Разработка специальной одежды для защиты работников нефтедобывающей отрасли южного региона России от пониженных температур

Мировой опьп показывает, чго сегмент рынка специальной одежды во всех странах является наиболее устойчивой нишей, в которой задействованы интеллектуальные и материально-технические ресурсы. Как правило, оп остается под контролем и защитой государства, В этом сскторс экономики создаются необходимые условия для приоритетного участия национальных производителей, так как он связан с обеспечением безопасности страны и здоровья нации. Вредные и опасные условия труда, 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 техноло: ичеекие задачи в холодный период времени, находясь круглосуточно 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 обновления 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 Г1.П.), антропологических исследований динамики движений (Сур-женко Е.Я., Фаритова Л.Х.), исследований свойств материалов для спецодежды (Бузов Б.А., Гущина К. Г, Беляева С.А.) по результатам научно-исследовательских работ ЦН14ИШП, 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 теплофизическими 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 блокаформирование 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 элементоврасчет теплопотерь, необходимой теплоизоляции и толщины комплекта. времени допустимого непрерывного пребывания на холодеисследование способов построения чертежей конструкции спецодеждыустановление величин прибавок и приращений к размерным признакам в целях обеспечения эргономичностн конструкции в статике и динамике.

Объект исследования. Компоненты системы «человек — спецодежда — окружающая среда».

Методы исследования. В работе используются общая методология системного подхода к проектированию спецодежды, методы и средства эргономической биомеханики, методы 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 ЦНИИШП, 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 Анастасиевско-Троицкое, Чумаковское, Ханьков. Сладковско-Морозовское, что позволило обосновать уровни энерготрат работников, классифицировать их в профессионально-производственные группы, выделить в этих 1 руинах характерные движения.

Разработана технология проектирования эргономичной конструкции специальной одежды с учетом динамики движений, новой размерной типологии населения, теплофизических 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 фупкциоиатьпым па-значением защитной одежды и теплофизическими характеристиками реальных условий эксплуатации.

Разработана математическая модель и программное обеспечение для решения задачи определения теплофизическпх параметров и структуры комплектности теплозащитной одежды с учетом реальных условий эксплуатации. иолучено Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2 008 615 471 «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 иаропроницаемости.

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 паропрошщаемости 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 на 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 ЦТТИИТ. ГТП, которые подтвердили расчетные параметры толщины пакета, теплоизоляции, а также снижение веса изделия.

Публикации.

1. Иващенко И. Н., Байбуз В. Н., Русских Ю. А. Устройство для измерения паропроницаемости тканей // Вестник ИМСИТа. — 2006. № 1−2. — 0,07 п.л.

2. Беляева С. А., Иващенко И. Н., Байбуз В. Н. Специальная одежда для нефтяников юга России. Деп. в ВИНИТИ РАИ. 06.04.07. № 388-В2007. -0,2 п.л.

3. 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.

4. Беляева С. А., Иващенко И. Н. Разработка технических требований к снецодсждс нефтяников, эксплуатируемой в южных районах России // Швейная промышленность. — 2007. К" 2. — 0,36 п.л.

5. Иващенко И. Н. Теплоизоляционные свойства средств индивидуальной защиты. Деп. в ВИНИТИ РАН. 03.12.2007 № 1121-В2007. — 0,35 п.л.

6. Иващенко И. Н. 1 I роектирование спецодежды для зашиты 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 исследования.

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, насчитывающего 109 наименований, содержит 7 рисунков, 26 таблиц, 6 схем, 4 графика и 2 диаграммы, а также 12 приложений, изложенных на 64 страницах.

Выводы.

1. Испытания спроектированных изделий, проведенные в климатической камере с участием человека, подтверждают теоретические расчеты теплоизоляции защитной одежды, ее комплектность.

2. Экспериментальная носка проектируемых изделий подтвердила рациональную комплектность изделий, способствующую регулированию теплоизоляционных свойств в условиях переменных климатических условий и интенсивных физических нагрузок. Изделия создают комплексную надежную защиту от пониженных температур, сырой нефти и нефтепродуктов, воды.

3. Проектируемое изделие экономически рационально, так как его структура и комплектующие предметы позволяют регулировать теплоизоляционную способность в соответствии с климатическими условиями и энерготратами работающих, что увеличивает возможность его эксплуатации в период с сентября по май (9 месяцев).

4. Результаты расчетов калькуляции показывают, что проектируемое изделие в стоимостном выражении представляет экономическую целесообразность. Такая специальная одежда ие только экономична, по и дополняет ее функциональные возможности новыми защитными свойствами.

5. Опытная носка подтвердила герметичность изделия, что дает возможность эксплуатировать его ие только теплозащитным комплектом, но и взамен непромокаемого плаща.

6. Экономическая эффективность от применения разработанного комплекта составила 1240 рублей па единице изделия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Впервые исследованы реальные условия труда в нефтедобывающем производстве на месторождениях Анастасиевско-Троипкое, Чумаковекое, Хапысов, Сладковско-Морозовск'ое, обоснованы уровни энерготрат работающих, коюрые классифицированы в профессионально-производственные группы, выявлены характерные движения и позы, в целях проектирования спецодежды, отвечающей эргономическим требованиям. На основе анализа характера движений установлены динамические приращения и прибавки на свободу облегания в конструкции защитой одежды.

2. Для целей проектирования спецпапыюй одежды южного региона России на основе анализа многолетних метеорологических параметров определены их значения применительно к зимнем) период). Расчет тсплофизиче-ских параметров одежды, выбор пакета материатов и обоснование комплектности теплозащитного изделия выполнен для диапазона температур от—2,2 до —35°С. наиболее вероятной скорости ветра 2,9 м/с, влажности воздха 81%.

3. Разработана технология формирования ре'1 >лируемой структуры теплозащитной специальной одежды и ее рациональной комплектации с учетом реальных условий эксплуатации и теплофизических параметров, путем иерархически последовательного наращивания количества дополнительных элементов комплекта к базовой комплектности.

4. Реализован системный подход к формированию рационального ассортимента специальной одежды видовото и модельного мнот ообразня в рамках единых функциональных требовании дтя нефтедобывающего производства, обеспечиваюший работнику возможность реагирования его теплового состояния. Ассортимент спецодежды представлен системой предметов и видов, синтезируемых в комплект, что в наибольшей степени отвечает требованиям современного потребителя. Комплекты защитной одежды обладают конструктивной и композиционной совместимостью и согласованностью.

5. Разработана технология проектирования многофункциональной специальной одежды для защиты от пониженных температур с регулируемыми теплофизическими параметрами на принципах системного подхода и основ модульного проектирования.

6. Разработана математическая модель и программное обеспечение для технологии формирования регулируемой структуры одежды с учетом тепло-физических параметров в реальных условиях ее эксплу атации,.

7. Испытания спроектированных изделий, проведенные в климатической камере с участием человека, и опытная носка подтверждают обоснованность теоретических расчетов теплоизоляции защитной одежды, ее комплектность. Испытания пакета материалов в научпо-испытателыюй лаборатории материаловедения ЦНИИШП подтвердили расчетные параметры теплоизоляции и толщины пакета, а также снижение всса изделия. Проектируемое изделие экономически рационально, т.к. отвечает комплексной защите и впервые может эксплуатироваться девять месяцев, а в стоимостном выражении представляет экономическую эффективность 1240 рублен на единицу изделия.