СНИЖЕНИЕ ТРАВМООПАСНОСТИ МОБИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ СРЕДСТВА

Время торможения шнековых барабанов вследствие воздействия блокировочного устройства можно считать в некотором приближении времени быстродействия системы блокировки, что и является критерием безопасности средства защиты. При этом необходимо выполнение условия . Количественные значения и определяются экспериментально.

В третьей главе приводятся программа, описание объекта исследования, методы исследований, применяемая аппаратура и оценка погрешности опытов.

Подана заявка на патент изобретения «Предохранительное устройство разбрасывателя удобрений», регистрационный номер № 2010114367/21(020320) от 12.04.2010 г. Проводится экспертиза заявки на изобретение по существу.

Программой исследования предусматривалось:

1. проверка принятых теоретических предпосылок;
2. определение параметров и факторов, влияющих на безопасность работы операторов;
3. разработка и монтаж экспериментального блокировочного устройства;
4. согласование параметров и режимов срабатывания разрабатываемого средства безопасности мобильного разбрасывателя органических удобрений;
5. производственная проверка предложенного блокировочного устройства и оценка его социально-экономической эффективности.

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

Исходя из предварительного анализа конструктивных параметров предложенной системы блокировки и априорной информации, в качестве основных факторов, влияющих на динамику безопасности рабочих органов, были выделены следующие:

1. усилие на лестницу блокировочного устройства, соответствующее массе человека, который поднимается в кузов мобильного разбрасывателя органических удобрений в пределах от 60 … 80 кг;
2. количество оборотов винта =1 … 11 об., изменяющего усилие сервопружины = 420 … 620 H блокировочного устройства МРОУ;
3. частота вращения вала отбора мощности агрегатирующего трактора в пределах 200 … 540 мин-1.

С целью определения оптимальных параметров и режимов срабатывания предлагаемого устройства был спланирован и реализован многофакторный эксперимент типа 23 (по методу Бокса-Бенкина).

Значения варьируемых факторов приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные параметры планирования эксперимента

Показатель	Значение факторов
Центр эксперимента (0)	70	6	370
Интервал варьирования	10	5	170
Верхний уровень (+)	80	11	540
Нижний уровень (–)	60	1	200

Критерием оптимизации является время быстродействия блокировочного устройства.

В четвёртой главе приведены данные, полученные после реализации разработанной программы исследования.

По результатам математической обработки данных эксперимента определены закономерности влияния основных факторов на безопасность работы операторов мобильного разбрасывателя органических удобрений.

По результатам реализации плана эксперимента (по схеме
Бокса-Бенкина) получена регрессионная модель, обеспечивающая безопасность оператора в зависимости от усилия на лестнице G, усилия сервопружины N и частоты вращения вала отбора мощности n.

(8)

Проверка по критерию Фишера показала, что при уровне значимости 0,05 полученная регрессионная модель адекватно описывает исследуемый процесс.

Согласно регрессионной модели, графические зависимости времени срабатывания блокировочного устройства от изменения величины отдельного фактора при граничных значениях двух других в соответствии с уравнением (8) представлены на рисунках 5-7.

При изменении частоты вращения вала отбора мощности трактора (рисунок 5) время до полной остановки рабочих органов мобильного разбрасывателя органических удобрений меняется в диапазоне 0,05…0,42 с, а при варьировании фактора G в пределах границы опытов (рисунок 6) отмечается изменение критерия оптимизации на 0,08…0,71 с. Наибольшее влияние на время быстродействия системы блокировки оказывает количество оборотов винта сервопружины (рисунок 7) и составляет порядка 0,76 … 1,60 с.

Рисунок 5 – Зависимость времени быстродействия системы блокировки от частоты вращения ВОМ при:

1а – G=60 кг, N=1 об.; 1б – G=60 кг, N=11 об.; 2а – G=80 кг, N=1 об.;
2б – G=80 кг, N=11об.

Рисунок 6 – Зависимость времени быстродействия системы блокировки от усилия на лестнице при:

1а – N=1 об., n=3,3 c-1; 1б – N=1 об., n=9,0 c-1; 2а – N=11 об., n=3,3 c-1;
2б – N=11 об., n=9,0 c-1

Рисунок 7 – Зависимость времени быстродействия системы блокировки от количества оборотов винта сервопружины при:

1а – n=3,3 c-1, G=60 кг; 1б – n=3,3 c-1, G=80 кг; 2а – n=9,0 с-1, G=60 кг;
2б – n=9,0 c-1, G=80 кг

Трехмерные сечения поверхностей отклика, характеризующие время быстродействия блокировочного устройства, представлены на рисунках 8-10.

Рисунок 8 – Поверхность отклика, характеризующая время быстродействия от усилия на лестнице управления разъединяющей муфты, тормоза и числом оборотов завинчивания винта сервопружины при n =6,15 c-1

Рисунок 9 – Поверхность отклика, характеризующая время быстродействия от усилия на лестнице управления муфты, тормоза и частотой вращения ВОМ при N = 10,5 об.

Рисунок 10 – Поверхность отклика, характеризующая время быстродействия в зависимостиот числа оборотов завинчивания винта жесткости сервопружины и частоты вращения ВОМ трактора при G = 70 кг

На основании полученной математической модели, с целью согласования конструктивных параметров блокировочного устройства и рациональных режимов безопасной эксплуатации разбрасывателя органических удобрений, можно рекомендовать следующие значения факторов:

1. усилие на лестницу блокировочного устройства МРОУ G=720 … 780 H;
2. усилие сервопружины блокировочного устройства МРОУ (F=602 … 620 H) N=10 … 11 об.;
3. частота вращения ВОМ агрегатирующего трактора n=200 … 320 мин-1.

Параметр безопасности деятельности оператора мобильного разбрасывателя органических удобрений при соблюдении указанных рекомендаций составляет от 0,93 до 0,99.

Время быстродействия блокировочного устройства при рациональном режиме работы мобильного разбрасывателя удобрений равно от 1,3 до 1,75 с, что в 3,0 … 3,5 раза меньше времени попадания работающего в зону действия шнековых барабанов, равного 3,7 … 6 с. Это указывает на значительное снижение травмоопасности разбрасывателя удобрений и позволит сократить уровень травматизма при обслуживании РОУ-6 в 3,5…3,8 раза по сравнению с существующим.

В пятой главе приведён расчёт экономического эффекта от использования разработанного блокировочного устройства на мобильном разбрасывателе органических удобрений, который составит 51800 руб. в год на агрегат.

ВЫВОДЫ

1. На основании проведённого системного анализа травматизма операторов установлено, что наиболее распространенным и эффективным средством внесения удобрений является разбрасыватель органических удобрений на основе РОУ-6. Ежегодно при его эксплуатации в сельскохозяйственном производстве Российской Федерации происходит более 30 несчастных случаев со смертельным исходом. Большинство травм (70% от общего числа несчастных случаев на РОУ-6) зарегистрировано при воздействии на оператора рабочих органов агрегата, что является основанием для обоснования и разработки технического средства защиты.
2. Разработанная математическая модель, обеспечивающая безопасную эксплуатацию МРОУ, позволяет осуществлять расчёты параметров и их оценку, а также произвести выбор рациональных режимов срабатывания блокировочного устройства, при которых параметр безопасности деятельностиоператора составляет от 0,93 до 0,99.
3. Обоснована принципиальная схема устройства блокировки рабочих органов, в соответствии с принятой в работе моделью, позволяющая снизить производственный травматизм при эксплуатации мобильного разбрасывателя удобрений РОУ-6 в 3,5 … 3,8 раза.
4. На основании полученной математической модели, при согласовании конструктивных параметров блокировочного устройства и рациональных режимов безопасной эксплуатации разбрасывателя удобрений, установлены следующие безопасные параметры работы:

1. усилие на лестнице блокировочного устройства МРОУ
   G = 720 …780 Н;
2. усилие сервопружины F = 602 … 620 Н (что соответствует
   N=10…11 оборотов завинчивания винта жёсткости сервопружины);
3. частота вращения вала отбора мощности агрегатирующего трактора n = 200 … 320 мин-1.

Время быстродействия блокировочного устройства при рациональном режиме работы разбрасывателя удобрений составляет от 1,30 до 1,75 с, что в
3,0 … 3,5 раза меньше времени попадания оператора в зону действия рабочих органов, равного от 3,7 до 6 с.

5. Экономический эффект от внедрения блокировочного устройства рабочих органов составляет 51800 руб. в год на агрегат РОУ-6.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Чепелев, Н.И. Теоретические аспекты сертификации безопасности технологических процессов АПК / Н.И. Чепелев, А.Ю. Щекин, А.В. Гордеев, Д.А. Едимичев // Вестник КрасГАУ. – 2009. – №6. – С. 136-140.
2. Щёкин, А.Ю. Анализ травматизма и основное направление повышения безопасности при внесении твёрдых органических удобрений / А.Ю. Щёкин, Н.И. Чепелев, А.В. Зотов, А.В. Гордеев // Вестник КрасГАУ. – 2009. – №7. – С. 175-178.
3. Щёкин, А.Ю. Результаты экспериментальных исследований повышения безопасности труда операторов разбрасывателей органических удобрений / А.Ю. Щёкин, Н.И. Чепелев, Д.А. Едимичев, Д.О. Крашенинина // Вестник КрасГАУ. – 2010. – №9. – С. 184-188.

В других изданиях

4. Щёкин, А.Ю. Анализ опасных действий пострадавших при эксплуатации мобильного разбрасывателя / А.Ю. Щёкин // Молодые учёные – науке Сибири: сб. ст. молодых учёных. Вып. 3. Ч. II / Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2008. – С. 155-159.
5. Щёкин, А.Ю.Состояние условий труда в АПК Красноярского края на основе анализа профессиональных заболеваний / А.Ю. Щёкин, П.А. Гердт, науч. руков.: д.т.н., профессор Чепелев Н.И. // Молодые учёные – науке Сибири: сб. ст. молодых учёных. Вып. 3. Ч. II / Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2008. – С. 107-111.
6. Щёкин, А.Ю. Анализ производственного травматизма и пути его снижения / А.Ю. Щёкин, Н.И. Чепелев, Д.А. Едимичев // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства: прил. к «Вестнику КрасГАУ»: сб. ст. Вып. 5 / Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2009. – С. 119-121.
7. Щёкин, А.Ю. Анализ производственного травматизма в АПК / А.Ю. Щёкин, Н.И. Чепелев, Д.А. Едимичев // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства: прил. к «Вестнику КрасГАУ»: сб. ст. Вып. 5 / Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2009. – С. 116-119.
8. Щёкин, А.Ю. Снижение травмоопасности разбрасывателей органических удобрений блокированием рабочих органов / А.Ю. Щёкин, Н.И. Чепелев, Д.А. Едимичев // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства: прил. к «Вестнику КрасГАУ»: сб. ст. Вып. 6 / Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2010. – С. 187-191.
9. Щёкин, А.Ю.Повышение безопасности операторов мобильного разбрасывателя твёрдых удобрений разработкой предохранительного устройства / А.Ю. Щёкин, Н.И. Чепелев, Д.А. Едимичев // Инновационные тенденции развития российской науки: мат-лы 3-й международ. науч.-практ. конф. мол. уч. – Красноярск, 2010. – С. 94-96.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г.

Подписано в печать 16.03.2011. Формат 60х84/16. Бумага тип. № 1

Печать – ризограф. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 1104

Издательство Красноярского государственного аграрного университета

660017, Красноярск, ул. Ленина, 117