Введение к работе
Актуальность проблемы В результате последних 10 лет сложилось критическое положение с обеспечением рабочих, как, в общем, всех отраслей промышленности, так и, в частности, металлургов, качественной спецодеждой Это внесло свой вклад в комплекс нерешенных проблем по охране труда, которые привели к увеличению числа случаев травматизма и профессиональных заболеваний Так, например, по данным Министерства труда РФ в черной металлургии в неблагоприятных условиях труда занято 36,8% работающих, в цветной - 32,1%
В связи с ростом объемов производства в металлургической и металлообрабатывающей промышленностях, в настоящее время существенно увеличилась потребность в индивидуальных средствах защиты рабочих-металлургов На данный момент в Казахстане выпускают готовую продукцию металлургические заводы-гиганты, которых насчитывается порядка 10, а также око то 70 мелких предприятий «литейки» только по городу Алматы
Вопросами разработки специальной одежды занимается ОАО Центральный паучно-иссіедовательский институт швейной промышленности (ЦНИИШП) (Россия), но научные разработки и опыт были востребованы ограниченно Однако специалисты лаборатории продолжают вести поисковые работы по всем направлениям создания спецодежды К сожалению, в Казахстане до настоящею времени нет ни одного государственного предприятия, которое бы занималось исследованиями и разработкой создания спецодежды, хотя промышленность Республики развита на высоком уровне
Правительством уделяется большое внимание охране труда рабочих, о чем свидетельствуют принятые законы «Об охране труда в РК», направленные на создание условий, соответствующих требованиям сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности В настоящее время
на рынке появились масса фирм по произведетву спецодежды, как правило, разрабатывающих продукцию по упрощенным техническим условиям, в которых не регламентируются требования безопасности работающих В результате, с учетом «Типовых отраслевых норм бесплатной выдачи рабочим и служащим специальной одежды», выдаваемая металлургам специальная одежда из шерстяных волокон не удовлетворяет по своим эксплуатационным свойствам требованиям потребителя
Не отвечает эксплуатационным требованиям и специальная одежда, изготовленная из синтетических гканей и обработанная огнезащитными ан-типиренами Они, по сравнению с суконными тканями, имеют невысокую поверхностную плотность, так что при небольшой плотности тепловою потока прогорают полностью Соответственно, такие ткани приходят в негодность быстро, в течение одної о месяца, что делает невозможным их применение для защитной одежды металлургов
Несмотря на актуальность проблемы, решалась поставленная задача, а именно проблема повышения эксплуатационной надежности материалов для специальной одежды металлургов, не на должном уровне Проведенные нами исследования по предприятиям металлурі ических заводов РК позволили установить, чго на всех предприятиях, в связи с переходом их на частную форму собственности, руководсгво заинтересовано приобретать специальную одежду по заниженной цене, а значит, не отвечающую гребованиям
При изучении условий труда и топографии износа специальной одежды нами было установлено, что на металлургических заводах поверхностная плотность теплового потока на четыре порядка выше поверхностной плотности теплового потока, регламентируемой ГОСТ 12 4 221-2002 В связи с этим, после эксплуатации металлургом специальной одежды, защитный шерстяной костюм становится полностью непригодным к его повторному применению Создание предпосылок проектирования специальной одежды
для металлургов требует как теоретических проработок, так и базирующихся на них практических решениях При этом важное теоретическое и методологическое значение имеют работы западных ученых - М Брасса, Д Камино, С Боврбигов, Р Делобел
Теоретические и практические аспекты данной проблемы нашли отражение и в работах ученых стран СНГ - Е Кобляковой, Е Меликова, В Романова, И Савельевой, Е Сурженко, 3 Чубаровой, Б Колесникова и др Современный процесс изготовления специальной одежды базируется на малоэффективной и трудоемкой технологии, не обеспечивающей заданного уровня качества и эксплуатационной надежности В значительной степени это связано с отсутствием (в производстве изготовления и проектирования одежды специального назначения) фундаментальных исследований по разработке высокоэффективных методов проектирования новых композиционных материалов с регулирующими свойствами, а также с отсутствием теоретических и практических разработок по повышению эксплуатационной надежности и рациональных пакетов проектирования одежды
Работа включает научные результаты, полученные в рамках выполненных в 2004-2006 годах в Алматинском технологическом университете ряда плановых тем ГНИР, по которым автор являлся ответственным исполнителем
Изложенное выше предопределило выбор темы, цель и задачи диссертационного исследования
Целью работы является развитие теоретических основ и методологии проектирования новых видов специальной одежды на основе получения новых композиционных материалов, обеспечивающих повышение качества и эксплуатационную надежность защитных костюмов для работников металлургической промышленности
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие задачи
теоретические исследования по развитию методологических основ проектирования специальной одежды, в том числе
теоретическое и экспериментальное исследование физико-механических факторов, воздействующих на спецкостюм рабочего,
изучение механизма повреждения поверхности ткани под воздействием различных поражающих факторов,
разработка математической модели оптимизации параметров формирования рационального ассортимента спецодежды металлургов,
исследование процессов термического превращения новых огнезащитных материалов,
развитие теоретических основ проектирования новых материалов для специальной одежды на основе разработки математических моделей процесса их получения, позволяющих оптимизировать структуру материалов и режимы соединения обработанных тканей, а также проектировать композиционные материалы с заданными свойствами,
теоретическое обоснование и практическая реализация способа повышения износостойкости отдельных частей костюма на основе изучения топографии его износа,
исследование влияния углов наклона соответствующих частей одежды на их защитные свойства,
установление рациональных конструктивных припусков защитных костюмов для металлургов на основе изучения эргономического соответствия
Объектами исследования являются условия труда рабочих металлургической и металлообрабатывающей промышленности, существующие специальные костюмы для металлургов и материалы, предназначенные для их производства
Методы и средства исследований. В работе используются общая методология системного подхода к проектированию спецодежды, методы математической статистики и теории решения задач в области кинетики разрушения материалов, методы и средства изучения процессов терморазрушения, включая скоростную и видеосъемку полета расплавленной капли металла, оригинальные методы и средства исследования ряда свойств материалов и паке га одежды
Научная новизна. В работе предложена новая концепция проектирования спецодежды на основе приложения теоретических основ процессов горения к методологии проектирования новых видов огнезащищенных материалов из отечественного сырья, обеспечивающих высокие эксплуатационные свойства специальной одежды для рабочих металлургической промышленности
Впервые получены следующие результаты: В ходе научных исследований сформированы новые положения, выводы и рекомендации, наиболее существенные из которых следующие
- теоретически обоснована возможность экономической целесообразности применения новых композиционных материалов, повышающих эксплуатационную надежность спецодежды,
разработан новый подход к процессу проектирования специальной одежды с применением теоретических и практических положений о теплофизических явлениях на границе сред, возникающих в условиях работы металлургов,
раскрыт механизм взаимодействия поверхности материалов спецодежды с основными вредными, поражающими факторами (ОВПФ),
- разработаны классификационные признаки опасных и вредных производственных факторов, воздействующих на металлурга, позволяющие упорядочить структурированное описание различных видов воздействий на рабочего,
разработаны геометрическая и алгоритмическая модели формирования ассортимента специальной одежды, обеспечивающие функционирование целостной многоуровневой системы проектирования защитных костюмов,
установлено теоретически, и экспериментально проверено, что в процессе контакта расплавленного металла и поверхности материала происходят процессы термического разрушения,
развиты теоретические основы проектирования композиционных материалов для специальной одежды,
на основании экспериментальных исследований и теоретических обобщений показано, чго предохранение ткани от разрушения при контакте с жидким металлом возможно путем нахождения компонентов, образующих огнезащитный состав, который предотвращает поражение поверхности костюма за счет создания относительно гладкой поверхности и протекания процессов термических превращений этого состава карбонизации и вспучивания,
получены разновидности огнезащищенных тканей, обработанных огнеэа-щитными составами, которые рекомендуются для изготовления спецодежды как в качестве основной тьани СшП-1, так и в качестве защитных накладок КТП-1,
разработаны устройство для определения прочности соединения огнезащитной пропитки с тканью, позволяющее оценить качество новых материалов, и устройство, имитирующее модель расплавленной капли, поражающей поверхность ткани, расположенной под некоторым углом,
исследовано влияние углов наклона соответствующих частей одежды на их защитные свойства,
установлены рациональные конструктивные припуски защитных костюмов для металлургов на основе изучения эргономического соответствия,
- разработаны усовершенствованные варианты конструкций защитных костюмов для металлургов применительно к использованию новых огнезащитных материалов в системе автоматизированного проектирования COAT
Принципиальная новизна разработанных в ходе выполнения работы огнезащитных материалов, методов построения конструкций и устройств, а также образцов изделий подтверждается следующими свидетельствами и патентами на изобретения РК № 10848, 17854, 17545 и положительными решениями от 29 05 2006 на заявку № 2005/1257 1, от 10 05 2006 № 2005/0908 1, на промышленный образец № 618
Научно-теоретические и практические выводы, обоснованные в диссертационном исследовании, используются при подготовке специалистов по технологическим специальностям швейного производства в АТУ, а именно при разработке Государственных общеобязательных стандартов образования РК «Образование высшее профессиональное Бакалавриат Магистратура По специальности 050726 Технология изделий и товаров текстильной и легкой промышленности», при разработке авторских курсов «Специальная технология», «Компьютерное моделирование одежды», «Методы и средства исследований»
Апробация практических результатов работы. Апробация разработанных новых видов огнезащитных тканей из отечественного сырья проведена на суконном комбинате АО «Каргалы» (Алматы) Технология изготовления новых специальных защитных костюмов для металлургов апробирована на ТОО швейная фабрика «НИКА» (Алматы) Положительные отзывы от внедрения новых специальных костюмов получены непосредственно от потребителей - металлургов ДТП ВНИИЦветмет (Усть-Каменогорск)
Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на 1-ом Инновационном Конгрессе Казахстана «Взаимодействие вузовской, академической, отраслевой науки с ин-
статутами развития и бизнесом» (Алматы, 2004 г ) и на следующих международных научно-практических конференциях
«Проблемы и перспективы развишя современных технологий в легкой и текстильной промышленности» (Алматы, 2000 г),
«Инновационные технологии теория и практика» (Алматы, 2004 г ),
«Стратегия развития пищевой и легкой промышленности» (Алматы, 2004г),
«Пути повышения конкурентоспособности и безопасности продукции пищевой и легкой промышленности» (Алматы, 2005 г ),
«Современные проблемы и инновации в области экономики и технологии» (Алматы, 2006 г )
Публикации. Всего по материалам диссертации опубликовано 50 работ во всесоюзных и казахстанских журналах, межвузовских сборниках научных трудов и других изданиях, одном каталоіе-справочнике, материалы также представлены четырьмя предпатентами на изобретение и одним пред-патентом на промышленный образец
Личное участие автора в получении изложенных в диссертации результатов. Постановка задач, выбор методов и направления исследований, анализ и обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы диссертации принадлежат автору Проведение экспериментальных исследований в области испытаний и получения новых композиционных огнезащитных материалов осуществлялось автором, а также магистрантами специальности «Технология и конструирование швейных изделий» непосредственно под ее руководством или при ее участии Автор также принимал участие в конструкторско-технологической подго говке промышленного производства, в организации и анализе результатов опытной носки разработанных спецкостюмов для Металлургов
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти і лав,'заключения, библиографического списка из 189 наименований ра-
бот, а также 4 приложений Основная часть диссертации изложена на 319 страницах машинописного текста, в число которых входят 68 рисунков, 41 таблицы
