CC BY
34
щие для фундаментальных наук показатели, приведенные ниже:
DT — девиатор напряжений; De — тензор скорости деформаций; I2 — квадратичный инвариант тензора скоростей деформаций; B, m — реологические константы; cosa — угол подьема винта, град.; cosP — угол образующей поверхности винта, град.; т, о — соответственно касательное и нормальное напряжение, Н/м2; r — скорость сдвига; Z — коэффициент сжатия: Z = р / ркон; а, С — константы; u — площадь сечения, м ; G — сила тяжести (вес) неуплотненного материала, Н; А1 — коффициент пропорциональности: для внезапного сужения А1 = 320; Rе—число Рейнольдса (отношение силы инерции к силе вязкости); v — средняя скорость движ-
ния жидкости на данном участке поперечного сечения, м/с; d—внутренний диаметр трубопровода, м; S—перемещение материала, м; р, рнач, ркон — плотность материала соответственно начальная, текущая и конечная, кг/м3; пэф, Д, и — вязкость соответственно эффективная, динамическая и кинематическая, Пас; е — относительная деформация и др.
Более точные теоретические исследования с экспериментальной проверкой реализуются в прикладных исследованиях.
Список литературы Особов В.И., Васильев Г.К., Голяновский А.В. Машины и обородование для уплотнения сено-соломистых материалов. — М.: Машиностроение, 1974. — 231 с.
УДК 658.382.2:636:619
Р.В. Шкрабак, канд. техн. наук, доцент А.П. Варлаков, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ САНИТАРНО-ВЕТЕРИНАРНОЙ ОБРАБОТКИ ЖИВОТНЫХ В ЦЕЛЯХ БЕЗВРЕДНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРСОНАЛА
Роль животноводства в современных условиях трудно переоценить. Практически на 40 % (в различных странах мира) оно и его продукция являются наполнителями продовольственной корзины. Важной составляющей различных отраслей производства является сырье, поставляемое животноводством. Поэтому важно, чтобы продукция животноводства и сырье были высококачественными и безопасными для населения.
Кроме того, безопасной для обслуживающего персонала должна быть и сама отрасль. Однако практика показывает [1], что сама отрасль является высокотравмоопасной и в ряде случаев существенное число работающих в ней людей получают профессиональные заболевания. По данным Всероссийского института охраны труда в сельском хозяйстве (ВНИИОТСХ, г. Орел) животноводство считается одной из наиболее травмоопасных отраслей АПК по смертельному травматизму. Здесь практически ежегодно погибает 24 % общего числа погибших на производстве АПК. Ежегодно более 1000 человек работоспособного возраста оставляют производство по причине профессиональных заболеваний. Число тяжелых производственных травм в отрасли превышает уровень смертельного травматизма; этот показатель в последние годы имеет устойчивую тенденцию к росту, несмотря на то, что пого-
ловье крупного рогатого скота с 1995 г. по настоящее время сократилось на 42 %, свиней — на 40 %, овец и коз — на 36 %.
Неблагополучно обстоит дело с охраной труда людей практически всех специальностей, в том числе и работников ветеринарно-санитарных служб. Как известно, ветеринарно-санитарные обработки животных в процессе их выращивания — необходимый элемент технологии производства высококачественных продуктов питания и сырья для промышленности. Учитывая, что численность крупного рогатого скота составляет порядка 21 млн голов (в т. ч. 9,1 млн коров), актуальность обеспечения безопасности и безвредности при ветеринарно-санитарной обработке очевидна. Связано это с тем, что не только сами животные и обслуживающие их механизмы и техника травмоопасны; травмоопасны и вредны для человека большинство препаратов, применяемых при ветеринарно-санитарной обработке животных. Кроме того, сами животные являются источниками инфекций и различных специфических заболеваний обслуживающего персонала.
Структуру профессиональной патологии у работников сельскохозяйственного производства формируют на 58 % заболевания опорно-двигательного аппарата и вибрационная болезнь, 13,6 % бруцел-
лез, 9,1 % патология органов дыхания. В структуре профессиональных поражений ветеринарных работников заболевания органов дыхания составляют 52 0%, заболевания кожи 5 0%, бруцеллез около 5 0%. Среди заболеваний периферической нервной системы и мышц увеличивается доля радикулита (в последние годы составляет около 11,5 %). В отрасли 49...72% всех случаев профессиональных заболеваний сопровождаются временной утратой трудоспособности: при бронхитах — 70 %, радикулите — 60 %, вибрационной болезни — 44,3 %, интоксикации — 17,3 %. Аллергические заболевания, невропатии, поражения суставно-связочного аппарата, полиневриты сопровождаются утратой трудоспособности в 100 % случаев. Распределение хронических и профессиональных заболеваний и отравлений среди работающих на фермах и комплексах следующее: трактористы — 45.53 %, дояры — 14.21,5 %, работники ветеринарных служб — 4,5.5,8 %, животноводы—2,8.2,9 %, водители автомобилей — 2,2.2,3 %, зоотехники — 0,6.1,1 %, свиноводы — 0,7.0,9 %.
Основными обстоятельствами и условиями возникновения хронических профессиональных поражений людей специалисты Госсанэпиднадзора считают конструктивные недостатки оборудования (их доля 48 %), несовершенство технологических процессов (19,9 %), неисправность или отсутствие санитарно-технических устройств (10,3 %), несовершенство и нерациональное оборудование рабочих мест (7,5 %), нарушение требований охраны труда (7,3 %). Острые профессиональные заболевания они связывают с нарушениями требований охраны труда (51 %), несовершенством и нерациональным оборудованием рабочих мест (6,3 %), несовершенством санитарно-технических установок и аварийными ситуациями (по 4,6 %).
Профессиональные патологии поражают, как правило, лиц трудоспособного возраста, поэтому социально-экономическая эффективность их велика. Например, в неблагоприятных условиях работы средний возраст больных с впервые установленным диагнозом составляет 40-44 года. Последствия неблагоприятны и для специалистов: инвалидность 1 и 2 группы работников ветеринарных служб в возрасте до 45 лет составляет 74 %, а средняя продолжительность жизни ветеринарно-санитарных работников составляет 49 лет у мужчин и 50 лет у женщин.
Наряду с этим работники ветеринарно-санитарных служб травмируются по причине опасного действия пострадавшего или другого лица (доля этой причины около 61 %), неудовлетворительной организации трудового процесса (34,5 %). Анализ показывает, что по этим и другим причинам в среднем ежегодно погибает 5-6 работников ветеринарно-санитарных служб.
Приведенные сведения свидетельствуют о необходимости совершенствования технологий и оборудования для ветеринарно-санитарных обработок животных по параметрам безопасности.
Обычно к профилактическим мероприятиям в период массовых инфекционных заболеваний животных относится дезинфекция их шерстного покрова с целью предотвращения возможного распространения патогенных возбудителей. Проводится также комплекс мер по уничтожению вредных насекомых и клещей (дезинсекция), поскольку членистоногие могут быть переносчиками бактериальных, вирусных и протозоонозных инфекций (туляремия, сибирская язва, чума, коксиеллез, инфекционная анемия лошадей и др.). Из известных механических, физических и химических способов дезинфекции чаще всего используют последние посредством соответствующих препаратов. При нарушении мер безопасности химические препараты попадают в организм, вызывая токсические действия различного характера (дисбактериоз, нефротокси-ческое, фотосенсибилизация и др.). При этом имеют значение и способы нанесения препаратов (влажный, струйный или мелкодисперсное опрыскивание, аэрозольный, купка или купание). Вид обработки, способ нанесения препарата, его дозировка зависят от вида животного и насекомого, а режимы дезинсекции и дозировка регламентированы Ветеринарным законодательством.
В зависимости от вида насекомых используют различные технологии обработки животных. При обработке животных от кровососущих насекомых (гнус, слепни, мухи) на волосяной покров животных достаточно нанести тонкую пленку инсектицида или репеллента, обеспечивая сплошную зону тонкого распыла жидкости. Если обрабатывают против клещей, находящихся на коже животного, то необходим душ, а не тонкое распыление; применяют также купание. Во всех случаях строго соблюдают время воздействия препарата на животное.
В указанных технологиях используют передвижные и стационарные душевые установки, де-зинфекционно-обмывочные станки и дезинфекци-онно-душевые установки, устройства для обработки сельскохозяйственных животных инсектоакарицид-ными растворами и для дезинфекции животноводческих помещений и территорий, сборные автоматические опрыскиватели. К сожалению, перечисленные средства, способы и устройства, выполняющие свои основные функции, не в полной мере отвечают эргономическим требованиям и не защищают операторов от вредного воздействия химических препаратов.
Поэтому необходимо совершенствовать обрабатываемое оборудование и обосновывать направления этого совершенствования. При распылении на животное препарата часть его распыляется в возду-
хе рабочей зоны, создавая угрозу отравления. Исследованиями [2] установлено, что основной причиной этого является нерациональное направление оси распыла факела раствора относительно поверхности животного и большой угол раскрытия факела распылителя. Это обусловлено жестким креплением распылителей в установке: или 90°, или 90° и 45° к вертикальной оси установки. При угле распыла факела 90° обеспечивается обработка животного в одной плоскости. Такие устройства рассчитаны на широкую зону охвата для полной обработки животного с учетом его высоты.
Из рис. 1 видно, что независимо от размеров животное полностью оказывается в зоне обработки. Однако, при этом остается зона потерь, через которую препарат попадает не на животное, а в воздух рабочей зоны. С увеличением зоны потерь пропорционально увеличивается количество препарата в воздухе рабочей зоны и вероятность негативного воздействия препарата на оператора. В связи с этим важно не только отыскать, но и обосновать пути уменьшения зоны потерь. Для этого используем результаты обработки группы животных, одинаковых по возрасту, полу, физиологическому состоянию, предполагая практическое равенство промеров (антропометрических размеров) животных. В соответствии с этим можно целенаправленно обрабатывать животных отдельных групп, рационализовав сокращение зон потерь раствора.
Для снижения потерь раствора при работе боковых распылителей необходимо стремиться к тому, чтобы нижняя граница АС (рис. 2, а) факела AFC попадала на нижнюю точку живота животного С (при условии нахождения данной нижней точки животного в центре камеры установки). В таком случае зона потерь будет минимальной. Для этого распылитель надо установить на угол а относительно вертикали. Допустим, что известны: высота ЕА (или у) распылителя над полом (конструктивная); расстояние от пола до нижней точки живота животного DC (или х — промер по зоотехнической линии); расстояние, равное половине ширины установки ED. Параллельно линии ED проведем вспомогательную линию АВ, равную а. Получим прямоугольный треугольник САВ с прямым углом АВС и стороной а = const. Поскольку ED = АВ, то угол
в = arctg [(x - у) / a].
(1)
Зная в, определяем угол у между вертикалью стенки и нижней границей факела: у = 90° — р. Угол раскрытия факела ЕА С обозначим 5. Линия АК представляет собой центральную ось факела и является биссектрисой угла 5. Тогда угол установки распылителя
а = у - 0,55 = 90° - аг^ [(х - у) / а] - 0,55. (2)
Факел верхнего распылителя
Факел нижнего распылителя
Факел распыла
Зона потерь раствора
Обрабатываемая поверхность
Зона потерь
Зона охвата Зона потерь
Зона потерь раствора
б
Зона полезной обработки
Рис. 1. Распределение факела раствора боковых распылителей при обработке животных различных размеров (а) и потери раствора при обработке верхними распылителями (б)
Необходимо определить три уровня установки нижних распылителей устройства. Для каждого уровня по формуле (2) рассчитывают угол а и строят номограмму (рис. 2, б) зависимости угла наклона распылителя от расстояния между полом и нижней частью живота животного.
Для снижения потерь раствора при работе верхних боковых распылителей верхняя граница Ж (рис. 3, а) факела ЬЫР должна располагаться не выше высоты животного в холке. Расстояние ЬВ примем равным х' при нахождении верхней точки животного в центре камеры установки. Считаем, что верхний боковой распылитель находится ниже высоты животного. Зона потерь будет стремиться к минимуму, если распылитель N установить под углом а'. Известны высота у' установки распылителя и расстояние а, равное половине ширины установки ЕВ. Зная это, проводим вспомогательную линию КЬ, равную а и параллельную ЕВ. Поскольку Ь находится в центре установки, то КЬ = ЕВ.
Имеем прямоугольный треугольник ЖК с прямым углом ЬRN и известной стороной а. Зная высоту у' распылителя и высоту х' животного в холке, находим угол
в' = arctg [a / (x' - y')].
(3)
Поскольку N0 является центральной осью факела и одновременно биссектрисой угла 5' раскрытия факела, угол у' = 0,5 5'. Зная углы Р' и у', находим угол наклона верхнего распылителя
а' = arctg [а / (x' - y')].
(4)
Определим три уровня установки верхних распылителей (аналогично, как и для нижних распылителей). Для каждого уровня по формуле (4) рассчитываем значения угла а и строим номограмму зави-
а
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Высота от пола до нижней точки животного, см а б
Рис. 2. К расчету угла наклона нижнего бокового распылителя устройства (а) и изменение угла наклона нижних распылителей (б) в функции расстояния между полом и нижней точкой живота животного (угол раскрытия факела 70°, высота распылителя над полом 40 см)
симости угла наклона распылителя от расстояния между полом и высотой в холке животного. Зону обработки животного верхними распылителями (жестко закреплены на потолке в центре устройства под углом 90° к нему) регулируют, изменяя угол раскрытия их факела (рис. 3, б).
Потери раствора минимальны при условии, что левая УБ и правая УТ границы факела распыла попадают на маклоки животного и не шире данного промера на определенном расстоянии. Для животных одной группы промер одинаковый. Известные размеры: ширина животного в маклаках БТ (или Ь), его высота БЬ (или х') и расстояние БУ (или у") от пола до верхнего (находится в центре камеры) распылителя. Если животное находится в центре уста-
E
D
D
б
Рис. 3. К расчету угла наклона верхнего бокового распылителя (а) устройства и угла раскрытия факела верхнего распылителя (б)
новки, то точки S и T равноудалены от точек L и V; значит треугольник VST равнобедренный. При этом VL является одновременно биссектрисой, медианой и высотой треугольника и центральной осью факела распыла. Следовательно, угол
в'' = arctg [0,56 / (у'' - х1)]. (5)
Поскольку VL — биссектриса угла а'', то
а'' = arctg 2[0,56 / (у'' - х1)]. (6)
Для верхнего распылителя по значениям а'' строим номограмму изменения угла раскрытия факела в функции двух промеров: высоты животного в холке и ширины в маклоках. Вид номограммы показан на рис. 4 при у" = 200 см.
Рассмотрим ситуацию обработки животных только боковыми распылителями (без верхних). При этом верхние боковые распылители находятся выше высоты животного в холке. Для предотвращения потерь раствора, как и в предыдущих случаях, верхняя граница LT (рис. 5, а) факела LTQ должна проходить на уровне высоты животного в холке LD (или х)
Для этого распылитель Т следует установить под углом МТО (или а'"), чтобы зона потерь была минимальной. Известные параметры: высота установки распылителя ЕТ(у'") и расстояние а', равное половине ширины устройства ED. Проведем вспомогательную линию TW, параллельную ED. Поскольку L находится в центре ус-
а
b
x
Рис. 4. Номограмма зависимости угла раскрытия факела верхнего распылителя от высоты животного в холке и ширины в маклоках
а б
Рис. 5. К расчету угла наклона верхнего (а) и нижнего (б) боковых распылителей
тановки, то ТЖ = ЕВ. Имеем прямоугольный треугольник ЖТЬ с прямым углом ТЖЬ и известной стороной а'. Зная у'" и х' (высоту животного в холке), находим угол
та животного. Для снижения потерь раствора при работе нижних распылителей надо стремиться к тому, чтобы нижняя граница ОС факела ЗОС (рис. 5, б) попадала на нижнюю точку живота животного С (при условии нахождения данной нижней точки в центре камеры устройства). Тогда зона потерь раствора будет минимальна.
Для этого распылитель О надо установить под углом о к вертикали ЕМ. Высота распылителя под углом ЕО определяется конструкцией устройства, т. е. величина известная. Обозначим ее у''''. Расстояние х от пола до нижней точки живота животного и расстояние ЕВ (конструктивный параметр), равное половине ширины установки, также известны.
Проведя вспомогательную линию ZC, равную а и параллельную ЕВ, получим прямоугольный треугольник ОСХ с прямым углом ОХС и известной стороной а, так как ХС = ЕВ. Зная х и у'''', можно найти угол ХОС (или Р'''') в прямоугольном треугольнике ХОС:
ß'''' = arctg [a / О"" - x)].
(9)
ß''' = arctg[(y''' - x') / a'].
(7)
Поскольку ТО — центральная ось факела и одновременно биссектриса угла 5' его раскрытия, угол у' = 0,55'. Угол MTW равен 90°. Зная ß''', у', находим
а''' = 90° + arctg[(y''' - x) / a' + 0,55']. (8)
Для данного варианта по формуле (8) рассчитываем значения угла а''' и строим номограмму зависимости угла наклона распылителя от расстояния между полом и высотой в холке.
Рассмотрим вариант расположения нижних боковых распылителей выше нижней точки живо-
Зная угол раскрытия факела 5 при условии, что О1 есть центральная ось факела и одновременно биссектриса угла 5, и угол Р'''' рассчитываем угол установки распылителя
о = аг^ [а / (у'''' - х)] + 0,55. (10)
По этой формуле для данных условий установки распылителей рассчитывается номограмма зависимости угла наклона распылителя от расстояния между полом и нижней точкой живота животного.
На базе приведенных положений создано новое устройство (запатентовано) для санитарной обработки животных, испытаниями которого подтверждена его работоспособность.
Список литературы
1. Шкрабак, В.С. Проблемы снижения травматизма и улучшения охраны труда в животноводстве. Монография / В.С. Шкрабак, П.А. Лапин, И.В. Гальянов. — Орел, 2002. — 420 с.
2. Варлаков, А.П. Обеспечение безопасности операторов при обработке сельскохозяйственных животных дезинфекционными и дезинсекционными препаратами путем инженерно-технических мероприятий: дис. . канд. техн. наук / А.П. Варлаков. — СПб, 2003. — 186 с.
