Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы, цель и задачи исследования... 14
1.1. Состояние травматизма операторов зерноуборочных комбайнов в агропромышленном комплексе России 14
1.2. Факторы условий и охраны труда процесса уборки зерновых культур и безопасности технологической системы «оператор-машина-среда» 18
1.3. Основные источники и факторы опасности технологической системы «оператор-машина среда» 23
1.4. Анализ ранее выполненных исследований по безопасности технологической системе «оператор-машина-среда» 27
1.5. Основные выводы, цель и задачи исследования 40
Глава 2. Теоретическое обоснование повышения безопасности процесса уборки зерновых культур 43
2.1. Декомпозиция и идентификация факторов безопасности процесса уборки зерновых культур 43
2.2. Системный подход к исследованию безопасности процесса уборки зерновых культур 47
2.3. Определение сменной фактической производительности технологической системы «оператор-машина-среда» с учетом ее безопасности 52
2.4. Теоретическое обоснование критерия риска травмирования оператора технологической системе «оператор-машина-среда» 53
2.5. Теоретическое обоснование безопасности технологической подсистемы «оператор» 63
2.6. Теоретическое обоснование безопасности технологической подсистемы «машина» 69
2.7. Теоретическое обоснование безопасности технологической подсистемы «среда» 73
2.8. Выводы по главе 78
ГЛАВА 3. Исследование и повышение безопасности подсис темы «оператор» 79
3.1. Особенности условий и охраны труда оператора зерноуборочного комбайна в процессе уборки зерновых культур 79
3.2. Факторы, влияющие на безопасность деятельности оператора зерноуборочного комбайна 83
3.3. Методика и результаты экспериментального исследования профессиональной пригодности операторов зерноуборочных комбайнов 89
3.4. Методика экспериментального исследования профессиональной квалификации операторов зерноуборочных комбайнов 95
3.5. Результаты экспериментального исследования влияния функциональной возможности оператора на показатель его профессиональной квалификации 102
3.6. Результаты экспериментального исследования влияния функциональной возможности оператора на повышение уровня его безопасности 108
3.7. Методика и результаты экспериментального исследования утомляемости операторов мобильной колесной машины 114
3.8. Выводы по главе 125
Глава 4. Исследование и повышение безопасности подсис темы «машина» 127
4.1. Факторы и пути повышения безопасности функционирования подсистемы «машина» в процессе уборки зерновых культур 127
4.2. Теоретическое обоснование устройства для автоматического контроля за состоянием тормозной системы машины 134
4.3. Теоретическое обоснование критической поперечной скорости опрокидывания машины (прицепа) при ударе о неподвижное препятствие 142
4.4. Теоретическое обоснование способа повышения проходимости мобильной машины сельскохозяйственного назначения 148
4.5. Теоретическое обоснование безопасности мобильных машин сельскохозяйственного назначения путем самоочищаемости колесных движителей 162
4.6. Результаты экспериментального исследования по определению коэффициента буксования мобильной машины сельскохозяйственного назначения 169
4.7. Результаты экспериментального исследования по определению коэффициента сцепления для разных типов несущих поверхностей 174
4.8 Условия и методика проведения исследования приспособленности зерно уборочных комбайнов к безопасному управлению технологическим процессом 176
4.8.1. Определение функциональных свойств зерноуборочных комбайнов с учетом его безопасности в процессе уборки зерновых культур 177
4.8.2. Определение количества экспертов для оценки приспособленности зерноуборочных комбайнов к безопасному управлению технологическим процессом 181
4.8.3. Определение удобства, доступности, сложности и безопасности выполнения технологических регулировок зерноуборочного комбайна 183
4.8.4. Определение трудоемкости и частоты выполнения технологических регулировок зерноуборочного комбайна в связи с его безопасностью 185
4.8.5. Исследование внешних факторов процесса уборки зерновых культур, влияющих на безопасность оператора 187
4.9. Результаты исследования влияния приспособленности зерноуборочного комбайна на риск травмирования операторов технологической системы «оператор-машина-среда» 191
4.10. Рекомендации по безопасному и рациональному выполнению технологических регулировок зерноуборочного комбайна 197
4.11. Выводы по главе 200
ГЛАВА 5. Исследования и повышение безопасности подсис темы «среда» 202
5.1. Особенности производственной среды на рабочих местах операторов мобильных сельскохозяйственных машин 202
5.2. Пути и средства улучшения производственной среды на рабочих местах операторов мобильных сельскохозяйственных машин 205
5.3. Особенности терморегулирования организма оператора мобильной сельскохозяйственной машины локальным терморегулирующим устройством...218
5.4. Определение теоретических зависимостей показателей мощности терморе-гулирующего устройства в связи с условиями труда 222
5.5. Теоретическое обоснование конструктивных параметров локального тер-морегулирующего устройства для комфортных условий труда оператора 228
5.6. Обоснование параметров системы подачи жидкости в локальное терморе-гулирующее устройство для комфортных условий труда оператора 240
5.7. Программа и методика проведения лабораторных и полевых экспериментальных исследований условий термокомфортности оператора 246
5.7.1. Условия, методика, приборы и оборудование для проведения лабораторных и полевых экспериментальных исследований 247
5.7.2. Методика определения величины теплосодержания организма оператора в кабине мобильной сельскохозяйственной машины 254
5.7.3. Методика определения рациональных конструктивных параметров и режимов работы локального терморегулирующего устройства 256
5.8. Анализ результатов исследования комфортных параметров микроклимата в кабинах мобильных сельскохозяйственных машин 261
5.9. Анализ результатов исследования по определению оптимальных параметров локального терморегулирующего устройства 273
5.9.1. Результаты определения зависимостей критериев оптимизации от параметров локального терморегулирующего устройства 273
5.9.2. Результаты определения оптимальных значений параметров локального терморегулирующего устройства 277
5.9.3. Сравнительные результаты теоретического моделирования и лабораторных опытов 282
5.10. Выводы по главе 286
Глава 6. Экономическая эффективность от повышения безопасности технологической системы «оператор-машина-среда» 287
6.1. Исходные данные для определения экономической эффективности от повышения профессиональной пригодности и квалификации операторов и внедрения самоблокирующего дифференциала мобильной сельскохозяйственноймашины 287
6.1.1. Расчет экономической эффективности от повышения профессиональной пригодности и квалификации операторов и внедрения самоблокирующего дифференциала мобильной сельскохозяйственной машины 289
6.2. Экономическая эффективность инженерно-технических устройств и мероприятий по безопасности на мобильных сельскохозяйственных машинах...294
6.2.1. Суммарный годовой социально-экономический эффект от внедрения инженерно-технических мероприятий 297
6.3. Экономическая эффективность от использования рекомендаций по совершенствованию безопасности технологических регулировок зерноуборочного комбайна 298
Общие выводы 302
Литература 306
Приложения 333
- Основные источники и факторы опасности технологической системы «оператор-машина среда»
- Методика и результаты экспериментального исследования профессиональной пригодности операторов зерноуборочных комбайнов
- Теоретическое обоснование устройства для автоматического контроля за состоянием тормозной системы машины
- Определение теоретических зависимостей показателей мощности терморе-гулирующего устройства в связи с условиями труда
Введение к работе
Развитие агропромышленного комплекса РФ предусматривает устойчивый рост сельскохозяйственного производства, в частности зерновых культур, за счет повышения производительности и качества работы, которое напрямую зависит от состояния условий и охраны труда на производстве.
Состояние условий и охраны труда агропромышленного комплекса РФ на протяжении последних десяти лет остается сложным, о чем свидетельствуют данные статистики. Так, например в 2005 году погибло 631 человек, доля в растениеводстве составила 30%, а на транспортных работах и при техническом обслуживании 20% от всех несчастных случаев с летальным исходом.
Основными источниками летальных травм являются мобильные машины (69,1%), при этом основную опасность представляют тракторы колесные, зерноуборочные комбайны и автомобили грузовые. Около 30% от всех несчастных случаев происходят по причине ошибочных действий операторов при выполнении технологического процесса, в частности в связи с их низкой профессиональной пригодностью и квалификацией.
Основными причинами формирования профессионально обусловленных форм патологии среди операторов мобильных машин врачи называют конструктивные недостатки машин (58%), нерациональную организацию режимов труда и отдыха (42%). На рабочем месте существующих мобильных машин наблюдаются неудовлетворительные условия труда по параметрам микроклимата в условиях теплого периода года на 6... 15оС, холодного - на 8... 13оС.
Заметный рост риска формирования профессиональной патологии у операторов проявляется после 15 лет работы и достигает пика к 45...50 годам. Эти обстоятельства приводят к тому, что операторы в большинстве случаев не дорабатывают до пенсионного возраста, практически 70% из них за 10...20 лет до выхода на пенсию по старости оставляют свою работу или становятся инвалидами, гибнут в результате несчастных случаев на производстве или умирают от профессиональных заболеваний.
Особенностью процесса уборки зерновых культур является то, что он осуществляется в условиях постоянно изменяющихся параметров производственной среды, которая является продуктом природных процессов и в частности производственной деятельности оператора. В то же время, в силу физиологических и экономических причин, возможности адаптации оператора и машины к естественным колебаниям параметров производственной среды весьма ограничены. Возникающие рассогласования между элементами технологической системы «оператор-машина-среда» (О-М-С) приводит к резкому возрастанию числа их отказов, которые снижают безопасность процесса уборки зерновых культур и как следствие - безопасность оператора мобильной сельскохозяйственной машины. Известно, что безопасность технологической системы «О-М-С» зависит от факторов опасности, заложенных в каждой из ее подсистем, то есть операторе, машине и среде. Каждая из подсистем охватывает большое количество факторов опасности, которые в определенной мере отображены в ГОСТах и ОСТах ССБТ. Однако до настоящего времени отсутствует система оценки риска травмирования оператора технологической системы «О-М-С» при выполнении процесса уборки зерновых культур.
Отсюда следует, что исследование и совершенствование методов и средств повышения безопасности технологической системы «О-М-С» в процессе уборки зерновых культур является актуальной проблемой, решение которой имеет важное народнохозяйственное значение.
Цель работы. Повышение безопасности процесса уборки зерновых культур за счет разработки и совершенствования методов и технических средств безопасности технологической системы «О-М-С».
Объект исследования. Процесс формирования безопасного взаимодействия элементов технологической системы «О-М-С» в процессе уборки зерновых культур.
Предмет исследования. Установление закономерностей влияния основных параметров элементов системы «О-М-С» на показатели безопасности процесса уборки зерновых культур. Методы исследования. В качестве основных методов применялись: логика научных исследований, элементы методов инженерно-психологических и эргономических исследований, методы оптимизации, математического моделирования системы «О-М-С», хронометражные работы, методы экспертных оценок и т.д. В результате были разработаны частные методики полевых и лабораторных исследований с использованием активного планирования эксперимента. К ним можно отнести методики оценки профессиональной пригодности и квалификации операторов машин по их индивидуально-типологическим особенностям личности и функциональным возможностям, балльная методика оценки приспособленности машин к управлению технологическим процессом по таким параметрам, как удобство, доступность, сложность, безопасность, трудоемкость и частота выполнения технологических регулировок. Кроме того разработана методика оценки условий микроклимата в кабинах машин с помощью критерия комфортности по теплоощущениям, являющегося функцией параметров окружающей среды, которая позволяет определить зависимость комфортного теплового состояния оператора от параметров микроклимата и дать оценку эффективности средств нормализации микроклимата в кабине машины.
Научная новизна:
- теоретически обоснован критерий оценки риска травмирования оператора технологической системы «О-М-С» с учетом показателей профессиональной квалификации оператора, приспособленности машины к выполнению технологических регулировок и термокомфортности производственной среды;
- теоретически обоснованы и экспериментально определены: показатель уровня квалификации оператора машины и его зависимость от функциональных возможностей его тренажирования; показатель приспособленности, позволяющий количественно оценить каждую технологическую регулировку, совокупность регулировок отдельных рабочих органов и различных марок машин в целом; показатель термокомфортности производственной среды в кабинах мобильных машин по теплоощущениям и теплосодержанию оператора; - теоретически обоснованы способ и устройства, повышающие проходимость машины, основанные на применении автоматического подтормаживания буксующего колеса (Патент № 35298) и автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала (Патент № 42203);
- теоретически обоснованы зависимости, позволяющие оценивать сцепные качества пневматических движителей с поверхностью качения при различных скоростях движения машины (Патент № 37856);
- теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность ускоренного процесса формирования термокомфортности оператора в кабине машины локальным терморегулирующим устройством и определены его рациональные конструктивные и режимные параметры.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Целевая функция, описывающая зависимость критерия риска травмирования оператора технологической системы «оператор-машина-среда» от показателей профессиональной квалификации оператора, приспособленности машины к управлению технологическим процессом и термокомфортности производственной среды.
2. Зависимость уровня профессиональной квалификации оператора зерноуборочного комбайна от его функциональных возможностей (точности и своевременности его действий) и режимов его тренажа.
3. Зависимость показателя приспособленности зерноуборочного комбайна к управлению технологическим процессом от сложности, удобства, доступности и безопасности отдельных технологических регулировок, совокупности регулировок отдельных рабочих органов и различных марок машин.
4. Зависимость параметров терморегулирующего устройства от необходимой величины отвода или подвода тепла, толщины пакета рабочей одежды, массы тела и роста оператора мобильной сельскохозяйственной машины.
5. Зависимость сцепных качеств пневматических движителей с поверхностью качения от скорости движения мобильных сельскохозяйственных машин (Патент № 37856). 6. Способ автоматического подтормаживания буксующего колеса (Патент №35298) и устройство автоматической блокировки простого шестеренчатого дифференциала для повышения проходимости мобильной сельскохозяйственной машины (Патент № 42203).
Практическая ценность:
- методы определения профессиональной пригодности оператора машины
с учетом его индивидуально-типологических особенностей и оценки его профессиональной квалификации с учетом его функциональных возможностей тренажирования;
- комплексный критерий оценки комфортности условий микроклимата позволяет: оценить эффективность новых средств нормализации микроклимата при их испытании и эксплуатации и обеспечить возможность снижения времени такой оценки на 10... 12%;
- инструкции по безопасному и рациональному выполнению основных технологических регулировок зерноуборочного комбайна;
- конструкция для автоматического подтормаживания буксующего колеса, которая позволила снизить буксование машины на 40...45%, а в отдельных случаях исключить его полностью;
- инженерно-технические решения: сигнализатор технического состояния тормозных колодок; устройство для снижения эффекта гидроскольжения машин; автоматический самоблокирующийся простой шестеренчатый дифференциал позволили повысить безопасность и производительность машины на 14...16%;
- локальное терморегулирующее устройство позволило активизировать процесс формирования комфортного теплового состояния организма оператора в кабинах машин без изменения в них параметров микроклимата, улучшить условия и повысить производительность труда оператора на 8.. 15%;
Результаты исследования могут быть использованы научно-исследовательскими и конструкторскими организациями при совершенствова 12 ний и разработке новых способов и средств обеспечения безопасных и комфортных условий труда операторов мобильных машин. Реализация результатов исследования:
- метод комплексной оценки безопасности и приспособленности машин к их управлению технологическим процессом внедрен во Всероссийском научно исследовательском институте охраны труда в сельском хозяйстве (г. Орел), а
также в АОЗТ «Чесменское», Челябинская обл.;
- результаты исследования приспособленности машин к выполнению технологических регулировок могут послужить конструкторам для разработки и совершенствования механизмов регулирования с целью уменьшения их трав-моопасности за счет повышения удобства, доступности и т.д.;
- балльная методика оценки параметров приспособленности машин к управлению технологическим процессом может быть рекомендована в качестве материала для совершенствования соответствующего ГОСТа, а также использоваться при испытаниях машин и другой сельскохозяйственной техники;
- инструкции для операторов по безопасному и рациональному выполнению основных технологических регулировок машин и автоматический самоблокирующийся простой шестеренчатый дифференциал внедрены в АОЗТ «Чесменское», Челябинской обл.;
- результаты исследования по обоснованию зон и параметров теплового состояния организма человека для оценки условий микроклимата в кабинах мобильных машин, конструктивных и режимных параметров локального тер-морегулирующего устройства внедрены в Кустанайской МИС хлебопродуктов.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: ЛСХИ (г. Ленинград, 1987 г.), ЛСХА (г. Каунас, 1989 г.), КСХИ (г. Кустанай, 1987, 1989, 1993, 1996, 1998, 1999, 2005 гг.), КГСХА (г. Курган 2004 г.), ЧГАУ (г. Челябинск, 1988, 1989, 1990,1991, 2000,2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 гг.), ЮУрГУ (г. Челябинск, 2000, 2001 гг), Алматы (2002 г.), Мелитополь (2003 г.), С-ПбГАУ (г. Санкт-Петербург 2006 г.). Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации опубликовано в 59 печатных научных работах, в том числе 12 работ опубликованы в центральных изданиях; получено 3 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Работа изложена на 414 страницах машинописного текста и включает 132 рисунков и 26 таблиц. Основной текст включает введение, 6 глав, общие выводы, список используемой литературы из 274 источников, в том числе 4 иностранных. Отдельный текст приложений составляет 87 страниц и включает статистические данные исследований, расчетные таблицы, рисунки, поясняющие текст, копии документов о внедрении.
Основные источники и факторы опасности технологической системы «оператор-машина среда»
Численные значения показателей определялись на основе хронометраж-ных карт элементов технического обслуживания, заводских инструкций по эксплуатации тракторов и действующих правил их обслуживания. Данный метод позволяет количественно оценить приспособленность машин к техническому обслуживанию по таким показателям, как доступность, оснащенность встроенными контрольными средствами, контролируемость операций и др. Однако в нем не отражены некоторые важнейшие параметры приспособленности (удобство, сложность и безопасность проведения операций).
Наиболее приемлемой является методика балльной оценки приспособленности зерноуборочных комбайнов к выполнению технологических регулировок, в которой учтены показатели сложности, удобства, доступности и безопасности операций по технологической настройке ЗУК [151]. При оценке приспособленности также была учтена трудоемкость выполнения технологических регулировок, выраженная через время выполнения регулировок и время, затрачиваемое на вспомогательные операции, связанные с подготовкой к их выполнению.
Однако указанная выше методика [151] не учитывает все варианты работы оператора ЗУК при выполнении операций по технологической настройке. В методике оценки сложности регулировок не нашли отражение такие факторы, как необходимость применения в ходе выполнения той или иной регулировки штатных средств или дополнительного инструмента, а также возможность контроля уровня регулировки при помощи встроенных приборов. При оценке доступности не учитывается тот факт, что доступ к некоторым объектам регулирования ограничен цепными, ременными передачами либо рабочими органами ЗУК и т.д.
На основе анализа существующих методик можно сделать вывод о необходимости разработки методики, обеспечивающей объективную количественную оценку технологической безопасности системы «О-М-С» с учетом приспособленности ЗУК к управлению технологическим процессом и профессиональной квалификации оператора.
На основании вышеизложенного материала можно сделать следующие основные выводы: - оснащенность АПК России ЗУК с 1985 года по 2001 год снизилась более чем в 2,5 раза. Из всего парка ЗУК в хозяйствах 45% использовались более 10 лет, а их износ достиг 70% установленного срока эксплуатации; - несовершенство процесса уборки зерновых культур (60%) и несоблюдение санитарно-гигиенических факторов нормативным параметрам (11%) являются наиболее потенциальными (вероятными) причинами травматизма операторов ЗУК за 10 последних лет. Наиболее опасным источником травмирования (63%) является ЗУК марки Дон - 1500; - к основным причинам низкой эффективности процесса уборки зерновых культур следует отнести неудовлетворительные показатели безопасности технологической системы «О-М-С» и как следствие снижение уровня ее технологической надежности и безопасности деятельности оператора; - снижение уровня квалификации оператора и технологической надежности системы привело к снижению производительности ЗУК до 41,7%; - неудовлетворительное состояние микроклимата на рабочем месте ЗУК привело к снижению производительности труда до 10...45%; - производительность труда операторов ЗУК снижается на 25...55%) при возрастании температуры окружающей среды до 28...31 С. При этом, чем ниже квалификация оператора, тем более значительно снижение производительности труда. Создание оптимального микроклимата в кабине ЗУК позволяет повысить производительность труда оператора в жаркое время года в среднем на 7... 10%; - в связи с изношенностью ЗУК, несвоевременным и некачественным их техническим обслуживанием и ремонтом, увеличивается нагрузка на оператора по объему и интенсивности выполняемых технологических и управленческих регулировок; - существующие в настоящее время методики оценки безопасности технологической системы «О-М-С» трудоемки, и могут быть использованы в качестве оценки лишь отдельных показателей функционирования системы; - в реальных условиях процесса уборки зерновых культур отсутствуют или недостаточно используются необходимые инженерно-технические средства, повышающие безопасность технологической системы «О-М-С» при управлении, технологических процессах регулировки и обслуживания рабочих органов и узлов, при буксовании, неисправности органов управления машин и т.д. На основании выше изложенного можно констатировать, что за последние годы наблюдаются явные противоречия: с одной стороны, в агропромышленном комплексе страны происходит постоянное снижение парка ЗУК и их приобретения, с другой, - фактическое повышение травматизма и заболеваемости операторов. С одной стороны, имеются возможности расширения технологических возможностей ЗУК, с другой - усложняется управление процессом уборки зерновых культур и как следствие снижение безопасности. В связи с создавшейся проблемной ситуацией возникает научно-техническая проблема - совершенствование основных параметров элементов технологической системы «О-М-С», работающих в условиях постоянно меняющейся окружающей среды. Анализ ранее проведенных исследований позволяет выдвинуть следующую гипотезу: - повышение безопасности процесса уборки зерновых культур возможно за счет совершенствования элементов технологической системы «О-М-С» и обеспечения безопасности при их взаимодействии.
При этом целью работы является повышение безопасности процесса уборки зерновых культур за счет разработки и совершенствования методов и технических средств безопасности технологической системы «О-М-С».
Методика и результаты экспериментального исследования профессиональной пригодности операторов зерноуборочных комбайнов
Создание новых, более совершенных, более производительных зерноуборочных комбайнов (ЗУК), отвечающих современным требованиям технического прогресса, неизбежно ведет к усложнению их конструкции и управления технологическим процессом. В связи с этим возрастают требования к профессиональной пригодности операторов ЗУК. Изучение безопасности оператора и работы ЗУК на современном этапе и тем более в будущем возможно лишь в едином комплексе «О-М-С» с учетом внешних факторов, влияющих на безопасность функционирования системы «О-М-С». Ранее уже было сказано, что в системе «О-М-С» определяющим звеном является оператор [137,206,225,234, 264]. Это подтверждают некоторые специфические особенности деятельности оператора ЗУК по управлению им и протекающим в нем технологическим процессом [113,114].
Оператор ЗУК, прежде всего, является водителем мобильной сельскохозяйственной машины и на протяжении всего рабочего дня от него требуется высокая точность управления направлением движения. Отклонение, например, от заданного направления вправо на 30 см приводит к потере до 5 % урожая, отклонение на ту же величину влево - на 5 % снижает производительность ЗУК - это при прямом комбайнировании с жаткой шириной захвата 6 метров. При подборе валков отклонение в ту или иную сторону на 10-20 см приводит к снижению коэффициента использования ширины молотилки на 8-15 %, а следовательно к снижению производительности и увеличению потерь зерна. Это объясняется тем, что оператору, как правило, не удается вести ЗУК так, чтобы ось валка и линия, проходящая через центр подборщика, совпадали. Он следит лишь за там, чтобы валок не выходил за пределы делителей подборщика, руко 80 водствуясь при этом тем, что валок нормально подбирается. Если учитывать, что ширина молотилки всегда меньше, чем ширина захвата подборщика, то при таком вождении неизбежно происходит одностороннее сужение валка. Если ширина валка равна или меньше ширины молотилки, то сужение валка приводит к снижению коэффициента использования молотилки, то есть потере производительности и снижению качества. Одновременно оператор ЗУК должен постоянно следить за состоянием поверхности поля, скрытого растительной массой. Он должен быть всегда готов к выполнению экстренных действий в случае появления подвижных и неподвижных препятствий движению, могущих привести в результате ошибки к нарушению технологического процесса или даже поломке, что чревато его травмированием.
Оператор ЗУК должен непрерывно следить за изменением состояния убираемой культуры (изменением урожайности, густоты, влажности, полеглости, параметров валка и т. д.) и протеканием технологического процесса (мотовило нормально подводит стебли к режущему аппарату, подборщик не разрывает и сгруживает валок, из копнителя своевременно выгружается наполненная масса и т. д.). Кроме того, и за состоянием выходных параметров, определяющих качество технологического процесса (все стебли срезаются, мотовило не перебрасывает срезанные стебли через планки на ветровой щит, в бункер поступает целое и незасоренное зерно). В результате постоянного контроля режимных параметров работы ЗУК оператор быстро утомляется.
При изменение входных факторов и выходных параметров, при нарушении технологического процесса оператор должен без задержки осуществлять необходимые управленческие воздействия. Но оператор ЗУК располагает приборной информацией об изменении этих факторов, исключением нескольких сигналов о нарушении технологического процесса (хотя все количественные показатели, например, входных факторов носят случайный характер и изменяются в довольно широком диапазоне в пределах одного поля, а тем более в процессе всего периода уборки). В результате риск технологической системы «О-М-С» в процессе уборки зерновых культур увеличивается. В связи с изложенным выше материалом рассмотрим три состояния оператора ЗУК: - оператор не в состоянии воспринять сигналы и принять решение при одновременном поступлении информации от нескольких изменяющихся входных факторов и выходных параметров и вынужден пропускать часть необходимых управленческих воздействий, то есть ошибаться; - оператор воспринимает допустимое количество информации и имеет время на ее обработку, безопасное принятие решения и выполнение управляющих воздействий в соответствии с отведенным для этого лимитом времени; - оператор воспринимает оптимальное количество информации о значительном изменении условий уборки от руководителя уборки и обладает определенным запасом времени для безопасного выполнения нужных управленческих воздействий. Таким образом, специфика безопасности деятельности оператора ЗУК зависят от характера функционирования системы «О-М-С», состояния и взаимодействия элементов этой системы. По характеру процесса управления технологические системы «О-М-С» подразделяются на детерминированные, недетерминированные и игровые [122]. Деятельность оператора ЗУК по управлению процессом уборки зерновых культур в основном протекает по заранее известным правилам, однако момент появления сигналов и последовательность их появления не известны. В то же время характер управленческих воздействий оператора ЗУК при поступлении того или иного сигнала известен. Поэтому систему «О-М-С» можно отнести к недетерминированной с усложненной выработкой у оператора динамического стереотипа. При этом оператор ЗУК должен быть постоянно готов к срочному действию по обеспечению своей безопасности. В инженерной психологии рассматриваются три вида деятельности: сенсорно - перцептивная, моторная и интеллектуальная [209].
Теоретическое обоснование устройства для автоматического контроля за состоянием тормозной системы машины
В Федеральном законе «О техническом регулировании», гармонизированных международных и национальных стандартах и других нормативных документах под термином машина понимается - ряд связанных частей, из которых, по крайней мере, одна движется с помощью привода от какого-либо источника энергии. При этом сельскохозяйственная машина - машина, выполняющая рабочие функции в сельскохозяйственном производстве.
В процессе уборки зерновых культур, как правило, участвуют такие сельскохозяйственные машины как: зерноуборочные комбайны (скашивание, подбор, обмолот и выгрузка зерна в кузов) и мобильные колесные машины сельскохозяйственного назначения - колесные тракторы, грузовые автомобили и т.д. (транспортировка зерна и соломенной массы к местам их послеуборочной обработки и хранения). Исходя из вышесказанного, под термином подсистема «машина» будем понимать зерноуборочный комбайн и мобильную колесную машину сельскохозяйственного назначения.
Многие исследования показывают, что надежность и безопасность функционирования подсистемы «машина» обеспечивается своевременным и качественным, то есть безошибочным выполнением на ней, как самих многочисленных процессов технологических регулировок и обслуживании, так и вспомогательных операций, связанных с ее подготовкой. Оценке факторов надежности и безопасности машин посвящены работы B.C. Шкрабака, О.П. Русака, А.П. Лапина, Ю.Д. Олянич, И.В. Гальянова, Ю.Г. Горшкова, М.А. Пережогина, П.Г. Митрофанова и других [66,67,68,69,194,215,216,80...107]. Многие ученые указывают на то, что при испытании машин на машиноиспытательных станциях во главу угла ставится задача по определению лишь эксплуатационно 128 технологических и экономических показателей ее работы. Контроль параметров безопасности и эргономичности машины считается второстепенным. При этом испытания машин лишь частично затрагивает оценку их технологической безопасности.
Анализ травматизма на машинах показывает, что большая часть травм происходит от факторов опасности появляющихся в процессе управления машиной и технологических регулировок на ней, что составляет около 65% травм с летальным исходом от общего числа погибших операторов [208].
Анализ надежности функционирования подсистемы «машина» позволил выявить две большие группы факторов ее безопасности, характеризующихся ее приспособленностью к обеспечению исправного технического состояния и приспособленностью к управлению технологическим процессом уборки зерновых культур (рис.4.1).
Группа факторов безопасности, связанная с приспособленностью к обеспечению исправного технического состояния подсистемы «машина», включает факторы технической надежности ее систем и элементов конструкций. Они являются постоянными и зависят от конструктивных особенностей подсистемы «машина». Наиболее важными с точки зрения безопасности функционирования подсистемы «машина» являются факторы, обеспечивающие надежность ее узлов, механизмов и органов управления движением.
Группа факторов безопасности, связанная с приспособленностью к управлению технологическим процессом подсистемы «машина», включает приспособленность к управлению движением, технологическому обслуживанию и регулировкам и устранению технологических отказов.
Характеристика процесса технологических регулировок и обслуживания машин предполагает описание его операций с позиции их безопасности, то есть: описание порядка выполнения приемов и действий работающего в процессе технологической регулировки и обслуживания машины; подробное описание перечня используемого при этом инструмента, приспособлений, оборудования и т.д.; подробное описание перечня потенциально опасных источников энергии присутствующих при выполнении операций процесса технологической регулировки и обслуживания машин. Идентификация опасных и вредных производственных факторов процесса технологической регулировки и обслуживания машин предусматривает их системный анализ на основе ГОСТов ССБТ и другой нормативной документации и позволяет на данном этапе определить: - отсутствие или наличие контактирования рабочего с опасными и вредными производственными факторами; - отсутствие или наличие монотонности и гиподинамии при выполнении рабочим конкретной работы; - отсутствие или наличие систем контроля, управления или аварийного отключения для защиты рабочего при выполнении рабочим конкретной работы; - возможность механизации, автоматизации, дистанционного управления процесса или отдельной операции для исключения потенциально опасных и вредных производственных факторов; запыленность и загазованность воздуха, шум и т.д. [168,185,1696,203,233 и т.д.]. Значительно меньше работ направленных на улучшение условий труда на рабочем месте операторов при управлении машиной и выполнении ими технологических регулировок [2,116,149], хотя значимость опасных факторов при этом заметно превалирует над предыдущими. Большинство исследований по повышению безопасности функционирования подсистемы «машина» сводится к повышению безопасности лишь конструкции и технологической надежности машины. Повышать безопасность подсистемы «машина» предлагается за счет улучшения конструктивных параметров самой машины на стадии ее проектирования и создания, что позволяет снизить травматизм и заболеваемость операторов на 30...40% [140]. Однако это связано с большими экономическими затратами и никак не влияет на безопасность уже имеющейся техники в сельском хозяйстве. Для уже существующих машин необходимо повышать их эксплуатационно-технологическую безопасность функционирования [237]: - увеличивать номенклатуру элементов контроля и сигнализации на посту управления машины; - использовать дополнительные механизмы, повышающие: устойчивость и управляемость машиной, безопасность выполнения технологических регулировок и т.д. В целом повышение безопасности подсистемы «машина» может быть осуществлена путем повышения надежности узлов, механизмов и органов управления движения машиной, а также повышения уровня приспособленности машины к управлению технологическим процессом уборки зерновых культур (рис.4.2). Анализ литературных источников дает возможность утверждать, что еще имеются пробелы в исследовании и предупреждении таких опасностей в подсистеме «машина» как: опрокидывание, наезд на подвижные и неподвижные препятствия, буксование, гидроскольжение, неисправность тормозной системы, превышение скоростных режимов и т.д.
Определение теоретических зависимостей показателей мощности терморе-гулирующего устройства в связи с условиями труда
Как отмечалось выше, с помощью мобильных машин сельскохозяйственного назначения (в дальнейшем машин) обеспечивается своевременная доставка зерна с поля к его местам хранения и переработки.
Использование машин происходит в различных условиях: на поверхностях с малой несущей способностью (поле, заболоченная луговина, размытые грунтовые и полевые дороги и др.), и с высокой несущей способностью (автомобильные асфальтно-бетонные дороги, дороги со щебеночным и гравийным покрытием, сухие укатанные грунтовые дороги и др.).
При этом одни и те же машины эксплуатируются как на опорных поверхностях с малой несущей способностью, так и на твердых дорогах [43,251]. Соотношение поверхностей качения для машин различно. Так, до 95 % сельскохозяйственных машин (зерно- и кормоуборочные комбайны и др.) работают в условиях поля и только 5 % - в условиях дорог с твердым покрытием [99].
Движение машин осуществляется за счет взаимодействия пневматического колесного движителя с опорной поверхностью. Это взаимодействие вызывает значительные энергетические потери, характеризующие экономичность машины, ее тягово-сцепные свойства, проходимость, тормозные качества и устойчивость. Поэтому существенные резервы повышения безопасности и улучшение условий труда оператора, снижения себестоимости уборочных и транспортных работ заложены в снижении затрат энергии при взаимодействии элементов системы «пневматический колесный движитель - несущая поверхность» и уменьшения буксования машин.
Следует отметить, что до настоящего времени машины оборудуются пневматическими колесными движителями и дифференциалами, обеспечивающими ее качение, в основном без учета специфики их работы, что в значительной степени отражается на производительности уборочных и транспортных машин, а также на безопасности операторов при управлении машинами.
Работа машин в различных условиях зачастую приводит к нежелательным последствиям: буксованию, колееобразованию, снижению сцепных качеств шин с несущей поверхностью, что приводит к утомляемости оператора и к возникновению травмоопасных ситуаций.
Способность машин работать в различных условиях характеризуется одним из ее эксплуатационно-технических свойств - проходимостью. Под проходимостью понимается способность машин двигаться вне дорог, выполняя при этом возложенные на нее транспортные и другие функции.
Наиболее часто потеря проходимости является следствием недостаточности тягово-сцепных свойств на относительно ровных участках дорог или местности, где или несущая способность грунта невелика или низки сцепные свойства. В данном случае проходимость определяется взаимодействием колес с опорной поверхностью. Решающее значение при оценке возможности полного использования сцепления колес с грунтом и затрат мощности имеет степень буксования ведущих колес, определяемая характером связи между колесами [35].
Буксование ведущих колес машин - одно из отрицательных явлений при взаимодействии шины с поверхностью качения. Прежде всего, оно обусловлено величинами коэффициентов сцепления и сопротивления качению. Буксование ведущих колес может быть раздельным и совместным. Раздельное буксование в частности зависит не только от условий сцепления ведущих колес с поверхностью качения, но и от типа дифференциала, используемого в трансмиссии машины. Буксование машин, как правило, приводит к прямым и косвенным последствиям в процессе уборки зерновых культур.
Прямыми последствиями при буксовании почти всех машин являются: снижение производительности; повышение расхода топлива; повышение износа шин, деталей, узлов; усложнение деятельности оператора в управлении машиной; снижение уровня безопасности труда оператора и др.
Косвенные последствия буксования в основном сводятся к следующему: нарушение поверхности поля и дороги (образование колеи, выбоин, вдавливание грунта со срывом верхнего несущего слоя); повышение эрозионной опасности почв; изменение плодородия почв; снижение урожайности сельскохозяйственных культур; возникновение вероятности ДТП и др.
В результате взаимодействия колесных движителей с почвой происходит ее уплотнение, что ведет к снижению плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур. В процессе подготовки почвы, посева, ухода за растениями, уборки урожая различные машины (тракторы, автомобили, комбайны) проходят по полю 5... 15 раз. Суммарная площадь следов колесных движителей этих машин в 2 раза превышает площадь полевого участка. При этом 10...12% площади поля подвергается воздействию от 6 до 29 раз, 65...80% - от одного до шести раз и только 10...15% не подвергаются воздействию машин.[144]. В результате глубина уплотнения почвы достигает 0,6 м. Механическое воздействие движителей на почву приводит не только к ее уплотнению, но и к интенсивному разрушению ее структуры под влиянием их буксования. Неравномерность плотности почвы обусловливает различное тяговое сопротивление машины по длине гона, приводит к увеличению затрат энергии на выполнение операций по подготовке почвы [143]. Сопротивление ее обработке возрастает по следу колесных тракторов на 40% и по следу тяжелых автомобилей на 65% по сравнению с сопротивлением обработке неуплотненных участков [144].
Таким образом, существуют огромные резервы экономии денежных и материальных ресурсов при решении проблем взаимодействия колеса с несущей поверхностью.
На решающее значение при обеспечении возможности полного сцепления колес с опорной поверхностью за счет регулирования мощности, подводимой к ведущим колесам, существенное влияние оказывает, как уже отмечалось выше, конструкция дифференциала.
В частности, в трансмиссию отдельных машин введены простые шестеренчатые дифференциалы (рис.4.15), которые в условиях плохих дорог и бездорожья (размокшие поля, косогорье и др.) являются причиной снижения их производительности и ухудшения их проходимости и приводят к технологическим отказам и травмоопасным ситуациям вследствие буксования ведущих колес.
