, ограничение скорости движения на мокрых дорогах с целью предотвращения гидроскольжения (аквапланирования) быстроходных колесных машин будет способствовать снижению числа и тяжести ДТП (снижению баллов В и величины ВУТсн). Ограничение скорости следует вводить по величине Vкр - критической скорости, при которой начинается гидроскольжение. Последнее может возникать в местах скопления воды, как правило, на несоответствующих требованиям дорогах, что характерно для сельской местности. Поэтому на основе выражений (10) и (11) можно записать условие повышения безопасности операторов

(31)

Как видно из условия (31), предотвращение гидроскольжения имеет важное значение, так как уменьшает величины оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных машин агропромышленного производства.

С определенными допущениями образование процесса гидроскольжения представлено на рисунке 12. При движении колеса по мокрой дороге длина пятна контакта шины с дорогой начинает уменьшаться (рисунок 12б). При достижении критической скорости Vкр колесо отрывается от опорной поверхности (рисунок 12в) и полностью лопирается на воду (жидкость).

Учитывая, что в первый момент действия формирующей силы все жидкие тела проявляют упругость твердого тела, можно предложить схему гидроскольжения на основе глиссирования пластинки (рисунок 13).

С учетом рисунка 13 составим уравнение импульсов

(32)

где - конечная скорость - скорость жидкости в возникающей брызговой струе (|| = Vд, м/с); - начальная скорость Ц скорость жидкости относительно пластины (|| = Vд, м/с); Δt - малый промежуток времени, с; mж - масса объема жидкости за промежуток времени Δt, кг.

Масса жидкости mж плотностью ρ найдется следующим образом

mж = ρВпрδжVдΔt, (33)

где ВпрδжVдΔt - объем жидкости за промежуток времени Δt, м3; δж - толщина слоя жидкости, м; Впр - ширина протектора шины, м.

Проектируя уравнение импульсов (32) на ось ОХ и делая ряд преобразований с учетом равенства (33) и того, что || = || = Vд, получим выражение для определения гидродинамической выталкивающей силы Fгд

(34)

Угол наклона пластинки αпл (рисунок 13) зависит от свободного rс и динамического rд радиусов колеса: . Тогда

(35)

Отсюда можно определить вертикальную составляющую гидродинамической выталкивающей силы

. (36)

Зависимость (36) получена на основе схемы глиссирования пластинки в момент начала гидроскольжения. Поэтому вертикальная составляющая Fв равна по значению нормальной нагрузке на колесо Gк, а скорость Vд - скоростиVкр

(37)

Тогда с учетом системы (37) и выражения (36) можно определить Vкр

(38)

Для практических расчетов по формуле (38) вместо δж следует воспользоваться величиной толщины слоя жидкости над выступами шероховатости дороги . Если больше высоты выступов протектора Нпр, то будем считать, что шина лопирается на воду по всей своей ширине. Если наоборот, то шина лопирается на воду только выступами протектора. Тогда при ширина протектора Впр как бы уменьшается на сумму длин углублений в рисунке протектора (Впр - Lугл)

(39)

где Lугл - сумма длин углублений в рисунке протектора на отрезке, равном ширине протектора, м; lуглi - длина i-го углубления в рисунке протектора, м; n - количество углублений на отрезке, равном ширине протектора.

С учетом вышеизложенного и формул (38) и (39) можно составить систему для определения критической скорости гидроскольжения Vкр

(40)

Из графика (рисунок 14), построенного по системе (40) видно, что с увеличением толщины слоя жидкости на дороге критическая скорость Vкр уменьшается. Когда меньше высоты выступов протектора наблюдается резкое

повышение Vкр (рисунок 14, кривая 1), что способствует снижению числа ДТП.

Таким образом, по системе (40) можно рассчитать критическую скорость гидроскольжения и проследить влияние на нее нагрузки Gк, геометрических размеров шин, плотности и толщины слоя жидкости на дороге. С точки зрения безопасности движения система (40) будет полезна при разработке новых моделей шин, транспортных средств и устройств предотвращения гидроскольжения. Обоснованное ограничение скорости движения по значению Vкр на мокрых участках дорог позволит не допустить резкого ухудшения тормозных качеств, курсовой и траекторной устойчивости всех участников движения, что приведет к уменьшению числа ДТП.

Улучшение устойчивости также актуально при движении по сухим твердым опорным поверхностям. Для агропромышленного производства это имеет большое значение, так как тяжесть аварий с участием, например, автотракторных поездов на 30Е60 % выше, чем у одиночных транспортных средств.

По мере износа гидромеханического рулевого управления трактора Т-150К ухудшается устойчивость его прямолинейного движения. Одна из причин Ц кинематическое несоответствие в блокированном приводе ведущих мостов. Такая ситуация (рисунок 15) наблюдается при выполнении транспортных работ с обоими ведущими мостами на твердых опорных поверхностях, чаще всего при движении трактора с малонагруженными или порожними полуприцепами и прицепами. В этом случае радиусы качения колес задней оси трактора из-за относительно невысокой нагрузки на нее, как правило, больше радиусов качения колес передней оси. Тогда окружные скорости задних колес должны быть выше, чем у передних. Поэтому задняя полурама трактора как бы подталкивает переднюю. При нарушении соосности полурам они начинают лскладываться ввиду разности их действительных скоростей как по модулю, так и по направлению. Разность скоростей передней и задней полурам способствует появлению скорости соединяющего их шарнира . Это увеличивает угол складывания с полурам, который обуславливает смещение трактора Асм от заданного направления движения.

Выравнивание радиусов качения передних и задних колес трактора путем установки рациональных давлений воздуха в шинах позволит снизить смещение трактора Асм от заданного направления движения. Это уменьшит вероятность возникновения аварийных ситуаций (баллы В) и напряженность трудового процесса оператора (баллы С) за счет снижения количества корректирующих воздействий (подруливаний). Станет ниже и ВУТсн. Тогда

(41)

Как видно из системы (41), снижение величины Асм имеет важное значение, так как уменьшает значения оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных мобильных машин агропромышленного производства.

Вопрос выбора рациональных давлений с точки зрения улучшения устойчивости прямолинейного движения непосредственно связан с вопросом снижения потерь энергии N при движении колесной машины. С одной стороны, для снижения гистерезисных потерь в шине, обусловленных вертикальной нагрузкой на колесо необходимо, чтобы давления воздуха в шинах были как можно выше. С другой стороны, для снижения потерь в трансмиссии, от тангенциальной деформации шин и буксования колес давления воздуха в шинах должны обеспечивать кинематическое соответствие: равенство радиусов качения передних rкп и задних rкз колес и равномерное распределение моментов на передние Мп и задние Мз колеса. Улучшение устойчивости прямолинейного движения (Acм min) также будет наблюдаться при давлениях воздуха в шинах, обеспечивающих равенство радиусов качения колес. Исходя из этого, в шинах колес более нагруженной передней оси нужно установить максимально допускаемые давления, а в шинах колес задней оси установить те значения давлений, при которых будет наблюдаться равенство радиусов качения колес обоих мостов

(42)

где Рп, Рз - давления воздуха в шинах колес передней и задней осей, МПа; Рmах, Рmin - максимально и минимально допускаемые давления воздуха в шинах, МПа; Rzп, Rzз - нормальные реакции опорной поверхности, действующие на колеса переднего и заднего моста, Н.

Для получения связи параметров колеса и колесной машины с давлениями воздуха в шине воспользуемся формулой Е.А. Чудакова

(43)

где , - радиусы качения передних и задних колес в ведомом режиме, м; λп, λз - коэффициенты тангенциальной эластичности шин передних и задних колес, 1/Н.

При отсутствии кинематического несоответствия кроме равенств rкп = rкз и Мп = Мз наблюдается и равенство = . Тогда уравнение (43) примет вид

λп = λз. (44)

Равенство (44) показывает, что при отсутствии кинематического несоответствия коэффициенты тангенциальной эластичности шин переднего и заднего моста одинаковы. При этом коэффициент тангенциальной эластичности шины λк зависит от нормальной реакции на колесо Rz и давления воздуха Рш в шине

(45)

где , , - характеристические константы для данной шины.

С учетом зависимости (45) равенство (44) примет вид

(46)

После преобразований соотношения (46) получим, что

(47)

С учетом выражений (42) и (47) найдем рациональные давления воздуха в шинах колес передней Рпр и задней Рзр осей, которые обеспечивают минимум потерь энергии при движении и улучшение устойчивости прямолинейного движения

(48)

На рисунке 16 построены линия 1 на основе системы (48) и линия 2 по существующему выражению. Они показывают, что с повышением реакции опорной поверхности на колесо величина рационального давления воздуха в шине возрастает. Но по абсолютным значениям между этими линиями имеется разница до 50 %, так как существующее выражение выведено из условия равенства радиусов качения колес в ведомом режиме. Поэтому оно не учитывает дополнительное изменение

радиуса под действием крутящего момента, подведенного к колесу, и имеет значительную погрешность. Совпадение наблюдается только при одинаковых реакциях опорной поверхности на передние и задние колеса.

Таким образом, улучшение устойчивости прямолинейного движения путем установки рациональных давлений воздуха в шинах на основе более точных расчетов по системе (48) является одним из организационных мероприятий по повышению безопасности операторов мобильных колесных машин. На основе системы (48) создана компьютерная программа (свидетельство Роспатента № 2000610907).

В третьей главе Экспериментальные исследования и результаты внедрения организационных и технических мероприятий представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных с целью проверки основных положений теоретических предпосылок.

Сравнительный анализ (таблица 7) значений классов условий труда, полученных на основе интегральной методики и посредством измерений и оценок производственных факторов, был проведен по поручению Министерства труда и социального развития РФ (письмо № 596-8 от 09.09.97 г.).

Таблица 7 - Фрагмент сравнительного анализа оценочных показателей

Рабочее место	Класс условий труда		Совпадение
Рабочее место	по нормативным документам	на основе методики интегральной оценки	по классу	по классу и степени
Водитель автомобиля	3.1	3.1	да	да
Кладовщик	2	2	да	да
Наладчик КИПиА	2	3.1	нет	нет
Машинист резальных машин	3.1	3.4	да	нет

Сравнение показало, что по классу условий труда совпадение составило около 94 %, по классу с учетом степени вредности - около 91 %. Иными словами, расхождения между результатами двух методов не более 10 %.

При этом КУТи учитывает влияние на него всех элементов системы Ч-М-С. Он определяется по величине производственно обусловленной заболеваемости работников, а значит приемлем как для стационарных, так и нестационарных рабочих мест, в том числе операторов мобильных машин. Целесообразно его применение в агропромышленном производстве, так как учитываются сезонные изменения условий труда (информация о заболеваемости собирается за целый год). Стоимость проведения работ с применением КУТи примерно в 1,5Е3 раза ниже по сравнению с оценкой по действующему Порядку проведения аттестации рабочих мест.

Показатель КУТи, как и предложенный показатель КБ, может быть использован и для оценки эффективности мероприятий по охране труда. На основе класса безопасности КБ также возможно рациональное распределение операторов по мобильным машинам (таблица 8) с помощью разработанного алгоритма (таблица 6).

Эффективность рационального распределения операторов по шести тракторам подтверждается снижением оценочных показателей, подсчитанных до (, ) и после (, ) внедрения организационных мероприятий (рисунок 17).

Показатели КБ и КУТи могут оценить и эффективность технических разработок, которые также требуют экспериментальных исследований.

В формуле (20) для расчета начальной скорости полета частицы сыпучего материала на основе лабораторных исследований определен коэффициент kp, среднее значение которого составило 0,0023 Н⋅с2/м2. Также найдены зависимости начальной скорости частицы Vн(0,4), Vн(0,5) и Vн(0,6) от расстояния S, на которое вылетает частица, при высоте точки вылета, соответственно, H = 0,4 м, Н = 0,5 м и Н = 0,6 м

(49)

(50)

(51)

Таблица 8 - Показатели распределения операторов по машинам

Колесная машина: трактор Т-150К	До внедрения мероприятий				После внедрения мероприятий
Колесная машина: трактор Т-150К	Квалификация оператора (КЛ), класс	Травмобезопасность (КТ), класс	Условия труда (КУТ), класс	Уровень безопасности (КБ), класс	Квалификация оператора (КЛ), класс	Травмобезопасность (КТ), класс	Условия труда (КУТ), класс	Уровень безопасности (КБ), класс
инв. № 4568	1	2	3.1	1	3	2	3.1	3
инв. № 687	1	2	3.2	2	3	2	3.2	3
инв. № 0058	3	2	3.2	4	1	2	3.2	2
инв. № 2228	2	2	3.1	2	2	2	3.1	2
инв. № 026	2	2	3.1	2	2	2	3.1	2
инв. № 14	3	2	3.3	4	1	2	3.3	2

На основе теоретической зависимости (20) и уравнений регрессии (49Е51) построены кривые (рисунок 18). Они показывают, что с увеличением расстояния полета частицы S ее начальная скорость Vн должна быть выше. При увеличении высоты точки вылета H ее начальная скорость Vн снижается. Между теоретическими и экспериментальными кривыми наблюдаются расхождения не более 6 %.

Экспериментальные исследования с устройством для разбрасывания сыпучих материалов проводились на автомобиле ЗИЛ-4331. Они показали, что устройство снижает буксование машины более чем на 20 %. Эффективность устройств подтверждается и снижением показателей, подсчитанных до (, ) и после (, ) их внедрения на трех машинах (рисунок 19).

Для проверки работы предлагаемой АБС на скользком участке дороги (покрытая снегом наледь) были проведены сравнительные испытания автомобиля УАЗ 2206 с использованием АБС и без нее. Они сводились к сравнению траекторий движения при торможении автомобиля (таблица 9). Смещение влево от заданного направления движения учитывалось знаком минус, вправо - знаком плюс.

В расчетах средних значений смещений передней |Ап.средн| и задней |Аз.средн| осей при торможении без АБС, а также смещений передней || и задней || осей при торможении с АБС, использовался модуль величины смещения оси в каждом опыте. При этом |Ап.средн| = 1,41 м, |Аз.средн| = 1,15 м, || = 0,54 м, || = 0,42 м. На основе выражения (21) можно подсчитать относительное уменьшение смещений передней Ап.отн и задней Аз.отн осей машины при работе АБС

(52); (53)

Таблица 9 - Фрагмент измерений смещения осей автомобиля при торможении

Смещение при торможении без АБС, м		Смещение при торможении с АБС, м
передней оси (Ап)	задней оси (Аз)	передней оси ()	задней оси ()
0,85	0,77	0,45	0,08
-0,22	0,45	0,25	0,35
1,63	1,05	0,73	0,65
1,01	2,53	-0,31	0,15
1,97	0,56	-0,41	0,27
-2,32	-1,00	-0,15	-0,05
1,24	0,26	1,42	0,81
3,29	1,99	-0,19	-0,28

В среднем смещения передней и задней осей более чем на 60 % меньше при торможении с АБС, работающей по блокировке колеса. Эффективность АБС подтверждается и снижением показателей, подсчитанных до (, ) и после (, ) ее внедрения на трех автомобилях (рисунок 20).

Проведенные экспериментальные исследования с предложенными электронагревательными устройствами и регулятором температуры позволили получить уравнения регрессии. Уравнение процесса нагрева поверхности устройства для сиденья мобильной машины имеет следующий вид

tпов = 0,0005τ5 - 0,0258τ4 + 0,5445τ3 Ц 5,2971τ2 + 23,67τ Ц 18,525. (54)

Кривые, построенные по экспериментальной (54) и теоретической (30) зависимостям при найденном коэффициенте кt = 12,54 С/мин, представлены на рисунке 21. Из него видно, что в первые три-четыре минуты идет интенсивный нагрев поверхности, затем ее температура поддерживается в оптимальных пределах (18Е22 С). Кривые, построенные по теоретической и экспериментальной зависимостям, близки между собой. Расхождения составляют не более 11%. Аналогичная ситуация наблюдается с электронагревательными устройствами для спинки кресла и ног оператора.

Таким образом, предложенные электронагревательные устройства и регулятор температуры улучшают показатели микроклимата. Это улучшение подтверждается снижением оценочных показателей, вычисленных до (, ) и после (, ) внедрения устройств для семи машин (рисунок 22).

Эксперименты по определению критической скорости гидроскольжения Vкр с целью проверки адекватности системы (48) проводились с автомобилем ЗИЛ-4331. Известно, что при достижении Vкр передние колеса под действием гидродинамической силы воды отрываются от поверхности качения и, теряя контакт с дорогой, начинают замедлять свое вращение. Задние колеса продолжают вращаться, так как менее подвержены гидроскольжению. Поэтому начало замедления передних колес, которое фиксировалось установленным на машину сравнителем угловых ускорений, соответствовало достижению критической скорости гидроскольжения Vкр. На основе экспериментальных данных получено выражение для определения Vкр

Vкр = 0,0083 - 1,435 + 111,45. (55)

Расхождения между теоретической и экспериментальной кривыми, построенными по выражениям (40) и (55), составляют не более 10 % (рисунок 23). Они показывают, что с увеличением слоя жидкости на дороге уменьшается величина Vкр.

Таким образом, систему для расчета критической скорости Vкр (40) можно использовать не только с целью совершенствования колес и машин, но и для обоснованного ограничения скорости движения быстроходных транспортных средств на участках дорог, покрытых слоем жидкости. Это повысит их тормозные качества, курсовую и траекторную устойчивость, а значит снизит вероятность возникновения ДТП для всех участников движения. Эффективность установки ограничительных знаков подтверждается и снижением предлагаемых оценочных показателей, подсчитанных до (, ) и после (, ) внедрения мероприятий для десяти автомобилей (рисунок 24).

Для подтверждения адекватности теоретической системы (48) были проведены экспериментальные исследования с машинно-тракторным агрегатом на базе колесного трактора Т-150К и транспортного полуприцепа 1ПТС-9 на дорогах с твердой опорной поверхностью. Учитывая, что рациональные давления воздуха в шинах, кроме улучшения устойчивости прямолинейного движения, должны обеспечить минимальный расход энергии (топлива), то за критерий правильности выбора давлений был принят расход топлива Ge трактором. Скорость движения при экспериментах и давление воздуха в шинах наиболее нагруженной передней оси (Рп = 0,18 МПа) оставались постоянными. Реакции по колесам трактора задавались для каждой серии опытов путем различной загрузки полуприцепа.

Для удобства и ускорения проведения экспериментов трактор был оборудован системой регулирования давления воздуха в шинах непосредственно из кабины с автоматическим его поддержанием во время эксплуатации (рисунок 25).

По данным каждой серии опытов составлены уравнения и построены графики изменения расхода топлива от изменения давления воздуха в шинах задней оси (пример графика приведен на рисунке 26). При этом в каждой серии опытов имеется рациональное значение давления, соответствующее минимальному расходу топлива (таблица 10).

По результатам регрессионного анализа получена экспериментальная зависимость (62) для определения рациональных давлений

(56)

Рисунок 26 - Зависимость расхода топлива Ge от давления в шинах задней оси Рз (загрузка полуприцепа на 75 %; распределение реакций опорной поверхности 2Rzп = 51300 Н, 2Rzз = 31800 Н)

Таблица 10 - Рациональные значения давлений воздуха в шинах

Машинно-тракторный агрегат	Реакция опорной поверхности на колеса передней оси 2Rzп, Н	Реакция опорной поверхности на колеса задней оси 2Rzз, Н	Рациональное давление в шинах передней оси, МПа	Рациональное давление в шинах задней оси, МПа
Трактор с пустым полуприцепом (загрузка 0 %)	53650	33400	0,18	0,072
Трактор с полуприцепом, загруженным на 25 %	53020	35300	0,18	0,078
Трактор с полуприцепом, загруженным на 50 %	52270	37900	0,18	0,094
Трактор с полуприцепом, загруженным на 75 %	51300	41800	0,18	0,119
Трактор с полуприцепом, загруженным на 100 %	50280	45850	0,18	0,141

Кривые, построенные по теоретической и экспериментальной зависимостям (рисунок 27) имеют расхождения не более 9 %. Они показывают, что с возрастанием нормальной реакции опорной поверхности на заднее колесо Rzз значение рационального давления воздуха в шине Рзр повышается.

Сравнительные эксперименты подтвердили (таблица 11), что смещение трактора Асм от заданного направления движения на участке длиной 50 м при движении с порожним полуприцепом примерно на 50 % ниже с рациональными давлениями воздуха в шинах. С полуприцепом, загруженным на половину, эта цифра несколько меньше - около 30%. Практически одинаковое смещение Асм наблюдаются при относительно высоких нагрузках на крюке (высоких растягивающих усилиях), что характерно для движения трактора с полностью груженым полуприцепом.

В связи с этим, систему (56) можно рекомендовать для практического применения, так как рациональные давления улучшают устойчивость прямолинейного движения. Повышение безопасности операторов подтверждается снижением оценочных показателей, подсчитанных до (, ) и после (, ) внедрения мероприятий для трех тракторов (рисунок 28).

Таблица 11 - Результаты сравнительных экспериментов

Машинно-тракторный агрегат	Реакция опорной поверхности на переднюю ось 2Rzп, Н	Реакция опорной поверхности на заднюю ось 2Rzз, Н	Смещение трактора Асм от направления движения при рациональных давлениях, м	Смещение трактора от направления движения при давлениях воздуха в шинах, предлагаемых в справочной литературе, м
				Рп = 0,16 МПа, Рз = 0,18 МПа
			Рп = 0,18 МПа	Рп = 0,16 МПа, Рз = 0,18 МПа
Трактор с порожним полуприцепом (загрузка 0 %)	53650	33400	0,97 (Рз = 0,072 МПа)	2,18
Трактор с полуприцепом, загруженным на 50 %	52270	37900	0,85 (Рз = 0,094 МПа)	1,19
Трактор с полуприцепом, загруженным на 100 %	50280	45850	0,63 (Рз = 0,141 МПа)	0,65

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования подтверждают теоретические предпосылки по вопросам повышения безопасности и совершенствования оценки условий труда операторов мобильных колесных машин в АПП. Подтверждается и эффективность предлагаемых мероприятий по охране труда показателями КБ и КУТи.

В четвертой главе Оценка экономической эффективности предлагаемых мероприятий дается экономическая оценка результатов исследований посредством предложенного выражения (62). Его вывод основывается на методике интегральной оценки, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость.

Средние производственно обусловленные нетрудоспособности работников до и после внедрения мероприятий по охране труда найдутся из формул

где , Ц сверхнормативная (производственно обусловленная) нетрудоспособность работников до и после внедрения мероприятий, чел.⋅дней/год; , Ц нормативная утрата трудоспособности i-го работника до и после внедрения мероприятий, чел.⋅дней/год; , Ц фактическая утрата трудоспособности i-го работника до и после внедрения мероприятий, чел.⋅дней/год; n, m - количество людей на рабочем месте (в структурном подразделении) до и после внедрения мероприятий, чел.

Снижение средней производственно обусловленной заболеваемости работников после внедрения мероприятий ВУТсред найдется из выражений (57) и (58)

(59)

При этом годовая экономия Эдоп с учетом ВУТсред

Эдоп = ВУТсредСчел.дн.m, (60)

где Счел.дн.= Вс/Т - средняя стоимость одного человека-дня, руб./чел.⋅день; Вс - стоимость валовой продукции (работ, услуг) за год, руб./год; Т - число отработанных человеко-дней за год, чел.⋅дней/год.

Годовой экономический эффект от внедрения мероприятий по охране труда можно найти следующим образом

(61)

где С - срок окупаемости капитальных вложений в мероприятия по охране труда, лет; Кохр - капитальные вложения в мероприятия по охране труда, отнесенные к единице наработки, руб./ед. наработки; Вохр Ц наработка нового варианта в течении срока окупаемости (после внедрения мероприятий по охране труда), ед. наработки.

С учетом формул (59), (60) и (61) окончательно получим выражение для определения годового экономического эффекта

(62)

Полученная зависимость (62) достаточно универсальна и может быть применена не только для рабочих мест операторов мобильных машин. Она не исключает использование других методов экономической оценки мероприятий по охране труда, а в некоторых случаях может быть использована совместно с ними.

Годовой экономический эффект, рассчитанный на основе предложенного выражения (62), составляет 4500Е 21000 рублей на одну машину в зависимости от мероприятий по охране труда (таблица 14). При внедрении устройств для разбрасывания сыпучих материалов за счет снижения буксования также будет наблюдаться экономический эффект, связанный с уменьшением расхода топлива (около 10 %) и повышением производительности труда примерно на 15 % (по актам внедрения научно-исследовательской работы). Установка рациональных давлений в шинах трактора Т-150К позволит уменьшить и расход топлива до 15 %. Оценка условий труда с применением показателя КУТи снижает в 1,5Е3 раза стоимость проведения работ по сравнению с традиционными методами.

Таблица 14 - Годовой экономический эффект (отнесен на одну машину)

Наименование мероприятий	Установка устройств для разбрасывания сыпучих материалов	Установка антиблокировочных систем	Установка электронагревательных устройств	Установка рациональных давлений в шинах	Снижение вероятности гидроскольжения	Рациональное распределение операторов по машинам
Эг охр,, руб/год	14463	21310	15373	12286	18537	4502

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

Предложен и обоснован показатель уровня безопасности операторов мобильных колесных машин агропромышленного производства (класс безопасности КБ), учитывающий влияние на него каждого элемента системы человек - машина - среда. Первый класс безопасности характеризует наивысший, второй - высокий, третий - средний, четвертый Ц низкий, пятый - недопустимый уровни безопасности.
Обоснован показатель (класс условий труда КУТи), оценивающий условия и охрану труда на основе интегральной методики (первый класс - оптимальные условия труда, второй - допустимые, третий - вредные, четвертый Ц опасные). Для определения КУТи создано программное обеспечение (свидетельство Роспатента № 2000611049).
Повышение уровня безопасности операторов мобильных машин характеризуется снижением эквивалентных показателей КБ и КУТи (КБ ~ КУТи 1), что позволяет применять их для оценки эффективности мероприятий по охране труда. При этом эффективность организационных мероприятий по предложенному на основе КБ алгоритму рационального распределения операторов по мобильным машинам подтвердилась снижением среднего значения КБ с 2,5 до 2,3 и значения КУТи с 3.2 до 3.1.
Для обоснования конструктивных параметров устройств разбрасывания сыпучих материалов (патент на изобретение № 35298), позволяющих снизить буксование на скользких участках пути более чем на 20 %, предложено выражение для расчета начальной скорости вылета частицы с найденным значением коэффициента kp (kp = 0,0023 Н ⋅ с2/м2).
Предложены и обоснованы антиблокировочные системы, работающие по блокировке и по проскальзыванию колеса, которые позволяют повысить устойчивость мобильной колесной машины при торможении (снизить смещение осей машины более чем на 60 %).
Обоснованы и разработаны нагревательные устройства электрического типа с автоматическим регулятором температуры (патенты на полезную модель № 74222 и № 74223) для поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины мобильной машины, позволяющие в переходные и холодный периоды года обеспечивать температуры поверхностей от 18 до 22 С (в пределах нормируемых оптимальных значений).
Разработана математическая модель определения критической скорости гидроскольжения (аквапланирования) автомобиля, которая позволяет совершенствовать параметры колес и автомобилей и рассчитывать безопасную скорость движения машин с целью установки ограничительных знаков на покрытых водой участках дорог. Установлено, что уменьшение слоя воды на дороге с 50 до 30 мм способствует повышению критической скорости гидроскольжения грузовых машин на 16Е20 %, снижая вероятность возникновения ДТП.
Установка рациональных давлений воздуха в шинах на основе разработанной математической модели с программным обеспечением (свидетельство Роспатента № 2000610907) позволяет улучшить устойчивость прямолинейного движения трактора типа Т-150К. При этом смещение трактора от заданного направления движения (с загруженным на 50% полуприцепом) снижается более чем на 30 %.
Повышение уровня безопасности операторов за счет внедрения предлагаемых организационных и технических мероприятий подтверждается снижением показателей КБ и КУТи (снижение средних значений КБ с 4,40 до 1,33 и значений КУТи с 3.4 до 3.1 в зависимости от вида мероприятий). Подсчитанный годовой экономический эффект посредством предложенного выражения составляет 4,5Е21,0 тыс. руб. на одну машину в зависимости от вида мероприятий по охране труда.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

Богданов А. В., Горшков Ю. Г. Оптимальное давление воздуха в шинах колесных тракторов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2003. № 9. С. 15Ц18.
Богданов А. В. КПД колесного движителя с учетом потерь энергии и давления воздуха в шине // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2003. № 12. С. 19Ц20.
Богданов А.В., Горшков Ю.Г. Повышение тягово-сцепных свойств колесных машин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. № 12. С. 20Ц22.
Богданов А. В. К вопросу гидроскольжения автомобиля // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2005. № 7. С. 27Ц28.
Анализ буксования автомобиля ЗИЛ-4331 // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2005. № 4. С. 27Ц30.
Богданов А. В., Юсупов Р. Х., Горшков Ю. Г. и др. Влияние частоты проведения инструктажей по безопасности труда на травматизм и производственные заболевания // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. № 12. С. 24Ц26.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Попова С. Ю. и др. Определение конструктивных параметров устройства для предотвращения проскальзывания ведущих колес мобильных машин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 3. С. 29Ц31.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Дмитриев М. С. и др. Оценка тягово-сцепных свойств колесных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 3. С. 11Ц13.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Дмитриев М. С. и др. Метод повышения тягово-сцепных и тормозных качеств колесных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 7. С. 14Ц16.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Зайнишев А. В. и др. Улучшение тормозных качеств колесных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 8. С. 36Ц38.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Дмитриев М. С. и др. Улучшение сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 9. С. 42Ц44.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Зайнишев А. В. АБС для колесных машин с пневмоприводом тормозного устройства // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 9. С. 12Ц13.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Старших В. В. и др. Автоматическое устройство для подогрева пола кабины // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 10. С. 7Ц9.
Богданов А. В., Юсупов Р. Х., Горшков Ю. Г. и др. Улучшение тормозных качеств колесных машин сельскохозяйственного назначения с использованием датчика Допплера // Вестн. МГАУ. 2007. № 3. Ч. 1. С. 7Ц10.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Дмитриев М. С. и др. Автоматический электроподогрев пола в кабине мобильной машины // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. № 6. С. 48Ц49.

Труды, опубликованные в других изданиях

Богданов А. В., Старших В. В., Горшков Ю. Г. и др. Механика процесса гидроскольжения автомобиля // Совершенствование условий и безопасности труда в сельском хозяйстве: Тр. / ЧИМЭСХ. 1983. С. 38Ц44.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Куликов Б. М., Старших В. В. Анализ затрат мощности на качение пневматического колеса // Повышение технико-экономических показателей сельскохозяйственных тракторов: Тр. / ЧИМЭСХ. 1985. С. 60Ц62.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г. Оптимальное соотношение давлений воздуха в шинах колесного трактора // Снижение динамичности работы тракторов, их систем и механизмов в эксплуатационных условиях: Тр. / ЧИМЭСХ. 1988. С. 16Ц22.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г. О повышении эффективности использования энергонасыщенных колесных тракторов // Уральские нивы. 1988. № 5. С. 41Ц42.
Богданов А. В., Старших В. В., Горшков Ю. Г. Влияние колееобразования на управляемость автомобиля и усталость водителя // Совершенствование условий и безопасности труда в сельскохозяйственном производстве: Тр. / ЧИМЭСХ. 1989. С. 18Ц23.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Старших В. В. и др. Снижение потерь энергии на качение пневматической шины как фактор повышения экономичности колесных машин и безопасности движения // Совершенствование условий и безопасности труда в сельскохозяйственном производстве: Тр. / ЧИМЭСХ. 1990. С. 10Ц17.
Богданов А. В., Уткина С. В. Комплексная оценка условий труда // Совершенствование условий и безопасности труда в сельском хозяйстве: Тр. ЧГАУ. 1990. С. 25Ц33.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Ганькова О. А. Аттестация рабочих мест по условиям труда по методике интегральной оценки условий труда на основе норматива потерь рабочего времени от заболеваемости с временной утратой трудоспособности // Материалы Всероссийского совещания Проблемы реформирования отраслей социальной сферы и совершенствования управления охраной труда. М., 1999. С. 120Ц125.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Ганькова О. А. Аттестация рабочих мест по методике интегральной оценки // Охрана труда и социальное страхование. 2001. № 2. С. 33Ц36.
Богданов А. В. Устранение кинематического несоответствия в колесных машинах с блокированным приводом ведущих мостов при качении по твердым опорным поверхностям // Наука. 2003. № 3. С. 21Ц24.
Богданов А. В. Обоснование рационального давления воздуха в пневматических движителях колесных машин с блокированным приводом ведущих мостов на транспортных работах в сельском хозяйстве: автореф. дис. Е канд. техн. наук. Челябинск, 2003. С. 127.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Старунова И. Н. и др. Обеспечение повышенного сцепления пневматических шин на скользких дорогах // Вестн. с.-х. науки Казахстана. 2005. № 4. С. 60Ц63.
Богданов А. В. Оценка экономической эффективности мероприятий по охране труда // Охрана труда и техника безопасности в сельском хозяйстве. 2005. № 11. С. 56Ц57.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Дмитриев М. С. и др. Показатель безопасности функционирования системы лоператор Ц машина Ц среда при выполнении транспортно-технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: сб. материалов Международной выставки-Интернет-конференции. / ОреГАУ. 2005. С. 154Ц156.
Богданов А. В. Определение класса безопасности мобильного средства // Материалы юбилейной XLV науч.-техн. конф. / ЧГАУ. Челябинск. 2006. Ч. 4. С. 75Ц79.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Дмитриев М. С. и др. Определение уровня безопасности операторов мобильных средств сельскохозяйственного назначения // Безопасность жизнедеятельности. 2006. № 5. С. 2Ц6.
Богданов А. В., Старцев А. В., Попова С. Ю. Оценка экономической эффективности от внедрения нового оборудования с учетом изменений условий труда // Безопасность жизнедеятельности. 2006. № 8. С. 42Ц44.
Богданов А. В., Попова С. Ю. Рациональное распределение операторов по мобильным машинам // Материалы международной XLVI науч.-техн. конф. / ЧГАУ. Челябинск. 2007. Ч. 3. С. 125Ц127.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Попова С. Ю. Исследование буксования мобильных колесных машин на скользких участках дороги // Автомобильные дороги и организация дорожного движения: сб. науч. тр. Уральского филиала МАДИ (ГТУ). 2007. С. 64Ц70.
Богданов А. В. Улучшение условий и охраны труда на основе использования оценочных показателей уровня безопасности работников // Безопасность жизнедеятельности. 2007. № 12. С. 2Ц3.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Старунова И. Н. и др. Пути повышения уровня безопасности операторов мобильных машин // Известия ОГАУ. 2007. № 4. С. 77Ц79.
Богданов А. В. Определение состояния условий труда на основе методики интегральной оценки // Вестн. ЧГАУ. Т. 52. 2008. С. 21Ц23.
Богданов А. В. Электронагревательное устройство для сиденья и спинки кресла // Материалы международной XLVIII науч.-техн. конф. / ЧГАУ. Челябинск. 2009. Ч. 3. С. 49Ц54.
Богданов А. В. Улучшение показателей микроклимата в кабинах мобильных машин // Безопасность жизнедеятельности. 2009. № 5. С. 8Ц10.
Богданов А.В. Определение критической скорости гидроскольжения (аквапланирования) быстроходных колесных машин: Материалы IV международной науч.-практ. конф. / ЮУрГУ. Челябинск, 2009. Т. 1, С. 54Ц57.

Авторские свидетельства, патенты

Богданов А. В., Горшков Ю. Г. Программа для расчета оптимальных значений давления воздуха в шинах колесных машин с блокированным приводом ведущих мостов при движении по твердым опорным поверхностям: Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ 2000610907 Рос. Федерация. №2000610767; заявл. 17.07.00; опубл. 14.09.00.
Богданов А. В. Аттестация рабочих мест по условиям труда по методике интегральной оценки условий труда на основе норматива потерь рабочего времени от заболеваемости с временной утратой трудоспособности: Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ 2000611049 Рос. Федерация. №2000610766; заявл. 17.07.00; опубл. 19.10.00.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г., Дмитриев М. С., Гребенщикова О. А., Полунин И. А., Алексеев А. А. Устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях: пат. 2332308 Рос. Федерация. №2007107554; заявл. 28.02.07; опубл. 27.08.08.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г. Регулятор температуры поверхности нагревательного устройства электрического типа для сиденья кабины мобильной машины: пат. 74223 Рос. Федерация. №2008107452; заявл. 26.02.08; опубл. 20.06.08.
Богданов А. В., Горшков Ю. Г. Нагревательное устройство электрического типа для сиденья и спинки кресла кабины мобильной машины: пат. 74222 Рос. Федерация. №2008107453; заявл. 26.02.08; опубл. 20.06.08.

БОГДАНОВ Андрей Владимирович

Специальность 05.26.01 - Охрана труда

(отрасль АПК)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Отпечатано в Челябинской государственной агроинженерной академии

Подписано к печати л____ ___________ 2010 г.

Формат 60 x 84/16. Объем 2,0 уч.-изд. л.

Заказ № ____. Тираж 100 экз. УОП ЧГАА.

454080, Челябинск, пр. Ленина, 75.

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по техническим специальностям

Blog

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени