Введение. Математическое моделирование эффективно при анализе промышленной безопасности на металлургических предприятиях, в частности для отслеживания проблем системы «человек — машина». Чтобы ввести в рассмотрение фактор времени, задействуют рекуррентные соотношения (в дискретной модели) и дифференциальные (в непрерывной). Однако необходимо также решить проблему привязки параметров модели к реальным условиям производственной среды и к человеческому фактору. Цель данного исследования — создание метода определения параметров имитационных математических моделей динамики психофизиологических показателей оператора, влияющих на его работу.

Материалы и методы. Психофизиологическое состояние (ПФС) оператора оценивали по работоспособности, утомляемости и ошибаемости. Данные собрали по тесту цифровой корректурной пробы (ЦКП). На основании полученных результатов вычислили экспериментальные значения показателей ПФС оператора, которые привели к нормированной шкале [0, 1]. Эти показатели для конкретного респондента, математическую модель и разработанный алгоритм задействовали при определении числовых значений параметров модели. Для интерпретации показателей работоспособности, утомляемости и ошибаемости ввели шкалы с пятью градациями.

Результаты исследования. Использование модифицированного авторами варианта математической модели показало значительное улучшение ее прогностических свойств. Из 10 участников наилучший результат оказался у респондента № 7, худший — у респондента № 8. В течение 1-го часа работы (с 9.00 до 10.00) их работоспособность выросла примерно одинаково, с 0,5–0,55 почти до 0,6. Затем показатель респондента № 7 активно увеличивался и до конца рабочего дня оставался существенно выше уровня «хороший». Показатель респондента № 8 падал и с 14.00 до 15.00 оказался ниже среднего. Разницу во многом определили хронотипы операторов. Их хронофизиологические особенности сказались также на утомляемости и ошибаемости. Для разных участников экспериментов варьировалось качество модели. В одном случае оно оказалось отличным (средняя относительная ошибка ≤5 %), в трех случаях — хорошим (≤10 %), в четырех — удовлетворительным (≤15 %).

Обсуждение и заключение. Предлагаемый подход дает возможность получить для каждого индивидуума динамические профили его психофизиологических характеристик, оценить их взаимосвязи и выполнить прогноз на основе модифицированной математической модели. Однако для расширения функциональных возможностей моделей в реальных условиях работы оператора металлургического оборудования требуется увеличить объем выборки, уменьшить шаг дискретного времени и выполнить исследования для различных условий работы с учетом технологических, климатических, экологических, психологических и прочих факторов.

Введение. Нормативными документами по пожарной безопасности при определении численности и технической оснащенности подразделений пожарной охраны в явном виде не учитываются природно-климатические и географические особенности субъектов Российской Федерации. При этом в научной литературе встречаются сведения о влиянии отдельных природно-климатических факторов на эффективность действий пожарной охраны при тушении пожаров. Целью настоящего исследования явилось определение влияния системы природно-климатических и географических характеристик субъектов Российской Федерации на показатели оперативного реагирования территориальных подразделений пожарной охраны. Полученные результаты рекомендованы для дальнейшего использования при нормировании численности и технической оснащенности подразделений пожарной охраны.

Методы и материалы. Проведен факторный анализ статистических данных за 2020–2022 гг. Статистические данные получены из федеральной государственной информационной системы «Федеральный банк данных «Пожары», с сайта Федеральной службы государственной статистики Российской Федерации и из других источников. Для анализа отобраны 10 показателей, характеризующих природно-климатические и географические особенности субъектов Российской Федерации, 2 показателя оперативного реагирования территориальных подразделений пожарной охраны и 4 показателя обстановки с пожарами.

Результаты исследования. Выделены пять значимых факторов, изменение которых объясняет изменение наблюдаемых показателей. Первый фактор характеризует связь климатических условий с показателями обстановки с пожарами. Второй фактор связывает показатели оперативного реагирования подразделений пожарной охраны с особенностями рельефа субъектов Российской Федерации. Третий фактор описывает взаимосвязь показателей обстановки с пожарами и показателей оперативного реагирования с плотностью населения и лесистостью территории. Остальные факторы в показатели обстановки с пожарами и оперативного реагирования существенного вклада не вносят.

Обсуждение и заключение. С помощью математического анализа и с использованием факторного моделирования авторами исследована взаимозависимость природно-климатических и географических особенностей субъектов Российской Федерации, показателей обстановки с пожарами и показателей оперативного реагирования подразделений пожарной охраны. Определены наиболее значимые факторы, влияющие на эти показатели. Среди них средняя температура воздуха, лесистость территории, наличие горных массивов, плотность населения. Данные показатели следует учитывать при определении численности и технической оснащенности подразделений пожарной охраны для повышения эффективности их функционирования.

Введение. Внутрилабораторные сличительные испытания являются важным и актуальным мероприятием для обеспечения качества и достоверности результатов исследований в лабораториях. Они позволяют оценить точность и воспроизводимость применяемых в лаборатории методов, а также выявить возможные источники ошибок и несоответствий в ее работе. Результаты внутрилабораторных сличительных испытаний предоставляются экспертам при подтверждении компетентности в рамках аккредитации. Как правило, сличительные испытания проводят в лабораторных условиях в привычной и спокойной для испытателей обстановке. Однако лаборатории, проводящие исследования в рамках специальной оценки условий труда (СОУТ), вынуждены проводить выездные сличительные испытания на реальных объектах, где за испытаниями наблюдают заказчики, которые невольно отвлекают работников лаборатории, что напрямую влияет на качество измерений. Целью данной работы является оценка качества проведения выездных внутрилабораторных сличительных испытаний на примере определения запыленности рабочего места каменщика на строительной площадке и определение минимально необходимого и достаточного для этого количества измерений.

Материалы и методы. Для определения запыленности рабочего места каменщика использовался весовой метод, который заключается в сборе пыли на фильтры с последующим взвешиванием и определением концентрации. Оценка качества проведения внутрилабораторных испытаний производилась согласно ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения».

Результаты исследования. На рабочем месте каменщика выявлено превышение разовой предельно допустимой концентрации пыли в 1,6 раза. Средняя концентрация пыли на исследуемом рабочем месте составила: Кп2 = 9,57±0,81 мг/м3, сходимость полученных результатов, r = 8,68 %, относительная погрешность, δ = 8,50 %. Выявлено, что максимально допустимая разница результатов двух испытаний составляет 0,84 мг/м3. Разница прямых измерений массы двух образцов должна быть не более 0,1 мг.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты показали возможность проведения минимального количества измерений, что по условиям воспроизводимости испытания признаются удовлетворительными и могут предоставляться экспертам для подтверждения компетентности лаборатории. В рамках СОУТ работникам исследуемого объекта рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты органов дыхания, предохраняющие от высокодисперсной пыли.

Введение. Вредные компоненты рудной пыли, образующейся при разгрузке продуктов подготовки железорудного концентрата (ППЖК) на стадии смешивания, наносят ущерб как работникам, так и оборудованию. Для решения этой проблемы применяется орошение жидкостным аэрозолем с использованием форсунок больших диаметров (>20 мкм). Однако данный метод неэффективен в улавливании мелкодисперсных частиц пыли, поэтому повышение эффективности метода осаждения орошением пыли ППЖК становится актуальной задачей. Целью данного исследования является изучение воздействия технологии «Сухой туман», генерирующей капли жидкости размером до 20 мкм, на этапе разгрузки ППЖК горно-металлургического предприятия при осаждении взвешенной мелкодисперсной пыли. Основной задачей данного исследования являлась оценка эффективности и возможных преимуществ применения технологии «Сухой туман» для орошения пыли с последующим осаждением, поскольку к пыли ППЖК описанная выше технология ранее не применялась.

Материалы и методы. Эксперимент по осаждению пыли ППЖК проводился в специально созданном лабораторном стенде. Посредством физического моделирования были получены параметры процесса осаждения. Далее полученные результаты подвергались анализу с точки зрения получения зависимости осаждения пыли с течением времени с учетом влияния технологии «Сухой туман». Для физического моделирования была разработана программа эксперимента. Согласно данной программе, пыль равномерно загружалась внутрь лабораторного стенда (сверху), распределялась в воздушном потоке по всему объему стенда крыльчаткой, а прибор, расположенный в нижней части, фиксировал изменение концентрации во времени. Далее были проведены эксперименты по осаждению пыли с применением жидкостного орошения. Совместно с загрузкой пыли в объем лабораторного стенда посредством форсунок, генерирующих капли размером 10 и 15 мкм, подавалась жидкость — отфильтрованная вода. Эффективность технологии «Сухой туман» при осаждении пыли ППЖК определялась визуально, и далее — на основании сопоставления графиков. Изучалась динамика изменения усредненных концентраций пыли от времени как при осаждении без орошения, так и с применением технологии «Сухой туман». В процессе эксперимента фиксировались характеристики микроклимата внутри лабораторного стенда (влажность, температура и скорость движения воздуха) и параметры двух форсунок — их рабочее давление и время распыления подаваемой жидкости.

Результаты исследования. Сравнение результатов эксперимента показало уменьшение времени осаждения на 40 % и 75 % при использовании форсунок на 10 мкм и 15 мкм соответственно.

Обсуждение и заключение. По результатам эксперимента подтверждена эффективность технологии «Сухой туман» для осаждения пыли ППЖК при разгрузке на стадии смешивания. Полученные базисные результаты позволят в дальнейшем оценить эффективность осаждения пыли с применением дополнительно режима пульсирующей вентиляции. В таком сочетании ожидается повышение эффективности осаждения еще на 20–25 % относительно результатов, представленных в данной статье. Полученные результаты дают возможность обосновать рациональные параметры и применить на производстве вышеописанный способ для повышения эффективности осаждения пыли. Помимо этого, они создают основу для разработки методики ускорения осаждения пыли ППЖК с применением метода пульсирующей вентиляции.

Введение. Повышенная интенсивность шума и вибрации на железнодорожном транспорте может стать не только актуальной проблемой в области охраны труда, но и серьезной экологической проблемой в ближайшем будущем из-за необходимости постоянного увеличения веса грузовых поездов, повышения скорости движения пассажирских поездов и возрастания пропускной способности железнодорожных линий. В последнее время немало сделано для минимизации негативного воздействия шума и вибрации на железнодорожном транспорте. Однако проблема превышения показателей виброшумовых факторов остается актуальной. Уменьшение вредного воздействия шума и вибрации способствует улучшению условий труда работников поездных бригад и повышению комфортных условий для пассажиров. Как правило, основное внимание при анализе воздействия виброакустических факторов уделяется внешнему их воздействию на селитебную территорию и меньше — воздействию на подвижной состав. К тому же такие исследования не являются комплексными, так как не дают полного представления о воздействии шума и вибрации непосредственно на состав в движении. Цель данного исследования — анализ воздействия виброакустических факторов на работников поездных бригад и пассажиров для разработки метода их комплексной защиты, основанного на применении виброгасящих материалов.

Материалы и методы. В ходе работе были изучены нормативные документы, проведен комплексный анализ актуальной информации по данной теме, использованы методики по расчету вибрации и виброускорения. Значения уровней звукового давления были получены с помощью шумомера SPM-101. Объектом исследования был выбран вагон типа «плацкарт» во время движения. В рамках исследования было измерено звуковое давление на выбранных участках дороги и определен класс условий труда.

Результаты исследований. Результат анализа воздействия виброакустических факторов на работников поездных бригад свидетельствует в необходимости усиления комплексных мер их защиты. Полученный расчет силы вибрации стал основой предложенного авторами метода минимизации вредного воздействия виброакустических факторов, в основе которого использование в конструкции вагона вибро- и звукоизолирующих материалов, подходящих по необходимым акустическим параметрам. В частности, предложено с целью шумоизоляции на пол вагона уложить плотную резину, а на потолок — материал из неорганического волокна. В работе также дана экономическая оценка эффективности мероприятий по минимизации вредного виброшумового воздействия.

Обсуждение и заключение. Предложенные методы минимизации шумового и вибрационного воздействия могут способствовать снижению уровня звукового давления и показателей вибрации до нормативных значений, что сократит негативное воздействие виброакустических факторов на работников поездной бригады и пассажиров. Рассмотренный комплекс по минимизации вибрации и шума включает в себя совокупность методов, в которых нашли применение бюджетные материалы, созданные на основе вторично переработанного сырья.

Введение. Сера присутствует в органической и минеральной части всех видов твердого топлива, причем от ее содержания зависит проявление опасных свойств шахтопластов. В связи с этим не теряют актуальность научные изыскания, связанные с определением количества серы в ископаемом топливе. Содержание общей серы и ее разновидностей изучалось в большинстве случаев с позиций эффективности процессов переработки топлива, качества и экологической безопасности угольной продукции. Меньше внимания уделяли проявлению опасных свойств шахтопластов, прогнозированию и разработке профилактических мероприятий по предотвращению эндогенных пожаров в угольных шахтах. Цель представленной работы — создание инженерного метода расчетного определения элементного содержания серы в минеральной массе углей для прогноза опасных свойств шахтопластов.

Материалы и методы. По результатам корреляционного анализа установили, каким образом содержание серы в горючей части топлива зависит от общей серы. Рассмотрели данные по углям практически всех шахтопластов Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов. Представили соотношения зольности пластовых и обогащенных проб, а также сведения о содержании общей серы и серы в горючей части. Это позволило расчетным путем оценить содержание серы в минеральных примесях. Исходные данные для разработки метода взяли из справочно-нормативных документов.

Результаты исследования. Рассмотрены семь совокупностей, которые включали от 149 до 1827 шахтопластов. По каждой обобщили справочные и расчетные данные:

- содержание серы — общей (S_t^d) и в горючей части топлива (S_г);

- условные точки для корректировки показателей во избежание получения отрицательных усредненных значений; - эмпирические уравнения, которые описывают расчетные и скорректированные зависимости по соотношению S_t^d и S_г;

- корреляцию этих показателей;

- диапазоны изменения выхода золы.

Все эти сведения представлены для обогащенных и не обогащенных углей, для выхода золы более и менее 10 %. В одном случае отмечены удовлетворительные результаты определения расчетного содержания серы в условно негорючей массе. Это совокупность из 149 шахтопластов. Для 13 из них разность показателей (S_t^d – S_г) больше или равна нулю. Для 136 — меньше нуля. Для 81 содержание серы в условно негорючей части топлива S_н меньше нуля. При этом отмечается достаточный уровень корреляции (0,79) и ограниченный диапазон изменения выхода золы (2,4–10). Соответствующее этой совокупности эмпирическое уравнение рекомендуется для прогноза опасных свойств шахтопластов с выходом золы менее 10 %.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты можно использовать для совершенствования нормативных документов по безопасному ведению горных работ с учетом содержания серы, как в органической массе, так и в минеральных примесях ископаемого угля.

Введение. Вопросы обеспечения оптимальных режимов расхода топлива являются предметом постоянного исследования в области эксплуатации автотранспортных средств. Работы в области снижения расхода топлива в большинстве случаев посвящены исследованию конструкции силовых установок, трансмиссии или аэродинамических особенностей кузова автомобилей. Вместе с тем вопросы определения оптимальных законов управления неустановившимся движением с точки зрения синтеза алгоритмов управления движением автомобиля не рассматривались. Для оптимизации передаточного числа автомобилей при неустановившимся движении авторами работы проведены аналитические расчеты, позволяющие упростить синтез алгоритмов управления движением, что позволяет снизить расход топлива. Целью работы являлось определение оптимального передаточного числа, позволяющего решить задачу синтеза управления транспортным средством для снижения расхода топлива.

Материалы и методы. Рассматриваемый в работе синтез алгоритмов управления движением автомобиля основан на применении к инвариантным признакам действительного движения игольчатой вариации Л.С. Понтрягина. Использован аналитический метод оценки энергетической эффективности эксплуатационных характеристик автомобиля, в основе которого лежит определение оптимального передаточного числа трансмиссии автотранспортных средств с учетом наименьшего расхода топлива. Представленный метод учитывает величину крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя на элементы трансмиссии, который, в зависимости от мощности двигателя, реализуется в виде силы тяги на колесах автомобиля.

Результаты исследования. Построен закон оптимального изменения передаточного числа трансмиссии при разгоне автомобиля за минимальное время. Решена задача определения оптимального передаточного числа трансмиссии автомобиля в случае движения автомобиля с постоянной скоростью и постоянной подачей топлива, а также при разгоне автомобиля до заданной скорости при постоянной подаче топлива, когда соблюдается условие ε = const. Результатом рассмотренного случая применения оптимального закона изменения передаточного числа трансмиссии является минимизация расхода топлива при ограничениях на ускорение (силу тяги) и скорость движения автомобиля.

Обсуждение и заключение. Применение авторами аналитического метода для определения передаточного числа трансмиссии автомобиля, а также использование данного метода в практических расчетах для автомобиля с заданными характеристиками показывает возможность решения задачи синтеза управления транспортным средством с применением математического аппарата. Это подтверждается построенной графической зависимостью по результатам проведенных расчётов. Рассмотренные случаи движения позволили определить аналитические зависимости оптимального передаточного числа и скорости автомобиля. Исходные данные, полученные по аналитическим зависимостям, применимы для автомобилей со смешанным режимом управления.

Введение. Основным недостатком традиционных процессов диффузионного поверхностного упрочнения стальных изделий является большая продолжительность, поэтому проблема интенсификации таких процессов является актуальной. Для ее решения предложено применение высокоэнергетического воздействия на материал, позволяющего получить упрочненный поверхностный слой из обмазки, в состав которой входят порошки ферросплавов, содержащие легирующие элементы. В литературе отсутствуют данные о необходимом содержании и дисперсности таких порошков в составе обмазки. Цель исследования — выбор размера частиц ферросплавов и их концентрации в обмазке для достижения максимально эффективного упрочнения обрабатываемого изделия.

Материалы и методы. Для экспериментальных исследований использовали цилиндрические образцы из стали 20 диаметром 12 мм и длиной 35 мм, на поверхность которых наносили легирующую обмазку, содержащую порошки ферросплавов и электропроводный гель в качестве связующего. После этого образцы погружали вертикально на половину длины в металлический контейнер, который далее заполняли угольным порошком с размером частиц 0,4–0,6 мм. Затем пропускали электрический ток величиной от 2,5 до 3,0 А в цепи источник питания — контейнер — угольный порошок — образец. Продолжительность процесса составляла 2–8 мин.

Результаты исследования. Выполнена расчетная оценка электрической проводимости угольного порошка, рассчитаны теплофизические параметры микродугового нагрева стали: мощность, выделяемая электрическим током на поверхности стального изделия, плотность теплового потока, энергия единичного микродугового разряда. Получены выражения для расчета размера частиц порошка ферросплавов, а также экспериментальные зависимости толщины диффузионного слоя от размера частиц ферросплавов и их содержания в обмазке.

Обсуждение и заключение. Результаты исследования позволили определить диапазон размеров частиц ферросплавов и их содержание в обмазке, позволяющие обеспечить наиболее эффективное легирование поверхности обрабатываемых изделий. Полученные данные будут использованы при разработке технологических процессов поверхностного упрочнения стальных изделий.

Введение. Изменение свойств сталей с бейнитной структурой имеет практический смысл, т. к. при бейнитном превращении под воздействием магнитного поля возможно улучшение пластичности стали при сохранении или повышении ее прочностных показателей. Научные изыскания в этой сфере касались вопросов влияния магнитного поля на термодинамику и смену сценария фазового превращения. Однако в открытых источниках нет детального описания воздействия магнитного поля на структуру и свойства продуктов промежуточного бейнитного превращения. Цель работы — исследование особенности влияния внешнего магнитного поля на сценарий и кинетику фазового превращения стали.

Материалы и методы. Исследование проводилось на образцах из стали 65Г. Их химический состав контролировали при помощи оптико-эмиссионного спектрометра Magellan Q8. Термическую обработку (резистивный нагрев) проводили в установке для высокотемпературных исследований «ИМАШ 20–75». Температура нагрева — около 1000 °С, время выдержки — 10 минут. Образец охлаждали при помощи водоохлаждаемых электроконтактов. Внешнее магнитное поле напряженностью 400 кА/м и 800 кА/м создавалось электромагнитом, интегрированным в вакуумную камеру установки.

Результаты исследования. Эксперименты подтвердили возможность смены сценария превращения с перлитного на бейнитный при воздействии внешним магнитным полем до 1 МА/м. Получены изображения микроструктуры и поверхностного рельефа образцов после охлаждения в магнитном поле. Проанализированы кинетические изменения и зависимости объемных скоростей превращения от времени изотермической выдержки. Установлено, что действие постоянного магнитного поля напряженностью 1,6 МА/м увеличивает объемную скорость превращения в 1,808 раза (для стали 65Г) и в 1,687 раза (для стали 45Х).

Обсуждение и заключение. Зафиксированы результаты наблюдений за изменением поверхностного рельефа при охлаждении без магнитного поля и в магнитных полях различной напряженности. Это позволило сделать вывод о стимуляции внешним магнитным полем бейнитного превращения вместо исходного перлитного. Микроструктурные изменения объясняются влиянием поля на магнитное состояние исходной фазы.