Безопасность работы и улучшение условий труда операторов

Тяжелые режимы работы современных машин, повышенные скорости и резко возросшие нагрузки, действующие на их рабочие органы, требуют постановки с особой остротой задачи обеспечения безопасности работы операторов.

Большое внимание необходимо обращать на соответствие конструктор­ских решений установленным требованиям и нормативам по безопасности. Для различных грузоподъемных машин и оборудования такие требования подробно изложены в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов», утвержденных Госгортехнадзором при Совете Министров СССР. В этих правилах наряду с общими техническими требо­ваниями к конструкциям отдельных элементов грузоподъемных машин определены методы испытания опытных образцов, контроля качества сварки отдельных элементов конструкции; установлены правила расчета на прочность канатов, выбора запасов прочности для грузовых цепей, вы­бора коэффициентов запаса торможения для тормозных устройств; огово­рены требования, предъявляемые к механизмам и аппаратуре управления; рассмотрены основные правила эксплуатации грузоподъемных машин.

Для колесных и гусеничных машин, работающих в строительстве, а также в сельском хозяйстве, на лесоразработках, особое значение при­обретают проблемы обеспечения устойчивости к опрокидыванию и за­щиты операторов при опрокидывании машин, а также от падающих предметов. В настоящее время они разрабатываются Международной органи­зацией по стандартам ИСО (международные стандарты ИСО 3164-1974;1975; 3471-1975) и составляют важную часть общей теории машин на колесном и гусеничном ходу.

Снижение уровня шумов и вибраций дорожно-строительных машин является серьезной задачей улучшения труда операторов. Известно, что длительное воздействие их на человека приводит к нарушениям сердечно­сосудистой и дыхательной системы, к нарушениям органов слуха и т. п.

Колебания плотности воздуха с частотой от 16 до 20 000 Гц и эффек­тивным давлением

9, 81 (10 ^-5— 10) Па (10 ^-9 — 10 ^-3 ат) воспринимаются человеком как шум. При этом изменение частоты колебаний влияет на вы­соту тона, а изменение давления - на громкость звука.

Уровень шума (дБ) определяется по формуле

L = 20lg(z̊/z̊₀),

Где z̊ -колебательная скорость источника шума, см/с;: z̊₀= 5 * 10^-6 см/с — колебательная скорость, соответствующая пороговому уровню шума.

Если, например, в кабине экскаватора вибрация пола и потолка проис­ходит с колебательной скоростью 1,77 см/с, то уровень шума внутри ка­ины, вычисленный по указанной формуле, будет около 71 дБ. Следует заметить, что шум, уровень которого превышает 70 дБ, раздражает и утомляет оператора. Воздействие шума с уровнем 90 дБ и выше в течение 8 ч ухудшает слух человека, снижая восприимчивость его к шуму на 20 дБ (в диапазоне частот 1000—4000 Гц).

Источниками шумов являются колебания, создаваемые работающими двигателями, механизмами приводов, неровностями дороги, колесами и гусеницами машины и т. п. '

Основная частота колебаний, вызывающая шум при работе зубчатых передач, определяется числом соударений зубьев шестерен в секунду:

f = nz/60,

где n — частота вращения шестерни, об/мин; z—число зубьев.

Шум выхлопа имеет основную частоту, определяемую частотой враще­ния вала двигателя и числом его цилиндров. Для четырехтактных двигателей

f = n_дi/120

где = n_д— частота вращения вала двигателя, об/мин; i — число цилиндров двигателя.

Наиболее эффективным способом борьбы с шумом является уничтоже­ние его в самом источнике. Для звуков ударного происхождения это достигается применением материалов и конструкций, не способных прихо­дить в интенсивное колебание благодаря большому внутреннему затуха­нию. При наличии в механизме металлических деталей, способных к мембранным колебаниям, хорошие результаты дает, например, замена этих деталей текстолитовыми и пластмассовыми деталями или подклейка к ним димпфирующих материалов — асбестовой или хлопчатобумажной ткани, войлока, картона и т. п. Немалое значение имеют точность и чисто­та обработки соприкасающихся поверхностей деталей, устранение люфтов и свободного хода в механизмах.

Другим средством снижения шумов и вибраций является амортизация колеблющихся элементов; отделение механизмов, являющихся источником вибраций, от соседствующих с ними элементов при помощи амортизирую­щих прокладок и пружин. Однако такой способ снижения уровня шума це­лесообразно применять только в том случае, когда источником шума являются вибрации элементов конструкции, на которых крепятся меха­низмы. Если же шум от механизма распространяется непосредственно в окружающую среду, то помимо амортизирующих устройств необходимо использовать специальные звукоизоляционные кожухи, выполненные из звукопоглощающего материала. Так, например, по данным фирмы «Оренштейн и Коппель» (ФРГ), применение звукопоглощающего материа­ла для капота двигателя автогрейдера и глушителя усовершенствованной конструкции позволило снизить уровень шумов в кабине на 18 дБ (10 дБ благодаря использованию звукопоглощающего капота и 8 дБ—глуши­теля).

Двигатели и трансмиссии машин являются также одними из основных источников высокочастотных вибраций, которые передаются через метал­лические элементы кабины окружающему воздуху. Воздействие таких ви­браций на оператора можно ослабить, если выполнить металлическим только каркас кабины, а обшивку сделать из пластичного материала, не способного к возбуждению вибраций. Другим мероприятием, напра­вленным на изоляцию оператора от вибраций, идущих от двигателя и трансмиссии, является установка пульта управления на упругих элемен­тах, поглощающих высокочастотные колебания. Положительные результаты получается и при замене механических механизмов системы упра­вления гидравлическими.

Воздействие низкочастотных колебании машин (до 15 Гц), обусловленных взаимодействием их движителей с дорогой, можно уменьшить применением специально сконструированных сидений, обеспечивающих эффективное гашение колебаний оператора, либо подрессориванием и амортизацией всей машины. Следует, однако, отметить, что подрессоривание многих дорожно-строительных машин, особенно среднего и тяжело­го классов, приводит к значительному ухудшению их эксплуатационных свойств и для них такой способ снижения влияния дороги на оператора не является удачным.

Вертикальные колебания передаются через сиденье в том случае, когда их частота (практически не менее 10 Гц) по крайней мере вдвое меньше собственной частоты колебаний сиденья. Поэтому передаваемые через сиденье колебания от двигателя, работающего с частотой вращения 1000 об/мин, не оказывают на оператора сколько-нибудь заметного влия­ния. Значительно сильнее колебания двигателя воспринимаются операто­ром через ноги и рулевое колесо.

Для оценки вибраций с точки зрения их воздействия на оператора мож­но принять следующее соотношение (по Р. Мейстеру):

j =20 lg (z̈_max/ z̈₀ ),

где z̈_max — максимальное ускорение оператора, вызванное колебаниями, м/с²; z̈₀=0,316 см/с² — пороговая величина максимального ускорения.

О влиянии вертикальных ускорений на состояние оператора можно су­дить по данным табл. 1.

В 1974 г. разработан международный стандарт ИСО 2631—1974 (Е) для оценки воздействия на человека колебаний его корпуса.

Уровень горизонтальных ускорений при работе машины обычно бы­вает несколько ниже, чем вертикальных, однако степень чувствительности к ним сидящего оператора заметно больше.

На рис. 3 показаны различные схемы подвешивания и подрессоривания сидений тракторов и прочих самоходных машин, рекомендуемых в ряде стран (Англии, Австрии, Швейцарии и др.) в качестве устройств, снижаю­щих опасные для операторов уровни вибраций. Основными являются Х-образная (рис. 3, а, б) и параллелораммная (рис. 3, в—з) схемы подвеши­вания сидений. Схемы первого вида отличаются компактностью и отсут­ствием неприятных горизонтальных колебаний, что присуще параллелограммным схемам.

Рис. 3. Схема подвешивания сидений операторов:

а — Х-образная со стержнем, работающим на скручивание; б — X-образная с пружиной ' растяжения; в — параллелограммная с пружиной растяжения; г — параллелограммная с пру­жиной сжатия; д — параллелограммная со стержнем, работающим на скручивание; е — с ро­ликовым перемещением и пружиной растяжения; ж - параллелограммная с пневматическим; упругим элементом; з — параллелограммная с пружиной кручения.

Решение задач по обеспечению безопасности операторов машин тесно связано с выполнением эргономических требований к конструкциям. Эргономика (греч. ergon—работа, nomos—закон) — это наука, занимающаяся проблемами взаимодействия человека с машиной и окружающей средой в трудовом процессе; ее основной целью является создание для человека таких условий, при которых его труд был бы возможно производительнее и вместе с тем безопасным для здоровья.

На основе изучения влияния различных факторов окружающей среды на функциональные и физиологические реакции человека и его работоспо­собность эргономика разрабатывает практические рекомендации по защи­те операторов от вредных влияний окружающей среды и возможного травматизма в аварийных ситуациях. Это могут быть рекомендации, отно­сящиеся к конструктивному решению рабочих органов и расположению органов управления в кабине машины, к средствам защиты, предохраняю­щим операторов при опрокидывании машины, к окраске машин, к осве­щенности и обзорности из кабины оператора и т. д.

Около 65—85% информации поступает к оператору через органы зре­ния, поэтому важно, чтобы конструкции кабин и рабочего места обеспечи­вали возможно большую обзорность. Угол обзора вперед должен быть не менее 220°; оператор должен видеть дорогу на расстоянии 3 м перед машиной.

Обзорность зависит от многих факторов, основными из которых являются габаритные размеры машины, ее база и колея; степень застекленности кабины и расположение в ней сиденья оператора; высота радиа­тора и ширина капота двигателя; высота расположения глаз оператора от земли; расстояние от спинки сиденья до радиатора. Таким образом, для улучшения обзора необходимо, в первую очередь, выбрать рациональное место кабины в общей компоновке машины, а также сиденья в кабине, предусмотрев возможность регулирования его в зависимости от роста опе­ратора и, наконец, обеспечить необходимое застекление кабины для увели­чения боковой и задней обзорности.