Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Разработка технологии проектирования кислотозащитной одежды для работников химических предприятий

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В Российской федерации функционирует около 45 тыс. опасных объектов, из них свыше 3,5 тыс. химически предприятий.

Среди многочисленных проблем, связанных с поддержанием на необходимом уровне промышленной безопасности в РФ, является обеспечение защиты (включая комплексную) персонала опасных производственных объектов современными средствами индивидуальной защиты, в том числе и спецодеждой.

Защитная эффективность спецодежды закладывается на стадии проектирования, обеспечивается в производстве и должна сохраняться в процессе эксплуатации.

Изучение используемой сегодня спецодежды рабочих, занятых в цехах по производству аммиачной селитры и минеральных удобрений показало ее значительное несоответствие условиям эксплуатации. Основным недостатком существующей спецодежды является недостаточная устойчивость к действию кислот, несоответствие физиолого-гигиенических свойств используемых материалов производственным условиям. Это наносит ощутимый ущерб здоровью работающих на производстве минеральных удобрений и кислот и значительно снижает эффективность труда.

Качество специальной одежды зависит от совокупности свойств используемых материалов, рациональности ее конструкции и грамотного композиционного решения. Кроме того, эффективное применение спецодежды зависит от объективной и всесторонней оценки защитных свойств материалов с учетом изменений, происходящих в процессе эксплуатации.

Наиболее эффективно эта задача может быть решена на основе системного подхода, позволяющего комплексно с учетом основных факторов решать вопросы разработки проектирования эффективной спецодежды и прогнозирования сроков её носки.

Актуальность данной проблемы возрастает, так как ее решение направлено на сохранение здоровья работающих за счет улучшения условий труда, увеличения сроков службы и снижения материалоемкости спецодежды и сокращения материальных затрат.

Цель работы заключается в повышении комфортности и безопасности условий труда для работников, контактирующих с агрессивными средами на химических производствах.

Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:

- проведен анализ основных научных положений и практических результатов исследований, выполненных по проектированию спецодежды до настоящего периода;

- выделены группы вредных и опасных производственных факторов для различных специальностей;

- определены основные эргономические схемы движений рабочих различных специальностей;

- разработана и применена методика определения удельного веса повреждений и износа спецодежды;

- разработаны требования к защитной одежде для рабочих различных специальностей;

- проведено исследование физико-механических и защитных свойств текстильных материалов и определены изменения их свойств в процессе эксплуатации;

- проведен анализ предпочтений композиционно-конструктивных параметров спецодежды в зависимости от биосоциальных признаков работников;

- произведена оптимизация композиции и конструкции защитных костюмов для различных специальностей;

- проведен сравнительный анализ костюмов разработанной конструкции и существующей спецодежды на основе опытной носки.

Общая характеристика объектов и методов исследования. Объектами исследования служили ассортимент специальных кислотозащитных материалов, отличающихся волокнистым составом, структурой и свойствами; виды кислотозащитной спецодежды, ее конструкции и условия эксплуатации.

В основу решения проектных задач был положен системный подход, методы оптимизации, логики, теории проектирования, композиции и конструирования костюма, антропологии и психологии человека, организации производства и социологии. В работе использованы методы математического моделирования, фотометрической съемки объектов, методы экспертных оценок, художественно-конструкторского анализа, теория алгоритмизации и программирования.

Научная новизна заключается в том, что в работе впервые получены следующие результаты:

- определены реальные условия труда рабочих различных специальностей на химическом производстве, что позволило классифицировать их в профессионально-производственные группы;

- разработана методика определения удельного веса повреждений и износа спецодежды с использованием программы «КОМПАС-3D V8 Plus»;

- разработана методика по определению изменения показателей защитных свойств материалов в процессе эксплуатации в лабораторных условиях;

- разработано информационное обеспечение для проектирования моделей кислотозащитной спецодежды для работников различных специальностей химических предприятий.

Практическая значимость работы заключается в сравнительном анализе изменения защитных свойств материалов для кислотозащитной спецодежды в процессе эксплуатации с целью оптимального их использования; разработаны практические рекомендации для промышленного проектирования специальной кислотозащитной одежды.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс РосЗИТЛП для специальностей 2609.01 и 2609.02.

На защиту выносится: информационное обеспечение для проектирования моделей кислотозащитной спецодежды для работников различных специальностей химических предприятий, содержащее названные выше методики и результаты анализа и оптимизации конструкторско-композиционных решений.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на кафедре «Технологии швейного производства» РосЗИТЛП и на конференциях:

- межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» тезисы докладов, г. Москва, РосЗИТЛП, 2004 г.;

- международной научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса», г. Уфа, УГИС, 2005 г.;

- межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2008), г. Иваново, ИГТА, 2008 г.;

- международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2008), г. Иваново, ИГТА, 2008 г.;

- международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», г. Москва, РосЗИТЛП, 2008 г.;

- межвузовской научно-практической конференции «Инновационные и наукоемкие технологии в легкой промышленности», г. Москва, МГУДТ, 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 тезисов докладов, 3 статьи.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка из 122 наименований, заключения и 12 приложений. Материалы диссертации изложены на 220 страницах, содержат 37 рисунка, 17 таблиц. Приложения, включающие исходные данные и результаты проведенных исследований, представлены на 46 страницах.

Основное содержание работы

спецодежда композиционный костюм

Во введении обоснована актуальность работы, определены цели и конкретные задачи исследований, отмечены научная новизна и практическая значимость работы. Приведены данные об объектах исследования и представлены сведения о практической значимости, апробации и публикациях.

В первой главе работы дан аналитический обзор источников информации, посвященных проектированию кислотозащитной спецодежды. Установлено, что проектирование качественной защитной спецодежды определяется совершенствованием предпроектных работ, основанных на изучении условий конкретного вида производства. Относительно химических предприятий и кислотозащитной одежды такие исследования отсутствуют.

Установлено, что при выделении групп кислотозащитной спецодежды не учтены основные места поражения костюма, характер основных трудовых движений рабочих различных специальностей. Имеется несоответствие ассортимента кислотозащитной спецодежды реальным условиям эксплуатации.

По существующим ГОСТам защитные свойства материалов, применяемых для производства кислотозащитной одежды, оцениваются исходя из данных, несоответствующих реальным условиям эксплуатации одежды. Следовательно, при выборе материалов для изготовления кислотозащитной одежды необходим более тщательный анализ изменения показателей их свойств в процессе носки.

Вторая глава. Полученные результаты обзора литературных источников о недостаточном ассортименте кислотозащитной одежды стали предпосылкой анализа спецодежды для работников, подвергающихся воздействию агрессивной среды - кислоты различной концентрации.

В рамках художественно-конструкторского анализа существующих видов кислотозащитной спецодежды установлено:

- предлагаемый ассортимент кислотозащитной спецодежды является единым для всех специальностей химического производства и не учитывает особенностей условий труда различных профессий;

- композиционно-конструктивное решение кислотозащитной одежды предусмотрено одинаковое для всех видов специальностей химического предприятия;

- наиболее часто предлагаемым фирмами-производителями и употребляемым на производстве видом кислотозащитной спецодежды является костюм, состоящий из куртки и брюк (69%);

- для изготовления кислотозащитной спецодежды применяются искусственные материалы и серошинельное сукно - спецодежда для холодного времени года;

- комбинирование материалов выполняют только по цвету.

В третьей главе решена задача выявления исходной информации, необходимой для проектирования защитной одежды для рабочих химических производств, вступающих в контакт с агрессивными средами - кислотами различных концентраций.

Был проведен анализ условий труда на территории ОАО «НЕВИННОМЫССКИЙ АЗОТ», который специализируется на выпуске минеральных удобрений и кислот различных концентраций.

С помощью хронометражных наблюдений были выявлены наиболее продолжительные виды работ, определено время, в течение которого рабочие подвергаются непосредственному воздействию агрессивной среды. Проведенный анализ показал, что длительность и сила фактического воздействия вредных производственных факторов на защитную одежду рабочих различных специальностей значительно отличаются. Наибольшему воздействию паров и брызг кислот подвергаются аппаратчики, что требует для них проектирования спецодежды с большей степенью защиты, по сравнению со спецодеждой других специальностей.

Анализ наиболее часто повторяющихся во время смены поз и движений рабочих показал, что рабочие различных специальностей выполняют один и тот же набор трудовых движений и операций. Следовательно, конструктивные прибавки на свободу движения могут быть одинаковыми. Однако, воздействие вредных производственных факторов в течение смены, места наибольшего разрушения одежды и их площадь различны в зависимости от специальности рабочего.

Для оценки долговечности спецодежды рабочих различных специальностей были изучены изделия с различным сроком службы. В процессе визуального осмотра была выявлена топография и характер разрушений.

В результате выявления степени износа летней спецодежды из материалов с кислотозащитной обработкой выяснилось, что в течение первых двух-трех месяцев ее носки постепенно увеличивается площадь поврежденных участков в виде потертостей, шероховатостей и следов от капель кислоты. После четырех месяцев носки на потертых участках начинают появляться дыры, происходит деформация поверхности изделия и к 6 месяцем носки одежда становится непригодной для дальнейшего использования. Ремонту она подлежать не может, так как идет нарушение структуры и свойств материала - ткань спекается, становится жесткой и грубой.

Для определения пригодности использования спецодежды, возникла необходимость расчета удельного веса ее разрушенных участков. Для решения поставленной задачи разработана методика расчета степени износа и разрушения специальной одежды в зависимости от срока эксплуатации. Расчет выполнялся с использованием программы КОМПАС-3D V8 Plus и заключался в следующем:

- фотосъемка изделия или детали;

- оцифровка внешнего контура изделия (детали) и вычисление его площади;

- оцифровка контуров мест поражения и вычисление их площади;

- вычисление удельного веса мест разрушения изделия (детали).

По данным исследования был проведен кластерный анализ с целью объединения специальностей в группы в зависимости от месторасположения и степени разрушения спецодежды.

I профессионально-производственная группа: аппаратчики нейтрализации, разложения, сушки, смешивания, гранулирования. Спецодежда подвергается большему воздействию паров и брызг кислот;

II профессионально-производственная группа: грузчики, упаковщики. Спецодежда подвергается большему механическому и воздействию минеральных масел.

В работах многих авторов было установлено, что из всех функций для спецодежды наиболее значимой является защитная.

Для отбора показателей, наиболее существенно влияющих на защитные свойства специальной кислотозащитной одежды, был проведен отсеивающий эксперимент с помощью априорно ранжирования.

Анализ показал, что на первом месте стоит устойчивость к действию кислоты - самый важный показатель для кислотозащитных материалов. Из механических воздействий важнейшим является сопротивление разрывной нагрузке, а следующими по значимости - сопротивление истиранию по плоскости раздирающей нагрузке. Также важным является сохранность свойств материалов после многократных стирок - стоит на третьем месте по значимости.

Значимости свойств материалов, влияющих на качество защитной функции спецодежды представлены в таблице 1.

Таблица 1. Распределение значимости свойств материалов, влияющих на качество кислотозащитной спецодежды

Для обоснованного выбора материалов возникла необходимость исследования поведения кислотозащитных материалов в процессе эксплуатации.

При анализе топографии мест разрушения защитной одежды было выявлено, что значительные разрушения материала, а иногда и полный выход из эксплуатации, наблюдается уже после 3-х месяцев эксплуатации, при норме выдачи один костюм из материала с кислотозащитной отделкой на год.

Поскольку в настоящее время для изготовления специальной кислотозащитной одежды используется (исходя из анализа существующей спецодежды), в основном, материалы арт. С154-ЮГ и арт. 06С22-КВ, то эти материалы рассматривались как базовые и по сравнению с ними велись все испытания новых материалов, предлагаемых ведущим производителем материалов для спецодежды на российском рынке «Чайковский текстиль».

Кислотозащитный костюм на ОАО «Невинномысский «АЗОТ» сдается в прачечную как минимум один раз в неделю в холодное время года и после каждой смены в теплое время года. Исходя из этого, было определено максимальное число экспериментальных стирок - 15.

При проведении эксперимента были соблюдены условия обработки защитных костюмов. Образцы подвергались стирке при температуре 40⁰С в течение 90 минут, затем сушке. Через каждые 5 стирок проводились испытания образцов материалов и определялись их кислотостойкость разрывная нагрузка и удлинение, раздирающая нагрузка и стойкость к истиранию по плоскости.

Отбор проб, аппаратура и последовательность проведения испытаний выполнялись согласно соответствующим ГОСТ 3813-72, ГОСТ 18976-73, ГОСТ 11209-85 и методикам, принятым в материаловедческой практике.

При проведении комплексной оценки защитных свойств и выбора материалов, наиболее удовлетворяющих требованиям, был использован комплексный показатель К_к, его значение определяется по формуле:

(1), где

значимость критерия

К_i - коэффициент безразличия.

Для определения коэффициента безразличия (К_i) используются формулы пересчета показателей в безразмерные величины:

(2), где

N_ф - численное значение критерия оценки в рассматриваемом варианте;

N_min - минимальное значение критерия оценки среди рассматриваемых вариантов;

N_max - максимальное значение критерия оценки среди рассматриваемых вариантов.

Для более успешного и рационального использования материалов с различной кислотоотталкивающей отделкой их следует комбинировать между собой и с материалами без отделки. Это увеличит комфортность спецодежды, обеспечит защиту в необходимых местах и снизит ее себестоимость.

В IV главе решалась задача выявления предпочтений рабочих в выборе композиционно-конструктивных особенностей спецодежды.

Для этого были проведены социологические исследования: опрос рабочих и сотрудников ИТР, занятых на производстве аммиачной селитры, уксусной кислоты и аммиачных удобрений.

С целью разработки рекомендаций для проектирования спецодежды проведен анализ выбора композиционно-конструктивных показателей в зависимости от изменения биосоциальных признаков индивида с использованием древовидных структур.

На основании полученной информации было установлено, что на выбор композиционно-конструктивных элементов спецодежды оказывают влияние все индивидуальные особенности работника. Требования, предъявляемые к защитной одежде, определяются удобством использования и степенью защиты от вредных производственных факторов.

На базе проведенных исследований составлены рекомендации по композиционно-конструктивному строению спецодежды для двух профессионально-производственных групп.

V глава посвящена разработке усовершенствованных конструкций защитных костюмов с высокими эксплуатационными свойствами на основе использования существующих базовых конструкций, с учетом эргономических и защитных требований, свойств новых материалов и топографии износа.

Исходными данными при разработке спецкостюмов для рабочих различных специальностей химического предприятия явились результаты показанных выше исследований. Такими данными явились требования производства, схемы мест поражения существующей спецодежды, обоснованный выбор комплекса элементов и средств гармонизации, необходимых материалов.

Для обеспечения противоречивых требований, предъявляемых к спецодежде, предлагается комбинировать ее из материалов с различными свойствами, которые следует помещать в соответствующих участках костюма, что является одним из принципов построения ее композиции и конструкции.

Для разработки базовых конструкций и их модификаций в данной работе была использована российская САПР «Comtense».

Опытная носка разработанных кислотозащитных костюмов проводилась на ОАО «Невинномысский «АЗОТ».

Во время носки спроектированных кислотозащитных костюмов определялась площадь их износа по сравнению с износом существующей спецодежды от воздействия вредных производственных факторов.

Установлено, что по показателям степени износа в процессе эксплуатации, предложенные защитные костюмы лучше стандартных. Следовательно, применение новых костюмов позволяет увеличить срок эксплуатации.

Разработанные конструкции комплектов для первой группы специальностей прошли проверку и получили высокую оценку характеристик комфортности в условиях ОАО «Невинномысский «АЗОТ» в г. Невинномысске Ставропольского края и рекомендованы для внедрения в серийное производство.

Проведенные исследования позволили разработать информационную базу для проектирования кислотозащитной спецодежды и усовершенствовать этапы ее проектирования.

Общие выводы по работе

1. Анализ литературных источников и существующей нормативно-технической документации на специальную кислотозащитную одежду показал, что стандарты 80-90 годов устарели и требуют пересмотра и совершенствования.

2. Проведенный художественно-конструкторский анализ существующей кислотозащитной спецодежды показал, что ее асс ортимет и композиционно-конструктивное решение является единым для всех специальностей.

3. На основе результатов, полученных при хронометраже рабочего времени изучены основные виды работ и соответствующие движения рабочих, что позволило установить места наибольших разрушений спецодежды.

4. Разработана и применена методика определения удельного веса повреждений и износа спецодежды.

5. Определены основные производственные факторы, оказывающие существенное влияние на срок службы защитной одежды рабочих различных специальностей химического производства признаны действие паров и капель кислоты различной концентрации, пары аммиака, капли минеральных масел и механические повреждения.

6. Разработана и применена методика расчета в лабораторных условиях комплексного показателя, характеризующего изменение защитной функции кислотозащитных материалов в процессе эксплуатации.

7. На основе анализа основных производственных факторов, оказывающих влияние на человека, характерных трудовых движений рабочих и топографии мест разрушения специальной одежды выявлены кластеры специальностей рабочих (две профессионально-производственные группы).

8. На основе исследований условий труда и предпочтения выбора художественно-конструктивных элементов спецодежды работниками различных групп специальностей разработан каталог моделей защитных костюмов для соответствующих групп.

9. Проведенные исследования позволили усовершенствовать этапы проектирования кислотозащитной одежды, повысить комфортность и увеличить срок службы спецодежды, что подтверждено опытными носками и актами внедрения.

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Попадько Е.А. К вопросу анализа аналогов спецодежды для рабочих химического производства / Попадько Е.А. // Тезисы докладов межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности». - г. Москва: РосЗИТЛП, 2004 г. - С. 85.

2. Попадько Е.А. Трикотаж в производстве средств индивидуальной защиты /Попадько Е.А. // Инновации и перспективы сервиса: Сборник научных статей международной научно-технической конференции 23-24 ноября 2005 г. - г. Уфа: Уфимский гос. ин-т сервиса, 2005 г. - С. 152-154.

3. Попадько Е.А. Влияние производственных факторов на проектирование кислотозащитной одежды / Попадько Е.А. // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2008): Сборник тезисов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов 22-25 апреля 2008 г. Часть 1. - г. Иваново: Ивановская гос. академия, 2008 г. - С. 156.

4. Попадько Е.А. Анализ топографии поражения кислотозащитной одежды / Попадько Е.А. // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2008): Сборник тезисов международной научно-технической конференции 27-30 мая 2008 г. Часть 1. - г. Иваново: Ивановская гос. академия, 2008 г. - С. 282-283.

5. Попадько Е.А. Формирование кислотозащитных материалов в пакет в системе поизводственных факторов / Попадько Е.А. // Современные проблемы текстильной и легкой промышленности: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Часть 1. - г. Москва: Российск. заочн. ин-т текстил. и легк. пр-сти, 2008 г. - С. 77.

6. Попадько Е.А. Анализ топографии мест повреждения защитной одежды работников химических предприятий / Попадько Е.А. // Инновационные и наукоемкие технологии в легкой промышленности: Доклады межвузовской научно-практической конференции 23-25 апреля 2008 г. Часть 1. - г. Москва: Московский гос. ун-т дизайна и технологии, 2008 г. - С. 60-63.

7. Савельева И.Н. Исследование исходных данных для проектирования специальной кислотозащитной одежды для работников химических предприятий / Савельева И.Н., Попадько Е.А. // Швейная промышленность. - 2008. - №3. - С. 48-50.

8. Попадько Е.А. Обоснование требований к структуре пакета кислотозащитных материалов для кислотозащитной спецодежды/ Попадько Е.А. // Швейная промышленность. - 2008. - №5. - С. 34-36.

Размещено на Allbest.ru