Снижение аварийности и транспортного травматизма работников сельскохозяйственного производства за счет инженерно – технических мероприятий (на примере брянской области)
На правах рукописи
НИКУЛИН ВАЛЕРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
СНИЖЕНИЕ АВАРИЙНОСТИ
И ТРАНСПОРТНОГО ТРАВМАТИЗМА РАБОТНИКОВ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
ЗА СЧЕТ ИНЖЕНЕРНО – ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ
(НА ПРИМЕРЕ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ)
Специальность: 05.26.01 – Охрана труда (отрасль АПК)
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург – Пушкин – 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»
Научный руководитель:
Христофоров Евгений Николаевич - доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Шкрабак Владимир Степанович - заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», профессор кафедры «Безопасность технологических процессов и производств»
Мушкудиани Малхаз Иосифович - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербурский государственный университет аэрокосмического приборостроения», доцент кафедры «Техносферная безопасности»
Ведущая организация: ОАО учебно-опытное хозяйство «Кокино» Выгоничского района Брянской области Минсельхоза РФ
Защита диссертации состоится «30» мая 2012 г. в_14_ч_30_мин на заседании диссертационного совета Д 220.060.05 при ФГОУ ВПО «Санкт – Петербургский государственный аграрный университет», по адресу 196601, Санкт - Петербург – Пушкин, Академический проспект, д.23, аудитория 2.529, факс (812) 465-05-05, e – mail: [email protected], [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт – Петербургский государственный аграрный университет» и на сайте www.spbgau.ru
Автореферат разослан « ____ » ___________ 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор технических наук, профессор Тамара Юрьевна Салова
Общая характеристика работы
Актуальность проблемы
Расширение сельскохозяйственного производства, увеличение объема перевозок и расширение номенклатуры перевозимых грузов, требует повышения производительности сельскохозяйственной транспортной техники (СТТ).
Значительным резервом повышения эффективности использования СТТ является увеличение количества перевозимого груза за счет применения седельных, двух – трехзвенных автопоездов большой грузоподъемности.
Однако применение такой транспортной техники, в условиях возрастания интенсивности движения на дорогах, особую актуальность вызывают вопросы безопасности транспортных работ.
Сельскохозяйственное производство регулярно входит в число лидеров по травматизму и заболеваемости на производстве. Ежегодно от 600 до 800 работников АПК погибают в результате отсутствия и ненадежности технических устройств и средств безопасности, при этом до 20% гибнут в результате транспортных происшествиях (ТП).
Исследования показывают, что основными причинами ТП являются: недисциплинированность операторов, в том числе употребление спиртных напитков; плохие дорожные условия; отказы и неисправности сельскохозяйственной транспортной и мобильной техники. В частности из-за неисправностей тормозных систем СТТ происходят от 30 до 50% транспортных происшествий по техническим причинам.
В АПК Брянской области. за период с 2000 по 2010 год, произошло 377 несчастных случая, в которых 110 человек погибло и 276 работников получили травмы различной степени тяжести. В результате ТП пострадали 93 человека, при этом 39 (46,9%) ТП произошли из-за технических неисправностей сельскохозяйственной техники.
В 36,3% ТП происшедших в АПК региона, сопутствующей причиной происшествий стало неудовлетворительное состояние межхозяйственных и внутрихозяйственных дорог.
Цель работы – снижение аварийности и транспортного травматизма работников сельскохозяйственного производства за счет инженерно – технических мероприятий.
Объектом исследования стали состояние аварийности и уровень транспортного травматизма в сельскохозяйственном производстве, влияние технического состояния сельскохозяйственной транспортной техники на безопасность транспортных работ.
Предметом исследования являются тормозные качества сельскохозяйственной транспортной техники.
Методы исследования – исследования на основе математической статистики, общей теории систем, системного анализа реальных статистических данных, измерений и сравнений, эксперимента и стендовых испытаний.
Научная новизну исследований составляют: методология исследований системы «Оператор – транспортное средство – дорога» (О-ТС-Д), ее влияние на безопасность транспортных работ; влияние и оценка звеньев системы О-ТС-Д на состояние аварийности и транспортного травматизма; результаты анализа человеко-машинных систем; математические модели влияния ошибок оператора и обслуживающего персонала на безопасность транспортных работ, оценки вероятности безошибочных действий оператора, влияние контура «Оператор-транспортное средство - дорога» на состояние аварийности и транспортного травматизма; исследования технических устройств повышающих безопасность транспортных средств, математическая модель оценки эффективности и безопасности транспортных работ.
Практическую значимость работы составляют: результаты анализа безопасности транспортных работ: из-за ошибок оператора и обслуживающего персонала, неисправностей тормозных систем, состояния дорог; результаты исследований системы «Оператор – транспортное средство – дорога» в обеспечении безопасности транспортных работ; результаты анализа вклада каждого звена системы О-ТС-Д на аварийность и транспортный травматизм, обоснованные на основе анализа пути снижения аварийности и транспортного травматизма; обоснованные и разработанные технические устройства улучшающие тормозные качества (СТТ), позволяющие уменьшить число ТП от 10 до 12%. Результаты обеспечения безопасного движения СТТ по межхозяйственным и внутрихозяйственным дорогам.
Реализация результатов исследований осуществлена ЗАО «Брянский автомобильный завод», в Управлении ГИБДД УМВД РФ по Брянской области, в районное управление сельского хозяйства Жуковского района Брянской области, ВУЗах Российской Федерации.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Международных, Всероссийских научно-практических конференциях в Брянской ГСХА (2008 – 2012 гг), Брянском ГТУ (2009 г), Московском ГАУ (2011 г), Толльятинском ГУ (2011 г), Санкт – Петербургском ГАУ (2012 г).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 170 наименований.
Работа изложена на 201 страницах основного текста, содержит 55 рисунков, 21 таблицу и приложений на 10 страницах.
К защите предъявляются следующие научные результаты:
1. Результаты анализа аварийности и транспортного травматизма в АПК России и Брянской области.
2. Методология исследования системы «Оператор – транспортное средство – дорога», влияние и оценка звеньев системы на состояние аварийности и уровень травматизма.
3. Методика оценки влияния ошибок водителя и обслуживающего персонала на безопасность транспортных работ.
4. Математические модели оценки надежности транспортных средств, влияние ее отказов на безопасность транспортных работ.
5. Результаты исследования состояния межхозяйственных и внутрихозяйственных дорог сельскохозяйственных предприятий.
6. Инженерно-технические решения позволяющие снизить аварийность и транспортный травматизм в сельскохозяйственном производстве.
- Содержание работы
В введении обоснована тема диссертации, цель и направления исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе “Состояние вопроса. Цель и задачи исследования” дана оценка состояния проблемы; исследованы причины и факторы аварийности и транспортного травматизма; проанализированы существующие тормозные устройства транспортных средств и перспектива их применения на СТТ; исследованы системы, улучшающие динамические характеристики ТС при торможении.
В результате исследований установлено, что число несчастных случаев при выполнении сельскохозяйственных транспортных работ остается достаточно высоким. Наиболее часто они проявляются в результате ТП, в которых более 20% работников АПК России погибает.
В Брянской области, за период с 2000 по 2010 гг в сельскохозяйственном производстве произошло 83 транспортных происшествия, в которых погибло 56 человек и 37 человек получили травмы различной степени тяжести. Основными видами ТП стали наезды (54,2% всех ТП в АПК региона), столкновения (24%) опрокидывания (21,8%). В результате происшествий травмы получили: трактористы – машинисты – 37,6%; водители – 32,2%; ИТР – 17,2%; рабочие – 11,8; газоэлектросварщики – 1,2%.
Среди пострадавших в ТП 97% мужчины. В основном травмированы работники в возрасте от 31 до 35 – 12,9%, а также работники в возрасте от 50 лет и старше – 35,5%, проработавшие в отрасли от 11 до 15 лет – 22,6%
Проведенный анализ аварийности и транспортного травматизма показал, что ежегодно серьезным источником травм остается сельскохозяйственная транспортная техника. Полученные результаты подтверждаются работами Шкрабака В.С., Шкрабака В.В, Пашина Н.П., Лайкама Э., Амбарцумяна В.В., Горбалетова Ю.В. и других ученых.
В Брянской области 13 ТП (33,75% от всех ТП из-за технических неисправностей), произошли из-за неисправностей тормозной системы автомобиля, трактора, автомобильных и тракторных прицепов. В области, ТП связанные с техническими причинами, происходили из-за неисправностей: рулевого управления (3,75%), тормозной системы (33,75%), внешних световых приборов (18,26%), износа рисунка протектора (14,73), отсоединение колеса (10,23), сцепного устройства (3,44) иных элементов конструкции (15,9%).
Таким образом, видим, проблема повышения тормозных качеств сельскохозяйственных транспортной техники является актуальной, так как до настоящего времени количество ТП из-за неисправностей тормозных систем остается стабильно высоким.
В настоящее время ведущие фирмы производящие и эксплуатирующее транспортные средства отдают предпочтение дисковым тормозным устройствам, обладают такими преимуществами (перед барабанными) как стабильность эффективности при изменении температуры, начальной скорости торможения, что способствует повышению устойчивости и управляемости при экстренном торможении, а применяемые полуметаллические, металлокерамические фрикционные материалы могут работать со стабильным коэффициентом трения от 0,45 до 0,5 (рисунок 1).
Рисунок 1 – Сравнительные характеристики стабильности эффективности дискового (1) и барабанного (2) тормозов (верху тормозной момент, внизу – температура)
Способствует улучшению тормозных качеств транспортной техники установка на них антиблокировочных систем (АБС), которые улучшают тормозные характеристики ТС, особенно при неудовлетворительном состоянии дороги и плохих погодных условиях.
На основании анализа проблемы, выводов полученных из анализа, в соответствии с целью, были поставлены следующие задачи исследования:
1. Изучить состояние аварийности и травматизма в сельскохозяйственном производстве РФ и Брянской области.
2. Выявить факторы и причины аварийности и транспортного травматизма, в том числе связанные с неисправностями транспортных средств.
3. Обосновать методологию исследования системы «Оператор – транспортное средство – дорога», исследовать влияние звеньев системы на безопасность транспортных работ.
4. Исследовать математические модели влияния надежности транспортных средств на безопасность транспортных работ.
5. Оценить состояние внутрихозяйственных дорог в СПК Брянского региона, с целью разработки безопасных маршрутов движения.
6. Разработать технические устройства, улучшающие тормозные качества СТТ.
Во второй главе «Теоретические исследования влияния системы «Оператор – транспортное средство – дорога» и ее звеньев на безопасность транспортных работ; представлена методология исследования системы «Оператор – транспортное средство – дорога» в обеспечении безопасности транспортных работ; исследованы вклад каждого из звеньев системы «О–ТС–Д» на состояние и аварийности и уровень транспортного травматизма; рассмотрены модели действий оператора в опасной ситуации; выполнены исследования надежности транспортных средств на уровень аварийности и транспортного травматизма, исследованы математические модели применения устройств повышающих безопасность транспортных средств; рассмотрена проблема внутрихозяйственных дорого сельскохозяйственных предприятий, их влияние на безопасность транспортных работ.
Решение проблемы аварийности и транспортного травматизма в сельскохозяйственном производстве решает система «Оператор – транспортное средство – дорога» (О–ТС–Д), которая организует, выполняет и обеспечивает безопасность транспортных работ.
Система О–ТС–Д являющаяся объектом исследования безопасности транспортных работ, представляет сложную человеко-машинную систему. Поэтому научной основой ее безопасности является теория эргатических систем, свойства которых определяются не только свойствами отдельно взятых технических устройств и людей, образующих эту систему, но и соответствия свойств техники возможностям человека, их согласованностью, социальными аспектами взаимодействия людей.
В конечном итоге результативная работа системы зависит от функционирования и взаимодействия подсистем, представленных на рисунке 2.
Отечественный и зарубежный опыт работы автотранспорта свидетельствует о неодинаковом удельном весе в проблеме аварийности каждого из элементов системы ОТСД, но только совершенствуя каждый элемент, можно обеспечить снижение аварийности. В целом, доминирующую роль в системе играет оператор, он является наиболее важным и одновременно менее надежным звеном. Частота отказов в системах управления, по вине человека, составляет от 20 до 95 %.
Рисунок 2 – Взаимодействие подсистем в обеспечении безопасности транспортных работ
Для анализа человеко-машинных систем существует два подхода:
1. Машиноцентрический, в котором нашла свое отражение концепция, трактующая поведение человека как реакцию на воздействующие стимулы. Реальная деятельность человека, управляющего техникой, здесь низводится до элементарнейшего уровня, в результате из неё выхолащивается её содержание.
2. Антропоцентрический, который опирается на физические закономерности взаимодействия человека с управляемым объектом.
При анализе модели замкнутого контура «Оператор–транспортное средство-дорога» широкое применение получил машиноцентрический подход. Одной из характерных задач при управлении ТС является стабилизация одного или нескольких параметров движения, так называемое компенсационное слежение.
Математическая модель действий оператора в режиме компенсационного слежения имеет вид передаточной функции, входом которой являться рассогласование хi, выходом – усилие Р, которое оператора прикладывает к рулевому колесу, стремясь свести к минимуму наблюдаемое рассогласование по i – ому параметру
(1)
где = 0.8 … 1.65 – величина запаздывания оператора по приему и распознаванию поступающей информации. Это время, необходимое оператору, в первую очередь, для считывания информации. На рисунке 3 представлена зависимость частоты отсчета в секунду от ширины полосы частот изменения параметров движения в герцах.
Видно, чем больше ширина полосы изменений параметров движения (т.е. чем больше информационная производительность процессов), тем больше частота отсчетов в секунду.
Рисунок 3 – Зависимость частоты отсчета от изменения
параметров движения
– инерционное звено характеризует инерционность оператора при переработке информации и принятию решения ТВ2 < 2с.
В передаточной функции (1) ее коэффициенты имеют следующий смысл:
коэффициент усиления оператора;
постоянные времени второго порядка, характеризующие удельный вес скорости и ускорения ТС в формировании ответных моторных реакций оператора;
постоянная времени нервно-мышечного запаздывания (
= 0,8с);
постоянная времени в образовании моторной реакции оператора.
Оператор может допускать ошибки на различных этапах движения. Вероятность появления этих ошибок и условная вероятность предотвращения их последствий зависят не только от длительности рейса, но и от сложности выполнения задачи, условий дорожного движения (скорости, состояния дороги, организации движения, метеоусловий и т. д.). Это значит, что от этапа к этапу дорожного движения, в общем случае, будут изменяться как вероятность ошибок водителя, так и условные вероятности предотвращения их последствий. Если обозначить через Рj вероятность завершения j-го этапа движения без ТП, то вероятность завершения всего дорожного движения без ТП, связанного с возможными ошибками водителя определится из выражения 
. Оператор может допускать ошибку в вождении или в эксплуатации ТС. Статистика показывает, что если все ошибки водителей принять за 100%, то ошибки в технике вождения (особенно в сложных дорожных и погодных условиях) составляют 90 – 95%, и 5 – 10% ошибки в эксплуатации TС.
Количественная оценка безопасности транспортных работ и уровня риска в таких частных случаях может быть произведена по выражениям
P = pi + qiri,; Q = qisi
где pi и qi – вероятности не совершения и совершения ошибки;
ri и si – условные вероятности предотвращения и не предотвращения последствий допущенной ошибки.
Ошибки, совершаемые водителем на различных этапах процесса управления и угрожающие безопасности транспортных работ, можно изучать по их проявлению: по изменению определяющих параметров или по отклонению органов управления. Предположим, что допустимое из условия обеспечения безопасности транспортных работ изменение определяющего параметра xi в функции некоторого параметра yi определяется областью A (рисунок 3, а). Установившимся значениям параметра xi на границе области А соответствуют вполне определенные отклонения органов управления (рулевого колеса) i.
а) б)
Рисунок 4 – Изменение определяющего параметра
Найденные потребные значения i при апериодическом переходном процессе изменения xi образуют область А допустимых отклонений органа управления (рисунок 4, б). Если переходный процесс изменения xi колебательный, то область допустимых отклонений i будет являться функцией не только параметра yi, но и скорости отклонения 
(штриховая линия на рисунке 4, б). Последнее объясняется тем, что при увеличении скорости отклонения рулевого колеса, увеличивается заброс параметра xi, требуя для не превышения допустимого значения xi, уменьшить допустимую величину отклонений органа управления (рулевого колеса).
Если сумму ТП по вине оператора, обслуживающего персонала (ОП), неудовлетворительных дорожных условий, неисправностей техники, принять за 100%, то ТП происходят из-за ошибок ОП до 1% всех происшествий, неисправностей техники от 3 до 5%, ошибок оператора от 70 до 80% (под ошибкой оператора понимается неправильное, несоразмерное, некоординированное или несвоевременное перемещение органов управления или включения систем, которые приводят к отклонению параметров движения за допустимые значения), дорожных условий от 8 до 10%.
Для исследования влияния ошибок рассмотрим следующие возможные гипотезы:
H0 – ТС вышло в рейс без единой ошибки ОП;
H1, H2, ….. Hn – в рейсе проявятся, G1, G2,…. Gn – не проявятся одновременно, соответственно. одна, две и так далее или все из "п" возможных ошибок.
Вероятность нулевой гипотезы:
(2)
где Рi =PОШi +qОШi PKi – вероятность выпуска ТС в рейс без i -ой ошибки;
PОШi – вероятность несовершения i – ой ошибки;
qОШi – вероятность i – ой ошибки;
PKi – условная вероятность предотвращения i – ой ошибки при контроле.
Вероятности гипотеза Н1 и G1, по i – ой ошибке:
(3)
где Рi и qri –соответственно, вероятности применения и неприменения системы в рейсе с i – ой ошибкой.
Вероятности гипотез Н2, и G2 по двум i – ым и j – ым ошибкам:
(4)
где Рnij и qnij – соответственно, вероятности совместного использования и неиспользования в htqct систем с i – ой и с j – ой ошибками ОП.
Вероятности гипотез Нn и Gn :
(5)
где: Рni….n и qni….n – соответственно вероятности совместного использования и неиспользования в рейсе системы с "п" возможными ошибками..
Обозначим через ri, rij … ri….n – условные вероятности предотвращения оператором проявления в рейсе, соответственно. одной, двух и "n" допущенных ошибок. Тогда вероятность благополучного завершения рассматриваемого этапа рейса, определяемая действиями ОП, может быть вычислена по формуле:
(6)
После постановки вероятностей гипотез в выражение (7) подучим:
(7)
Если вероятность Pi выпуска ТС в рейс с исправной i – ой системой достаточно высока, то вероятности гипотез одновременного проявления в рейсе двух и более допущенных ошибок будут пренебрежимо малы. В этом случае выражение (8) приближенно может быть записано в следующем виде:
(8)
Повысить безопасность транспортных средств можно с помощью технических средств, которые включают в себя следующие элементы (рисунок 5): датчики первичной информации 1, вычислитель 2, состоящий из блока обработки информации 3 и блока формирования команд 4; исполнительное устройство 5; устройство самоконтроля 6.
Рисунок 5 – Схема системы технического средства безопасности
Сигналы с датчиков первичной информации 1 поступают в вычислитель 2 на блок обработки информации 3, где они приводятся к виду, необходимому для подачи в блок формирования команд 4. При возникновении неисправности в контролируемой системе (или при приближении ТС к опасным режимам движения) на исполнительное устройство 5 поступает управляющий сигнал, по которому исполнительное устройство либо само будет устранять опасную ситуацию (активная система), либо только выдаст оператору сигнализацию (пассивная система). Устройство самоконтроля 6 служит для проверки работоспособности самого технического средства повышения безопасности.
В настоящее время применяют следующие основные методы контроля состояния объекта: пороговые методы, методы сравнения и методы пробных сигналов. На практике эти методы используются, как правило, во взаимном сочетании.
Для повышения безопасности транспортных работ, обусловленной надежностью ТС, существуют два пути - повышение надежности, то есть безотказности работы ТС в движении,и повышение отказобезопасности, то есть увеличение вероятности предотвращения оператором последствий ее отказов. Обеспечение надежности работы ТС – основной путь повышения безопасности. Именно на это направлены основные усилия организаций, проектирующих, производящих, эксплуатирующих и ремонтирующих ТС. На поддержание высокого уровня надежности ТС в первую очередь и все мероприятия оператора и обслуживающего персонала.
Оценим эффективность мероприятий, направленных на уменьшение интенсивности отказов элементов ТС. Примем за критерий эффективности мероприятий отношение:
, (9)
где 
– уровни риска соответственно до и после проведения мероприятий.
Используя для QТ – выражение
, (10)
где
– интенсивность появления i- го неблагоприятного фактора и предполагая интенсивности неисправностей элементов до проведения мероприятий равными 
, а после проведения мероприятий 
, где 
и учтя, что 
, получим
, (11)
где k – число элементов в рассматриваемой системе;
=
– удельный вклад неисправностей i- го элемента в уровень риска, обусловленного возможными отказами рассматриваемой системы.
Результат (11) подтверждает тот очевидный факт, что мероприятия по повышению надежности проводятся в первую очередь для тех элементов, которые наиболее вклад в уровень аварийности. Эффект мероприятий по повышению надежности наиболее «аварийного» j - элемента в системе определяется выражением.
(12)
Подставив 
, преобразуем формулу к виду
(13)
Изменение 
в зависимости от
дано на рисунке 6, откуда следует, что, что увеличение 
приводит к повышению безопасности движения тем большему, чем больше 
.
Рисунок 6 – Зависимость критерия эффективности
мероприятий, от различных удельных вкладов отказов транспортных средств
Если под элементом можно подразумевать всю систему в целом 
=1, то формула (13) принимает вид
, (14)
то есть уровень риска снижается во столько раз, во сколько раз уменьшается интенсивность неисправностей.
В третьей главе ”Общая программа, методы и методики исследований” исследованы требования отечественных и зарубежных нормативных документов регламентирующих тормозные свойства седельных автопоездов, определены критерии оценки тормозных свойств автотранспортных средств (АТС), определены методы диагностирования тормозных систем.
Программой проведения исследований предусмотрено:
– изучение состояния проблемы и формирования задач исследования;
– экспериментальные исследования;
– разработку, изготовление и испытание тормозного устройства на диагностическом стенде СТУ10У.11.00.00.000РЭ, исследование полученных результатов;
– Разработку систем улучшения динамических характеристик при торможении – антиблокировочных систем и их элементов
– исследования дорог сельскохозяйственных предприятий Брянской области, расположенные на Среднерусской возвышенности, имеющие сельскохозяйственные транспортные средства (колесные и гусеничные тракторы, грузовые и легковые автомобили, самоходные сельскохозяйственные машины)
– Формирование выводов и рекомендаций.
В результате установлено, что тормозным системам уделяется постоянное внимание с момента создания транспортных средств. Теоретическому и экспериментальному исследованию вопросов, связанных с повышением тормозной динамичности, посвящены работы Антонова Д.А., Брыкова А.С., Бухарина Н.А., Вахменцева С.В., Гредескула А.Б., Генбома Б.Б., Гуревича Л.В., Клинковштейна Г.И., Меламуда Р.А., Морозова Б.И., Петрова М.Л., Певзнера Я.М., Розанова В.Г., Соцкова Д.А., Шкрабака В.С., Щукина М.М., Bergman W., Bode O., Slibоr A., других российских и зарубежных ученых. Проведенные исследования позволили улучшить тормозные качества современных автотранспортных средств. Однако проблема торможения остается. Это в первую очередь касается автомобилей большой габаритной длины.
Применение для одинаковых автомобилей – тягачей и полуприцепов, имеющих различные конструкционные решения и технические характеристики, требует разработки алгоритмов и методов оценки совместимости тормозных приводов составных частей седельных автопоездов,
Анализ требований к тормозным системам седельных автопоездов показал, что оценка тормозных свойств должна проводиться раздельно для автомобиля – тягача, полуприцепа и всего составного автопоезда. Основным отечественным документом регламентирующим требования к тормозным системам АТС, является ГОСТ Р 51709 – 2001. Однако применение его при испытаниях тормозных свойств автопоездов не позволяет в полной мере оценить тормозные системы тягача и составных элементов автопоезда.
Исследованные методы и средства эффективности тормозных систем, показали, что дорожные испытания, применяемые для оценки тормозных свойств требуют наличия специального полигона, – участка, имеющего высокие сцепные свойства дорожного покрытия. Поэтому стендовые испытания являются предпочтительнее, так как позволяют оценивать состояние тормозных систем по большему числу параметров.
В программу исследования состояния внутрихозяйственных и межхозяйственных дорог включены сельхозпредприятия Брянской области.
В четвертой главе ”Результаты исследований” разработаны и исследованы технические устройства позволяющие улучшить тормозные качества сельскохозяйственной транспортной техники.
Нами разработано и диагностировано тормозное устройство дискового типа, с осевым нажатием, с воздушно – жидкостным охлаждением, представленное на рисунке 7 (Патент №107834).
Рисунок 7 – Тормозное устройство:
1 – корпус; 2 – блок цилиндров; 3 – тормозной барабан; 4 – кольцевой канал; 5 – крышка; 6 – цилиндр; 7 – регулятор зазора; 8 – полукольца; 9 – штуцер; 10 – зубчатый венец; 11 – направляющая; 12 – прижимной диск; 13 – подвижные диски; 14 – неподвижные диски; 15 – крышка; 16 – штуцер; 17 – датчик АБС;
Тормозное устройство работает следующим образом. При подаче давления рабочее тело (сжатый воздух, жидкость) через штуцер 16 подается в кольцевой канал 4 к поршням 6, которые начинают двигаться, перемещая прижимной диск 12 в осевом направлении. При этом пакет подвижных и неподвижных дисков сжимается, на фрикционных поверхностях возникают силы трения и, следовательно, тормозной момент, пропорциональный давлению в приводе тормозной системы.
Тормозные диски автоматически охлаждаются жидкостью. Для более эффективного действия системы водяного охлаждения зазор между корпусом и барабаном закрыт крышкой 15.
Система охлаждения включается установленным на тормозе электронным устройством на основе терморезистора и компаратора, принципиальная схема которого показана на рисунке 8.
Рисунок 8 – Схема электронного устройства
В качестве датчика температуры используется терморезистор СТ3-24 (R4), включённый в диагональ моста R1-R4. Температура срабатывания предлагаемого устройства зависит от сопротивления резистора R3. Изменяя его сопротивление можно устанавливать требуемую температуру срабатывания. К диагоналям моста R1-R4 подключён операционный усилитель DA1, работающий в режиме компаратора с положительной обратной связью через R5. Эта связь обеспечивает гистерезис срабатывания. Операционный усилитель выбран с малым напряжением смещения и возможностью работы от однополярного источника питания. Выход DA1 подключён к транзисторному ключу на транзисторе VT1, который коммутирует реле К1 и сигнальный светодиод VD2. Напряжение питание выбрано стандартное – 12 В. Для защиты транзисторного ключа от индуктивных выбросов напряжения применен защитный диод VD1.
Реле К1 коммутирует нагрузку – насос М1 для подачи охлаждающей жидкости. В приведённой схеме использовано реле РЭН18 исполнения РХ4.569.702. Для сигнализации включенного состояния применён светодиод красного свечения АЛ307БМ
Для контроля износа фрикционного материала накладок тормозных дисков, без разборки тормоза, разработан указатель износа материала накладок тормозных дисков (рисунок 9).
Рисунок 9 – Указатель износа материала накладок тормозных дисков:
10 – прижимной диск; 2 – блок цилиндров; 23 – указатель; 24 – уплотнения;
25 – фасонная гайка
При движении прижимного диска 10 в осевом направлении, вместе с ним передвигается в осевом направлении механический указатель контроля износа материала фрикционных накладок 23. По мере износа материала накладок указатель все глубже входит в блок цилиндров 2 (при торможении). Если при нажатии на тормозную педаль и срабатывание тормоза, указатель окажется за «подлицо» с фасонной гайкой 25, то это говорит о том, что фрикционный материал накладок тормозных дисков износился до определенной толщины и диски (накладки) необходимо заменить на новые.
Разработанное тормозное устройство было изготовлено и диагностировано на стенде технического диагностирования тормозов марки СТС10У.11.00.00.000РЭ (таблица 1).
Таблица 1 – Результаты диагностирования тормозного устройства
| Показатели | Требования ГОСТ Р 51709-2001 | Полученные результаты |
Удельная тормозная сила,  , не менее | 0,46 | 0,48 |
| Относительная разность тормозных сил колес оси | 20 % | 16% |
| Усилие на органе управления, РП, Н | 686 | 650 |
Для улучшения динамических характеристик, устойчивости и управляемости при торможении, нами разработана антиблокировочная система, принципиальная схема которой изображена на рисунке 10 (Патент №107736).
Рисунок 10 – Принципиальная схема антиблокировочной системы:
1 – компрессор; 2 – блок подготовки воздуха 3 – редуктор давления; 4,5 – электрические включатели; 6 – педаль управления тормозами; 7 – тормозной кран; 7, 8 – тормозные камеры передних колес; 9 – электромагнитные клапана (в соответствии с числом колес.),
10 – инерционный датчик (в соответствии с числом колес), 11 – тормоз колеса;
12 – переключатели; 13 – пневмоаккумулятор; 14 – датчик давления в тормозной системе;
15,16 – тормозные камеры задних колес; 17 – ресивер; 18 – ускоритель; 19 – влагоотделитель;
20 – маслоотделитель; 21 – воздушный фильтр.
Антиблокировочная система имеет два контура. I – й – пневматический контур питания тормозов (стандартная тормозная система транспортного средства с пневматическим приводом); ІІ –й – электрический. Второй контур работает только при включении включателя 4 (включается водителем после запуска) и включателя 5, который включается только при наличии давления в тормозной системе. Это необходимо чтобы не держать под напряжением электромагнитные клапана системы.
Система работает следующим образом. При включении включателя 5 электрическая система АБС включается в систему электрообеспечения транспортного средства. При запуске двигателя компрессор 1 начинает нагнетать сжатый воздух в пневматическую систему. Через блок подготовки воздуха 2 (фильтр 17, влагоотделитель 18, маслоотделитель 19) и редуктор 3 воздух под давлением накапливается в ресивере 20 и “дежурит” у тормозного крана. При нажатии на педаль управления тормозной системой сжатый воздух подается в тормозную систему, включается включатель 4, при этом запитываются электрической энергией электромагнитные клапаны 9 и инерционные датчики 10 – электрический контур антиблокировочной системы готов к работе. Воздух также через ускоритель 18 запитывает пневмоаккумулятор 13, через переключатели 11 подается к тормозам, колеса затормаживаются.
При появлении блокировки колес (юза) на любом из колес срабатывает инерционный датчик 10 данного колеса, при этом замыкаются электрические контакты инерционного датчика 10, которые подают электрический сигнал на электромагнитный клапан 9. Электромагнитный клапан срабатывает, сжатый воздух стравливается из тормозной системы, давление в тормозе данного колеса уменьшается, юз прекращается, система АБС колеса возвращается в исходное рабочее состояние. В случае отказа основного тормозного контура давление воздуха, находящегося в пневмоаккумуляторе, через переключатели 11 поступает в тормоз колеса, колесо затормаживается.
Одним из элементов предлагаемой АБС является инерционный датчик, разработанный и представленный на рисунке 11.
Рисунок 11 – Датчик антиблокировочной системы:
1 – корпус датчика; 2 – крышка: 3 – приводной валик; 4 – муфта; 5 – втулка; 6 – шестерня;
7 – шайба; 8 – втулка; 9 – маховик; 10 – корпус фрикциона; 11 – кронштейн; 12 – фрикцион;
13 – толкатель; 14 – втулка; 15 – рычаг; 16 – валик; 17 – винты; 18 – винт4 19 – регулировочный винт; 20 – винт; 21 – шпонка; 22 – подшипники; 23 – концевой выключатель.
Датчик работает следующим образом. При вращении колеса шестерня 6 приводит во вращение валик 3 с толкателем 13. Выступы толкателя, упираясь в винтовые торцовые срезы корпуса фрикциона, передают вращение всему фрикциону и маховику, к которому прижаты колодки фрикциона. Рычаг 15 при этом не нажимает на кнопку концевого выключателя 23. При торможении колеса, когда величина его углового замедления превысит величину, на которую отрегулирован датчик (что соответствует началу юза колеса), маховик начинает обгонять валик 3, увлекая за собой корпус 10 фрикциона. Пои повороте корпуса 10 относительно валика выступы толкателя скользят по винтовым срезам торца корпуса. Толкатель отжимается в сторону и нажимает на рычаг 13. Второе плечо рычага нажимает на кнопку концевого выключателя, который подает сигналы на растормаживание колес. При дальнейшем повороте маховика с корпусом 10 относительно валика 3 рычаг, установленный на корпусе, упирается в выступ установленного толкателя и сжимает пружину фрикциона, уменьшая величину момента сцепления между маховиком и фрикционом. Корпус 10 останавливается, а маховик продолжает вращаться относительно валика, расходуя кинетическую энергию на трение по фрикциону 12. Угловая скорость маховика уменьшается, и после того, как она станет равной нулю, корпус 10 фрикциона повернется в сторону, противоположную направлению вращения валика. Толкатель возвратится в исходное положение, кнопка концевого выключателя освободится. Датчик снова готов к работе.
Основные технические данные представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Основные технические данные датчика
| Напряжение питания, В | 24 ±10% |
| Угловое замедление колеса на которое реагирует датчик, рад/с2 | 430 ±50 |
| Продолжительность электрического импульса при резкой остановке валика, с | 0,55 |
Результаты исследования состояния внутрихозяйственных дорог в СПК Жуковского района Брянской области показали, что протяженность опасных дорог составляет: по ширине до 3 м (80, 8%), глубине колеи от 0,2 м до 0, 3 м (18,1%), крутыми спусками и подъемами с уклоном более 15 градусов (3,9%)
В пятой главе “Внедрения. Оценка экономической эффективности результатов исследований” представлены внедрения результатов исследования и расчет социально – экономической эффективности от внедрения разработанных устройств, предприятия, в которые внедрены результаты исследований. Разработанный тормоз механических транспортных средств внедрен в ЗАО «Брянский автомобильный завод», а основные результаты проведенных исследований внедрены в Управление ГИБДД УМВД РФ по Брянской области, в районное управление сельского хозяйства Жуковского района Брянской области, учебный процесс Брянской ГСХА, других ВУЗов России. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения тормозного устройства, для седельных тягачей, составит 14458,2 рубля на автомобиль в год.
- Выводы и результаты исследований
1. Установлено, что проблема аварийности и транспортного травматизма в сельскохозяйственном производстве является актуальной. Ежегодно около 20% работников АПК получают смертельные травмы в результате аварий и транспортных происшествий. Документальное изучение ТП в АПК Брянской области позволило установить, что с 2000 по 2010 в результате ТП погибло 56 человек (50,9% всех погибших в АПК региона) и ранено 37 человек (13,4%). Из-за технических неисправностей произошло 39 ТП (33,75% в результате неисправностей тормозной системы). В 36,3% всех ТП неудовлетворительное состояние внутрихозяйственных дорог стало сопутствующей причиной ТП.
2. Выявлено, что комплексных исследований системы «Оператор – транспортное средство – дорога» не проводилось. Обоснованная и разработанная диссертационной работе методология системы «Оператор – транспортное средство – дорога» позволит повысить безопасность транспортных работ сельскохозяйственных автотранспортных предприятий на 6 – 8%.
3. Предложенная методика оценки влияния ошибок водителя и обслуживающего персонала на уровень аварийности и транспортного травматизма, позволяет количественно оценить безопасность и уровень риска выполнения транспортных работ.
4. разработанные математические модели оценки надежности технических устройств повышения безопасности сельскохозяйственных транспортных средств доказывают, что надежность таких устройств быть надежнее контролируемых систем как минимум на порядок.
5. Установлено, что состояние внутрихозяйственных дорог не соответствуют требованиям безопасности: по ширине до 3 м (80, 8% всей протяженности дорог), глубине колеи от 0,2 м до 0, 3 м (18,1%), крутыми спусками и подъемами с уклоном более 15 градусов (3,9%), дороги с такими показателями не проходимы для мобильной и транспортной технике, тракторов с сельскохозяйственными машинами. Даны рекомендации по разработке безопасных маршрутов движения.
6. Разработанное и диагностированное многодисковое тормозное устройство с осевым нажатием для механических транспортных средств с замедлением до 8,0 м/с2 по своей эффективности в 1,5 – 2,0 раза превосходящий применяемые на сельскохозяйственной транспортной технике, позволит повысить безопасность транспортных работ в сельскохозяйственном производстве на 10 – 12 %.
7. Разработанная антиблокировочная система позволяет улучшить динамические характеристики сельскохозяйственной транспортной техники в сложных дорожных условиях. Разработанный электромеханический датчик АБС имеет время срабатывания 0,55 с, что на 10% меньше аналога.
8. Обоснованные, разработанные и защищенные патентами инженерно-технические средства обеспечивают безопасность транспортных работ, уменьшая число аварий и количество травм.
9. Доказано, что снижение аварийности и транспортного травматизма за счет инженерно-технических мероприятий обоснованных и разработанных в диссертационной работе, даст экономический эффект. Расчетный экономический эффект от внедрения тормозного устройства составит 14458,2 рубля на автомобиль в год.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Издания, рекомендованные ВАК
1. Никулин В.В. Повышение тормозных качеств транспортных средств [Текст] / Никулин В.В., Христофоров Е.Н. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – №4, 2011. – С. 42 – 43.
2. Никулин В.В. Гидроцилиндр двустороннего действия с механическим шариковым замком. [Текст] / Никулин В.В., Христофоров Е.Н. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – №5, 2011. – С. 39 – 42.
3. Никулин В.В. Герметизация кабины [Текст] / Никулин В.В., Христофоров Е.Н. // Сельский механизатор. – №4, 2011. – С. 10 – 11.
4. Никулин В.В. Повышение тормозных качеств транспортной сельскохозяйственной техники [Текст] / Никулин В.В. / /Вестник МГАУ, Агроинженерия. – №2 (47), 2011. – С. 44 – 46.
Статьи
5. Никулин В.В. Повышение активной безопасности при торможении. [Текст] / Никулин В.В. // Сборник научных трудов V международной научно – технической конференции // Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно – транспортных комплексов. – Тольятти. Тольяттинский ГУ, 2011. – С. 132 – 136.
6. Никулин В.В. Совершенствование тормозных систем сельскохозяйственной транспортной техники. [Текст] / Никулин В.В., Христофоров Е.Н. // Материалы международной научно-практической конференции. – Санкт – Петербургский ГАУ, 2012.
7. Никулин В.В. Применение математических моделей в оценке влияния факторов на уровень аварийности. [Текст] / Никулин В.В., Христофоров Е.Н. // Материалы межвузовской научно-технической конференции «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения». – Брянская ГСХА, 2009. – С. 43-45.
8. Никулин В.В. К вопросу обеспечения безопасности движения. // Материалы межвузовской научно-технической конференции «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения». – Брянская ГСХА, 2009. – С.151-154.
9. Никулин В.В. Анализ современных разработок антиблокировочных систем автомобилей. [Текст] / Никулин В.В., Христофоров Е.Н., Сакович Н.Е. // Материалы международной научно-технической конференции «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения». – Брянская ГСХА, 2010. – С. 166 – 168.
10. Никулин В.В. Тормоз для сельскохозяйственной транспортной техники. [Текст]/Никулин В.В., Сакович Н.Е.//Материалы международной научно-технической конференции «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения».- Брянская ГСХА, 2010. – С. 168 – 171.
11. Никулин В.В. Статистические данные и роль обслуживающего персонала сельскохозяйственной техники в обеспечении безопасности дорожного движения. [Текст] /Никулин В.В., Сакович Н.Е.//Материалы международной научно-технической конференции «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения».- Брянская ГСХА, 2010. – С. 171 – 173.
12. Никулин В.В. Методы оценки влияния обслуживающего персонала на безопасность дорожного движения. [Текст] / Никулин В.В., Сакович Н.Е.//Материалы международной научно-технической конференции «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения». – Брянская ГСХА, 2010. – С. 173 – 178.
13. Никулин В.В. Развитие конструкций антиблокировочных систем автомобилей. [Текст] /Никулин В.В., Сакович Н.Е.//Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы энергопользования, информатизации и автоматизации, природопользования АПК». – Брянская ГСХА, 2011. – С. 165 – 170.
14. Никулин В.В. Методы и средства диагностирования тормозных систем. [Текст] / Никулин В.В., Сакович Н.Е.//Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы энергопользования, информатизации и автоматизации, природопользования АПК». – Брянская ГСХА, 2011. – С. 170 – 174.
Патенты:
15. Патент на полезную модель №107301. Тормоз автомобиля. [Текст] /Христофоров Е.Н., Никулин В.В., Сакович Н.Е. Опубл. БИ № 24, 2011.
16. Патент на полезную модель №107834. Тормоз механических транспортных средств. [Текст] /Христофоров Е.Н., Никулин В.В., Сакович Н.Е. Опубл. БИ № 24, 2011.
17. Патент на полезную модель № 107736. Антиблокировочная система. [Текст] /Христофоров Е.Н., Никулин В.В., Сакович Н.Е. Опубл. БИ № 24, 2011.
Подписано к печати 23. 01. 2012 г. Формат 6084. Бумага офсетная
Усл. п.л. 1,0. Тираж 100. Изд.№2110
Издательство Брянской государственной сельскохозяйственной академии
243365, с. Кокино, Выгоничского района Брянской области
