Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Аналитический обзор 12
1.1 Состояние обеспечения безопасности при проведении высотных работ методами промышленного альпинизма 12
1.2 Особенности ведения высотных работ методами промышленного альпинизма 15
1.3 Средства индивидуальной защиты, применяемые при работе на высоте 19
1.4 Средства индивидуальной защиты, применяемые в спортивном альпинизме 23
1.5 Факторы окружающей среды, влияющие на человека при выполнении работ в гибком подвесе 24
1.6 Биомеханическое обоснование влияния индивидуальной страховочной системы на организм человека 28
Выводы 32
ГЛАВА 2 Разработка способа и исследование соответствия конструктивного устройства систем подвеса для выполнения работ в положении зависания заданной функции 35
2.1 Аналитическое обоснование выбора метода и необходимости исследования влияния индивидуальной страховочной системы на организм человека 35
2.2 Обоснование выбора метода оценки влияния индивидуальной страховочной системы на функциональное состояние организма промышленного альпиниста, работающего в положении зависания 36
2.3 Обоснование выбора метода оценки влияния индивидуальной страховочной системы на состояние кровообращения промышленного альпиниста, работающего в положении зависания 39
2.4 Разработка способа исследования влияния индивидуальной страховочной системы на организм человека при работе в положении зависания 40
2.5 Проведение эксперимента и оценка результатов исследования влияния индивидуальной страховочной системы на общее функциональное состояние организма человека 44
2.5.1 Определение состояния сердечно-сосудистой деятельности промышленного альпиниста
при зависании в индивидуальной страховочной системе 44
2.5.2 Исследование влияния индивидуальной страховочной системы на микроциркуляцию крови в нижних конечностях 49
2.5.3 Анализ субъективных ощущений работающих в положении зависания в индивидуальной страховочной системе 51
Выводы 52
ГЛАВА 3. Разработка исходных данных для проектирования защитного костюма для выполнения высотных работ методами промышленного альпинизма 54
3.1 Разработка основных параметров конструкции защитного костюма 54
3.2 Проведение выборочного антропометрического исследования фигур промышленных альпинистов 56
3.3 Эргономические исследования динамического соответствия защитного костюма 61
3.4 Исследование и разработка конструктивных параметров штрипки 66
Выводы 70
ГЛАВА 4. Разработка геометрических и биомеханических параметров специфических конструктивных элементов защитного костюма для промышленных альпинистов 72
4.1 Обоснование и разработка деталей защитного костюма 72
4.2 Определение верхней границы размещения разгрузочного конструктивного элемента и антакомпрессионной накладки на брюках защитного костюма 74
4.3 Определение геометрических и биомеханических характеристик разгрузочного конструктивного элемента 78
4.4 Расчёт геометрических параметров системы подвеса разгрузочного конструктивного элемента 88
4.5 Определение величины давления и её распределения по контактной поверхности разгрузочного конструктивного элемента и локального участка тела человека 95
4.6 Определение параметров механических характеристик балки разгрузочного конструктивного элемента 104
4.6.1 Определение расчётной прочности балки 104
4.6.2 Определение жёсткости балки разгрузочного конструктивного элемента 107
Выводы 109
ГЛАВА 5. Разработка, изготовление и оценка эффективности защитного костюма для выполнения высотных работ методами промышленного альпинизма 111
5.1 Описание защитного костюма для выполнения высотных работ методами промышленного альпинизма 111
5.2 Разработка модельной конструкции защитного костюма 113
5.3 Разработка номенклатуры показателей качества материалов на защитный костюм 118
5.4 Конфекционирование материалов для защитного костюма 121
5.5 Разработка особенностей технологической обработки специфических конструктивных элементов защитного костюма 124
5.6. Исследование эффективности разработанного конструктивного устройства защитного костюма 128
5.6.1 Определение влияния защитного костюма при зависании в нём на сердечно-сосудистую деятельность промышленного альпиниста 122
5.6.2 Определение влияния защитного костюма при зависании в нём на кровоснабжение нижних конечностей промышленного альпиниста 132
5.6.3 Определение эффективности предложенного устройства защитного костюма 134
5.7 Производственная апробация и внедрение защитного костюма 138
Выводы 132
Основные результаты и выводы по работе 140
Библиографический список 143
Приложения 153
- Факторы окружающей среды, влияющие на человека при выполнении работ в гибком подвесе
- Обоснование выбора метода оценки влияния индивидуальной страховочной системы на функциональное состояние организма промышленного альпиниста, работающего в положении зависания
- Проведение выборочного антропометрического исследования фигур промышленных альпинистов
- Определение верхней границы размещения разгрузочного конструктивного элемента и антакомпрессионной накладки на брюках защитного костюма
Введение к работе
В настоящее время, когда Россия по уровню производственного травматизма занимает одно из ведущих мест среди наиболее развитых стран мира, проблема обеспечения безопасных условий труда на производстве особенно актуальна. Среди различных отраслей народного хозяйства строительство занимает первое место по количеству несчастных случаев на производстве [1]. Одной из молодых, наиболее востребованных профессий в строительстве, связанных с повышенным риском для жизни, является профессия промышленного альпиниста. Анализ уровня обеспечения безопасности этих работ показал, что в настоящее время отсутствует нормативно-техническая база, регламентирующая условия труда данной категории работников.
Очевидно, что задача обеспечения защиты человека, выполняющего эти работы, должна решаться комплексно и важнейшее место в её решении отводится средствам индивидуальной защиты - страховочному снаряжению и специальной одежде. В данной работе под страховочным снаряжением понимается система определённым образом соединённых между собой ремней, надеваемых поверх спецодежды на тело человека, с целью защиты от падения.
В настоящее время страховочное снаряжение, применяемое для выполнения высотных и верхолазных работ в различных отраслях народного хозяйства, в спорте и при выполнении спасательных работ, не учитывает особенности выполнения высотных работ методами промышленного альпинизма в условиях длительного зависания работающего на верёвке.
Анализ средств индивидуальной защиты при работе на высоте позволил установить, что среди них отсутствует специальная одежда для рабочих, применяющих методы промышленного альпинизма. Проектирование страховочного снаряжения и специальной одежды для реальных условий их эксплуатации является сложной научной и практической задачей. Особенности
7 конструкции специальной одежды для промышленных альпинистов обусловлены применяемым способом ведения высотных работ, расположением на ней элементов страховочного снаряжения и их взаимодействием во время эксплуатации. Это диктует необходимость рассматривать элементы страховочного снаряжения и специальную одежду как единый комплекс, и в данной работе представляется целесообразным обозначить его термином «защитный костюм».
На сегодняшний день отсутствует медико-биомеханическое обоснование действия элементов страховочного снаряжения на организм человека в условиях его применения. Изучение особенностей этого взаимодействия позволит разработать комплекс мер по созданию комфортных условий труда промышленных альпинистов.
Разработка и применение защитного костюма для промышленных альпинистов позволит повысить уровень индивидуальной защиты работающего на высоте человека, увеличить время необходимого пребывания в условиях зависания на верёвке, тем самым, повышая эффективность работ и сокращая негативное влияние страховочного снаряжения на организм человека.
Целью диссертационной работы является исследование компонентов системы «человек - специальная одежда - страховочное снаряжение - окружающая среда», выявление факторов, существенно влияющих на организм человека, и разработка защитного костюма для выполнения высотных работ в пространстве с нефиксированной точкой опоры.
Для достижения сформулированной цели в работе поставлены следующие задачи: изучить условия труда промышленных альпинистов, выявить особенности работы в положении зависания, определить факторы окружающей среды; изучить факторы, оказывающие негативное влияние при использовании ИСС на общее функциональное состояние, и исследовать биомеханиче-
8 ское функционирование систем организма (кровообращения и сердечнососудистой), находящегося в положении зависания человека; - систематизировать средства индивидуальной защиты от падения с высоты, применяемые как в спортивном, так и в промышленном альпинизме, с целью выявления взаимосвязи между их назначением, конструктивным устройством и условиями эксплуатации; обосновать биомеханическое соответствие конструктивного устройства систем подвеса для выполнения работ в положении зависания заданной функции; разработать геометрические и биомеханические параметры, прочностные характеристики разгрузочного конструктивного элемента (РКЭ) защитного костюма; определить величину давления и её распределение по контактной поверхности РКЭ с локальным участком тела человека; разработать конструкцию защитного костюма для промышленных альпинистов и на опытном образце определить эффективность его использования - изучить условия труда промышленных альпинистов, выявить особенности работы в положении зависания, определить факторы окружающей среды;
Объект исследования. Компоненты системы «человек - специальная одежда - страховочное снаряжение».
Основные методы исследования.
На отдельных этапах работы использовались: метод объектно-ориентированного анализа; стандартные методы исследования общего функционального состояния организма по данным кросс-анализа вариабельности ритма сердца и лазерной доплеровской флоуметрии микроциркуляции, метод сегментирования при исследовании биомеханических характеристик тела человека; антропометрические контактные методы исследования фигур мужчин; методы математического и имитационного моделирования; методы аналитической геометрии; метод конечных элементов; статистические мето-
9 ды обработки результатов исследований и экспертной оценки. Работа реализована с применением программных продуктов операционной среды Windows 2003 и комплексной системы автоматизированного проектирования одежды «NovoCut».
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: дано биомеханическое обоснование влияния конструктивного устройства системы подвеса защитного костюма на организм человека при выполнении высотных работ методами промышленного альпинизма (патент RU 2272572 С2 МПК А61В 8/06. Способ оценки влияния конструкции предохранительного пояса на организм человека при зависании в нём на определённое время [Текст] / Н.Г. Сопельникова, Ю.В. Кобзарь. - Опубл. 27.03.2006; определены геометрические параметры и расположение разгрузочного конструктивного элемента на задних частях половин брюк защитного костюма, обеспечивающих комфортное положение работающего при зависании в гибком подвесе на основе биомеханических характеристик человека; в результате проведённого дисперсионного анализа определены функциональные зависимости между положением границ РКЭ, его размерами, положением фронтальной плоскости общего центра тяжести человека в заданной позе от роста мужских фигур типового телосложения; установлены величины давления и характер их распределения по контактной поверхности разгрузочного конструктивного элемента с локальным участком тела человека; выполнен расчёт параметров устройства подвеса разгрузочного конструктивного элемента защитного костюма, обеспечивающего комфортное состояние в положении зависания в гибком подвесе, и равномерное распределение давления по контактной поверхности
Практическая значимость работы: - предложены рекомендации для разработки конструкции защитного костюма; -разработанный инструментальный способ биомеханического обоснования влияния устройства подвеса защитного костюма на организм человека
10 может быть применён при проектировании одежды из эластичных материалов; предложены схемы технологической обработки специфических узлов и деталей защитного костюма; разработана методика определения положения фронтальной плоскости общего центра тяжести человека в позе зависания в гибком подвесе; предложены значения коэффициентов перегрузки и безопасности при зависании в гибком подвесе, характеризующие безопасное зависание промышленных альпинистов в защитном костюме; разработан и изготовлен защитный костюм для выполнения высотных работ методами промышленного альпинизма, на который поданы две заявки на изобретение в Федеральный институт промышленной собственности.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:
Всеукраинской научной конференции молодых учёных и студентов «Научные разработки молодёжи на современном этапе», Киев, 2003 г.;
2-й научно-практической конференции «Строительство в прибрежных регионах», г. Сочи, 2003 г.;
Международном семинаре под эгидой ЮНЕСКО «Теоретические, методологические и практические аспекты развития индустрии туризма на Азо-во-Черноморском побережье», г. Сочи, 2004 г.;
Межвузовских научно-практических конференциях ЮРГУЭС «Проблемы экономики, техники и технологий сервиса» г. Шахты, 2004 г.,2005 г.
Внедрение результатов исследований.
Разработанный защитный костюм для промышленных альпинистов внедрён в производство на ООО «БВН -инжениринг». Результаты диссертационной работы внедрены в учебном процессе студентов специальности 260902 (280900) «Конструирование швейных изделий» по дисциплине «Проектирование специальной одежды».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, получен Патент Российской Федерации на способ, поданы 2 заявки на изобретение в Федеральный институт промышленной собственности,
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 153 страницах машинописного текста. Состоит из введения, пяти глав, общих результатов и выводов, библиографического списка, насчитывающего 95 наименований. Содержит 70 рисунков, 27 таблиц, а также 19 приложений, изложенных на 24 страницах.
Факторы окружающей среды, влияющие на человека при выполнении работ в гибком подвесе
Применение средств индивидуальной защиты, с целью предупреждения действия на человека опасных и вредных факторов производственной среды направлено на достижение двух основных целей: - сохранение здоровья человека в процессе труда; - повышение эффективности труда. Среда, в которой промышленный альпинист выполняет производственные задания, требует применения средств защиты как от падения с высоты -основного поражающего фактора, так и от вредных производственных факторов, формируемых непосредственно характером производственного задания. Одним из важнейших компонентов в комплексе мер по обеспечению безопасных условий труда при выполнении высотных работ являются средства защиты от падения с высоты. В соответствии с [18] средства защиты работающих в зависимости от характера их применения подразделяют на средства коллективной защиты и средства индивидуальной защиты. Существующий ГОСТ [18] в качестве средств индивидуальной защиты от падения с высоты предусматривает устанавливает обязательное использование предохра 20 нительных поясов, тросов, ручных захватов, манипуляторов, наколенников, налокотников, наплечников. Основным средством, страхующим работающего от падения с высоты, является предохранительный пояс. Анализ нормативно-технической документации на выполнение высотных работ, позволил установить, что в настоящее время в РФ действует нормативно-техническая документация на средства индивидуальной защиты от падения с высоты [15-19]. Согласно [14, 15], пояса предохранительные, используются в строительстве для предотвращения падения человека с высоты или его эвакуации из опасных зон при производстве строительно-монтажных, ремонтно-восстановительных или других видов работ; источник [16, 17, 19,20] распространяет требования на пояса предохранительные, предназначенные для обеспечения безопасности работ на высоте, в том числе на воздушных линиях электропередачи, электрических и атомных станциях, контактных сетях других энергетических и высотных сооружениях. Оба источника устанавливают по основным позициям одинаковые технические требования и конструктивное устройство, согласно которому пояса классифицируются на безлямочные и лямочные. Лямочные пояса могут быть выполнены как с наплечными лямками, так и с наплечными и набедренными лямками. Конструкция предохранительного пояса непосредственно связана с его назначением и зависит от вида выполняемых трудовых операций. Взаимосвязь между трудовыми операциями, назначением и конструкцией предохранительного пояса, на которые распространяются технические условия [14, 15], представлена в табл. Б.1 приложения Б. Результаты анализа средств индивидуальной защиты от падения с высоты, определяемых требованиями [16,17,19], по их функциям и устройству представлены в табл. Б.2. приложения Б. По своему устройству страховочная привязь близка к лямочным предохранительным поясам с наплечными и набедренными лямками, а аналог удерживающей привязи - безлямочный предохранительный пояс. Как видно из представленного в таблицах материала, в нормативно-технической документации отсутствует единая терминология на средства индивидуальной защиты от падения с высоты, что создаёт определённые трудности как в классификации, так и в разграничении их функций. Поэтому далее предлагается объединить все средства индивидуальной защиты от падения с высоты под общим термином «индивидуальная страховочная система (ИСС)». Изучив конструктивное устройство ИСС, их прочностные характеристики условия использования, приведённые в источнике [20, 21, 22], характер трудовых операций установлено, что их основными функциями являются: - удерживание работающего на рабочем месте при выполнении трудовых операций, с целью предотвращения свободного падения; - страховка и экстренная эвакуация работника; - поддерживание тела человека во время падения и после него. Таким образом, нами установлено, что конструкция ни одной из существующих индивидуальных страховочных систем не предназначена для выполнения трудовых операций при зависании в ней на верёвке работающего промышленного альпиниста, а соответственно не может обеспечить безопасных и комфортных условий для выполнения высотных работ методами промышленного альпинизма. Схема взаимосвязи функций ИСС и их конструктивного устройства представлена на рис 1.6. Изучение условий труда промышленных альпинистов, позволило нам установить, что, выполняя производственное задание, работающий применяет две технологии: альпинистскую технологию страховки и технологию исполнения производственного задания. Используемые технологии формируют две группы вредных производственных факторов. К первой группе относятся факторы, связанные с работой на значительной высоте в гибком подвесе, ко второй — факторы, связанные с характером производственного задания. Основным средством защиты от вредных производственных факторов, формируемых характером производственного задания, являются средства индивидуальной защиты, среди которых важная роль отводится специальной одежде.
В настоящее время в РФ специальной защитной одежды для промышленных альпинистов, выделенной в отдельный класс, не существует. Вместо неё используется спортивная, охотничья, военная одежда. Анализ существующей нормативно-технической документации на средства обеспечения безопасности при ведении высотных работ выявил, что в настоящее время не разработаны ни специальная одежда для выполнения высотных работ методами промышленного альпинизма (как отдельный вид), ни комплекс требований к ней.
Обоснование выбора метода оценки влияния индивидуальной страховочной системы на функциональное состояние организма промышленного альпиниста, работающего в положении зависания
Исследование существующих методов оценки функционального состояния организма, реакции на стресс, имеющий место при исполнении высотных работ и зависании в ИСС, а также его адаптационные резервы [43, 44], позволило установить, что наиболее полно его можно оценить, применяя методику исследования деятельности сердца [45]. Изменение ритма сердца является реакцией организма на различные раздражения внешней и внутренней среды. Отклонения, возникающие в системах, регулирующих ритм сердца, являются ранними признаками неблагополучия здоровья работающего. Сердечный ритм служит индикатором этих отклонений. Изменения сердечного ритма - универсальная оперативная реакция целостного организма человека на любое воздействие внешней среды.
Исследование вариабельности ритма сердца позволит количественно определить влияние на организм человека комплекса действующих на него факторов - физических, психических, а в конкретном случае действие ИСС или защитного костюма на организм работающего промышленного альпиниста.
В норме основное моделирующее действие на сердечный ритм оказывает центральная нервная система (ЦНС), которая в свою очередь контролирует вегетативную нервную систему (ВНС). Симпатический отдел ВНС стимулирует деятельность сердца, а парасимпатический - угнетает. В состоянии внутреннего и внешнего комфорта организма человека будет преобладать уровень активности парасимпатического отдела. ЦНС контролирует соотношения действия симпатического и парасимпатического отделов ВНС по механизму обратной связи, поэтому в указанной ситуации действие симпатического отдела ВНС будет угнетено. Наиболее корректно оценивать мощность и волновую структуру колебательного процесса, используя методы спектрального анализа. В соответствии с рекомендациями, изложенными в Международном Стандарте 1996 года [45], при оценке адаптационных возможностей организма целесообразно ориентироваться на показатель общей мощности спектра (ТР), показатели высокочастотных (HF) и низкочастотных колебаний (LF), отражающие, соответственно, влияние парасимпатического и симпатического отделов вегетативной нервной системы, и вклад очень медленных колебаний (VLF-компонент), обусловленных повышенным уровнем гормонов в крови, как ответной реакцией на стрессовую ситуацию [40]. Количественно судить об изменении сердечного ритма можно по колебаниям активности отделов ВНС. Волны, обусловленные колебанием симпатического отдела, порождают изменения сердечного ритма с частотой 0,04-0,15 Гц. Колебания активности парасимпатической системы вызывают изменения сердечного ритма с частотой 0,15-0,4 Гц и более. Таким образом, баланс симпатических и парасимпатических влияний позволяет количественно судить об изменениях сердечного ритма в ответ на воздействие различных факторов окружающей среды. На состояние кровообращения существенное влияние оказывает активность как циркулирующих в крови гормонов, так и тканевых гормонов. Такая система регуляции кровообращения называется гуморалыю-метаболической, и ее регулирующее воздействие связано со следующей активностью тканей: одно колебание в минуту и реже, что соответствует диапазону частот менее 04 Гц - очень медленные волны (VLF). Изменение в данном спектре в сторону увеличения частоты колебаний свидетельствует об истощении адаптационных резервов в организме. Одним из важнейших показателей деятельности сердца является общая мощность спектра частот, характеризующих вариабельность ритма сердца, ТР (Total power) - мощность в диапазоне 0,003 + 0,40 Гц, снижение которой свидетельствует о стрессовом воздействии окружающей среды на организм человека. Очевидно, что процессы, происходящие в организме человека, отражаются на частоте сердечных сокращений (ЧСС), которая позволяет судить об изменениях в самочувствии человека. Исходя из вышесказанного, оценку функционального состояния человека при зависании в ИСС в данной работе предлагается оценивать по изменению следующих показателей: - общей мощности спектра, ТР; - вклада VLF- компонента в общую мощность спектра; - соотношения симпатических и парасимпатических влияний (баланс) LF/HF на сердечный ритм; -частоты сердечных сокращений, ЧСС. Обоснование выбора метода оценки влияния индивидуальной страховочной системы на состояние кровообращения промышленного альпиниста, работающего в положении зависания
В результате анализа существующих способов оценки кровоснабжения, особенностей движения крови по различным сосудам [46, 47], установлено, что наиболее информативным, технически исполнимым, применительно к заданным условиям является метод лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ). Данный метод позволяет дать объективную, точную оценку особенностей текущего функционального состояния капиллярного русла нижних конечностей при ранних патологических процессах. Метод является объективным, точным, воспроизводимым и высокочувствительным по отношению к малейшим изменениям кровотока.
Сущность метода заключается в зондировании ткани лазерным излучением, обработка отражённого от ткани излучения основана на эффекте Доплера, в ходе исследования осуществляется регистрация потока крови в капиллярном русле - флоуметрия [46]. Глубина зондируемого слоя, который содержит структуры капиллярного русла кровообращения, составляет 0,5 + 2 мм. Отражённые от эритроцитов сигналы определяют результирующий ЛДФ-сигнал, пропорциональный изменению потока крови, который в свою очередь меняется в результате сдавливания сосудов набедренными лямками ИСС и уменьшения их диаметров. Результат флоуметрии пропорционален скорости и количеству эритроцитов и может быть представлен выражением: где ПМ - показатель циркуляции крови в капиллярах (перфузия); Ыэр -количество эритроцитов; Vcp - средняя скорость эритроцитов в зондируемом объёме.
Результат исследования регистрируется в виде ЛДФ-граммы, амплитуда сигнала на выходе определяется числом и скоростью эритроцитов. Другой показатель состояния кровообращения - среднее колебание перфузии а характеризует временную изменчивость перфузии. Согласно [42], показатели ПМ и о связаны прямой зависимостью. Исследование изменения данных показателей позволит достоверно судить о состоянии движения крови в нижних конечностях испытуемого.
Проведение выборочного антропометрического исследования фигур промышленных альпинистов
Необходимость выполнения производственных заданий на высоте при длительном зависании ставит задачу разработки защитного костюма, обеспечивающего комфортное, работоспособное положение человека при выполнении производственного задания.
Исходя из условий эксплуатации, очевидно, что специальная одежда и одеваемая поверх неё ИСС являются единым комплексом средств защиты промышленного альпиниста при работе на высоте.
Как показали наши исследования, желательно отказаться от применения ИСС как устройства, используемого для зависания в ходе выполнении работ методами промышленного альпинизма. В то же время ИСС должна обеспечивать защиту промышленного альпиниста в соответствии с ее назначением (защита работающего от падения и при срыве с высоты). В связи с этим дальнейшее рассмотрение ИСС будет производиться только в едином комплексе - «защитный костюм - страховочное снаряжение» и отдельному исследованию не подлежит.
Согласно [18], специальная одежда должна защищать работающих от вредных производственных факторов, неблагоприятных воздействий производственной среды, удовлетворять гигиеническим требованиям и отличаться высокой надёжностью. Как было установлено в главе 1, все негативные факторы, оказывающие влияние на промышленного альпиниста, можно условно разделить на две группы: в одной из них факторы, связанные с нахождением промышленного альпиниста на высоте, в другой - факторы, формируемые характером производственного задания. Нами доказано, что преобладающим поражающим фактором является высокое давление на ноги работающего, со стороны набедренных лямок ИСС. Поэтому в защитном костюме необходимо предусмотреть расположенные на нём конструктивные элементы, устраняющие их негативное влияние. При выборе вида специальной одежды необходимо руководствоваться тем условием, что поверх неё промышленные альпинисты одевают ИСС, состоящую из поясного ремня, набедренных лямок и грудной обвязки, которые плотно охватывают соответствующие участки тела, вызывая замины, задирание и перемещение деталей и краёв одежды. На основе выше перечисленных факторов и предпочтений промышленных альпинистов, выявленных в ходе социологического опроса, целесообразным будет использование комбинезона. В дальнейшей работе термин «защитный костюм» предполагает комплексное использование комбинезона и ИСС, надеваемой сверху. В соответствии с [51] и результатами исследований сформулированы общие требования к проектированию защитного костюма для промышленных альпинистов: - возможность зависания работающего в гибком подвесе без ущерба для здоровья; - соответствие прочностных свойств, обеспечивающих целостность деталей комбинезона, действию возникающих статических нагрузок при зависании; - защита кожных покровов работающего от прямого контакта со строительными материалами, техническими жидкостями и препаратами различных химических групп, препятствие проникновению пыли в пододёжное пространство; - формирование комфортного микроклимата в пододёжном пространстве. Для проектирования защитного костюма необходимо выполнить ряд антропометрических исследований фигур промышленных альпинистов, позволяющих выявить наиболее часто встречающуюся типовую фигуру, определить величины рациональных значений конструктивных прибавок, выявленных на основе выделения и изучения характерных трудовых движении и поз, подобрать рациональный пакет материалов с заданными свойствами. В комплексе все обозначенные исследования позволят разработать рациональную конструкцию, защитного костюма, а в дальнейшем разработать дополнительные конструктивные элементы, обеспечивающие удобство эксплуатации костюма. При разработке защитного костюма необходимо установить величины ведущих размерных признаков, на которые целесообразно ориентироваться, учитывая особенности физической подготовки промышленных альпинистов. С этой целью были проведены антропометрические исследования, позволяющие определить наиболее часто встречающиеся значения ведущих размерных признаков фигур промышленных альпинистов. Исследование осуществлялось с учётом следующих ограничений: - возраст 25 -30 лет; - соответствующая физическая подготовка данной категории испытуемых виду выполняемых работ. Для определения объёма достоверной выборки произведена случайная выборка малого объёма в количестве 10 человек. Известно, что для мужчин ведущими размерными признаками являются рост (Р), обхват груди третий (Огз), обхват талии (От). Результаты этих измерений обработаны методами математической статистики в соответствии с [52] применительно к случайной выборке малого объёма и представлены в В результате расчётов установлено, что объем достоверной выборки для достижения 95% надежности результатов статистического анализа составляет 124 человека. Результаты измерений по достоверной выборке объемом 124 человека приведены в приложении Д в табл. Д. 1 (данные отсортированы по росту). Экспериментальные данные измерений фигур мужчин были обработаны принятыми в антропометрии методами вариационной статистики по стандартным программам. Таким образом, были рассчитаны математическое ожидание, дисперсия, коэффициент асимметрии и эксцесс для рядов роста, обхвата груди 3, обхвата талии, а также парные значения ковариации и коэффициента корреляции с рядами. Результаты расчетов приведены в табл. 3.3.
Определение верхней границы размещения разгрузочного конструктивного элемента и антакомпрессионной накладки на брюках защитного костюма
Результаты проведённых исследований, представленные в главе 2, позволили установить, что при работе в положении зависания с применением ИСС с шириной набедренных лямок 9 см, которые являются поверхностью опоры, возникает сдавливание паховой области и внутреннего участка бедра работающего силой более 33,3 кПа. Полученная величина в 6,3 раза превышает величину давления, допустимого для данного участка тела [35].
При разработке конструктивных элементов защитного костюма для промышленных альпинистов необходимо решить следующие задачи: 1) снизить величину давления на ноги работающего, увеличив площадь опорной поверхности устройства для зависания на веревке; 2) переместить опорную поверхность на участок тела с большей величиной допустимого давления, т.е. на область ягодиц; 3) устранить травмирующее воздействие набедренных лямок ИСС на внутреннюю поверхность бедра и паховую область, разместив точки подвеса на участках бокового шва брюк. Для решения поставленных задач в работе предлагается ввести в конструкцию задних частей брюк защитного костюма разгрузочный конструктивный элемент (РКЭ), воспринимающий в момент зависания в гибком подвесе статическую нагрузку, создаваемую весом работающего, и позволяющий разгрузить набедренные лямки ИСС. Для снижения давления строп подвеса РКЭ к верёвке на внешнюю поверхность бедра на соответствующем участке передней части брюк целесообразно разместить антикомпрессион 73 ные накладки, состоящие из клапана и упругого и поливинилхлоридного вкладыша. Геометрические и биомеханические характеристики РКЭ и антиком-прессионых накладок должны обеспечивать промышленному альпинисту зависание в гибком подвесе в позе «сидя» без возникновения вращающего момента и с сохранением заданной позы без мышечного усилия, создавая давление в зоне контакта с ягодицами в пределах допустимой величины [30], К определяемым геометрическим и биомеханическим характеристикам разгрузочного конструктивного элемента относятся его размеры, положение на защитном костюме относительно фронтальной плоскости общего центра тяжести тела человека, находящегося в заданной позе, давление со стороны РКЭ на локальный участок тела человека. Ранее авторами [62, 63] были предложены варианты размещения ремней на специальной одежде. Изучение особенностей их топографии на одежде позволяет сделать вывод, что они не имеют достаточной площади опорной поверхности, сохраняют прежнюю схему действия нагрузок на паховую область и внутреннюю поверхность бедра работающего и не обеспечивают для работающего фиксированного и комфортного положения в позе сидя при зависании в гибком подвесе. Таким образом, для решения поставленных выше задач необходимо разработать и исследовать геометрические и биомеханические характеристики РКЭ защитного костюма. С этой целью следует: - определить на задних частях брюк участок размещения РКЭ; - определить расположение точек прикрепления строп на участке бокового шва РКЭ брюк и точек прикрепления стоп к основной верёвке на линии талии, обеспечивающие относительно комфортное, работоспособное положение тела промышленного альпиниста при зависании. Для выполнения вышеперечисленных условий необходимо провести исследования, определяющие положение РКЭ на задних частях брюк и антикомпрессионных накладок на передних, а также определить их геометрические и биомеханические характеристики. Для определения геометрических и биомеханических параметров разгрузочного конструктивного элемента необходимо рассчитать его положение на задней части брюк защитного костюма. Представляется очевидным, что для достижения устойчивого, работоспособного положения человека в позе сидя при зависании на верёвке существенное значение имеет положение опорной поверхности человека относительно его общего центра тяжести (ОЦТ) в заданной позе. Следовательно, необходимо решить две задачи: - определить границы опорной поверхности на теле человека и соответствующего ему участка задней части брюк защитного костюма; - определение положения ОЦТ человека в заданной позе. Для установления верхней границы размещения РКЭ на задних частях брюк был применён метод отпечатка. Положение нижней границы опорного ремня рассчитывается исходя из условий устойчивого положения работающего человека в позе сидя при зависании на верёвке. Для определения зависимости между положением верхней границы отпечатка и типовыми значениями ведущих размерных признаков было произведено измерение 31-й фигуры мужчин, чьё телосложение соответствовало телосложению альпинистов и промышленных альпинистов. Исследования проводились по следующей схеме: для фиксации верхней границы отпечатка использовались два слоя ткани, причём на нижний был нанесён порошок, имеющий цвет, контрастный цвету верхнего слоя ткани. На фигуре измеряемого фиксировалась рельефная лента на уровне линии бёдер. При сидении на твердой горизонтальной поверхности, с размещённой на ней тканью на обратной стороне верхней ткани отмечался след ленты, установленной на линии бёдер (Лб) и верхняя граница отпечатка (Ло), значение расстояния между ними является необходимым для установления зависимо 75 сти между положением верхней границы отпечатка и типовыми значениями размерного признака «Рост».
