Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Разработка технического проекта климатической установки кабины водителя автобуса с целью обеспечения нормативных микроклиматических условий при различных погодных режимах эксплуатации.

Содержание:

Введение 5
1. Аналитическая часть 7
1.1. Нормативные технические требования к температурному режиму на рабочем месте водителя 7
1.2. Назначение и особенности применения климатической установки кабины 12
1.3. Обзор технической литературы, патентов по существующим конструкциям климатических установок 18
1.4. Цель и задачи исследования 36
2. Исследовательская часть 37
2.1. Обоснование технических требований к системе 37
2.2. Разработка технических характеристик системы 39
2.3. Разработка вариантов компоновочной схемы установки 52
2.4. Порядок эксплуатации климатической установки 58
3. Оценка эффективности проекта 64
3.1. Оценка улучшения условий труда водителя 64
3.2. Технико-экономическая эффективность проекта 69
Заключение 76
Список литературы 77
Приложение А. Справочные материалы 81

Введение:

Одним из ключевых вопросов обеспечения безопасности жизнедеятельности и комфортабельности условий труда водителя автобуса являются нормализация микроклимата кабины. Под микроклиматом принято понимать совокупность физических свойств и химического состава воздушной среды, а также пыль и микроорганизмы. Наиболее важным параметром микроклимата является температура воздуха в кабине транспортного средства (ТС). В отличие от температуры, влажность воздуха имеет косвенное влияние на самочувствие людей.
Общей чертой кабин следует считать их замкнутость, относительно малый объем, а также расположение вблизи объектов, имеющих тепловыделения, например двигатели. Тепловые потери через наружные ограждения конструкции снижают путем использования теплоизоляционных материалов. Систему кондиционирования используют для создания необходимых параметров микроклимата в кабине — отвода теплопритоков в летний период и обогрев в холодный период года. Воздухообмен осуществляется за счет подачи и удаления воздуха системой вентиляции. Таким образом, происходит не только передача теплоты через ограждение кабины, но и движение среды под действием внешних сил и гравитации.
Особенно остро проблема обеспечения нормальных микроклиматических условий в кабине автобуса стоит в условиях высокой внешней температуры воздуха, когда нормализовать температурный режим на рабочей месте только за счет вентиляции невозможно. Нормируемые ГОСТ 30593-2015 температурно-влажностные параметры в воздухе кабины могут быть обеспечены лишь с учетом комплекса технических мероприятий, включающих в себя её рациональную пассивную тепловую защиту, систему для тепловлажностной обработки приточного воздуха с высококачественной очисткой воздуха кабины от мелкодисперсной пыли.
В связи с этим необходим новый подход при практическом решении указанной проблемы с учетом специфики работы водителя автобуса в городских условиях, что и определяет актуальность настоящей работы.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка технического проекта климатической установки кабины водителя автобуса для обеспечения нормативных микроклиматических условий при различных погодных режимах эксплуатации.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд взаимосвязанных задач:
 проанализировать нормативные технические требования к температурному режиму на рабочем месте водителя;
 уточнить особенности устройства и работы климатической установки кабины;
 осуществить патентные исследования аналогов проектируемого устройства;
 обосновать технические требования к системе климатической установки кабины водителя автобуса;
 разработать проект климатической установки кабины водителя автобуса с обоснованием компоновочной схемы и порядка эксплуатации;
 провести технико-экономическую оценку предлагаемых решений.
Объектом работы является климатическая установка кабины водителя автобуса.
Предмет работы – обеспечение нормативных микроклиматических условий при различных погодных режимах эксплуатации.
В зависимости от особенностей решаемых задач использовались методы работы – абстрактно-логический (при постановке целей и задач исследования), монографический (при изучении тенденций развития климатических установок), сравнительный анализ (при выборе оптимальных схем функционирования), моделирования (при проведении обоснования разработанных решений).

Заключение:

В соответствии с заданием на выпускную квалификационную работу рассмотрен комплекс вопросов, включающих в себя разработку технического проекта климатической установки кабины водителя автобуса для обеспечения нормативных микроклиматических условий при различных погодных режимах эксплуатации.
В результате проделанной работы достигнуты следующие результаты:
1. Проанализированы нормативные технические требования к микроклиматическому режиму на рабочем месте водителя.
2. Проведены патентные исследования аналогов проектируемого устройства.
3. Определены технические требования к системе климатической установки кабины водителя автобуса.
4. Разработан проект климатической установки кабины водителя автобуса с обоснованием компоновочной схемы и порядка эксплуатации.
5. Проведенный технико-экономический анализ проекта показал, что при внедрении предложенной климатической установки обеспечиваются необходимые санитарные условия работы водителя автобуса. Срок окупаемости предложенных модернизаций составляет 3,1 года.
Одним из требований к современному автомобилю является обеспечение комфортных условий для водителя и пассажиров. При этом речь идет не только об эргономике салона, но и о микроклимате в нем. Комфортные, с точки зрения физиологии человека, условия являются залогом не только удобства в поездке, но и безопасности на дороге, поскольку способствуют снижению утомляемости и сонливости водителя, повышают его настроение.

Фрагмент текста работы:

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. Нормативные технические требования к температурному режиму на рабочем месте водителя

Микроклимат кабины водителя влияет на степень внимания, точность, скорость реакции и может приводить к развитию утомления, поэтому он должен соответствовать оптимальным характеристикам, то есть оказывать такое влияние на организм водителя, который не только не вызвал нарушений в состоянии здоровья, самочувствие водителя и пассажиров, но и способствовал поддержанию высокого уровня работоспособности. Микроклимат формируется совокупностью показателей воздушной среды: температуры, влажности, скорости движения воздуха. При повышении температуры в кабине у водителя снижается уровень внимания, остроты зрения, наступает усталость, а так же нужно больше времени для реакции, появляются ошибки, приводящие к созданию опасной ситуации на дороге.
Наиболее благоприятные условия труда для водителей создаются при температуре воздуха в холодный период года 18-23 °С, а в теплый 20-23 °С [5]. При температурах ниже 10°С начинается переохлаждение тела, а при температуре выше 25°С наступает физическая усталость, снижается внимание и увеличивается время реакции. При дальнейшем повышении температуры до 35°С умственная деятельность ухудшается появляются ошибки в управлении транспортным средством. Снижение температуры воздуха также отрицательно влияет на работу мышц, на скорость и точность, поэтому степень относительной опасности ДТП возрастает в 1,5 раза [13]. Важное значение для терморегуляции организма человека имеет движение воздуха в кабине автотранспортного средства, но постоянные сквозняки которые могут вызвать простудные заболевания [21].
Также важным параметром, оговаривает условия труда водителя, является состав воздуха. Следует отметить, что на протяжении рабочего дня водитель подвергается воздействию опасных и вредных химических веществ, которые попадают в воздух с выбросами отработанного топлива автотранспортными средствами, которые двигаются в транспортном потоке. Эти вещества преимущественно относятся к 1-3 классу опасности, поэтому при регулярном попадании в организм человека через органы дыхания и кожу, они оказывают токсическое воздействие на водителя. Предельно допустимая концентрация химических веществ, содержащийся в отработавших газах, устанавливается ГОСТ 33554-2015 [4].
Кроме того, пониженное содержание кислорода в воздухе приводит к сонливости и апатии, а также быстром наступлении утомления.
Допустимые микроклиматические условия характеризуются сочетанием параметров, которые при длительном систематическом воздействии на человека могут вызвать преходящие и быстро нормализующие изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение реакций терморегуляции, не выходящие за пределы его физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния человека, но могут наблюдаться в некоторых случаях дискомфортные теплоощущения, ухудшающие самочувствие, и снижение работоспособности. Однако во время полноценного отдыха эти негативные явления полностью проходят без каких-либо вредных последствий для здоровья человека.
Так как характер деятельности водителей автобусов относится к категории средней тяжести, в этом случае регламентируются параметры микроклимата на постоянных рабочих местах согласно ГОСТ Р ИСО 16121 — 4 – 2011 [6]. Здесь предписывается следующее:
 для оптимального (комфортного) микроклимата рекомендуется температура воздуха 21…23°С при относительной влажности 40…60% и скорости его движения 0,3 м/с;
 допустимые условия характеризуются температурой воздуха 28°С при относительной влажности 40…60% и скорости 0,3 м/с, но возможно ее повышение до 0,7 м/с при одновременном увеличении температуры до 30°С.
Более полно изложены требования к обеспечению микроклиматических условий работы водителя в Санитарных правилах по гигиене труда водителей автомобилей [7]. В них. в частности, говорится – санитарно-технические средства (вентиляция, отопление, теплоизоляция, кондиционирование) должны обеспечивать поддержание в кабине автомобиля оптимальных или допустимых параметров микроклимата (табл.1.1) не позднее чем через 30 мин после начала непрерывного движения автомобиля с прогретым двигателем.

Таблица 1.1 – Нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в кабинах автобусов
Сезон года Температура воздуха, °С Относительная влажность, % Скорость движения воздуха, м/с, не более
Оптимальные параметры микроклимата
Холодный и переходный периоды года 18-20 60-40 0,2
Теплый период года 21-23 60-40 0,3
Допустимые параметры микроклимата
Холодный и переходный периоды года 17-23 75 0,3
Теплый период года Не более чем на 3 °С выше средней температуры наружного воздуха в 13 ч самого жаркого месяца, но не более 28 °С При 28 °С не более 55
При 27 °С не более 60
При 25 °С не более 70
При 24 °С и ниже не более 75 0,2-0,5

В холодный период года температура воздуха в кабине (салоне) машин (ТС) не должна быть ниже +14°С.
Перепад температуры воздуха по высоте кабины не должен превышать 3 °С. При этом абсолютные величины температуры воздуха на разных уровнях кабины должны находиться в пределах величин, указанных в табл.1.1 при обеспечении нормативных параметров микроклимата.
Температура внутренних поверхностей кабины не должна отличаться от температуры воздуха в кабине более чем на 3°С.
Анализируя приведенные значения температур, можно уверенно говорить, что оценка средств нормализации микроклимата в холодный период года осложняется специфическими требованиями к температуре в кабине (салоне) при определенных ее значениях для наружного воздуха. Подобные исследования для отрицательных температур проводятся либо в зимнее (холодное) время, либо с использованием специальных климатических камер [17].
Еще один параметр микроклимата в кабине – это влажность. Оптимальная влажность воздуха составляет 60% Повышение влажности может способствовать запотевания лобового стекла. Опасность при этом заключается в значительном ухудшении видимости, что приводит к снижению контроля на дороге, то есть влияет на уровень безопасности движения [24]. Самые распространенные меры по устранению причин повышения влажности – регулярно осматривать возможные места нарушения герметизации, контролировать исправность системы вентиляции.
В районах с повышенной влажностью относительную влажность воздуха в рабочей зоне допускается увеличить на 10% по сравнению с указанными выше.
Кабины должны быть оборудованы средствами теплозащиты от солнечной радиации (защитные козырьки, специальное остекление, жалюзи и т.п.), а также от работающего двигателя, обеспечивающими остаточную тепловую облученность водителя от стен кабины и двигателя — не более 35 Вт/м2, а от окон — не более 100 Вт/м2.
Вентиляция — одно из самых простых средств, с помощью которых можно обеспечить высокую работоспособность и уменьшить усталость. Важно, что проветривание обогащает воздух кабины кислородом, и поэтому отдаляет момент усталости водителя.
Подача свежего воздуха в кабину водителя естественным путем через открытые окна в определенной степени может решить вопрос нормализации состояния воздушной среды в кабине водителя. Однако при этом происходит проникновение в кабину водителя вредных химических загрязнителей вместе с отработанными газами.
Системы вентиляции, отопления, кондиционирования воздуха должны обеспечивать организацию рассеянных воздушных потоков и возможность регулирования количества и направления поступающего в кабину воздуха, с тем чтобы в кабине водителя обеспечивались нормативные параметры микроклимата.
Системы вентиляции, отопления и кондиционирования должны устранять запотевание (обмерзание) стекол кабины.
Концентрации вредных веществ в кабине автомобиля не должны превышать величин, указанных в «Перечнях предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны», утвержденных Минздравом [7].
Существует ряд мер, которые позволяют уменьшить вредное воздействие химических веществ на водителя:
 своевременное проведение технического обслуживания и ремонта двигателя (правильно отрегулированный двигатель выделяет примерно в 10 раз меньше окиси углерода);
 установка резиновых прокладок, которые закрывают отверстия в полу кабины;
 внедрение мероприятий по очистке и обработки воздуха в системе отопления и вентиляции.
Европейские производители транспорта для определения оптимальных показателей микроклимата салона автомобиля используют стандарты по вопросам эргономики тепловой внешней среды. Для нормирования используют следующие показатели: температуру воздуха, среднюю температуру излучения, скорость перемещения воздуха, теплоизоляцию одежды, выделения метаболического тепла, терморегуляцию организма, теплопередачу, уравнение теплового баланса и др.
Следует отметить, что при дискомфортных тепловых условиях возникает перенапряженность систем терморегуляции организма человека [20].
Вследствие этого, используют средства тепло и солнцезащиты, охлаждают кабину наружным воздухом путем естественной и принудительной вентиляции.
Таким образом, основными факторами, влияющими на физическое состояние водителей, является загрязнение воздуха кабины отработанными газами, шум, напряженность труда, вибрация, неблагоприятные микроклиматические факторы. В значительной степени эти факторы влияют на безопасность дорожного движения, поэтому минимизация их воздействия на водителя является важным инженерно-технической задачей.
Одним из действенных путей улучшения состояния воздуха в кабине водителя применение систем вентиляции и кондиционирования воздуха, которые позволяют оптимизировать параметры воздушной среды на рабочем месте водителя.