Температурные условия в кабине машиниста - "Состояние проблемы и параметры внешней среды

  I, НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА ЛОКОМОТИВНЫХ БРИГАД
§ 1.1. Состояние проблемы и параметры внешней среды
От слаженной и четкой работы локомотивной бригады зависит успех перевозок и безопасность движения поездов. Во время движения ока должна выполнять сложные операции по технике вождения поезда: внимательно следить за показаниями железнодорожных сигналов, выполнением графика движения поезда, приборами на пульте управления, состоянием локомотива и т.д. Поэтому, наряду с совершенствованием работы отдельных узлов и агрегатов тепловозов, выпускаемых отечественной промышленностью, ведутся исследования по улучшению условий труда локомотивных бригад.
За последние годы усилиями научно-исследовательских и учебных институтов, а также конструкторских бюро заводов-изготовителей достигнуты некоторые успехи по снижению уровня шума и вибраций в кабинах машиниста тепловозов. Однако, в процессе работы локомотивных бригад, имеет место несоответствие санитарных норм температурного режима, относительной влажности, концентрации отработавших газов в кабине, а также увеличение зрительной информации, воспринимаемой обслуживающим персоналом. Эти явления еще более усугубляются, в связи с ростом скоростей движения тепловозов и мощностей силовых установок L 2. 6,
Из перечисленных факторов, неблагоприятно действующих на состояние локомотивной бригады, огромное значение имеет температурный режим в кабине, особенно при работе локомотивов в условиях Крайнего Севера или в районах жаркого климата, например, в Средней Азии.
В связи с этим, создание нормального температурного режима в кабине машиниста тепловоза является одной из главных задач улучшения условий труда локомотивных бригад. Терморегуляция организма человека в значительной степени зависит от температуры, влажности воздуха и скорости его движения.
Известно, что продолжительное пребывание человека при температуре выше 52°С вызывает перегрев тела, понижение жизнедеятельности его органов и, как следствие, повышение утомляемости. Переход от пониженной температуры к повышенной вызывает у человека сонное состояние. Локомотивная бригада испытывает такие колебания температур на протяжении рейса неоднократно и, видимо, это является одной из причин повышенной утомляемости. Колебание температуры в кабине и ее неравномерное распределение по объему в значительной степени зависит от состояния ограждения (теплоизоляции стен), теплопроизводительности отопительной системы (при работе в зимних условиях), скорости движения воздуха на рабочих местах и его влажности и т.д.
Таким образом, перечень вопросов улучшения условий труда локомотивных бригад можно выделить в следующие взаимосвязанные группы:

1. Выбор наиболее эффективного теплоизоляционного материала для ограждения кабины;
2. Применение компактных круглогодичных климатических установок в кабине машиниста для поддержания требуемого температурно-влажностного режима независимо от температуры окружающей среды;
3. Снижение общего уровня звукового давления и вибрации в кабине серийных локомотивов.

Вопросам улучшения микроклимата в кабинах машиниста , борьбы с шумом и вибрациями посвящены работы Ю.М.Бушуйкина, Е.В.Бобина, Г.В.Бутакова, А.М.Волкова, Е.Бренера, О.А.Кикнадзе, коллектива авторов под руководством И.В.Сирина и др. В результате этих исследований были внедрены типовые требования по технике безопасности и производственной санитарии для проектирования и постройки магистральных и маневровых электровозов и тепловозов; эти требования завод-изготовитель отражает при проектировании кабин машинистов тепловозов (ВНИИЖГ).
Проведенные исследования в ЦНИИ МПС в условиях жаркого климата показали ЕЮ] , что температура в кабине тепловоза .2ТЭ10Л значительно (на 6-12°С) превышает температуру окружающей среды. Довольно значительное количество тепла в кабину машиниста поступает через окна (более 34% от общего избыточного тепла или 1400 ккал/ч). Через ограждение, с учетом остекленной поверхности, поступает 2450 ккал/ч, что составляет 57,7% (рис.  1). Установлено, что средний коэффициент теплопередачи ограждения кабины тепловоза 2ТЭ10Л составляет 1,96 ккал/м²ч°С, а его снижение, примерно, в 2 раза приведет к уменьшению мощности климатической установки (кондиционера) на 25%. ЕЯ] . Приведенные средние значения температур не дают полного представления о распределении температурного поля по линейным размерам в кабине машиниста.

L_

Это затрудняет определение зон с температурами, отличающимися от санитарных норм, а также распределение потока воздуха климатической установки по кабине Одним из главных недостатков в конструкции кабины в настоящее время является несовершенство технологии укладки изоляционных материалов в структуре ограждения (рис, 2.). По этой причине средний коэффициент теплопередачи ограждения кабины достаточно высок. Уже из рис.  2 видно, что существующая технология укладки теплоизоляционных материалов не может обеспечить высокое термическое сопротивление ограждения. Наличие целей и неплотностей по периметру оконных и дверных проемов, как показано, а также в полу приводят к притоку тепла в кабину при работе тепловозов в жарких условиях до 10% от общего избыточного тепла, поступающего в помещение бригады. Следует ожидать, что такое же количество тепла уходит из кабины при эксплуатации тепловозов в условиях с пониженной температурой окружающей среды.
Для обеспечения нормальных температур в кабине машиниста и отвода избыточного тепла при работе тепловозов в жарких условиях необходимо применять установки кондиционирования воздуха.
В 1966г. испытывался опытный кондиционер типа КТТ-4,5, созданный Ворошиловградским тепловозостроительным заводом совместно с Харьковским опытно-конструкторским бюро (ХОК-КБ) и Всесоюзным научно-исследовательским институтом электромеханики (ВНИИЭМ). Указанная климатическая установка успешно прошла серию испытаний в условиях жаркого климата. Однако, она до сих пор не внедрена на тепловозах.

Рии.35. Структура стенки кабины машиниста.

Позже Ворошиловградский тепловозостроительный завод совместно с Ленинградским СКВ полупроводников спроектировал новый тип круглогодичной климатической установки. Во, как показали эксплуатационные испытания, она не обеспечивает необходимую температуру в кабине машиниста при работе тепловозов в условиях жаркого климата.
Избыточное тепло в кабине можно снизить за счет применения нового типа теплоизоляции.
более совершенной технологии ее укладки, двойного остекления лобовых окон уменьшенных размеров, устранения неплотностей в ограждении помещения бригады. Отрицательный угол наклона передних окон впервые применен на отечественных тепловозах 2ТЭ114 и 2ТЭ116. Такое их расположение не только улучшает видимость пути и путевых сигналов, но также должно способствовать уменьшению притоков тепла за счет прямого попадания солнечных лучей в кабину машиниста, особенно в условиях жаркого климата. Однако какие-либо        
данные по влиянию положения передних на температурный режим в кабине в настоящее время отсутствуют.
И работах [22,23] показаны способы герметизации кабины, а также о их положительном влиянии на степень улучшения условий труда локомотивных бригад. Приводятся результаты испытаний пакетных стекол, которые не замерзали при температуре наружного воздуха -50°С и ниже. Показано, что электрический обогрев стекол и их обдувании сжатым воздухом не дает должного эффекта, так как стекла замерзали при температуре окружающей среды минус 20 - 28°С.
В работе   приводятся номограммы для выбора толщины теплоизоляционного материала в ограждении кабины электровозов. Однако они не учитывали  влияние скорости воздушного потока на коэффициент теплопередачи ограждения кабины при движении локомотива.
В последние годы весьма интенсивно ведутся работы по улучшению теплоизоляции стенок кабины машиниста локомотивов.
Людиновский тепловозостроительный завод изготавливает детали кабины тепловозов ТП6 из стеклопластика. Это позволило сэкономить 630 кг стального проката на один тепловоз, а также повысить термическое сопротивление стенок кабины машиниста.
ВНМТИ провел работы по выпуску опытно-промышленной партии тепловозов ΤΈΜ23 с вибродемпфирующим и звукоизоляционным покрытием на основе поливинил-ацетатной эмульсии и хризотилового асбеста. Покрытия применены в кабинах вместо вибродемпфирующей мастики 579.
Конструкторекое бюро Ворошиловградского тепловозостроительного завода предложило вибропоглощающую мастику двух типов: на органорастворимом и водорастворимом связующем вместо вибродемпфирующей мастики 579. Опытная партия тепловозов, выпущенная с новым покрытием, в настоящее время проходит испытания.
В ГДР заполняют пространство между внешней и внутренней стенками металлической конструкции кабины машиниста специальными наполнителями сплошным слоем. Они обладают хорошей адгезией, высокими теплоизоляционными свойствами, придают жесткость всей конструкции [10].
В Японии тепловозы с гидропередачей имеют кабину с панелями из стекловолокна и гофрированных листов алюминия

для звуко- и теплоизоляции .
В США в кабине машиниста пол застилается материалом "", устанавливается ленточный нагревательный
прибор.
Фирма "" (США) строит кабины тепло
возов с улучшенной тепло- и звукоизоляцией, которая обеспечивает уровень шума в помещении локомотивной бригады ниже рекомендованных для промышленных условий. Кабина герметизирована, в ней установлена специальная система обогрева.
Видно, что приведенные выше исследования направлены на улучшение условий труда локомотивных бригад за счет применения климатических установок, более эффективных покрытий, обладающих высокими тепло-звукоизоляционными свойствами и т.д.
Однако отсутствие, а иногда и недостаточность конкретных данных в указанных работах затрудняет выбор конструкции ограждения кабины машиниста локомотивов. Кроме того, вибродемпфирующие покрытия, предложенные некоторыми организациями (например ВНИТИ и опытно-конструкторским бюро Ворошиловградского тепловозостроительного завода и др.) в настоящее время проходят испытания.
В этом направлениии заслуживают внимания работы, проводимые в области вагоностроения как у нас в стране, так и за рубежом.
В США в порядке эксперимента в 1967 году крыши и двери двух изотермических вагонов были изолированы пенополистиролом. Крыша состоит из 3-х секций со шпунтовым соединением. Места соединения секций, залиты эпоксидным компаундом.
В 1970 года в ГДР на заводе "Дессау" организовано серийное производство двухосных вагоно-ледников с кузовами типа "сэндвич" с наполнением полиуретаном плотностью 50 кг/м³, Коэффициент теплопередачи кузова вагона получен равным 0,24 ккал/ м²ч°С.
Американская фирма " построила в 1966 году 200 четырехосных универсальных вагонов с машинным охлаждением, для изоляции которых использован полиуретан вспененный на месте.
В настоящее время в Европе функционируют 750 двухосных вагонов-ледников. В качестве изоляционного материала применен полиуретан, вспененный на месте. Коэффициент теплопередачи кузова снижен до 0,21 ккал/м²ч°С.
В работах отечественных ученых проф. М.В. Винокурова, М.Г, Маханько и др. большое внимание уделяется вопросу оптимизации толщины высокоэффективного теплоизоляционного материала в кузове рефрижераторных вагонов, а также мощности систем охлаждения изотермических вагонов.
Перечисленные научно-исследовательские работы для вагонов представляют несомненный интерес. Однако их использование при проектировании ограждения кабин машиниста локомотивов вызывает большие затруднения, вследствие, несоответствия геометрических размеров поверхностей теплообмена, климатических установок и т.д.
Обзор исследований показывает, что применение высокоэффективных теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях подвижного состава обусловлено климатическими условиями, в которых работает подвижной состав.
Выпускаемые отечественной промышленностью локомотивы эксплуатируются в условиях холодного и жаркого климата, характеризующийся большими (до 15-20 С) перепадами температур окружающей среды в течение суток, высокими скоростями воздуха и т.д.
Так на территории Коми АССР в Воркуте, в январе (наиболее холодный месяц в году) средний минимум температуры составляет -24,7 С, а в Печоре -22,49 С. Абсолютный минимум температуры воздуха в указанных пунктах составляет минус 52-55°С. Средний из абсолютных минимумов температуры воздуха в наиболее холодном месяце составляет -49 °С в Воркуте и -42 °С в Печоре. Здесь продолжительность отопительного сезона колеблется от 267 до 300 дней в году.
Наибольшие средние месячные скорости ветра отмечаются в мае и достигают 4-5 м/сек, в холодный период года относительная влажность воздуха мало меняется и находится в пределах 83-88%.
В условиях Средней Азии средний минимум температуры воздуха отмечается в июле и составляет 36-39 °С (Каган). Абсолютный максимум температуры воздуха в отдельные дни достигает 48-49 °С.
Климат Средней Азии формируется в условиях высокой солнечной радиации. Примерно в течение 100-150 дней в году средняя максимальная температура воздуха достигает 28-30°С. Жаркий период отмечается не высокой относительной влажностью воздуха (до 10-25%) и высокими скоростями воздуха, достигающими иногда 34 м/сек.
Таким образом, из приведенного анализа работ видно, что в последние годы обращается особое внимание на состояние теплоизоляции в структуре ограждения не только в вагоностроении, но и в локомотивостроения, особенно в зарубежных странах, в связи с появлением новых материалов на основе пластмасс.