Системы безопасности жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях при эксплуатации машин, оборудования и механизмов в энергетике

Значительное расширение открытых разработок угольных месторождений с использованием мощных экскаваторов (одноковшовых и роторных) приводит к тому, что на ТЭЦ поступает топливо с кусками до 1200 мм и более при норме стандартных размеров до 300 мм. Кроме того, топливо сильно смерзается. Для измельчения угля наиболее эффективными оказались самоходные агрегаты и фрезерно-дробильные машины [1].

Характерно, что рабочий процесс с точки зрения механики разрушения и погрузки горных пород не отличается от рабочих процессов других горных машин, таких как выемочные и очистные комплексы, буровые машины и другие механизмы, используемые в горнорудной и угледобывающей промышленности. К этой категории относятся и машины четвертой группы: экскаваторы, погрузочно-доставочные машины, дробилки, бурильные установки, проходческие комплексы. Большинство этих машин используется при строительстве гидроэнергетических сооружений [2].

Эксплуатация таких комплексов связана с рядом вредных для здоровья человека факторов, главными из которых являются вибрации, удары и шум.

Рост числа заболеваний, связанных с динамическими воздействиями — вибрацией и шумом, свидетельствует о том, что борьба с этими вредными факторами становится острой социальной проблемой. Неблагоприятное и поражающее действие этих факторов, возникающих при эксплуатации машин на здоровье людей, взаимодействующих с этими машинами, характеризуется тревожными цифрами. Так, например, в настоящее время на предприятиях Кузбасса на первом месте стоит виброболезнь, на втором — глухота (тугоухость). Этими заболеваниями страдает 41% всех трудящихся отрасли.

3].

Превышение допустимых гигиенических норм общего уровня транспортно-технологической вибрации составляет 8−13 Дб, т. е. в 2,5−4 раза. Уровень вибраций при работе погрузочных и доставочных машин достигает.

111 Дб, а шума 95−110 Дб. Установлено, что спектры возмущений большинства машин и механизмов, используемой в энергетике, лежат главным образом в низкочастотной области, т. е. в наиболее опасном диапазоне для организма человека [4,5].

Влияние низкочастотных вибраций приводит к развитию нервных заболеваний, нарушению функций сердечно-сосудистой системы и функций опорно-двигательного аппарата, а также к поражению мышечных тканей и сосудов [6, 7, 8, 9].

Известно, что наиболее тяжелые динамические режимы наблюдаются при работе экскаваторов, установок для дробления скальных пород, погрузочно-доставочных машин и бурильных механизмов [10]. Внешние динамические воздействия, возникающие при их эксплуатации, носят случайный характер, обусловленный сопротивлением скальных пород разрушению, перемещению, погрузке и т. д. Работа подобных машин характеризуется высокими уровнями вибрационных и ударных возмущений, а эксплуатируются они очень часто в среде с высоким уровнем шума, пыли и загазованности. Обслуживающий персонал этих машин подвергается опасному воздействию широкого спектра мощных низкочастотных и ударных воздействий высоких уровней, носящих пространственный и непредсказуемый характер. По этой причине защита персонала от внешних динамических воздействий является весьма актуальной и до конца не решенной задачей.

Применение систем виброзащиты на базе резинометаллических, гидравлических, пневматических, резинокордовых и других устройств не получило широкого распространения из-за ряда существенных недостатков, а сами средства виброизоляции человека-оператора сводятся в основном к созданию подрессоренных сидений (кресел), подножек и площадок [11].

Получила признание концепция того, что наиболее экономически целесообразным способом защиты операторов мобильных систем является применение виброзащиты кабин, которые защищены также от шума и пыли. При этом во многих случаях амортизация пола (площадки), на которой расположены органы управления контроля и кресло оператора, может быть осуществлена гораздо проще, чем виброизоляция всей кабины [12].

До настоящего времени проблемным является создание систем защиты от вибрации и ударов одновременно. Антивибрационные и противоударные изоляторы предназначены для выполнения различных, порой противоречивых функций. По этой причине проблемы защиты решаются в зависимости от преобладающих нагрузок в каждом случае отдельно.

Известно, что для гашения мощных ударных воздействий необходима крутая «жесткая» характеристика, а для обеспечения качественной защиты от низкочастотных вибраций пологая «мягкая» характеристика. Для снижения резонансных пиков необходима мощная диссипация и, в тоже время, не должна ухудшаться виброизоляция в зарезонансной зоне, где диссипация вообще не желательна. При этом спектр внешнего динамического воздействия носит объемный характер, т. е. направленность вектора воздействия может быть в любой плоскости.

На основе теоремы об упруго-вязких пластических движениях пространственных систем сделан вывод о возможности создания особого класса объемных защитных систем, которые могут обеспечить эффективную пространственную защиту объектов одновременно от вибраций и ударов [40]. Для этого было предложено использовать главные достоинства тросовых систем: мощное необратимое межпроволочное трение и минимальные остаточные деформации при снятии нагрузок. Таким образом, появилась возможность получения высоких эксплуатационных характеристик тросовых систем за счет нового типа трения — технологического и трения эйлерова типа. При этом происходит повышенное демпфирование в области низких частот и эффективное гашение ударных импульсов.

Цель работы.

Целью работы является исследование и создание систем эффективной групповой пространственной защиты от вибраций и ударов обслуживающего персонала мобильных машин и механизмов, используемых при сооружении объектов энергетики и первичном измельчении смерзшегося негабаритного топлива на тепловых электростанциях.

При решении этой задачи были использованы современные тенденции по созданию объемных виброударозащитных систем. Для достижения этой цели в работе решались следующие основные задачи:

— Определены и сформулированы требования по созданию кинематических схем групповой (общей) системы пространственной защиты объектов от ударов и вибраций, носящих случайный характер.

— Теоретически обоснованы и экспериментально исследованы упругодемпфирующие тросово-торсионные элементы, встраиваемые в объемные упругодемпфирующие подвесы (ОУДП), ставшие основой ряда кинематических схем виброударозащитных платформ для защиты рабочих мест персонала и операторов машин.

— Разработана основная схема физической модели виброудароизоляции объектов в виде пассивной нелинейной пространственной системы в вывешенном варианте со встраиваемыми упругодемпфирующими элементами с использованием технологического и эйлерова трения на базе торсионно-тросовых систем петлевого и последовательного типа. Проведены испытания методом ударного воздействия на платформы, которые подтвердили правильность теоретических предпосылок и высокую эффективность защиты.

Методы исследования.

Анализ современных тенденций по созданию кинематических схем и выбора перспективных материалов позволил четко сформулировать круг решаемых задач и требуемых исследований.

При выполнении работ применялись расчетные и экспериментальные методы исследований с использованием необходимого объема макетирования.

Достоверность научных положений и предпосылок, а также полученных результатов испытаний подтверждена сходимостью теоретических и экспериментальных данных.

Научная новизна работы.

Научно обоснована возможность использования основных теоретических положений особого класса объемных упругодемпфирутощих подвесов (ОУДП) для создания групповых пространственных систем защиты от вибраций и ударов рабочих мест операторов, с использованием технологического трения.

Исследованы упругодемпфирующие элементы кольцевого и последовательного типа на базе тросово-торсионных систем, встраиваемых в конструкции виброударозащитных платформ и площадок для защиты рабочих мест персонала от мощных пространственных низкочастотных колебаний и нестационарных ударов больших энергий, передаваемых через основание при эксплуатации механизмов.

Разработан ряд кинематических схем платформ с использованием тросово-торсионных элементов кольцевого и последовательного типов. На разработанные кинематические схемы групповой защиты объектов от всенаправленных виброударных воздействий, передаваемых через основание, получено семь патентов на изобретения.

Практическая ценность и результат работы.

На базе результатов проведенных исследований разработаны конструкции трех виброударозащитных платформ. В одной из них реализована схема кольцевого тросово-торсионного элемента, в другихиспользованы тросово-торсионные элементы последовательного типа. Первая конструкция предназначена для защиты кабины оператора целиком. Другие представляют собой виброударозащитиую площадку для поста управления и размещаются внутри самой кабины.

Изготовленные макеты рассчитаны на грузоподъемность до 500 кг. Испытания макетов платформ проводились методом ударного возбуждения на специальном стенде.

Результаты испытаний подтвердили правильность выбранного направления, теоретических предпосылок и конструктивных решений, показав высокую эффективность всех разработанных платформ. Схемы и конструктивные решения виброударозащитных платформ могут быть использованы для защиты магистральных газопроводов, прокладываемых в сейсмоопасных районах, транспортировке прецизионных грузов, защите аппаратуры и оборудования, работающих на подвижных системах, мобильных энергетических установок, центров управления и т. п.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 140 страниц машинописного текста, в том числе 25 рисунков и графиков, 4 таблицы, список литературы из 87 наименований.

Выводы по главе IV.

Рассмотрены конструктивно — технологические требования к средствам защиты рабочих мест при их практической реализации. Представлены предложения по учету влияния статических и кинематических параметров на систему виброудароизоляции при создании систем групповой защиты.

Даны описания торсионно — тросового ударозащитного устройства и ударозащитной платформы, не имеющих аналогов. Указанные конструкции являются характерными для ряда разработанных различных платформ защищенных семью патентами РФ на изобретения. Торсионно-тросовое ударозащитное устройство большей грузоподъемности рекомендуется для защиты кабины оператора Ударозащитная платформа может быть использована для защиты поста управления, расположенного внутри имеющейся жестко закрепленной кабины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Анализ публикаций показал, что уровень вибрационных воздействий подвижных объектов и мобильных систем в большинстве случаев превышает допустимые для человека гигиенические нормы. Анализ спектров воздействий, возникающих при работе горных машин, показал, что в спектре преобладают случайные колебания и внезапные импульсы различной формы импульсы различной формы амплитуды и длительности. Показано, что степень опасности удара зависит от формы импульса и его длительности.

Вибрационные и ударные воздействия, возникающие при эксплуатации мобильных систем, носят случайный характер. При этом наиболее опасными для человека и механизмов являются мощные низкочастотные колебания в диапазоне 1 — 30 Гц, а удары высоких амплитуд и длительности могут носить катастрофический характер. Анализ существующих средств виброизоляции показал, что они не могут обеспечить защиту от ударов большой длительности в силу малого «хода». Для этой цели необходимы специальные разработки. Для наиболее распространенных типов рабочих мест обслуживающего персонала мобильных систем наиболее экономичным и целесообразным способом защиты является применение, как общей защиты кабин операторов, так и рабочего места машиниста, расположенного внутри кабины.

Рассмотрены конструктивные основные формы и физико-механические свойства стальных тросов (канатов), ставших основой тросово-торсионных уттругодемпфирующих элементов последовательного типа Обоснован выбор кинематической схемы защиты обтлктов от мощных низкочастотных колебаний и ударов больших энергии, представленной в виде общей (групповой) пассивной, нелинейной пространственной системы вывешенного типа с элементами «сухого» трения.

Экспериментально исследованы тросово — торсионые элементы при различных вариациях длин плеч тросовых составляющих. По результатам исследований построены графики и представлены аналитические зависимости, пригодные для практического использования.

Рассмотрены конструктивно — технологические требования и представлены предложения по учету статических и кинематических параметров при создании и практической реализации систем виброударозащиты под конкретные объекты.

Даны описания разработанных тросово-торсионных ударозащитных устройств и ударозащитной платформы, не имеющих аналогов. Эти конструкции являются характерными для ряда разработанных различных платформ, защищенных семью патентами РФ на изобретения.