Разработка инженерных методов и технических средств обеспечения экологической безопасности в сельскохозяйственном производстве на примере зерноуборочного комбайна СК-5М «Нива»

Широкомасштабное использование мобильной сельскохозяйственной техники в сельском хозяйстве способствует росту производительности и эффективности труда. Однако оно сопряжено с негативным воздействием на окружающую среду и состояние условий труда механизатора в процессе производства сельскохозяйственной продукции, выражающемся в механическом, химическом, акустическом и электромагнитном воздействии.

При этом механическое воздействие происходит за счет давления и буксования ходовых систем, вибрации, воздействия рабочих органов, что приводит к выделению пыли, уплотнению почвы, разрушению ее структуры, уничтожению почвенных организмов, созданию плужной подошвы, повреждению растений при обработке, уничтожению жатками птиц и мелких животных [1,2,3].

Пыль от мобильной сельскохозяйственной техники имеет мелкодисперсный характер с преобладанием частиц размером до 5 мкм, она обладает высокой проникающей способностью и выраженным повреждающим действием на технику, механизатора и окружающую среду. Предельно допустимая концентрация (ПДК) пыли в рабочей зоне — 4 мг/м, в санитарной (или атмосферном воздухе) — 0,5 мг/м3. При работе тракторов содержание пыли превышает ПДК в среднем до 6 раз, при работе комбайнов на косовице до 6 раз, при уборке зерновых до 2−12 раз, при сборе валков в 11−64 раза [4,5,6].

При весенней обработке почвы и посеве зерновых в пыли обнаруживаются частицы минеральных удобрений, ядохимикаты, бактерии, грибы. Содержание органических примесей в пыли достигает 6−7% [7].

Постоянно действующим неблагоприятным фактором при работе мобильной сельскохозяйственной техники является вибрация.

Наиболее неблагоприятными в отношении вибрационных характеристик являются трактор МТЗ — 80 «Беларусь» (превышение вибрации на 2−6 дБ), комбайны СК — 5 «Нива», Д — 81, Д — 84, (превышение вибрации на 2−4 дБ). Вибрация ухудшает условия труда механизатора, поражая центральную нервную и сердечно-сосудистую систему, изменяет обменные процессы, нарушает работу вестибулярного, нервно-мышечного аппаратов и ведет к быстрому утомлению во время работы [8,9].

Химическое воздействие мобильной сельскохозяйственной техники заключается в загрязнении атмосферы, гидросферы и литосферы газами, парами, антифризом, тормозной жидкостью и сажей. При этом происходит накопление токсичных веществ и канцерогенов в продуктах питания, воде, воздухе и почве, угнетение (гибель) животных, микроорганизмов, растений и отрицательное воздействие на человека-механизатора [10, 11, 12].

Содержание окиси углерода при работе тракторов колеблется от 7 до 50 мг/м3, на комбайнах от 7 до 33 мг/м3 при ПДК — 20 мг/м3. Содержание угле.

3 3 водородов от 4,0 до 9 мг/м при ПДК — 300 мг/м. Азота диоксид в среднем.

3 3 3.

0,15 мг/м при ПДК 0,085 мг/м. Диоксид серы в среднем составляет 0,04 мг/м.

3 3 3 при ПДК — 0,5 мг/м, свинец в среднем 0,0003 мг/м при ПДК — 0,001 мг/м. Все газы снижают работоспособность механизатора за счет интоксикации организма, поражения нервной и сердечно-сосудистой системы [13,14,15].

Акустическое загрязнение складывается из инфразвукового, ультразвукового и звукового (шумового), что нарушает жизнедеятельность насекомых, животных и человека. Общий уровень шума в кабинах тракторов колеблется в пределах 84−115 дБ, что выше ПДУ 80 дБ. Превышение ПДУ шума на гусеничных тракторах ДТ — 75, ДТ — 175С отмечается на всех частотах, на колесных же преобладающими являются низкие и средние частоты. На тракторе МТЗ-З-80 «Беларусь» превышение ПДУ шума на 5−10 дБ, у комбайнов на 7−9 дБ. При эксплуатации сельскохозяйственной техники в течение 3-х лет уровень шума повышается в среднем на 2−4 дБ, при несоблюдении сроков капремонтов на 5−7 дБ. Уровень шума свыше 130 дБ вызывает у механизаторов акустические травмы, что приводит к специфическому поражению слуха, нарушению нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушению координации и повышению утомляемости [16,17,18].

Электромагнитное излучение складывается из коротковолнового и длинноволнового излучения. Источником излучения являются: электрооборудование, зажигание, управление и сигнализация. Электромагнитное поле (ЭМП) распространяется в окружающей среде со скоростью почти равной скорости света, вызывая при этом нарушения жизненного цикла насекомых и животных, и нарушение функций нервной системы животных и человека, и физиологических процессов у растений. Импульсы электромагнитного поля вызывают мутагенный эффект и нарушение терморегуляции. Поражающее значение интенсивности электромагнитного поля (ЭМП) в диапазоне частот от 30 кГц — 300 МГц [19,20].

Таким образом мобильная сельскохозяйственная техника воздействуя комплексом неблагоприятных факторов на окружающую среду и человека-механизатора приводит к деградации этой среды и вызывает профессиональные заболевания у механизаторов. По данным Государственного санитарно-эпидемиологического надзора г. Саратова за истекший год зарегистрировано 69,8% профзаболеваний у механизаторов, в том числе, вследствии воздействия пыли 41,8% и шума и вибрации 28% [21]. Исходя из сложившейся ситуации тема выполняемой диссертации «Разработка инженерных методов и технических средств обеспечения экологической безопасности в сельскохозяйственном производстве на примере зерноуборочного комбайна СК-5М «Нива» на сегодняшний день весьма актуальна.

Зерноуборочный комбайн — это важный элемент производительных сил общества, это совокупность средств труда, развивающихся в системе общественного производства, а также приемов и методов воздействия на человека и окружающую среду в процессе производства материальных благ. Возможности комбайна определяются степенью его использования, техническим уровнем, качеством, надежностью, работоспособностью, экономичностью и экологично-стью. При одностороннем решении всех этих вопросов будут обостряться противоречия и формой их разрешения должно быть создание такого комбайна «Нива», который бы как можно меньше наносил вреда человеку — комбайнеру, природе и как можно меньше образовывал вредных отходов в процессе работы и переработки природных продуктов [22,23, 24].

В связи с этим нами был проведен анализ состояния вопроса по экологической безопасности при работе на зерноуборочном комбайне СК — 5 М «Нива» № 165 463 Поволжского Межрегионального учебного центра города Саратова. В задачи исследований входило выявление неблагоприятных факторов, установление их источников и параметров, сравнение с нормативными величинами и разработка технологий и технических средств по их ликвидации.

Исходя из проведенных исследований наибольшей экологической опасности при работе на комбайне подвергается человек — комбайнер из-за неудовлетворительных микроклиматических условий и запыленности в кабине. Санитарные нормы микроклимата производственных помещений № 1086−86 [25]. При этом температура воздуха в кабине составляла 32,0 °С при допустимой норме 28 °C, превышение составило 1,2 разаскорость движения воздуха 3 м/с при допустимом значении 1,5 м/с, превышение в 2 разаотносительная влажность 25% при допустимом значении 60%, что ниже в 2,4 раза.

В рабочей зоне кабины комбайна содержание пыли колебалось от 78,12 до.

3 3.

84,0 мг/м при ПДК — 4 мг/м, что превышало ПДК в среднем в 20,3 раза. В санитарной зоне содержание зерновой пыли было от 5,64 до 6 мг/м3 при ПДК -0,5 мг/м3, что превысило ПДК в среднем в 12 раз, РД 52.04.186−89 [26]. Остальные параметры не превышали ПДК.

Зерновая пыль имела влажность 10,4%, зольность 2,3%, температуру взрывного воспламенения 875 °C, частицы от 1 мкм до 10 мкм, класс опасности — 4.

Такой микроклимат и высокая запыленность в кабине комбайна СК-5М «Нива» приводят к высокому уровню профессиональной заболеваемости комбайнеров.

При выполнении физической работы в условиях повышенных температур и сниженной влажности происходит нарушение терморегуляции и солевого обмена в результате потерь жидкости организмом человека, при этом недомогание снижает внимание, что может способствовать травматизму. Пыль же оказывает раздражающее и повреждающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей, что может привести к развитию воспалительных процессов.

При длительном воздействии возникают неспецифические легочные заболевания. Пыль оказывает вредное влияние на кожу, приводит к возникновению гнойничковых заболеваний. Попадая в глаза вызывает конъюнктивиты [27].

Для улучшения условий труда комбайнера в соответствии с требованиями экологической безопасности для нормализации микроклимата и запыленности в кабине комбайна необходимо создание и установка технического средства очистки воздуха от пыли и вентиляции и ряд дополнительных средств.

Поэтому на защиту выносятся следующие положения:

1. Конструктивно-технологические параметры и устройство вентиляционной установки кабины зерноуборочного комбайна.

2. Полученные для зоны умеренного климата (Саратовского региона) эмпирические коэффициенты сопротивления на фильтре из полиуретана и эффективности очистки от пыли.

3. Результаты лабораторных исследований по определению экологических параметров шума, вибрации, газо-воздушной среды, микроклимата и содержания пыли в кабине и зоне влияния комбайна.

4. Результаты полевых испытаний разработанного технического средства.

5. Технология технического обслуживания предлагаемой установки.

6. Результаты технико-экономической эффективности внедрения системы очистки воздуха и вентиляции кабины.

7. Предложения по герметизации кабины комбайна резиновыми, войлочными уплотнителями и прокладками, применению козырьков, отражающих экранов, жалюзи, тонированных стекол, уменьшению площади отверстий в полу кабины около рычагов управления.

Исходя из выше изложенного главная цель нашей работы — разработка технологии очистки воздуха от пыли и вентиляция кабины комбайна.

После проведения поисковых проверок состояния жизнедеятельности в кабине комбайна нами была разработана следующая технология.

В этой технологии входящим звеном являются зерновые пылевоздушные смеси, технологию процесса обеспечивает вентиляционная установка и выходящим звеном является нагнетаемый в кабину очищенный воздух.

При этом зерновая пылевоздушная смесь, всасываемая в вентиляционную установку, попадает в короб воздухораспределительного заборника через комбинированный пылеотделитель, состоящий из фильтров грубой и тонкой очистки, фильтр грубой очистки представляет собой сетку (0,5 мм) гофрированную в пакет пылеулавливания, в котором смесь освобождается от крупных частиц пыли. Далее она попадает на последовательно присоединенную кассету фильтра тонкой очистки жалюзийно-инерционного поропенополиуретанового пылеуловителя нагнетательного действия с механическим и аэродинамическим удалением оседаемой пыли со стенок фильтра крыльчаткой пылесоса через патрубок выброса пыли.

Чистый воздух, прошедший через фильтр, воздушным насосом протягивается в воздухоприемник и через нагнетательный патрубок поступает в кабину комбайна, что создает в кабине избыточное давление, предотвращающее проникновение пыли сквозь щели и неплотно закрытые окна.

Исходя из предложенной технологии системы очистки воздуха от пыли и вентиляции, разработанная нами вентиляционная установка для кабины комбайна СК-5М «Нива» должна быть долговечна, неметаллоемка, непожароопасна, удобна в использовании и обслуживании, экологична и экономична, апробирована и внедрена.

Научная новизна работы. Выявлены экологически опасные параметры зерноуборочного комбайна СК-5М «Нива». Обоснована, разработана и внедрена на комбайн перспективная и надежная конструктивно-технологическая модель устройства очистки воздуха от пыли и вентиляции кабины комбайна не имеющая аналогов. Определены коэффициенты сопротивления на фильтре из полиуретана и эффективности очистки от пыли в условиях умеренного климата Саратовского региона.

Практическая ценность работы. Разработаны пути улучшения условий труда комбайнера за счет внедрения технических средств экологической безопасности. Результаты исследований проведенных на комбайне в полевых условиях могут послужить конструкторам для разработки и совершенствования кабины комбайна «Нива», что улучшит условия труда комбайнера, а именно уменьшит профзаболеваемость, повысит удобства выполнения производственных задач. Разработки могут быть рекомендованы в качестве материалов для совершенствования соответствующего ГОСТа, а также использоваться на другой сельскохозяйственной технике.

Работа выполнялась на кафедре «Сельскохозяйственные машины» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова» под руководством научного консультанта зав. кафедрой, профессора, д.т.н. А. Г. Рыбалко и научного руководителя к.т.н., доцента Г. Е. Шардиной.

Исследования и внедрение на зерноуборочном комбайне CK — 5 М «Нива» проводились в Поволжском Межрегиональном учебном центре г. Саратова с помощью проректора ПМУЦ C.B. Истомина, директора ЦПФ А. П. Кожина, мастера полевода A.A. Виноградова и комбайнера A.M. Клочкова. Исследования для сравнительного анализа в кабине зерноуборочного комбайна СК-5М-1 «Нива» проводились в СХПК «Аграрник» Саратовского района, Саратовской области при поддержке председателя М. А. Попова и комбайнера А. В. Ершова.

Анализы проводились в лаборатории санитарно-гигиенического отдела ГУЦГСЭП города Саратова с помощью зав. лаборатории санитарно-гигиенического отдела Е. В. Кутиной, врача-лаборанта Н. С. Пряхиной, лаборанта М. С. Китовой.

Всем выражаю глубочайшую благодарность.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. В ходе литературного обзора было установлено, что мобильная сельскохозяйственная техника оказывает механическое, химическое, акустическое, электромагнитное воздействие на окружающую среду и состояние условий труда механизатора и выявлено, что основным неблагоприятным фактором является пыль в кабине комбайна, так как ее превышение ПДК достигает 64 раз (1.1. — 1.14).

2. Исследования экологически опасных параметров комбайна СК — 5 М «Нива» № 165 463 ПМУЦ выявили значительные отклонения от ПДК параметров микроклимата и пыли в кабине. При этом температура воздуха была выше на 4 °C, скорость движения воздуха в 2 раза интенсивнее, относительная влажность ниже нормы в 2,4 раза, пыль превышала ПДК в 20,3 раза, все остальные параметры были в пределах ПДК. Полученные значения микроклимата и пыли в кабине комбайна экологически опасны, ухудшают условия труда и могут вызвать тяжелые профзаболевания у комбайнера (2.1. — 2.6).

3. На основании проведенных исследований для обеспечения экологической безопасности и улучшения условий труда комбайнера была разработана, изготовлена и внедрена на комбайн перспективная конструктивнотехнологическая схема устройства очистки воздуха от пыли и вентиляции кабины комбайна. Производительность вентиляционной установки по очищенно.

3 3 му воздуху — 180 м /ч, допустимая концентрация на входе до 1000 мг/м, фильтр поропенополиуретановый жалюзийно — инерционного нагнетательного действия, коэффициент сопротивления на фильтре — 0,004, коэффициент эффективности очистки от пыли — 0,999 (3.50−3.70).

4. В ходе теоретических исследований проведен расчет движения пылевых частиц в пылевом облаке комбайна, определены основные показатели работы воздухоочистителя, вентилятора и даны дополнительные технические средства обеспечения экологической безопасности кабины комбайна (3.1. — 3.49).

5. Полевые испытания разработанной вентиляционной установки и сравнительный анализ с заводской системой вентиляции кабины комбайна.

СК-5М «Нива» показали, что разработанная установка более надежна и эффективна, так как снижает температуру воздуха в кабине на 2 °C и доводит концентрацию пыли в среднем до 2 мг/м3, при этом поломок узлов и деталей не наблюдается, установка надежна в эксплуатации. Заводская же вентиляционная установка не улучшает параметры микроклимата и обеспылевание кабины, так как л концентрация пыли в среднем 54 мг/м, что превышает ПДК в 13,5 раза, при этом она не надежна в эксплуатации из — за конструктивных и технологических недочетов.

6. По результатам сравнительного анализа, техническое обслуживание разработанной вентиляционной установки, за счет продолжительной работы фильтра без регенерации 47,2 часа, меньше по трудоемкости на 0,95 чел.-ч, чем заводской установки, что значительно экономит трудовые ресурсы.

7. С учетом представленных теоретических обоснований конструктивнотехнологических параметров разработанной вентиляционной установки, опытного образца, полевых испытаний, химических анализов, выполнения предлагаемых рекомендаций и своевременного развертывания работы технических служб и ИТР даст возможность производству выпускать экологически безопасные для комбайнера машины СК-5М «Нива», что позволит эффективно работать и быть конкурентоспособным в современной рыночной экономике.

8. Экономический эффект от внедрения разработанной системы очистки воздуха от пыли и вентиляции кабины комбайна СК-5М «Нива», определенный по экологическим нормам на одну машину, составляет 169 200 рублей (5.1 -5.7).