CC BY
15
О проблемах в данной области говорит то, что, по данным Роспотребнадзора, только в Ленинградской области число лиц с впервые установленными профессиональными заболеваниями составило 44 человека (против 52 - в 2012 г. и 72 - в 2011 г.). Поскольку имели место случаи возникновения одновременно двух и более заболеваний у одного работника, общее число профзаболеваний было 63.
Литература
1. Шкрабак B.C. Библиографический указатель трудов / СПбГАУ, библиотека; сост. Н.В. Кубрицкая. 2-е изд. перераб. и доп. - СПб, 2012.
2. Баранов Ю.Н., Шкрабак Р.В., Брагинец Ю.Н. Методология обеспечения безопасности на животноводческих комплексах: Монография; Под. ред. В.С Шкрабака/ СПбГАУ. - СПб., 2013. - 502 с.
3. Шкрабак B.C. Стратегия и тактика динамического снижения и ликвидации производственного травматизма в АПК: Монография/ СПбГАУ. - СПб, 2007. - 520 с.
4. Баранов Ю.Н., Пантюхин П.А., Шкрабак Р.В., Брагинец Ю.Н., Шкрабак B.C. Теория и практика охраны труда в АПК: Монография; Под. ред. B.C. Шкрабака,2015. -744 с.
5. Трудовой кодекс Российской Федерации (по состоянию на 01.06.2014 г.). - М.: ACT, 2014. - 288 с. -Новейшее законодательство.
6. Новиков М.А., Демко П.В., Ветушко В.И. Повышение эффективности производства гибридных семян подсолнечника путём модернизации конструкции сеялок отечественного и зарубежного производства// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - № 37. - 2014. - С. 259-263.
7. Агроном+, сайт о сельском хозяйстве и его модернизации. - URL: http://agrofuture.ru.
8. Федеральный закон от 28.12.2013 № 426-ФЗ «О специальной оценке условий труда». - URL: http ://gammaeco. га.
УДК 331.344.2:640.4-057 Канд. техн. наук М.В. РОДИЧЕВА
(Госуниверситет - УНПК, га1(й!оге1.ш) Канд. техн наук Р.В. ШКРАБАК (СПбГАУ, у.зЫо-аЬаШтаП.га) Канд. техн. наук А.В. АБРАМОВ (Госуниверситет - УНПК, Ап1:-1т88(й)п"ш1.га)
РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЕНТИЛИРУЕМОЙ СПЕЦОДЕЖДЫ НА ПРИМЕРЕ КОСТЮМА ДЛЯ РАБОТНИКОВ ТЕПЛИЧНЫХ ХОЗЯЙСТВ
Вентилируемая спецодежда, вентиляционные элементы, эргономичность, конвекция, метод конечных элементов
В условиях экономико-политических противоречий между РФ и западными странами перед нами стоит масштабная задача форсированного и комплексного развития ряда отраслей экономики, в том числе сельского хозяйства. К числу оценочных показателей эффективности развития отрасли относится производительность труда. Работоспособность человека определяется в том числе показателями его теплового состояния. Поэтому важной задачей комплексного развития отрасли является обеспечение работников эффективной спецодеждой.
Эффективность спецодежды в условиях холода традиционно характеризуется соответствием теплозащитных, гигиенических и эргономических показателей интенсивности внешних воздействий, рабочим позам и стереотипным движениям человека.
Высокоэффективная спецодежда, помимо этого, должна изменять величины этих свойств при изменении интенсивности внешних воздействий. Это качество спецодежды особенно важно при работе в условиях солнечного облучения и повышенных температур (парники, теплицы, открытая территория), субнормального климата и других.
Один из подходов к проектированию спецодежды с изменяемым уровнем основных свойств предполагает введение в конструкцию каркасных и вентиляционных элементов, что позволяет создать под одеждой активную воздушную прослойку.
Ранее нами предложены конструктивные решения вентилируемой одежды для защиты от дождя и для защиты пчеловода от перегрева и укусов. Полевые испытания образцов показали их
высокую эффективность в сравнении с традиционными комплектами. Попытки внедрения конструкций в массовое производство выявили недостатки предложенного подхода:
- при выборе оптимальной толщины воздушной прослойки необходимо решать сложные задачи, связанные с численным исследованием конвективных процессов;
- эргономические критерии комплектов одежды носят качественный характер, что осложняет выбор конструктивных параметров каркасных и вентиляционных элементов с позиции их удобства.
Эти недостатки в некоторой степени устранены нами в рамках задачи проектирования экспериментального образца вентилируемой спецодежды для работников тепличных хозяйств.
При решении первой задачи была разработана численная модель процессов тепломассообмена в воздушной прослойке. В процессе теплового взаимодействия воздуха с нижележащими слоями пакета в воздушной прослойке формируются восходящие воздушные течения, что создает дополнительный съем тепла с поверхности тела человека при затрудненной теплоотдаче. Для расчета интенсивности этих процессов предложена модель системы «элемент тела -одежда - окружающая среда» в виде цилиндра, окруженного оболочкой (1). Воздушная прослойка формируется между верхним (2) и нижележащими слоями пакета и сообщается с окружающей средой посредством вентиляционных отверстий (3) (рис. 1а).
а) б) в) г)
Рис. 1. Геометрическая модель, сетка конечных элементов и результат численного решения модели
движения воздуха в прослойке
Получен двумерный фрагмент модели (рис. 16) в котором область I моделирует свободный объем воздуха, область II - воздушную прослойку. Плотность теплового потока (Я, Вт/м") на поверхности элемента тела (1) определяется разностью температур поверхности (Ть, К) и свободного объема (ТатЬ, К). В нагретом воздухе формируется восходящее движение. Комплекс процессов тепломассообмена описывается системой уравнений (1) [1]:
V Ч1(У и +{Уи)т + р{и-Чи) + Чр) = Р\
< У-(ри) = 0; (1)
V • {-кУТ + рСрТи) = 0,
где г|, р, Ср - соответственно вязкость, кг/(м с); плотность, кг/м1 и теплоемкость воздуха, Дж/(кг К); и - вектор скорости, м/с; к - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); Б - сила, побуждающая движение, Н. В условиях естественной конвекции она обусловлена разностью плотностей воздуха в пограничном слое (р0, кг/м1) и за его пределами (рш, кг/м1) (2):
^ = (2)
Для вычисления плотности воздуха (р) в каждой точке прослойки используется приближение Буссинеска (3):
Р = Ро
Т 1- 0
■У,
т
(3)
где Т0, ро - температура (К) и плотность (кг/м1) воздуха в пограничном слое; Т, - температура воздуха в свободном объеме прослойки, К.
Уравнения 1-3 и двухмерная геометрия являются математической моделью процессов тепломассообмена в воздушной прослойке. Ее решение было получено нами методом конечных элементов. При построении сетки (рис. 1в) выбраны треугольные элементы с размером стороны в свободном объеме 1,5 мм; в температурном пограничном слое - 0,3мм.
Результат численного решения модели (рис. 1г) позволяет провести анализ поля скорости движения воздуха, за счет чего обосновать оптимальные конструктивные параметры вентиляционных элементов и воздушной прослойки.
Решение задачи повышения эргономичности вентилируемой одежды проводилось по двум направлениям. В рамках первого в модельную конструкцию комплекта внесены изменения с учетом стереотипных рабочих движений и характерных поз.
В рамках второго направления выбрано оптимальное конструктивное решение трансформируемых вентиляционных элементов, для чего предложен численный критерий эргономичности и метод его оценки [2].
Базовый принцип метода сводится к разбиению управляющего воздействия на микроэлементы, суммарная продолжительность которых равна продолжительности воздействия (Тпол, с). Микроэлементы подразделяются на основные (продолжительность которых тосн, с) и дополнительные, что позволяет оценить степень удобства по следующему соотношению:
(4)
Т
поя
Величина коэффициента к<0,5 свидетельствует о низкой степени удобства вентиляционных элементов, величины к 0,5-0,7 - о средней; величины к>0,7 - о высокой.
Повышенное внимание уделено оценке вентиляционных элементов, расположенных по линии груди и линии плеч. Для этого разработан ряд конструктивных решений каждого элемента. Некоторые аналоги из этого ряда представлены на рис. 2.
а)
1 з
б)
Рис. 2. Вентиляционные элементы (а - по линии груди; б - на плечевом поясе)
Повышение величины коэффициента эргономичности возможно за счет внесения в конструкцию изменений, способствующих уменьшению продолжительности дополнительных микроэлементов управляющего воздействия. Однако для оценки эффективности конструктивных изменений необходимо численно оценивать продолжительности микроэлементов. Малые значения этих величин затрудняют прямое хронометрирование. Для повышения точности измерения нами предложен метод, в основе которого лежит система уравнений частных управляющих воздействий
0 + т2 + г3 + тп = /
тх + 0 + г3 + *■„ =t
тг + т2+.. . + г ,-i + 0 =
Экспериментальные исследования предполагают прямое хронометрирование продолжительности частных управляющих воздействий (Чь 12... 1П). Продолжительность микроэлементов (ть т2 ... тп) вычисляется методами матричного анализа с помощью предложенного нами программного комплекса «Богт 1» (рис. 3).
Ч»» %i *»»рм»1»»меи' «9
Wi> WT« Чвг
гцыьг ^..лп. к>1Л».
■«•(■■■VU«.) ( XI
77
Рис. 3. Лицевая паннель программного продукта «Form 1»
Как показывают предварительные результаты исследований, психофизиологическое состояние человека оказывает существенное влияние на продолжительность микроэлементов. Поэтому продолжительность частного воздействия рассматривается в качестве случайной величины и измеряется многократно. Полученные серии проверяются на нормальность распределения погрешности измерения, границы доверительного интервала - на соответствие пределам. При выполнении всех условий математическое ожидание серии принимается равной продолжительности воздействия.
Ряды аналогичных конструктивных решений характеризуются следующими величинами коэффициента эргономичности: элемент №1 - 0,5-0,65, элемент №2 - 0,37-0,6. На основе этих данных были выбраны наиболее эргономичные конструктивные решения.
Проведенный комплекс исследований позволил разработать комплект специальной одежды для работников тепличных хозяйств (рис. 4а), состоящий из куртки (рис. 46, 4в) и полукомбинезона (рис. 4г).
Стабильность воздушной прослойки обеспечена каркасными элементами, которые представлены пересекающимися полосами репсовых лент, создающих опорную поверхность куртки в области плеч. В полукомбинезон на уровне колен введены сетчатые вставки, снабженные кулиской с полоской полиметилметакрилата, что обеспечивает устойчивость воздушной прослойки. По низу куртки расположена кулиска со шнуром для герметизации и разгерметизации сочленения куртки с полукомбинезоном.
В области пояса полукомбинезона расположен вентиляционный элемент, состоящий из двух колец сетки, соединенных посредством кулиски из основного материала с упругим элементом в виде металлической проволоки.
б)
Рис.4. Костюм для работников тепличных хозяйств
Стабильность воздушной прослойки обеспечена каркасными элементами, которые представлены пересекающимися полосами репсовых лент, создающих опорную поверхность куртки в области плеч. В полукомбинезон на уровне колен введены сетчатые вставки, снабженные кулиской с полоской полиметилметакрилата, что обеспечивает устойчивость воздушной прослойки. По низу куртки расположена кулиска со шнуром для герметизации и разгерметизации сочленения куртки с полукомбинезоном.
В области пояса полукомбинезона расположен вентиляционный элемент, состоящий из двух колец сетки, соединенных посредством кулиски из основного материала с упругим элементом в виде металлической проволоки.
На передней и задней поверхности бретелей полукомбинезона расположены упругие полукольца из полиметилметакрилата, позволяющие создавать необходимый для прохождения воздуха зазор между телом человека и внутренней поверхностью куртки.
Согласно результатам опытной носки, организованная в конструкции система вентиляции пододежного пространства позволяет обеспечить условия теплового комфорта в достаточно широком диапазоне колебания внешних воздействий. Степень удобства использования вентиляционных элементов характеризуется испытуемым как достаточно удобная.
Внедрение авторского подхода и полученных нами результатов в массовое производство будет способствовать повышению производительности труда работников в рамках решения задачи комплексного развития сферы АПК Российской Федерации.
Литература
1. Femlab 3. Heat transfer module users's guide [Text] / Development Team // COMSOL AB, 2004, 198 P.
2. Абрамов A.B., Родичева M.B. Некоторые аспекты безопасности при использовании спецодежды на предприятиях гостиничного хозяйства // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. -Орел: Госуниверситет-УНПК, 2013. -№5(22). -С. 102-107.
