Модернизация конструкции и организация безопасной эксплуатации компакторов на полигонах ТКО

This article examines the problems from the solution of which depends economic development in the polar regions, the process of improving the formation of integrated security systems for industrial and transportation facilities in the polar regions.

Key words: Sustainable development, critical facility, integrated security, destructive impact, technogenic accident, act of unlawful interference, transport and logistics systems, terminal and logistics centers.

Makhutov Nikolay Andreevich, doctor of technical sciences, professor, the corresponding member RAS, head of the WG "Risk and security" under the President of the RAS, kuprikovarussianpolar.ru,Russia, Moscow, RAS,

Kuprikov Mikhail Yuryevich, doctor of technical sciences, professor, head of Department, kuprikova russianpolar.ru, Russia, Moscow, Aviation Institute (National research university),

Balanovsky Vladimir Leonidovich, Deputy Chairman of the Committee of the Moscow chamber of Commerce and industry on integrated security, the President of the troubled branches of "Comprehensive security" of the Academy of quality problems and actions. member of APK and BANKB, kuprikovarussianpolar. ru, Russia, Moscow, Academy of quality problems and actions,

Kuprikov Nikita Mikhailovich, candidate of technical sciences, senior researcher director, kuprikovarussianpolar. ru, Russia, Moscow, ANO SRC «Polar initiative», Moscow aviation university

УДК 621.878.2

МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ И ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПАКТОРОВ НА ПОЛИГОНАХ ТКО

К.Г. Пугин, Н.К. Иванов, И.Э. Шаякбаров

В настоящее время стоит вопрос о применении новых современных технологий в различных сферах народного хозяйства, в частности, в переработке твердых коммунальных отходов. В данной статье рассмотрена перспектива внедрения новых технологий защиты техники, используемых на полигонах для утилизации ТКО.

Ключевые слова: ТКО, полигоны, эксплуатация, компакторы.

Одной из важных проблем в наши дни является утилизация твердых коммунальных отходов (ТКО). Их количество растет в геометрической прогрессии ввиду активного роста городов и объемов потребления населения. Динамика образования и использования ТКО на территории РФ следующая: в 2007 объемы образования составляют 52,6 миллиона тонн, из них только 8,7 миллионов тонн используются как вторсырье, а в 2013 году образовано 67,4 миллионов тонн мусора, из которых на повторную переработку отправлено 9,5 миллионов тонн [1].

Использование отходов как вторсырье крайне мало в сравнении с их образованием. Это связано с большими затратами на извлечение ресурсного потенциала из ТКО и низкой стоимостью размещения отходов в окружающей среде. В этой связи большинство ТКО подвергаются захоронению на специальных площадках - полигонах. Работает данный полигон по следующему циклу: специализированные машины привозят отходы на полигон и выгружают его, специальные машины, перемещая мусорные массы, выравнивают и трамбуют площадку. Далее все это засыпается землей и цикл повторяется вновь. После заполнения полигона производят рекультивацию территории [2,3].

Морфологический состав отходов весьма разнообразен и зависит от климатической зоны (табл.1).

Таблица 1

Морфологический состав ТБО в зависимости от различных

климатических зон, % [4]

Компоненты Зоны

средняя южная северная

Бумага, картон 30-38 20-30 21-24

Пищевые отходы 30-39 35-45 30-38

Дерево 1-2,5 1-2 2-4

Металл 2-3 1-3 3-5

Текстиль 3,5-4,5 5-7 5-7

Кости 0,5-2 1-2 2-4

Стекло 5-8 3-6 6-10

Кожа, резина 1-5 1-3 3-7

Камни 1-3 1-2 1-2

Пластик 1,5-2 1,5-2 1,5-2

Прочее 0,5-1 1-2 2-4

Отсев (менее 15 мм) 7-14 10-18 7-10

Химический состав ТКО также разнообразен и изменяется от вида климатической зоны расположения населенного пункта - источника ТКО (табл. 2).

Таблица 2

Химический состав ТКО в зависимости от различных климатических

зон, % [4]

Показатель Пределы измерения для климатических зон

средняя южная северная

Органическое вещество 56-72 56-80 55-60

Зольность 28-44 20-44 40-45

Общий азот 0,9-1,9 1,2-2,7 1,2-1,6

Кальций 2-3 4-5,7 2,1-4,8

Углерод 30-35 28-39 28-30

Влажность общей массы 40-50 35-70 43-48

Фосфор 0,5-0,8 0,5-0,8 0,4-0,5

Общий калий 0,5-1 0,5-1,1 0,4-0,5

Исходя из табл.1 и 2, можно сделать вывод, что повышенное содержание органических веществ, обширный химический состав негативным образом влияют на машиниста и машину, образуя патогенную агрессивную среду.

Основную работу по укладке и уплотнению отходов на полигонах выполняют бульдозеры и компакторы (рис.1).

Разнообразный морфологический и химический составы ТКО формируют зону повышенной опасности как для человека-оператора, так и для самой машины. Для обеспечения безопасных условий производственной и технической эксплуатации необходимо провести анализ видов источников опасности.

Для компакторов ввиду специфической и опасной среды эксплуатации (согласно ГОСТам 12.1.004-91, 12.1.005-88, 12.1.007-76, 12.1.010-76, 12.1.012-90, 12.1.019-79, 12.2.011-2003) вводятся общие и специальные требования безопасности, которые снижают риски возникновения или степень последствий воздействия источников опасных воздействий.

Рис. 1. Компактор при работе на полигоне [5]

К общим требованиям безопасности относят:

основные источники опасности (излучения; биологические воздействия; взрывы; механические воздействия; пожары; промышленные опасности; термические воздействия; химические воздействия; опасности поражений электрическим током и электромагнитными полями; ядерное и радиационное влияние);

дополнительные источники опасности (воздействие шума; воздействие вибрации; опасности, приводящих к различным неврологическим или сосудистым расстройствам; опасности, вызванные пренебрежением нормами эргономики, общепринятой практикой конструирования машин);

дополнительные источники опасности, определяемые движением машины (в связи с возможностью хода машин; связанные с рабочим местом оператора; опасности, связанные с действиями посторонних лиц и случайных факторов; ошибки управления оператора).

К специальным требованиям относят особенности конструкции машин и условия эксплуатации [6].

Опасные факторы могут воздействовать на оператора, который управляет машиной, либо на саму машину. Специалисты по технической эксплуатации транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования (ТиТТМО), в основном рассматривают только воздействия на машину, чтобы предотвратить нарушения ее работоспособности.

Анализ статистических данных по аварийности на полигонах показывает, что основными опасными воздействиями могут считаться: химическое; механическое и термическое воздействие.

Химическое воздействие появляется ввиду того, что в состав бытовых отходов попадают не только бытовой мусор, но и различные химические реагента (соляная, серная, азотная кислоты, щелочи, соли металлов), в результате смешивания которых образуются вещества, разъедающие окрашенные элементы кузова, резину, пластик и вызывающие усиленную коррозию металла (отвала, мест соединения гидравлических шлангов, колес и шипов для уплотнения), вследствие чего транспорт быстрее выходит из строя.

Одним из вариантов решения этой проблемы можно посчитать полное улучшенное прорезинивание всей нижней поверхности техники использование более устойчивой к химическому воздействию резины (например, для шлангов).

Механическое воздействие на компактор может возникнуть в следствие:

попадания в провалы;

взаимодействия агрегатов машины с крупногабаритным мусором;

опрокидывания компактора;

наезда на человека или крупногабаритный мусор.

Провалы образуются в связи с разложение органической части отходов, что влечет к уменьшению объемов массы мусора, образованию газов и воды, извлекаемых специальными устройствами. Для определения таких мест предлагается использовать георадары для определения провалов. Данный метод был использован инженерами Центра космических полетов при создании робота ОЯОУЕЯ для сбора радиолокационных данных о территории Гренландии.

Опасность повреждения агрегатов машины крупногабаритным мусором обычно происходит из-за того, что на полигон вывозят строительный мусор, содержащий в себе крупные куски бетона и острые прутья арматуры, способные при неверном управлении или при большой скорости серьезно повредить техническое средство. Для этих целей возможно применение специальных защитных утолщенных твердосплавных листов для того, чтобы прикрыть наиболее уязвимые места (элементов трансмиссии, приводов, электроники и т.д.). Данный опыт используется широко в машиностроении, например, защита редукторов, коробок передач и картера на легковых автомобилях.

Также компактор может перевернуться на склонах полигона ввиду невнимательности водителя-механика или из-за несоответствующего укрепления склонов. Для исключения таких случаев необходимо соблюдать допустимый угол уклона для продольного положения техники на склоне. Для этих целей необходимо использовать датчик наклона, подобный тем, которые используют в автомобилях в охранных системах.

Для исключения случаев наезда на работников полигона или лиц, проникших на него из вне, нужно установить на машину датчики, указывающие на приближение к препятствию и расстояние до него. Такая система широко применяется в легковых автомобилях для помощи при парковке (парктроники).

Опасность возгорания техники (термическая опасность) возможна в нескольких случаях. Это и неисправность электрических систем (замыкание проводов, контактов), и подтеки горюче-смазочных материалов. Это возможно предупредить при операциях на техническом обслуживании (ТО) и ежесменных технических обслуживаниях (ЕТО). Но основной причиной возгорания является тление мусора на глубине и провал машины в полость с высокой температурой. Для предотвращения провала и раннего оповещения машиниста о наличие такого участка необходимо предусмотреть возможность установки тепловизора для определения очагов тления и горения мусора.

На основе анализа видов опасных факторов возникающих при эксплуатации компакторов на полигонах ТКО, в целях повышения степени ее безопасности, можно сделать предложение о необходимости оснащения дополнительными датчиками, которые позволяли бы: исключать наезд на препятствие, реагировать на повышенную температуру среды, резкое снижение несущей способности ТКО (пустоты). Дополнительно необходимо предусмотреть пассивную защиту от воздействия агрессивной внешней среды и механических воздействий на элементы машины (рис.2).

Рис. 2. Компактор, оснащенный дополнительными датчиками: 1 - тепловизор; 2 - датчик наклона; 3 - датчик приближения к препятствию; 4 - георадар; 5 - защита нижней части машины; 6 - слой резины; А - тлеющий участок полигона; Б - провал; В - препятствие (человек, крупногабаритный груз) [7]

331

Список предполагаемого оборудования и его назначения представлены в табл.3.

Таблица 3

Устанавливаемое на компактор оборудование

Название оборудования Место установки Выбор места установки Цель установки

Тепловизор К кабине с помощью кронштейна Достаточное расстояние и высота обзора для работы прибора; легкий доступ для обслуживания и ремонта Обнаружение и сигнализация водителю об нахождении впереди участка полигона, наезд на который вызовет возгорание машины

Датчик наклона К корпусу внутри кабины Защита от негативных воздействий как среды, так и компонентов машины; легкий доступ для ремонта и технического обслуживания Определение угла наклона машины относительно эталонного положения и сигнализация водителю о возможности опрокидывания машины

Датчик приближения к препятствию К верхней крышке двигателя с помощью кронштейна Необходимость контроля пространства позади машины; легкий доступ для ремонта и технического обслуживания Определение и сигнализация водителю о том, что сзади машины находится препятствие

Георадар В внутренней нижней части отвала Защита от различных негативных воздействий окружающей среды; легкий доступ для ремонта и технического обслуживания Позволяет определить участок полигона, наезд на который приведет к провали-ванию машины под землю

Окончание табл. 3

Название оборудования Место установки Выбор места установки Цель установки

Элементы защиты от механического воздействия К штатным местам крепления Необходимости защиты нижней части техники Предотвращает повреждение мостов, двигателя и других модулей машины крупногабаритным мусором

Элементы защиты от химического воздействия - Необходимости защиты нижней части техники Защищает металл от агрессивного химического воздействия ТКО

Для сигнализации можно использовать специальный монитор со звуковым сопровождением для удобства восприятия аварийных сигналов. Так же необходимо учесть тот факт, что в некоторых случаях (например, если срабатывает датчика приближения к препятствию, но водитель не останавливается, и до предмета остаются считанные сантиметры) нужно немедленно остановить компактор и выключить все рабочие органы. Поэтому для этого необходимо связать электронный блок управления машины с монитором для вывода информации для своевременной реакции на аварийную сигнализацию.

Установка данных дополнительных модулей не даст должно эффекта без своевременного технического обслуживания и ремонта машины, проверки и калибровки приборов. Для этого необходимо оборудовать на территории полигона ТКО специализированный бокс, состоящий из двух частей (рис.3). Первая часть - пост мойки (бокс №1), где с машины с помощью аппарата мойки высокого давления 1 смывается грязь, остатки мусора, различные стекшие горюче-смазочные материалы. Данная процедура осуществляется водой со специальными компонентами, способными эффективно бороться как с вышеуказанными загрязнениями, так и с патогенной микрофлорой на поверхности машины. После процедуры помывки машина некоторое время находится в боксе для того, чтобы вода стекла в сливную яму 2, откуда она с помощью насоса перекачивается в пункт сбора и очистки сточных вод самого полигона. Далее техника перемещается в бокс №2 - пост технического обслуживания. Данный пост оборудован смотровой ямой 6, позволяющей проводить осмотр, ежесменное обслуживание, техническое обслуживание, сезонное обслуживание. Также имеются

рабочие верстаки 4, различные шкафы 5 для хранения рабочего инвентаря и инструмента. Также в данном помещении имеются запасы горючесмазочных материалов (ГСМ) 3 для дозаправки компактора всеми необходимыми рабочими жидкостями [8]. Данный бокс обеспечивает:

безопасность обслуживания (достигается мойкой машины специальными веществами (вещества на основе хлора или дихлоризоцианурат натрия) [9], убивающими бактерии, тщательной вентиляцией помещения, обеспечение противопожарной безопасности и т.д.);

удобство (сокращение скорости проведения работ, крайне малое время перегонки машины от одного поста к другому);

отсутствие больших затрат на эксплуатацию, ремонт и техническое обслуживание (отсутствие необходимости вывоза машины на специализированном транспорте, нет необходимости постоянно нанимать специалистов по ТО и ремонту, если обучить уже имеющийся персонал и т.д.) [10].

Рис. 3. Специальный бокс для обслуживания техники на полигоне ТКО: 1 - мойка высокого давления (вода с добавлением специальных добавок для уничтожения патогенной микрофлоры); 2 - сливная яма; 3 - место хранения ГСМ; 4 - верстаки; 5 - шкафы с инструментами; 6 - шкаф с противопожарным оборудованием; 7 - смотровая яма; 8 - шкаф

с ветошью

Работа на полигонах ТКО - весьма опасная и затруднительная работа ввиду специфических условий эксплуатации техники. Для эффективной работы машина в данных условиях требуется их серьезная модернизация и соответствующее техническое обслуживание и ремонт. Предложенные в данной статье устанавливаемые на компактор модули способны свести к минимуму возможности повреждения или уничтожения машины и обезопасить водителя. А разработанная модель бокса для технического обслуживания и ремонта позволит своевременно производить диагностику, ре-

334

монт и наладку модулей и самой машины, производить все виды планово-предупредительных работ для комфортной и безопасной работы техники на полигонах ТКО.

Список литературы

1. Кириллов В.В. Об утилизации отходов в Российской Федерации [Электронный ресурс]. URL: http://www.waste.ru/modules/section/ item.php? itemid=193 (дата обращения: 20.04.2017).

2. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов, г. Москва, 1996 г. [Электронный ресурс]. URL: http://svntsixtn.appspot.com/shema-poligona-tbo.html (дата обращения: 20.04.2017).

3. ТСН-30-308-2002. Территориальные строительные нормы Московской области. Проектирование, строительство и рекультивация полигонов твердых отходов в Московской области. М.: ООО «Форбос», 2002.

4. Ильиных Г. В. Использование результатов определения морфологического состава твердых бытовых отходов для обоснования системы обращения с отходами // Вестник ПНИПУ = Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Urbanity. Урбанистика. 2012. № 1(5). С. 35-42.

5. Официальный сайт компании Caterpillar [Электронный ресурс]. URL: http://www.cat.com/id ID/products/new/equipment/compactors/landfill-compactors/18482468.html (дата обращения: 20.04.2017).

6. Зорин В. А., Даугелло В. А. Безопасность дорожно-строительных машин и оборудования: учебник. М.: МАДИ, 2013. 192 с.

7. Баловнев В.И., Пугин К.Г., Данилов Р.Г. Машины для уплотнения твердых бытовых и промышленных отходов. Технология использования, конструкция и расчет: учеб. пособие / под общей ред. В.И. Баловнева. Пермь: ПНИПУ, 2014. 103 с.

8. Мишин М.М., Кузнецов П.Н. Проектирование предприятий технического сервиса: учебное пособие. Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2008. 213 с.

9. FB.ru [Электронный ресурс]. URL: http://fb.ru/article/259893/ tab-letki-dlya-obezzarajivaniya-vodyi-dlya-pitya-sostav-vidyi-i-otzyivyi (дата обращения: 20.04.2017).

10. ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования».

Пугин Константин Георгиевич, д-р техн. наук, доц., 123zzz@rambler.ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

Иванов Никита Константинович, студент, nikitaivanov59@mail. ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

Шаякбаров Ильнур Эльмарович, студент, schayakbaroff.iln@,yandex. com, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

THE ORGANIZATION OF SAFE OPERATION OF COMPACTORS ON PROVING GROUNDS

K.G. Pugin, N.K. Ivanov, I.E. Shayakbarov

Now there is a question of application of the new current technologies in various spheres of the national economy, in particular, in processing of solid municipal waste. In this article the prospect of introduction of the new technologies of protection of the equipment used on proving grounds for utilization is considered.

Key words: Proving grounds, introduction, compactors.

Pugin Konstantin Georgiyevich, doctor of technical sciences, docent, 123zzz@rambler. ru, Russia, Perm, State National Research Polytechnical University of Perm,

Ivanov Nikita Konstantinovich, student, nikitaivanov59@mail. ru, Russia, Perm, State National Research Polytechnical University of Perm,

Shayakbarov Ilnur Elmarovich, student, schayakbaroff.iln@,yandex.com, Russia, Perm, State National Research Polytechnical University of Perm