CC BY
51
4. C. Oncel, Y. Yurum Carbon Nanotube Syntesis via Catalytic CVD Method: A Review on the Effect of Reaction Parameters/ Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 14:17-37,2006.
5. A.G. Nasibulin, A. Moisala, H.Jiang, E.I. Kauppinen Carbon nanotube synthesis from alcohols by a novel aerosol method/J. of Nanoparticle Research (2006) 8, 65-475.
6. V.O. Nyamori, E.N. Nxumalo, N.J. Coville The effect of arylerrocene ring substituents on the synthesis of multi-walled carbon nanotubes/J. of Organometallic Chemistry 343 (2009), 290-298.
7. Z. Sadeghian Large-scale production of multi-walled carbon nanotubes by low-cost spray pyrolysis of hexane. New Carbon materials, 2009, 24(1):33-38.
8. B.Kitiyanan, W.E. Alvarez, J.H. Harwell, D.E. resasco Controlled production of single-wall carbon naotubes by catalutic decomposition of CO on bimetallic Co-Mo catalysts /Chemical Physics Letters 317(2000) 497-503.
9. A.G. Nasibulin, A. Moisala, D.P. Brown, H.Jiang, E.I. Kauppinen A novel aerosol method for single walled carbon nanotube synthesis/ Chemical Physics Letters 402(2005) 227-232.
10. M.J. Bronikowski, P.W. Willis, D.T. Colbert, K.A. Smith, R.E. Smolley Gas-phase production of carbon single-walled nanotube fro carbon monoxide via the HiPCO process: A parametric study/J. Vac. Sci. Technol. A 19(4), Jul/Aug 2001 1800-1805.
11. M.-F. Yu, O. Lourie, M.J. Dyer, K. Moloni, T.F. Kelly and R.S. Ruoff Stengh and breaking mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile load/ Science 287(5453), 2000, 637-640.
12. S. Xie, W. Li, Z. Pan, B. Chang, L Sun Mechanical and physical properties on arbon nanotube/J. of Physics and Chemistry of Solids 61 (2000) 1153-1158.
13. M.-F. Yu, B.S. Files, S. Arepalli and R.S. Ruoff Tensile loading of ropes of single wall carbon nanotubes and their mechanical properties/Phys Rev Lett 84(24), 2000, 5552-5555.
14. D. Qian, G.J. Wagner, W.K. Liu, M.-F. Yu, R.S. Ruoff Mechanics of carbon nanotubes/Appl. Mech. Revvol. 55, no 6, November2002,495-533.
15. X. Liu, J. Ly, S. Han, D. Zhang, A. Requich, E. Thompson, C. Zhou Syntesis and Electronic Properties of Individual Sihgle-Walled Carbon Nanotube/Pjlypyrrole Composite Nanocables/Adv. Mater. 2005, 17, 2727-2732.
STRUCTURE, TECHNOLOGY AND PROPERTIES CARBON NANOTUBES.
S.Shebanov, D.Strebkov, Y. Kozevnikov, M. Shebanov
Summary. Structural features carbon nanotubes are considered. It is resulted data on technology and properties individual carbon nanotubes.
Key words: carbon nanotube, technology, properties
УДК 331.452
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТРАВМИРОВАНИЯ ОПЕРАТОРОВ МОБИЛЬНЫХ КОЛЕСНЫХ МАШИН
Н.С. СЕРГЕЕВ, доктор технических наук, профессор
А.А.КАЛУГИН, аспирант Челябинская ГАА E-mail: [email protected]
Резюме. Статья посвящена оценке опасности травмирования операторов мобильных колесных машин. Рассмотрены основные источники травмирования оператора в кабине колесной машины. Приведены оценочные коэффициенты для различных факторов, влияющих на тяжесть травмирования. Предложен комплексный показатель опасности травмирования. Ключевые слова: мобильная колесная машина, комплексный показатель опасности, травматизм, скорость движения, дорожно-транспортное происшествие.
Большая часть мобильных транспортных и технологических машин в системе АПК РФ представлена колесными машинами (легковые, грузовые и специальные автомобили, колесные тракторы и др.). Они характеризуются высокой маневренностью и увеличенными скоростями движения, что делает их весьма опасными объектами в системе «оператор-машина-среда». В первую очередь, они опасны для человека, управляющего машиной, то есть оператора.
Специфика условий труда операторов мобильных машин в агропромышленном производстве, неудовлетворительное состояние и износ техники предопределяют высокий уровень риска травмирования [4]. Так, по некоторым источникам [3, 5, 6], травматизм среди операторов мобильных сельскохозяйственных машин примерно в 3 раза выше, чем в целом по отрасли.
Сегодня при анализе ДТП в основном отмечается, что водитель (оператор) получил смертельные ранения, ранения средней степени тяжести, легкое
травмирование и др. Однако о какие внутренние части кабины (салона) он был травмирован, почти никогда не учитывается ни в протоколах расследования, ни в карточках ДТП, тем более, не ведется исследование частоты травмирования о внутренние детали и рычаги управления. Кроме того, не выявляются причины и тяжесть травмирования в связи с антропометрическими параметрами оператора, хотя это весьма важно при конструировании кабин мобильных машин. Частота и тяжесть травмирования операторов о внутренние части кабины также не находят связи со скоростью передвижения мобильных машин. Зачастую определение тяжести травмирования в дорожно-транспортном происшествии происходит после его совершения. Как следствие, степень тяжести травм оценивается и протоколируется спасательными службами или судебномедицинской экспертизой.
Множество научных трудов и методик посвящены анализу причин травмирования, однако, с точки зрения авторов, на сегодняшний день нет единого комплексного подхода, позволяющего дать достаточно объективную количественную оценку степени тяжести травмирования с учетом основных влияющих факторов. По нашему мнению, использование изложенной далее методики позволит на основе оценки тяжести травмирования проектировать средства активной и пассивной безопасности для действующих траснпортных средств.
Жизнь и здоровье оператора при дорожно-транспортном происшествии в основном зависят от скорости движения, конструктивного исполнения ходовой части, кузова, кабины, расположения агрегатов и узлов, от опыта и квалификации оператора, его антропоме-
трических данных и ряда других факторов. Больше всего оператор подвержен опасности травмирования о внутренние части кабины (салона) колесных машин (лобовое стекло, дверные ручки, рычаги управления, панели приборов, зеркала заднего вида и др.). Тяжесть травмирования оператора (водителя) во многом зависит от вида столкновения с другими техническими системами и сооружениями,опрокидывания колесной машины, антропометрических данных и др. [1]
При изучении статистических данных и научных исследований [2,3] можно выявить различные зависимости травмирования органов человека от элементов конструкции колесной машины.
В кабинах мобильных колесных машин можно выделить относительно большое число элементов, которые могут стать причиной травмирования. Например, водитель автомобиля ударяется головой о ветровое стекло, грудью о рулевую колонку и коленями о нижнюю кромку щитка приборов. В то же время сидящий рядом пассажир, не имея перед собой рулевого колеса, ослабляющего энергию удара, ударяется головой о ветровое стекло и грудью о панель приборов. Анализ различных ДТП показывает, что элементы кабин мобильных машин не равноопасны.
Различные органы человека (оператора) травми-
Таблица. Основные элементы кабины (салона) колесной машины, созда ющие опасность травмирования при ДТП (%)
Голова Шея Грудь Рука (кт=9) Таз Колено Голень Стопа
(кт=49) (кт=5) (кт=6) (кт=2) (кт=15) (кт=10) (кт =4)
Элементы частей тела человека, k , %
Сиденье к. =4
Элементы кабины колесной машины, ^ %, (для оператора)
Сиденье Сиденье Ветровое Дверца Сиденье
^„=100 кч =25 стекло кч,=8 кч,=22 П^ОО к=18
Педаль к. =100
Ветровое
стекло
кч=59
Защитный козырек к= Крыша к =5
Дверца Дверца
кч=12 кч=66
Ру-сое Рулевое к=6со Колесо кч=11
Рычаг управления к.=10
Рулевое колесо к,, =78
Передняя стойка к =5
Зеркало зад. вида
кч=15
Передняя
стойка
кч=13
Элементы кабины колесной машины, к, % (для переднего пассажира)*
Сиденье
к=
Ветровое
стекло
кч=59
Защитный козырек к= Крыша к= Зеркало зад. вида
кч=15
Передняя стойка к,,=13
Сиденье Сиденье Ветровое Дверца кч =100 кч=25 стекло кч=8 кч=22
Дверца Дверца к =12 к =66
Передняя стойка к =5
* кч- и кт! - коэффициенты, характеризующие частоту травмирования данного органа человека различными элементами конструкции колесной машины и ча-
стоту травмирования органа человека (оператора) рассматриваемым элементом конструкции колесной машины, соответственно.
руются какими-либо определенными элементами конструкции кабин и механизмов управления колесной машиной. Степень травмирования зависит также от расположения оператора и пассажиров в машине. Зная частоту травмирования рассматриваемого органа человека в ДТП и долю участия различных элементов конструкции в травмировании этого органа, можно определить относительную опасность различных элементов конструкции колесной машины, которую можно выразить коэффициентом относительной опасности того или иного элемента конструкции колесной машины. Этот коэффициент может быть одним из определяющих показателей при конструировании безопасной техники.
Разработка комплексного показателя опасности травмирования человека (с учетом основных факторов, влияющих на тяжесть травм), находящегося в машине, - важная мера, которая позволит более полно оценивать условия труда операторов и влиять на проектирование (либо модернизацию существующих) систем безопасности для мобильных колесных машин.
Как показала статистика и исследования [1,3], при различных видах ДТП в процентном соотношении наиболее уязвимые органы человека - голова (49 %), рука (9 %), нога (10 %) и др. Далее можно определить опасные элементы конструкции для каждого рассматриваемого органа оператора и, например, переднего пассажира (помощника оператора, экспедитора и др.) Очевидно, что органы оператора и пассажира при ДТП будут травмироваться неодинаково вследствие различного расположения элементов конструкции кабины (см. табл.) [3].
Разницу тяжести травм можно учесть с помошью коэффициента, учитывающего расположение человека (оператора или пассажира) относительно элементов конструкции кабины. Исходя из того, что в травмировании оператора задействованы все элементы кабины, запишем:
кХо=т. кч=100% (1)
Для переднего пассажира этот коэффициент следует определять, исключая те элементы, которые не наносят травмы (например, рулевое колесо, педали и др.). Таким образом, суммируя частоту травмирования всех частей тела оператора об элементы конструкции кабины и исключив не участвующие в травмировании пассажира элементы (см. табл.), запишем:
Xкх ( =100-
^ч/(ну)
у (2)
где кХ - сумма частоты
Хч (ну)
травмирования об элементы кабины, не наносящие вред пассажиру.
Щиток
приборов
кч=30
Дверная ручка кч =40
Рычаг управления к,,=12
Сиденье к.=18
Дверная ручка к =40
кх = кх
лпас ло,
51=49 %
Как видно из (1) и (2), тяжесть травмирования оператора выше на 51 %.
Коэффициент (к0/) относительной опасности каждого отдельного элемента конструкции кабины (например, для головы оператора) можно вычислить по уравнению:
К=ктК /100% (3)
Например, в случае травмирования головы оператора зеркалом заднего вида (см. табл.):
козе=49-15/100 %=7,35 (4)
Полученное число 7,35 - это доля травмирования, приходящаяся на зеркала заднего вида. Величина (4) как единица тяжести травмирования может быть обусловлена возможными перемещениями оператора в кабине, а также пассажиров при различных ДТП.
Рис. 1. Изменение величины коэффициента ку в зависимости от скорости движения V км/ч мобильной колесной машины
Обоснование комплексного показателя относительной опасности необходимо проводить с обязательным учетом скорости движения мобильной колесной машины (как наиболее значимого фактора тяжести травмирования при ДТП [5]). Для этого введем соответствующий коэффициент (ку), расчет которого осуществим, исходя из допустимой в населенных пунктах скорости движения (V'цоп, км/ч) [7]. При ее превышении, например, на 20 км/ч (VПр, км/ч) VдB= Уаоп + УПр =60+20 км/ч, величину коэффициента найдем, как отношение скорости движения с превышением к допустимой скорости:
к= (Удоп+ УПр)/ Vдоп=80/60=1,33 (5)
График зависимости к= f (V)показывает, что при дальнейшем превышении допустимого скоростного режима величина коэффициента ку будет расти.
Важная составная часть жизненного пространства колесной машины (минимального объема кабины) -антропометрические параметры человека (оператора, пассажира). Зная, как они влияют на возможность получения травм при ДТП, можно объяснить, например, почему при столкновении оператор небольших габаритов пострадает больше, чем оператор более крупной комплекции [1]. Это можно учесть с помощью коэффициента кА, который связан с базовыми (рост и масса тела) антропометрическими размерами человека, находящегося в машине:
кЛ~^сред ^сред/^ф ^ф (6)
где 1-сред и Зсред - средние рост и масса сорокалетнего европеоидного мужчины, (175 см и 70 кг соответственно), 1-ф и Эф - фактические рост и масс тела соответственно.
Так, для человека массой 60 кг и ростом 160 см этот коэффициент будет равен:
к
175-70/160-60=1,27
(7)
Таким образом, учитывая скорость движения машины, частоту травмирования органов человека, его расположение в машине и антропометрические параметры, комплексный показатель опасности травмирования можно представить в виде:
К =к к к./к. (8)
01 01 х V А ' '
Уравнение (8) учитывает наиболее значимые, по мнению авторов, факторы, влияющие на тяжесть травмирования при совершении ДТП.
Для примера оценки травмирования головы оператора среднего роста (160 см) и среднего телосложения (массой 60 кг) при скорости движения 80 км/ч, например, о зеркало заднего вида, рассчитаем комплексный показатель опасности травмирования Кы.
Коэффициент относительной опасности этого элемента конструкции кабины, учитывая (3), равен 7,35. Коэффициент кх, учитывающий расположение оператора относительно элементов конструкции кабины для упрощения расчетов примем равным единице (учитывая полное травмирование в соответствии с (1)).
Коэффициент ку при движении со скоростью 80 км/ч из формулы (5) составит 1,33, а кА- 1,27 (из формулы (7)). Комплексный показатель опасности трамирования оператора будет равен:
К =к к к./к=7,351,01,331,27=12,4. (9)
О! О! X V А ’ ’ ’ ’ ’ ' '
Расчеты показывают, что, чем выше скорость движения машины, тем больше общий уровень опасности (комплексный показатель). То есть существует линейная зависимость между превышением скоростного режима и тяжестью травмирования оператора (рис. 2).
20 )
Рис. 2. Изменение комплексного показателя опасности травмирования оператора в зависимости от увеличения скорости движения колесной машины (при полученных значениях оценочных коэффициентов кО, кх, ку, кА): 1 - при величине кО!=15,2; 2 - при величине кО/=9,33; 3 - при величине кО!=6,16.
Изложенная оценочная методика внедрена и с успехом используется в ГИБДД УВД г. Челябинска при анализе и количественной оценке тяжести травмирования при совершении ДТП типа «соударение».
Представленную методику и, в частности, итоговую формулу предлагаемого показателя КО! можно уточнить и дополнить другими переменными факторов, влияющих на тяжесть травмирования, при условии обоснования их значимости.
Комплексный показатель опасности травмирования позволяет прогнозировать и оценивать степень травматизма операторов (пассажиров) не только в существующих технологических и транспортных колесных машинах, но и на стадии их проектирования.
Литература.
1. Иванов В.Н., Лялин В.А. Пассивная безопасность автомобиля. - М.: Транспорт, 1979.
2. Иванов В.Н. Активная и пассивная безопасность автомобилей. Ч. 2. - М.: Высшая школа, 1974.
3. Коллинз Д., Моррис Д. Анализ дорожно-транспортных происшествий. - М.: Транспорт, 1971.
4. Табашников А. Т., Любашин Г. Я. Качество и технический уровень сельскохозяйственных машин// Техника и оборудо-
вание для села. 2001. - №7. - С. 7-9.
5. Горшков Ю. Г., Валеев Г. А. Скорость движения и дорожно-транспортные происшествия// Сб. науч. тр. - ЧИМЭСХ, 1991. - 350с.
6. Лопатин А. Н. Повышение безопасности операторов средств механизации мелиоративных работ в АПК за счет инженерно-технических мероприятий. - автореф. дис. канд. техн. наук. - СПб, 2002. - 26 с
7. Правила дорожного движения Российской Федерации. - ИД Третий Рим, - 2009. - Стр. 5.
AN ASSESMENT METHOD OF OPERATORS INJURY OF MOBILE WHEELED VEHICLES IN THE
COMISSION OF ROAD TRAFFIC ACCIDENTS
N.S. Sergeev, A.A. Kalugin
Summary. The article is devoted to the risk assesment of injury to operators of mobile wheeled vehicles. The main sources of injury to the operator in the cabin of wheeled vehicle are considered. We give estimative coefficients for the various factors affecting the severity of injury. The complex index of risk of injury is proposed.
Key words: mobile wheeled vehicle, complex danger index, traumatism, speed, accident.
РАЗВИТИЕ НОВОЙ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСКАЕМОГО ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
П.А. ТАБАКОВ, кандидат технических наук, профессор
A. А. СОЛОМАШКИН, инженер,
B.М. МИХЛИН, доктор технических наук, главный научный сотрудник
E-mail: [email protected]
Резюме. Ошибки существующей методики определения допускаемого износа деталей вызваны случайной скоростью процесса изнашивания. Допускаемый износ в существующей методике принят постоянной величиной. Это резко увеличивает число постепенных отказов и преждевременных замен деталей. Разработанная методика основана на использовании нескольких различных допускаемых износов детали. Как показал анализ, это устраняет ошибки существующей методики. Статья содержит формулы для определения нескольких допускаемых износов для новых и замененных деталей. Это стало возможным в результате определения плотности распределения ресурса 1-й, 2-й и т.д. замененных деталей и других особенностей процесса изнашивания.
Ключевые слова: метод, допускаемый износ, скорость процесса изнашивания, постепенный отказ, плотность распределения ресурса, замененные детали, степень динамики процесса изнашивания.
Для предупреждения постепенных отказов и более полного использования ресурса деталей и узлов в технических условиях на обслуживание и ремонт машин применяют норматив - допускаемые износы деталей, соединений, отклонений параметров. При допускаемом износе (отклонении параметра) элемент должен надежно работать до следующего планового контроля, диагностирования.
Однако существующая методика определения таких нормативов характеризуется применением одного допускаемого износа конкретной детали. В то же время износы деталей в процессе эксплуатации не одинаковы за определенный период работы из-за различной скорости изнашивания. В этой связи рассеивание износов характеризуется плотностью распределения ресурса детали со значительным коэффициентом вариации. Поэтому один норматив целесообразен только для небольшого числа одноименных элементов с близким рассеиванием скорости изнашивания в пределах одного межконтрольного периода. В других случаях он ока-
УДК 621
зывает отрицательное влияние: увеличивается число постепенных отказов в эксплуатации в случае большой скорости изнашивания и количество неоправданной отбраковки при малой скорости.
Этот принципиальный недостаток пытались устранить в лучшем случае путем оптимизации одного допускаемого износа по экономическому критерию, учитывая издержки, связанные с устранением последствий отказа и простоем машины. Однако решающих положительных результатов достичь не удалось.
Мы разработали новую ресурсосберегающую методику [1, 2, 3], которая основана на использовании нескольких допускаемых износов, каждый из которых учитывает скорость изнашивания в соответствующем межконтрольном периоде.
Динамику изнашивания детали аппроксимировали степенной случайной функцией
и(^ =Аи + + z(u) (1)
где ли - показатель, характеризующий приработку детали, численно равный значению функции износа при наработке t=0; V - показатель скорости изнашивания; а -показатель степени функции; z(u) - случайная величина в момент t, которая принимает как положительное, так и отрицательное значения и характеризует фактическое отклонение износа от плавной теоретической кривой -№ под влиянием эксплуатационных факторов. Величина z(u) обычно подчиняется нормальному закону распределения и характеризуется среднеквадратическим отклонением - ои и математическим ожиданием, равным нулю.
Применение новой методики обеспечивает прогнозирование износа по мере увеличения наработки с учетом скорости изнашивания.
На рис. 1 приведена случайная элементарная (после приработки) функция линейного износа, формирующая вейбулловское распределение ресурса элементов при допускаемом износе Di = 0. Верхняя горизонтальная линия характеризует предельный износ (ир).
На основе анализа функции динамики изнашивания совокупности одноименных деталей (параметров) методом наименьших квадратов определяют показатель степени а. Кроме того, находят среднее значение показателя скорости V,, среднеквадратическое отклонение скорости изменения и величину приработки:
