Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ исходной информации для постановки задачи проектирования утепленной специальной одежды для работающих в нефтедобывающей отрасли южного региона России
1.1 Анализ климатических условий южного региона России
1.2 Анализ производственных условий труда нефтяников
1.3 Анализ ассортимента специальной одежды для нефтяников и конструкции пакета материалов
1.4 Физиология теплообмена человека
1.5 Анализ эргономических показателей системы «человек - одежда - производственная среда»
Выводы
Глава 2 Разработка научно-обоснованных требований к специальной одежде работающих в нефтедобывающей отрасли
2.1 Маркетинговые исследования предпочтений пользователей спецодеждой для нефтяников
2.2 Исследование условий труда на нефтедобывающих предприятиях юга России
2.3 Исследование основных движений работающих и обоснование динамических приростов к размерным признакам фигур
2.4 Формирование требований к специальной одежде работающих в нефтедобывающей отрасли
Выводы
Глава 3 Исследование механизмов формирования теплоизоляции специальной одежды для защиты работающих от пониженных температур и выбор оптимального пакета материалов 60
3.1 Расчет теплоизоляции комплекта средств индивидуальной защиты для работающих в нефтедобывающей отрасли южного региона России 60
3.2 Оценка эффективности теплоизоляционных свойств воздухопроницаемости материалов 65
3.3 Влияние свойств современных текешльных материалов на состав многослойного пакета комплекта материалов и на обеспечение жизнедеятельности нефтяников 75
3.4 Разработка метода для оценки паропроницаемости материалов 82
Выводы 86
Глава 4 Разработка технологии проектирования рациональной конструкции защитной одежды для работников нефтедо бывающей отрасли 87
4.1 Выбор способа построения чертежей конструкции для целей проектирования специальной одежды для нефтяников 87
4.2 Оптимизация конструкции специальной одежды с регулируемыми теплофизическими параметрами 91
4.3 Реализация принципов модульного проектирования и сттстемного подхода при решении задачи оптимизации целевой функции 98
Выводы 116
Глава 5 Результаты исследования специальной одежды для работающих в нефтедобывающей отрасли 117
5 .1 Результаты исследования специальной одежды в климатиче ской камере 117
5.2 Результаты исследования спецодежды в опытной носке 119
5.3 Экономическая эффективность проектируемых комплектов 121
Выводы 125
Заключение 126
Список использованных источников 128
Приложения
- Анализ производственных условий труда нефтяников
- Исследование условий труда на нефтедобывающих предприятиях юга России
- Оценка эффективности теплоизоляционных свойств воздухопроницаемости материалов
- Оптимизация конструкции специальной одежды с регулируемыми теплофизическими параметрами
Введение к работе
Мировой опыт показывает, чго сегмент рынка специальной одежды во всех странах является наиболее устойчивой нитей, в которой задействованы
интеллектуальные и материально-технические ресурсы. Как правило, оп остается под контролем и защитой государства. В этом секторе экономики создаются необходимые условия для приоритетного участия национальных производителей, так как он связан с обеспечением безопасности страны и здоровья нации. Вредные и опасные условия тр\да, производственный травматизм и профессиональные заболевания приводят к ухудшению экономического положения и демографической ситуации в нашей стране.
Нефтехимический бизнес является преобладающим в современных экономических отношениях, а обеспечение отраслей топливно-энергетического комплекса защитной одеждой - задачей актуальной, в значительной степени определяющей высокую производительность труда.
Контингент работающих в нефтедобывающей отрасли юга России выполняет технолої ичеекие задачи в холодный период времени, находясь круї-лосуточно на открытом воздухе, что требует обеспечения утепленной спецодеждой с высокими теплозащитными параметрами в целях защиты от охлаждения и создания комфортных условий жизнедеятельности. В таких случаях проектирование специальной одежды, соответствующей реальным условиям эксплуатации и обоснованным требованиям, является наиболее актуальным для сохранения жизни и здоровья, а также обеспечения работоспособности.
За последнее десятилетие в России наблюдается устойчивая тенденция мобильного ооновления ассортимента специальных видов одежды, связанных с появлением современных тканей и материалов с новыми защитными и гигиеническими свойствами, что побуждает искать новые эффективные научные решения по совершенствованию методов промышленного проектирования.
Отечественная наука накопила значительный опыт в вопросах теплоизоляции спецодежды (Колесников П.Л., Афанасьева Р.Ф., Кощеев B.C.), конструирования и промышленного проектирования (Коблякова Е.Б, Романов В.Е., Кокеткин П.П.), антропологических исследований динамики движений (Сур-женко Е.Я., Фаритова Л.Х.), исследований свойств материалов для спецодежды (БузовБ.А., Гущина К.Г, Беляева С.А.) по результатам научно-исследовательских работ ЦШ4ИШП, МГУДТ, РосЗИТЛП, НИИ медицины труда РАМН.
Однако анализ существующих средств индивидуальной защиты (СИЗ) в нефтедобывающей отрасли показывает, что спецодежда не отвечает реальным условиям ее эксплуатации. Создаваемая спецодежда не отвечает требованиям комплексной защиты от вредных производственных факторов: сырой нефти и нефтепродуктов, воды, накопления статического электричества, влияния климатической среды в диапазоне условий эксплуатации. Отсутствуют сведения об основных производственных позах и движениях, выполняемых в течение рабочей смены основными категориями работающих с учетом энерготрат.
Таким образом, в связи с неоднородностью климатических условий юга России и переменными интенсивными нагрузками, проектирование комфортной теплозащитной спецодежды, обеспечивающей тепловое равновесие организма, представляет собой сложную задачу. В такой одежде должна сочетаться невысокая масса и высокие теплозащитные свойства, малая воздухопроницаемость и достаточная влагопроводность, необходимая для обеспечения вла-гообмена человека с окружающей средой.
В связи с этим большое значение приобретает проектирование спецодежды с необходимой теплоизоляцией за счет оптимального выбора пакета материалов с определенными теплофизттческими свойствами и рациональными конструктивными принципами построения теплозащитной одежды для нефтедобывающей отрасли южного региона России.
Целью диссертационной работы является разработка технологии модульного проектирования специальной одежды с регулируемыми теплофизическими параметрами для защиты работников нефтедобывающей отрасли южного региона России от пониженных температур.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
получение исходной информации для проектирования спецодежды и формирование информационного блока;
формирование номенклатуры требований, предъявляемых к теплозащитной одежде с учетом реальных условий эксплуатации;
установление взаимосвязи теплоизоляции комплекта с его толщиной, воздухопроницаемостью внешнего слоя, эперготратами и климатическими условиями;
разработка технологии формирования конструкции пакета материалов с регулируемыми теплофизическими параметрами путем выбора видов предметов одежды и съемных конструктивных элементов;
расчет теплопотерь, необходимой теплоизоляции и толщины комплекта, времени допустимого непрерывного пребывания на холоде;
исследование способов построения чертежей конструкции спецодежды;
установление величин прибавок и приращений к размерным признакам в целях обеспечения эргономичностн конструкции в статике и динамике.
Объект исследований. Компоненты системы «человек - спецодежда — окружающая среда».
Методы исследования. В работе используются общая методология системного подхода к проектированию спецодежды, методы и средства эргономической биомеханики, мегоды маркетинговых исследований, системно-структурного анализа и модульного проектирования спецодежды.
Методической основой исследования является системно-структурный анализ, методы сравнений, физические теории механизмов теплоизоляции, статистическая обработка результатов экспериментов, метод согласованности с общими тенденциями проектирования спецодежды. Исследования проведены с позиций модульного проектирования, на основе теории разработки баз данных математического моделирования, теорий стандартизации и методов унификации.
Информационно-теоретической базой диссертации послужили труды отечественных и зарубежных ученых по исследуемой проблеме, нормативно-техническая документация, справочная литература, материалы периодической печати, результаты научно-исследовательских работ, отчетов ЦНИИШТТ, методические рекомендации НИИ медицины труда РАМН.
В работе использованы теоретические положения САПР, основные теоретические и практические положения конструирования и конструктивного моделирования.
"Научная новизна. Впервые установлены реальные условия труда в нефтедобывающем производстве на месторождениях Анастасневско-Троицкое, Чумаковскос, Хапьков. Сладковско-Морозовское, что позволило обосновать уровни энерготрат работников, классифицировать их в профессионально-производственные группы, выделить в этих іруїшах характерные движения.
Разработана технология проектирования эргономичной конструкции специальной одежды с учетом динамики движений, новой размерной типологии населения, теплофнзических параметров, условий эксплуатации.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена структура комплектности защитной одежды с регулируемой теплоизоляцией в диапазоне переменных энерготрат и температур воздуха, обеспечивающая взаимосвязь между свойствами современных материалов, основным функциональным па-значением защитной одежды и теплофизическими характеристиками реальных условий эксплуатации.
Разработана математическая модель и программное обеспечение для решения задачи определения теплофизическнх параметров и структуры комплектности теплозащитной одежды с учетом реальных условий эксплуатации.
Получено Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008615471 ^Технология формирования регулируемой структуры теплозащитной одежды с теплофизическими параметрами»
Сформирована рациональная конструкция многослойного пакета материалов комплекта, обладающая комплексом защитных свойств, реализована в изготовлении опытных изделий «Защита» и «Комфорт» и апробирована в экспериментальной носке.
Определена математическая зависимость теплоизоляции и толщины комплекта от условий его эксплуатации в виде экспоненциальной-регрессии
Разработан и внедрен в учебный процесс прибор для определения паро-проницаемости пакета современных материалов с учетом атмосферного давления. Предложен метод определения коэффициента паропроницаемоети.
Практическая значимость работы заключается в разработке комплектов теплозащитной одежды для нефтяников, отвечающих реальным условиям эксплуатации в южном регионе России. Комплект одежды обеспечивает необходимую защиту от неблагоприятных и опасных факторов, а также соразмерность фигуре потребителя, эргономичноегь в статике и динамике.
Прибор по определению паропроницаемоети пакета материалов может использоваться в лабораториях при оценке применяемых материалов.
Разработана компьютерная программа технологии формирования регулируемой структуры теплозащитной одежды. Программа позволяет обосновать выбор пакета материалов, комплектность изделий, уровень теплоизоляции, что необходимо предприятиям в проектировании теплозащитной одежды.
Результаты исследований используются в учебном процессе Академии маркетинга и инженерно-информационных технологий (ИМСИТ. г. Краснодар) на кафедре «КШИ».
Теоретически обоснованы и практически подтверждены применяемые в конструкции прибавки к основным участкам конструкции, которые обеспечили соразмерность изделия фигуре потребителя.
Результаты исследований могут быть использованы в нормативно-технической документации па специальную защитную одежду.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на:
межвузовской научно-практической конференции «Дни науки-2008», г. Краснодар, Академия маркетинга и социально-информационных технологий, апрель 2008 г.
научно-практических конференциях студентов и аспирантов ИМСИТ, г. Краснодар., 2007, 2008 гг.
заседаниях кафедры конструирования швейных изделий ИМСИТ, г. Краснодар, 2008 г.
Результаты исследований спецодежды для нефтяников апробированы в моделируемых эксплуатационных условиях климатической камеры с участием человека. По результатам исследования получено заключение и протоколы испытаний, которые подтвердили обоснованность выбора оптимального пакета материалов и конструкции спецодежды.
Готовые изделия апробированы в условиях лиманно-плавневой зоны Слад-ковско-Морозовского месторождения и получили положительные результаты и отзывы потребителей.
Проведены дополнительные испытания.пакета материалов в научно-испытательной лаборатории материаловедения Т.ЩИИТ.Т.ТП, которые подтвердили расчетные параметры толщины пакета, теплоизоляции, а также снижение веса изделия.
Публикации,
Иващенко И.Н., Байбуз В.Н., Русских Ю.А. Устройство для измерения паропроницаемости тканей //Вестник ИМСИТа. - 2006. № 1-2. - 0,07 п.л.
Беляева С.А., Иващенко И.Н., Байбуз В.Н. Специальная одежда для нефтяников юга России. Деп. в ВИНИТИ РАЛ. 06.04.07. № 388-В2007. -0,2 п.л.
Беляева С.А., Иващенко И.Н., Байбуз В.Н. Материалы для специальной одежды нефтяников. Деп. в ВИНИТИ РАН. 06.04.07. № 387-В2007. - 0,3 п.л.
Беляева С.А., Иващенко И.Н. Разработка технических требований к спецодежде нефтяников, эксплуатируемой в южных районах России // Швейная промышленность. - 2007. № 2. - 0,36 п.л.
Иващенко И.Н. Теплоизоляционные свойства средств индивидуальной защиты. Деп. в ВИНИТИ РАН. 03.12.2007 № 1121-В2007. - 0,35 п.л.
Иващенко 14.11. Проектирование спецодежды для защиты от пониженных температур работающих в нефтедобывающей отрасли южного региона России // Швейная промышленность. - 2008. № 3. - 0,17 п.л.
Итого: 1,45 п.л.
Внедрение результатов исследований,
Внедрение результатов работы в учебный процесс ИМСИТ (г, Краснодар) по читаемым дисциплинам: «Гигиена одежды», «Проектирование специальных видов одежды», «Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности» и при выполнении курсовых и дипломных проектов научно-исследовательского характера.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 136 страницах машинописного текста. Состоит из введения, пяти глав, общих результатов и выводов, списка использованных источников, насчитываготцего 109 наименований, содержит 7 рисунков, 26 таблиц, 6 схем, 4 графика и 2 диаграммы, а также 12 приложений, изложенных на 64 страницах.
Анализ производственных условий труда нефтяников
По данным Федерации независимых профсоюзов России, на рабочих местах в условиях вредных производственных факторов трудятся свыше 6 млн. россиян. Темпы роста производственного травматизма и смертности в пересчете на единицу выпускаемой продукции составляют 15-20% в год, а количество техногенных аварий и катастроф растет едва ли не в арифметической прогрессии. В результате ежегодно признаются инвалидами более 500 тыс. человек из числа трудоспособного населения [37].
К основным неблагоприятным производственным факторам принято относить: физические, химические, биологические, психофизиологические. а Нефтедобывающая отрасль имеет особенности труда — разнообразие видов производственных площадок (от вахтовых поселков до заводов-гигантов), неблагоприятные климатические условия труда, отдаленность производственных площадок от населенных пунктов, круглосуточный режим работы [37J. Внедрение новых прогрессивных технологий приводит к возрастанию скоростных режимов труда, а также возрастанию роли защитной одежды.
Физические неблагоприятные факторы в нефтяной отрасли являются ведущими. Многие технологические процессы связаны с постоянным или периодическим пребыванием работающих на открытой местности, поэтому имеет место воздействие метеорологических условий: температуры воздуха, относительной влажности и подвижности воздуха, атмосферных осадков, солнечной радиации.
На некоторых рабочих местах регистрируются повышенные уровни шумов, которые характеризуются как средне- и высокочастотные [78. 26]. Рекомендуется использование берущей, шлемов.
Одним из вредных производственных факторов в отрасли следует считать общую и локальную вибрацию. Она имеет место на рабочих местах бурильщиков, операторов насосных и компрессорных станций [78, 26]. Основные технологические процессы при добыче нефти непрерывны: работы ведутся круглосуточно. В этой связи особую гигиеническую значимость приобретает освещенность рабочих поверхностей [78, 26].
Определенную опасность представляет работа вблизи движущихся машин и механизмов, подвижных элементов производственного оборудования при бурении скважин, их ремонте и освоении [78, 26]. Конструкция одежды и ее" элементы не должны быть слишком свободными, а применяемые материалы по прочности должны быть ниже усилий захвата механизмами.
Химические неблагоприятные производственные факторы определяются составом нефги. В зависимости от химического состава нефти и условий труда нефтяников в организм через дыхательные пути и кожу могут проникать химические вещества.
По химическому составу нефть - сложное соединение различных углеводородов, куда могут входить сера, азот и др. В атмосферу поступают испарения сырой нефти и получаемых из нее целевых продуктов. Наиболее опасными принято считать сернистые соединения нефти (сероводород, меркаптаны) и продукты сжигания топлива (окись углерода, сернистый ангидрит, соединения металлов) [78, 26, 50].
Сероводород - высокотоксичный яд. Общий характер его действия заключается в поражении центральной нервной системы, блокаде дыхательного фермента. Водные растворы сероводорода вызывают раздражение кожи, дерматит с пузырьковой сыпью, экземы [78, 26, 50]. Конструкция одежды должна уменьшать плошадь контакта с кожей вредных веществ и предусматривать конструктивные элементы в виде защитных накладок.
Предметом производства является легковоспламеняющийся продукт, поэтому нефтедобывающая отрасль относится к взрывопожароопасной категории. Применяемые в одежде материалы должны обеспечивать огнезащиту и антистатичность. К биологическим факторам относят укусы мошек и комаров. Рекомендуют использование защитных сеток на лицо, перчаток и рукавиц - на руки.
Психофизиологические факторы являются важными при выполнении буровых работ, освоении и ремонте нефтяных скважин. Эмоциональные перегрузки связаны с высокой взрыво- и пожароопасностью практически на всех нефтяных производствах, агрессивной средой. Бурильщик отвечает за безопасность ведения работ, координирует действия каждого члена вахты, обеспечивает соблюдение технологического процесса и безаварийность работ. Все это требует высокого нервного и эмоционального напряжения [78, 26].
В структуре заболеваемости бурильщиков основное место занимают острые фарингиты и тонзиллиты, инфекции кожи и подкожной клетчатки, болезни коетно-мытечной системы и органов пищеварения. Более частые заболевания - в группе рабочих по сравнению с инженерно-техническими работниками. Среди рабочих показатели заболеваемости выше в группах бурильщиков и их помощников [60].
Таким образом, комплексное воздействие вредных и опасных производственных факторов создаст необходимость проектирования специальной одежды, отвечающей реальным условиям ее эксплуатации. Сведения об условиях труда в нефтедобывающей отрасли отсутствуют. Для целей проектирования теплозащитной одежды необходимо исследовать реальные условия труда работающих и действующий ассортимент специальной одежды на месторождениях южного региона России.
Проектирование защитной одежды для работающих в нефтедобывающей отрасли представляется важной задачей, соответствующей требованиям функциональной комплексной защиты работающего. В условиях современных производственных технологий, возрастания скоростных режимов и интенсификации труда одежда должна представлять надежный барьер, обеспечивающий защиту от воздействия комплекса вредных и опасных факторов.
Исследование условий труда на нефтедобывающих предприятиях юга России
В современных производственных технологических процессах нефтедобычи защитная одежда должна соответствовать реальным климатическим и производственным условиям труда, для чего необходимы их исследования.
Условия труда работающих исследователями группируются в классификации (Афанасьева) [31], а основные движения и позы — в наглядные схемы (Афиногентова Н.В., Шершнева Л.П.) [36, 105] для различных видов одежды.
Однако для условий нефтедобывающего производства такие исследования не проводились.
Автором исследованы условий труда работающих на нефтяных месторождениях Чумаковское. Анастасиевско-Троицкое. Ханьков. Уникальная нефть Апастасиевско-Троицкого месторождения применяется исключительно для космических целей, и к западу от него ведутся активные поисковые работы. В результате наблюдений составлена схема влияния основных вредных производственных и климатических факторов (ОВТТФ) па условия труда нефтяников при выполнении технологических операций .
Влияние неблагоприятных факторов усиливается при повышении или понижении температуры воздуха. Причиной этого является изменение функционального состояния организма: нарушение терморегуляции, изменение обмена веществ. Низкие температуры повышают токсичность сероуглерода и бензола, что влияет на общее токсическое воздействие на организм работающего. Работами НИИ медицины труда РАМН установлено влияние охлаждения и вибрации на организм человека.
В связи с этим фактом одной из важных задач профилактики неблагоприятного воздействия холода и вибрации на организм работающих является уменьшение степени напряжения терморегуляторных реакций. Это достигается за счет использования средств индивидуальной защиты, обеспечивающих сохранение теплового состояния организма в реальных условиях трудовой деятельности человека.
В центре взаимодействия систем - сердечно-сосудистая система (ССС), вокруг которой циркулирует кровь и, поступая в другие органы и системы, песет им необходимые для жизнедеятельности организма вещества. Она является основной системой организма. Каркас человеческого организма представлен костной, мышечной и жировой тканью. С окружающей средой организм сообщается посредством кожної о покрова и находящихся на нем чувствительных рецепторов. На органы и системы организма при выполнении технологических операций оказывает влияние производственная среда.
Таким образом, исследованы реальные условия труда в нефтедобывающей отрасли на предприятиях тога России. Установлено, что работающие в отрасли подвергаются комплексному воздействию неблагоприятных и опасных факторов, которые негативно влияют на системы организма человека.
Снижение комплексного поражающего эффекта от воздействия холода и других вредных факторов возможно при условии использования многослойной спецодежды с набором предметов и съемных элементов, позволяющих регулировать тепловое состояние в зависимости от изменяющихся метеорологических условий и физической акшвности.
Физическая активность предусматривает свободу движений работающего человека. Спецодежда не должна оказывать давление на жизненно важные части тела человека, растягиваться и перемещаться но его поверхности.
Информация о размерной типологии тела человека в статике оказывается недостаточной для проектирования многофункциональной (защитная, гигиеническая, эргономическая, эстетическая функции) специальной одежды.
Эргономическая рациональность изделия должна обеспечить соответствие конструкции размерам и форме тела человека, свободу движений работающему при выполнении технологических операций.
Следовательно, в целях проектирования рациональной и эргономичной конструкции одежды необходимо исследование динамики движений работающих в нефтедобывающей отрасли, определение основных характерных движений и поз в профессионально-производственных группах и установление оптимальных прибавок к конструкции изделия.
В структуре современного нефтегазодобывающего производства все больше рабочих мест, видов деятельности, которые предъявляют к человеку, его физическим, психофизиологическим и психическим свойствам очень высокие требования. Человек выполняет необходимые технологические операции с различной скоростью, амплитудой и ритмом. В результате этого спецодежда либо перемещается относительно поверхности тела человека, либо оказывает сопротивление перемещению и сдавливает некоторые участки тела, вызывая деформацию растяжения в материалах деталей изделия.
Для функционально-эргономического обоснования проектных решений в соответствии с конкретными условиями труда в нефтедобывающей отрасли необходимо классифицировать работающих на профессионально-производственные группы. Исходя из конкретных условий труда, его интенсивности в работе проведена следующая классификация профессионально-производственных групп:
1 группа - буровая бригада, возглавляемая мастером, в которой задействованы бурильщики и их помощники. Каждый из рабочих выполняет строго определенные обязанности, что позволяет организовать непрерывный процесс и очередность отдыха всех членов бригады. Бурение скважин - один из основных технологических процессов в разведке и добыче нефти, а рабочие буровых бригад (буровики) - одна из ведущих профессий в отрасли. Буровые бригады выполняют работы Пб категории с интенсивностью энерготрат 201-250 ккал/ч (233-290 Вт), связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением.
2 группа - операторы и их помощники, обходчики, обеспечивающие обслуживание промысловых установок и оборудования. Это одна из наиболее многочисленных групп в отрасли. Операюры и обходчики систематически обходят промысловые установки и контролируют работу аппаратуры и оборудования, размещенных на открытых площадках. Выполняемые операторами работы относятся к категории Па с интенсивностью энерготрат 151-200 ккал/ч (175-232 Вт), связанны с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов, в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения.
3 группа - бригады по капитальному ремонту скважин выполняют слож ные работы по обработке призабойной зоны. Выполняемые бригадой работы относятся к III категории работ с интенсивностью более 250 ккал/ч (более 290 Вт), связанны с постоянными передвижениями, перемещением и перенос кой значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий. Большинство несчастных случаев происходит на площадке ремонта скважин.
Оценка эффективности теплоизоляционных свойств воздухопроницаемости материалов
Эффективность защиты человека от холода определяется величиной те-плофизических параметров защитной одежды, которые при соответствии климатическим условиям южного региона России и физической активности человека должны быть регулируемыми. Для формирования регулируемой структуры спецодежды, исследована зависимость теплоизоляции от физических свойств применяемых материалов (воздухопроницаемости, толщины).
При плотном прилегании слоев ткани с возрастанием их количества воздухопроницаемость пакета резко снижается, а при пакете тканей с воздушными прослойками между слоями воздухопроницаемость возрастает. Наличие воздушных прослоек содействует процессу вентиляции пододежного пространства и в условиях подвижного воздуха - снижению теплового сопротивления. Воздушная прослойка, расположенная ближе к внешней поверхности одежды, повышает тепловое сопротивление пакета.
Таким образом, в целях повышения теплозащитных свойств пакетов одежды целесообразно стремиться к тому, чтобы воздушный зазор между телом и пакетом одежды был не более 5 мм, воздухопроницаемоегь тканей минимальной, в пределах гигиенических нормативов.
Проведен расчет необходимой теплоизоляции комплекта для наиболее вероятной скорости ветра с учетом показателей воздухопроницаемости, реальных климатических условий южного региона России и энерготрат в профессионально-производственных группах. Результаты теплоизоляции комплекта с учетом воздействия ветра зимнего периода 2,9 м/с, воздухопроницаемости внешнего слоя одежды в диапазоне от 7 до 30 дм м /с. энерготрат, температуры воздуха в диапазоне от -2,2 до 35СС сведены в таблицу 3.2.4.
Теплоизоляция и соответствующая ей толщина пакета материалов рассчитаны в соответствии с условиями эксплуатации комплекта защитной одежды, воздухопроницаемости внешнего слоя .
В соответствии с указанными в таблице 3.2Л коэффициентами рассчитаны применительно к необходимой теплоизоляции комплекта для нефтяников, ведущих добычу нефти, значения теплоизоляции па различных участках поверхности тела.
В целях обеспечения необходимой зашиты всех областей тела человека от охлаждения определена толщина пакета материалов комплекта на различных его участках для работающих в нефтедобывающей отрасли в соответствии с коэффициентами, приведенными в таблице 3.2.1.
В соответствии с уравнением 3.15 автором произведен расчет средневзвешенной толщины комплекта специальной одежды и необходимой теплоизоляции различных участков тела нефтяников. Результаты расчета представлены в таблице 3.2.2. Таблица 3.2.2 - Теплоизоляция и толщина комплекта, необходимая для защиты различных участков поверхности тела работающих в нефтедобывающей отрасли южного региона России
Наибольшую сложность представляет достаточное утепление кистей рук, которые играют существенную роль в теплообмене человека с окружающей средой, формировании теплового состояния организма и обеспечении его работоспособности. Охлаждение кистей рук па 10-20 % в зависимости от вида выполняемых операций может снижать эффективность осуществления ручных работ и быть причиной прекращения работ на холоде, травматизма по причине нарушения координации движений.
На основании расчетов теплофизичсских параметров установлена необходимая комплектность спецодежды в изменяющихся климатических условиях и с учетом интенсивности работы, теплоизоляция и толщина комплекта на различных участках поверхности тела с целью обеспечения равномерной защиты всей поверхности тела работающего. Таким образом, проведенные расчеты теплоизоляции и толщины комплекта, определенные с учетом температуры воздуха, скорости ветра, воздухопроницаемости внешнего слоя одежды, уровнем энерготрат для обеспечения теплового равновесия работников нефтедобывающей отрасли, позволяют осуществить выбор оптимального пакета материалов для проектирования специальной одежды и определить условия работы в одежде с таким пакетом. Расчет толщины комплекта позволил установить конструкцию пакета материалов с необходимой теплоизоляцией и возможностью ее регулирования видами одежды и съемными деталями.
Проведенные исследования создали предпосылки для разработки программного обеспечения определения теплофизических параметров защитной одежды. Разработана математическая модель и программное обеспечение технологии формирования регулируемой структуры одежды с учетом тепло-физических параметров в реальных условиях ее эксплуатации. Программа позволяет обосновать выбор пакета материалов, комплектность изделий, уровень необходимой теплоизоляции. Компьютерная проірамма обеспечивает расчеты теплоизоляции и толщины комплекта, а также на участках тела человека с заданными климатическими условиями, энерготратами и воздухопроницаемостью материалов.
Оптимизация конструкции специальной одежды с регулируемыми теплофизическими параметрами
Одним из ответственных этапов производства специальных видов одежды является процесс, получения чертежей деталей изделия. Параметрические и геометрические характеристики деталей (ширина, длина, конфигурация) должны обеспечить соразмерность деталей фигуре потребителя, зрго-номичность изделия в статике и динамике, надежность и функциональность в процессе эксплуатации. Способы формообразования, конструктивные решения деталей и комплектующих предметов одежды должны представлять логическую взаимосвязь со свойствами материалов. Проектируемая конструкция должна отвечать принципам технологичности, адаптации к промышленным способам изготовления, а также соответствовать силовым и энергетическим возможностям работающего человека.
Для эргономичности готового изделия необходима точная информация о геометрических и параметрических характеристиках объекта проектирования, информация о новых свойствах современных материалов.
Перечисленные задачи являются сложными и не имеют однозначного решения. Решение только одних проектных задач, не затрагивающих целостности проектирования, не приносит долговременных результатов.
Для системного решения перечисленных задач необходима пошаговая, поэтапная технология проектирования рациональной конструкции.
На первом этапе строится базовая конструкция, и в процессе ее построения решаются задачи эргономики и формообразования, теплоизоляции. На втором этапе разрабатывается модельная конструкция с четом свойств материалов и изготавливается опытный образец, который в опытной носке позволяет определить достоверность прогнозируемых параметров.
При построении базовой конструкции проектируемой автором спецодежды в качестве исходных данных использованы новые типовые размерные признаки мужчин, обоснованные конструктивные прибавки с учетом приращений к размерным признакам, динамических прибавок (Пщ,ш) в соответствии с диаграммой характерных поз и движений (рис. 2.3.1) и таблицей 2.4.3 средних величин динамических приростов.
Принятая в работе прибавка па толщину пакета одежды учитывает толщину всех слоев пакета применяемых материалов (Нтм)- При расчете конструкции одежды учтена суммарная толщина пакета материалов одежды на соответствующих конструктивных участках.
В состав прибавки на толщину пакета входит прибавка на толщину воздушной прослойки, которая установлена, исходя из толщины пакета.
Современная одежда представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из множества слоев материалов и воздушных прослоек между ними, создающих микроклимат вокруг тела человека. Состояние этого микроклимата зависит от конструкции пакета материалов, толщины воздушных прослоек, конструктивных параметров.
Согласно исследованиям профессора Эрисматта Ф.Ф., толщина воздушных прослоек для куртки из плащевых тканей - 2,5tn (tn - суммарная толщина пакетов одежды) [16].
Прибавки на свободное облегание влияют не только на свободу движения человека в одежде, но и на микроклимат пододежиого пространства, тепловое сопротивление одежды. Исходя из этого, значимость прибавок на свободу облегания рассмотрена с позиции сохранения в эксплуатации одежды теплового баланса организма и работоспособности. Виды прибавок, обеспечивающие воздушные зазоры между телом и одеждой, относятся к прибавкам на свободу и являются составной частью конструктивной прибавки.
Наиболее важно распределение прибавки к полуобхвату груди по основным участкам конструкции, которое является необходимым условием соразмерности поперечных габаритов изделия размерам типовой фигуры. Таблица 4.2.1 - Значения оптимальных величин конструктивных параметров основных участков конструкции
Проведенными измерениями фигур установлено, что ширина спины увеличивается при наклоне туловища и движении рук вперед и вверх на 40 % величины размерного признака в статике. Экспериментально подтверждено, что применяемая прибавка к ширине спины обеспечивает динамику движений на 80 %, остальные 20 % обеспечены за счет скольжения руки в рукаве.
Основная часть прибавки по линии груди распределена к ширине спинки и проймы, что обеспечивает подвижность плечевого сустава. Проведенными в МГУДТ исследованиями доказано, что в изделиях с более широкой проймой деформация в материалах деталей одежды в процессе эксплуатации значительно меньше, чем в изделиях с узкой проймой. В работах EJL Сурженко [91] для обеспечения подвижности условной плоскости проймы прибавка к ее ширине распределяется 60 % ее значения.
Выбор моделей и комплектующих элементов основан на позициях технической эстетики, согласно которой изделия должны удовлетворять функционально-конструктивной целесообразности. Предложено два вида изделий, имеющие одинаковое структурное строение и согласованность.
Комплекты СИЗ - « Защита» и «Комфорт» прямого силуэта из мембранных материалов и из ікани с нефіе-мисло-водо-оііалкивающей о мелкой состоят из куртки, утепляющей прокладки, утепленного жилета, полукомбинезона на утепляющей прокладке, сорочки и белья {] іриложение 11), обеспечивающие комплексную защиту.
В изделиях спроектированы элементы, обеспечивающие свободу движения рук, .Модельной особенностью комплекта «Защита» является двух-шовный рукав с цельнокроеной центральной (верхней) частью и кокеток спинки и полочки. Модельной особенностью комплекта «Комфорт» являются плечевые накладки, перекрывающие зону втачивания рукавов верхней части оката. Это обеспечивает не только свобод) движений, но и защитные фу икции от проникновения внешней влаги и нефтепродуктов
Мешды обрабоїки изделий представлены в Приложении 8. Таким образом, улучшение свойств экипировки возможно за счет раз-рабоїкп рациональных консірукшвньїх решений, применения современных материалов с новыми свойствами, оптимизации теплофизических и конструктивных параметров изделия, рассчитанных для конкретных условий труда. Рациональная базовая основа преобразована с помощью коне гру кшвного моделирования в модельну ю констру кцпю рубашечного покроя и па его основе методом пристраивания в комбинированный покрой.
