Введение к работе
Актуальность проблемы. Целью трудового законодательства является создание благоприятных условий труда, в том числе с помощью разработки и оптимального использования средств коллективной и индивидуальной защиты.
Испытатель вооружения – профессия, связанная с испытаниями спортивно-охотничьего оружия в специальных замкнутых помещениях – стрелковых тирах производственного назначения на предприятиях, входящих в состав машиностроительного комплекса. Обоснование превалирующего вредного и опасного производственного фактора в условиях данных работ требует доказательства. При испытании спортивно-охотничьего оружия, поступающего непосредственного после участков сборки, в стрелковых тирах генерируется импульсный, непостоянный шум, сопровождающийся повышенным эхом и реверберацией. Присутствие аэрозолей нефтяных масел, свинца, сурьмы, входящих в состав патронов, взвешенных веществ, приводят к загрязнению поверхности шумозащитных материалов, уход за которыми ограничен в случае их пористой структуры, усугубляет условия труда, вызывая сочетанное действие шумового и химического фактора на работников. В сочетании с повышенной напряженностью деятельности, неблагоприятных параметров микроклимата и освещенности условия труда могут относиться к вредным и опасным. Методология создания, расчета способов и средств коллективной защиты по всем нормируемым вредным и опасным производственным факторам на рабочих местах в тирах требует индивидуального и комплексного подхода. Решению вопросов снижения шума в различных областях человеческой деятельности посвятила свои работы большая группа ученых и специалистов: Иванов Н.И., Щевьев Ю.П., Цукерников И.Е., Чижов В.Ю., Тупов В.Б., Куклин Д.А. Вопросы нормализации шумовой обстановки в крытых стрелковых тирах достаточно подробно освещаются Ищенко А.А. и Авдеевым В.П., но использование, например, перфорированных конструкций не обосновано, равно как и использование других типов шумозащиты. В последнее время все большее применение в целях защиты работников от шума находят конструкции, представляющие собой комбинации шумозащитных материалов. Напряженность трудовой деятельности в условиях стрельбы, связанная с восприятием сигналов информации в процессе испытаний, также требует нормализации. Требования к реверберации в тирах были сформулированы в отмененных в настоящее время Всесоюзных нормах по проектированию тиров стрелкового спорта, но сохранены в СП 31-112-2004. Регулярные и комплексные исследования в производственных тирах так и не были налажены. Не обнаружено исследований по вопросам разработки и использования шумозащитных конструкций на рабочих местах испытателей вооружения в связи с уникальностью объектов и профессии. Между тем, первичный анализ статистических данных по условиям труда испытателей вооружения на ОАО Вятско-Полянский машиностроительный завод «Молот», ОАО «Тульский патронный завод», ФГУП «Ижевский механический завод», ДОАО «Ижевский оружейный завод» показал, что уровень шума при ведении работ достигает 126 дБА, что при предельно допустимом уровне в 75 дБА позволяет отнести данные условия труда к 4-му, экстремальному. При среднем количестве испытываемого оружия в смену, приходящемся на одного испытателя, равном 160 штук, среднее количество генерируемых импульсов будет достигать 780–2080 в зависимости от вместимости патронника, а с учетом того, что среднее количество испытателей вооружения, одновременно работающих, составляет несколько человек, то соответственно увеличивается и количество генерируемых звуковых импульсов.
Объектом исследования являются условия труда испытателей вооружения в стрелковых тирах.
Научное обоснование разработки, исследование шумопоглощающих свойств конструкций и использование их в фактически существующих условиях на производстве требуют системного подхода и представляют значительный интерес. Использованием поглощающих материалов можно в достаточной степени изменить параметры реверберирующего поля, и тем самым снизить экспозицию шума на человека. Несмотря на существование большого разнообразия типов резонансных конструкций, таких как многослойные, микроперфорированные конструкции, щиты Бекеши возможность разработки других типов всегда остается. Существует неисследованный вопрос оценки звукопоглощения резонансных поглотителей в случае их вакуумирования при выполнении их в виде конструкций с сотовыми ячейками.
Еще одна неисследованная область связана со звукопоглощением шумозащитных материалов в условиях производственных шумов двух больших групп: постоянных и непостоянных. По своим временным характеристикам постоянный и импульсный шумы занимают крайние положения в такой классификации. В настоящее время определяется звукопоглощение материала в условиях постоянного шума. Реакция шумозащитных средств на рабочих местах испытателей вооружения, расположенных в непосредственной близости от источника неизвестна, так как в этом случае в них возможно проявление нелинейного поведения в связи с импульсностью шума. Важным становится оценка эффективности шумозащиты в условиях импульсного шума в кабинах или рабочей зоне с соответствующими источниками шума, а с учетом степени защиты от сопутствующих факторов и на основании оригинальной методики – в целом оценка снижения вредности и опасности на исследуемых рабочих местах.
Все это доказывает необходимость разработки средств коллективной защиты применительно к реальным производственным условиям, в частности, применительно к этапу технологического процесса испытания спортивно-охотничьего оружия на рабочих местах испытателей вооружения в стрелковых тирах.
Предметами исследования являются методика экспресс-оценки условий труда испытателей вооружения, шумозащитные свойства сотовых конструкций, их влияние на снижение напряженности трудовой деятельности, особенности их поведения в условиях, создаваемых в специальной реверберационной камере, опытной кабине испытателя вооружения, и аналогичном по условиям реверберации с тиром закрытого типа гулком помещении; технологии создания и теоретические положения по расчету звукопоглощения.
Целью диссертационной работы является улучшение условий труда рабочих, занятых испытаниями спортивно-охотничьего оружия в производственных стрелковых тирах за счет использования шумозащитных сотовых конструкций.
Основные задачи исследования
1. Выполнить комплексные исследования условий труда на рабочих местах испытателей вооружения в стрелковых тирах, дать оценку и выявить превалирующие ОВПФ, в том числе на основании оценки степени воздействия шума на здоровье работников.
2. Оценить степень воздействия шума на испытателей вооружения.
3. Выполнить аналитические, теоретические исследования и разработать специальную шумозащитную конструкцию, сохраняющую свои свойства в условиях труда испытателей вооружения.
4. Разработать методику и инструмент для выполнения экспериментальных исследований шумозащитных свойств конструкций в специальной реверберационной камере применительно к условиям труда испытателей вооружения.
5. Разработать теоретические основы расчета шумозащитных конструкций с учетом их конструктивных параметров.
6. Выполнить экспериментальные исследования реверберации и звукопоглощения шумозащитных конструкций в условиях постоянного и импульсного шума в специальной реверберационной камере и опытной кабине испытателя вооружения.
7. Разработать методику и инструмент для оценки эффективности конструкций в помещениях тиров.
8. Выполнить оценку эффективности использования шумозащитных конструкций для улучшения условий труда в условиях постоянного шума в соразмерном с тиром и аналогичном по условиям реверберации помещении.
9. Разработать методику оценки и рекомендации по улучшению условий труда на рабочих местах испытателей вооружения в стрелковых тирах.
На защиту выносятся:
1. Результаты комплексного исследования условий труда испытателей вооружения в тирах закрытого типа с выделением доминирующего опасного и вредного производственного фактора.
2. Результаты аудиометрических исследований испытателей вооружения.
3. Разработанный измерительный комплекс на базе специальной реверберационной камеры и опытной кабины испытателей вооружения, позволяющий в реальном времени фиксировать измерения импульсного и постоянного шумов для оценки реверберации и звукопоглощения конструкций.
4. Запатентованные вакуумированные сотовые шумозащитные конструкции, устойчивые к загрязненности и улучшающие условия труда на рабочих местах.
5. Разработанные теоретические основы определения собственных частот максимального звукопоглощения вакуумированных сотовых конструкций на основе физической модели «объемный резонатор – пластинка-картон – мембрана-пленка», исходные положения которых предполагают, что изменение коэффициента упругости материала пропорционально изменению давления вакуума внутри конструкции.
6. Методика и результаты экспериментальных исследований звукопоглощения шумозащитных конструкций в условиях постоянного и импульсного шума в специальной реверберационной камере применительно к условиям труда испытателей вооружения.
7. Результаты экспериментальных исследований вакуумированных сотовых конструкций в опытной кабине испытателя вооружения при импульсном шуме, показывающих, что обработка стен кабины конструкциями приводит к повышению времени реверберации по мере увеличения степени разреженности внутри конструкций.
8. Результаты экспериментальных исследований, позволяющие оценить время реверберации в помещениях тиров по сравнению с нормативными значениями, определяющей снижение напряженности трудовой деятельности в части «нагрузка на слуховой анализатор».
9. Методика оценки улучшения условий труда испытателей вооружения по шумовому фактору за счет шумозащитных конструкций с учетом снижения в рабочей зоне испытателей отраженного звука и эксплуатационных характеристик используемых средств индивидуальной защиты.
10. Методика экспресс-оценки условий труда испытателей вооружения на основе нечетко-множественного подхода, позволяющая выявлять приоритетные мероприятия по охране труда.
Достоверность и обоснованность теоретических результатов диссертации подтверждена экспериментальными исследованиями с использованием регрессионного анализа, теории многофакторного эксперимента для большого массива экспериментальных данных, параллельной обработкой результатов измерений в независимой лаборатории, большим объемом выполненных измерений (около 500), а также результатами математического моделирования звукопоглощения конструкций. Математические модели, алгоритмы и прикладные программы, используемые и созданные в работе, имеют тестовые решения задач. Экспериментально полученные данные достаточно хорошо коррелируют с результатами численного моделирования, не противоречат физическим закономерностям в смежных областях знаний, научные разработки имеют положительный результат внедрения на ряде предприятий.
Практическое значение работы по полученным результатам заключается в следующем:
1. Разработаны рекомендации по улучшению условий труда в стрелковых тирах при испытании спортивно-охотничьего оружия;
2. Разработаны вакуумированные сотовые шумозащитные конструкции с полимерным покрытием для улучшения условий труда испытателей вооружения и определена их эффективность.
3. Разработаны методика и оборудование для практических исследований акустических характеристик кабин испытателей вооружения, стрелковых тиров, которые могут быть использованы при выполнении акустических расчетов, как на стадии проектирования, так и в условиях эксплуатации.
4. Разработана методика экспресс-диагностики условий труда испытателей вооружения на основе нечетко-множественного подхода, способствующая улучшению условий труда испытателей вооружения по результатам производственного контроля и аттестации рабочих мест.
Реализация результатов работы. Научные положения, выводы и рекомендации использованы:
ОАО «Вятско-Полянский машиностроительный завод «Молот» в виде методики оценки и комплексного исследования условий труда испытателей вооружения и их улучшения по фактору «шум» и «напряженность»; технологии изготовления шумозащитных материалов сотового типа для тиров закрытого типа с условиями труда испытателей вооружения. В рамках договора о содружестве с предприятием ООО «Хонисел.РУ» (г. Балабаново) использовались в виде: результатов оценки коэффициентов звукопоглощения вакуумированных сотовых шумозащитных конструкций в зависимости от конструктивных параметров и степени вакууметрического давления внутри них; критериев определения характеристик сотового заполнителя для создания шумопоглощающих панелей; технологии изготовления звукопоглощающих экранов. В совместных исследованиях с «Лабораторией виброакустических исследований и цифровой обработки сигналов» (, г. Инха, Южная Корея) по цифровой обработке акустических сигналов звукопоглощения вакуумированных сотовых конструкций с целью оценки достоверности получаемых результатов с помощью созданного регистрирующе-измерительного комплекса. В совместных исследованиях с Санкт-Петербургским политехническим университетом в области математического моделирования созданных конструкций по разработке методики расчета звукопоглощения вакуумированных сотовых конструкций на этапе их проектирования.
Апробация работы.
Теоретические и практические результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте-2008» (Одесса, 2008), Всероссийской студенческой конференции с международным участием «Безопасность жизнедеятельности глазами молодежи» (Челябинск, 2008), 2-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Проблемы безопасности жизнедеятельности и промышленной экологии» (Ульяновск, 2009), IV Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (Челябинск, 2009), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (Одесса, 2009), Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (Одесса, 2010), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности и защиты населения и территорий в чрезвычайных ситуациях» (Ставрополь, 2010), XXIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-23» (Самара, 2010), Second Forum of Young Researches (in the framework of International Forum «Education Quality - 2010» (Izhevsk, 2010), Международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте’2010» (Одесса, 2010), Зворыкинском проекте «Инновации и техническое творчество» Всероссийского молодежного инновационного форума Селигер-2010, III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Санкт-Петербург, 22-24 марта 2011).
Результаты работы в виде регистрирующе-измерительного комплекса, вакуумированных сотовых конструкций были представлены на VII выставке-сессии инновационных проектов (Ижевск, 22-23 апреля 2009 г.), Всероссийской специализированной выставке «Комплексная безопасность-2009» (Ижевск, 29-31 июня 2009 г.), VIII выставке-сессии инновационных проектов республиканского молодежного форума (Ижевск, 15-16 октября 2010 г.), VIII Международной специализированной выставке «Машиностроение. Металлургия. Металлообработка. Нефть, Газ. Химия» (Ижевск, 20-23 октября 2009 г.), IX выставке-сессии инновационных проектов молодых ученых (15-16 апреля 2010 г.), Зворыкинском проекте «Инновации и техническое творчество» Всероссийского молодежного инновационного форума Селигер-2010, Всероссийской специализированной выставке «Комплексная безопасность-2010» (Ижевск, 28-30 сентября 2010 г.).
Результаты работы реализованы в виде двух патентов на полезную модель «Камера реверберационная», «Шумопоглощающая панель», двух патентов на изобретение «Фазоинверторный ненаправленный излучатель» «Способ определения коэффициента звукопоглощения».
Работа выполнялась в рамках гранта Министерства образования и науки Российской Федерации от 15.09.2003 г. № 04А/03 и НИОКР по договору от 10.09.2004 г. № 2823 с ФГУП «Ижевский механический завод», договора о содружестве № 16/2 от 09.07.2008 с ООО «Хонисел.РУ».
Научная новизна:
1. Оценка аналитических материалов и проведенные расчеты позволили установить, что в зоне дульного среза максимальные уровни звукового давления приходятся на частотные полосы 125–500 Гц. Впервые установлено, что с увеличением угла раскрытия в горизонтальной плоскости между точками, определяющими дульный срез и позицию испытателя, происходит снижение уровня звукового давления в октавных полосах частот, причем в зоне расположения работника максимальные уровни звукового давления приходятся на частотные полосы 500–1000 Гц.
2. Установлено, что потери слуха по среднеарифметическим показателям их значений на звуковых частотах 500, 1000 и 2000 Гц зависят от стажа работы по линейному закону y = 0,443x + 9,464 с уровнем достоверности аппроксимации R2 = 0,502.
3. Установлен характер снижения времени реверберации в соразмерном с тиром гулком помещении при использовании шумозащитных конструкций, непосредственно влияющий на снижение напряженности труда в части повышения разборчивости слов и сигналов.
4. Разработана методика расчета ожидаемой шумности и снижения класса условий труда по шумовому фактору для испытателей вооружения с учетом использования средств индивидуальной защиты и уровня отраженного звука при внедрении на рабочих местах сотовых шумозащитных конструкций.
5. Обобщено и разработано научное обоснование оценки звукопоглощения шумозащитных конструкций на образцах малой площади в ограниченном пространстве для улучшения условий труда испытателей вооружения.
6. Установлена связь между реверберацией и звукопоглощением разработанных конструкций и акустическим характером шума в реверберационной камере и опытной кабине испытателя вооружения.
7. Установлено, что физический процесс звукопоглощения сотовых конструкций определяется материалом конструкций, эластичностью пленки, наличием отверстий для перетекания воздуха внутри конструкции при вакуумировании.
Методы исследования: Для решения поставленных задач используются анализ и обобщение данных литературных источников, аналитические, экспериментальные, в том числе патентоспособные, и численные методы, в основу которых положен системный подход, методы цифровой обработки экспериментально полученных сигналов, изучение и анализ условий труда работников стрелковых тиров на основе карт аттестации, стендовые и производственные испытания.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 42 печатных работах, включая 20 работ в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских диссертаций, в том числе 2 патента на полезные модели, 2 патента на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 239 наименований, из которых 98 на английском языке, 5-ти приложений (три из них в виде актов о внедрении результатов). Основная часть диссертации изложена на 350 страницах машинописного текста, содержит 141 рисунок и 37 таблиц.
