Проект «Инноваторы» выходит при поддержке ООО «Омсктехуглерод», высокотехнологичного предприятия, имеющего свой научно-технический центр и понимающего важность продвижения ученых, исследователей и разработчиков.
Сегодня при строительстве дорог широко применяются автогрейдеры, однако у них отсутствуют амортизаторы, что из-за вибрации серьезно усложняет работу машинистов на этих машинах. Старший преподаватель кафедры «Автоматизация и энергетическое машиностроение» СибАДИ, кандидат технических наук, член совета молодых ученых при Правительстве Омской области Ирина КАШАПОВА обратила внимание на эту проблему и предложила ряд инженерных решений. О виброзащитном сиденье она рассказала обозревателю еженедельника «Коммерческие Вести» Анастасии ИЛЬЧЕНКО.
– Ирина Евгеньевна, расскажите, почему заинтересовались темой.
– Я училась в СибАДИ на специалитете по направлению подготовки «Наземные транспортные технологические средства» и в 2019 году приступила к написанию выпускной квалификационной работы по профилю подготовки «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование». В основе была разработка ковша активного действия для экскаватора. Зубья такого ковша совершают ударные воздействия на обрабатываемую поверхность, т.е. разрушают грунт. И в ходе работы задумалась, что испытывает оператор машины, на которую устанавливают подобное динамическое оборудование. Начала разбираться в теме, изучила состояние вопроса и выяснила, что речь идет о вредных динамических воздействиях и о вибрации. Эти воздействия весьма негативно сказывается на здоровье оператора и приводят к профессиональным заболеваниям, хроническим болезням. Страдают и опорно-двигательный аппарат, и сосуды, и нервная система. Мне захотелось защитить людей, управляющих строительными и дорожными машинами, придумать решение.
– Оно и легло в основу вашей кандидатской диссертации?
– Да, послужило основой. После окончания вуза я сразу поступила в аспирантуру и начала работать над защитой оператора от динамических воздействий, от общей вибрации, которая влияет на весь организм человека. Вообще существует несколько способов решения такой задачи. Во-первых, используют подвески для машин, во-вторых, амортизацию колес или самой кабины, в-третьих, амортизацию кресла. Я остановилась на последнем варианте и начала разрабатывать виброзащитное сиденье. За основу взяла автогрейдер, поскольку в настоящее время данная техника часто используется на строительстве, восстановлении дорог, при реализации национальных проектов. Особенность автогрейдеров в том, что у них нет амортизации колес, поэтому основными путями амортизации там могут быть крепления кабины к шасси и виброзащитная подвеска сиденья.
– Какова конструкция вашего виброзащитного сиденья?
– Речь идет о виброзащитной системе с квазинулевой жесткостью. Что это означает? Например, когда автогрейдер движется по микрорельефу, где встречаются кочки, ямы, то все неровности отражаются на сиденье и человеке, он совершает вынужденные колебания. При квазинулевой жесткости подвеска, которая устанавливается под сиденьем, сохраняет постоянную или приблизительно постоянную силу. Таким образом, оператор значительных колебаний на себе не испытывает. Подвеска работает в определенном диапазоне перемещения. Она у нас параллелограммного типа, на ней установлен малорастяжимый трос, ролики торможения и другие соединительные элементы. Трос либо растягивает пружину, либо, наоборот, сжимает, и происходит перемещение параллелограмма. Конструкция может реализовываться в нескольких вариантах. В нашем научном коллективе оформлено пять патентов на полезные модели и один – на изобретение системы. Кстати, в патенте на изобретение мы предложили конструкцию, исключающую дрейф положения сиденья, т.е. нежелательное перемещение, а также систему подстройки под массу тела оператора.
– Вы уже получили патенты?
– Да, мы начали патентную деятельность с 2020 года. В 2024-м я защитила кандидатскую диссертацию. После этого мы подали заявку на еще один патент – «Виброзащитная система сиденья человека-оператора наземной машины». Он пока находится на рассмотрении. Кроме того, у нас написано и издано более 18 статей в ваковских изданиях, недавно вышла монография «Снижение динамических воздействий на рабочее место человека-оператора автогрейдера». Мы постоянно выступаем на конференциях, в том числе в Санкт-Петербурге.
– А чем подтвердили действенность предложенного вами решения?
– Мы проводили исследования в программных продуктах, позволяющие сымитировать автогрейдер, замерить на нем уровень вибрации. Провели натурный эксперимент и подтвердили адекватность теоретических исследований. В итоге при помощи машинного эксперимента мы разработали конструкцию сиденья, которое способно гасить вибрации, установили имитационную модель и убедились, что, действительно, предложенная конструкция помогает гасить вибрации до предельно допустимых уровней.
– Что представлял собой натурный эксперимент?
– Мы устанавливали датчики ускорений для измерения вибрации на различные части автогрейдера – сиденье, раму машины, кабину и имитировали различные препятствия. Например, проводили ступенчатый тест, когда наезжали и съезжали колесом на балку. Также регистрировали стохастические воздействия, т.е. при движении по микрорельефу. В нашем случае использовались различные типы грунтовых дорог. Изучали, как передаются вибрации при разной скорости движения. Такую же имитацию проводили на программном продукте на персональном компьютере.
– Планируется ли внедрение установки на производства?
– Мы разработали инженерную методику оптимизации основных параметров виброзащитной системы с участком квазинулевой жесткости сиденья мобильной машины. Данная методика была внедрена на предприятиях АО «Омсктрансмаш» и ООО «Управление механизации №8», а также используется в учебном процессе в СибАДИ, Сибирском государственном университете водного транспорта (Новосибирск), Омском автобронетанковом инженерном институте. Проблема защиты операторов от вибрации весьма актуальна. Недавно видела статистику заболеваемости по России: за прошлый год общее число профессиональных заболеваний составило около 20 тысяч, из которых 22% вызвано вибрацией. То есть более 4 тыс. человек ежегодно получают профзаболевания из-за вибрации.
– Какие профессиональные заболевания имеются в виду?
– Вибрационная болезнь. У нее много проявлений, в том числе влияет на суставы, разрушает позвонки. Наиболее вредной является низкочастотная вибрация, которая воздействует на внутренние органы.
– В грантах, конкурсах разработка участвовала?
– Грант мы пока не выиграли. Надеюсь, в будущем получится. Учась в аспирантуре, я неоднократно награждалась стипендиями Президента РФ, Правительства РФ, губернатора Омской области, а в 2025 году выиграла премию правительства Омской области.
– Другими темами занимаетесь?
– После выхода из декретного отпуска работаю на кафедре «Автоматизация и энергетическое машиностроение», преподаю новые предметы, активно изучаю теорию автоматического управления, автоматизацию и компьютеризацию транспортных технологических машин и оборудования. Возможно, в будущем буду внедрять в разработку активные средства виброзащиты. Конструкция сиденья, которую я предложила, является пассивной, т.е. она не требует подвода энергии, кстати, поэтому является надежной и экономически выгодной.
– Кто входит в коллектив, работавший вместе с вами над виброзащитным сиденьем?
– Он состоит из нескольких человек: меня, двух моих научных руководителей, магистрантов и студентов. Я работаю с доктором технических наук, профессором кафедры «Автоматизация и энергетическое машиностроение» Виталием Сергеевичем ЩЕРБАКОВЫМ и доктором технических наук, профессором кафедры «Автомобильный транспорт» Михаилом Сергеевичем КОРЫТОВЫМ. Мы продолжаем работать над этой темой.
– Ирина, как вы увлеклись наукой?
– Уже когда поступала в вуз, планировала продолжить обучение в аспирантуре. Подавала документы сразу в несколько вузов, но из СибАДИ мне позвонили раньше, плюс я планировала жить у бабушки в городке Нефтяников, поэтому решила поступать в СибАДИ. Хотя документы подавала и в ОмГУПС, и в политех. Нисколько не пожалела о своем выборе. В вузе активно занималась не только учебой, научной деятельностью, но и общественной – принимала участие в мероприятиях, спортивной деятельности. Увлекалась спортивной аэробикой, чирлидингом. Выступала на межвузовских спортивных мероприятиях. Я вообще люблю активный отдых, как и мой муж, с которым мы вместе учились в СибАДИ. Летом мы всей семьей катаемся на велосипедах, играем в волейбол, бадминтон, путешествуем. Побывали на Алтае, где ходили по горам.
Биография
Ирина Евгеньевна КАШАПОВА
Кандидат технических наук, СибАДИ
Ирина Евгеньевна КАШАПОВА родилась 17 января 1997 года в рабочем поселке Красный Яр Любинского района Омской области. В 2014 году окончила с отличием МБОУ «Красноярская средняя общеобразовательная школа» и поступила в СибАДИ. В 2019 году окончила с отличием вуз и поступила в аспирантуру СибАДИ. В 2024 году защитила кандидатскую диссертацию. С 2019 года работает в СибАДИ, где прошла путь от учебного мастера до старшего преподавателя кафедры.
Замужем. Воспитывает сына.
Фото © из архива Ирины КАШАПОВОЙ
