Содержание к диссертации
Введение
Современное состояние вопроса и задачи исследования 16
1.1. Анализ состояния условий охраны труда в сельском хозяйстве 16
1.2. Анализ условий труда операторов МТА 27
1.2.1. Анализ травматизма и заболеваемости операторов МТА 3 5
1.2.1.1. Анализ травматизма механизаторов 36
1.2.1.2. Анализ заболеваемости механизаторов 43
1.2.2. Влияние факторов среды обитания на организм
операторов 46
1.3. Анализ выполненных исследований по улучшению условий и охраны руда механизаторов путем совершенствования эргономических параметров МТА 59
1.4. Анализ путей улучшения условий и охраны труда механизаторов путем совершенствования эргономических параметров 67
1.4.1. Анализ существующих требований эргономики 67
1.4.1.1. Эргономические свойства и показатели 67
1.4.1.2. Общие эргономические требования к организации и конструированию рабочих мест 72
1.4.1.3. Анализ требований эргономики к рабочим местам операторов МТА
1.4.2. Методы оценки условий труда операторов 83
1.4.3. Пути улучшения условий и охраны труда механизаторов 92
1.5. Выводы и задачи исследования 96
2. Теоретическое обоснование путей совершенствования эргономических параметров мобильных МТА 100
2.1. Теоретические задачи эргономики 100
2.2. Основные понятия и определения 101
2.3. Концепция системы "Человек - машина" 104
2.4. Требования эргономики к посту управления МТА 108
2.5. Теоретический анализ путей нормализации параметров микроклимата
2.6. Моделирование состояния системы "оператор - агрегат среда" 118
2.6.1. Теоретико-вероятностные, кибернетические методы моделирования эргатических систем 118
2.6.2. Моделирование с использованием элементов теории множеств 122
2.6.3. Корреляционно-регрессионная линейная модель влияния параметров микроклимата на физиологические функции организма операторов 125
2.6.4. Дисперсионная модель для оценки средств нормализации параметров микроклимата 129
2.7. Теоретический анализ удобства управления и рабочей позы оператора 132
2.8. Имитационная модель для оптимизации рабочего места оператора МТА 139
2.9. Физиологические и психологические предпосылки совершенствования эргономических параметров МТА 148
2.10. Выводы 158
3. Методика эргономической оценки МТА. Экспериментальные установки 160
3.1. Системный подход как методологическая основа оценки МТА 160
3.2. Общеметодические предпосылки эргономической оценки (ЭО) 162
3.2.1. Обоснование системы исходных показателей для эргономической оценки МТА 163
3.2.2. Обоснование основных видов и этапов исследования 167
3.2.3. Общеметодические принципы обработки опытных данных исходных показателей ЭО 174
3.2.4. Алгоритм расчета комплексного эргономического показателя уровня качества поста управления МТА 178
3.3. Методика экспериментальных исследований 191
3.3.1. Задачи и программа экспериментальных исследований 191
3.3.2. Выбор объекта исследования 192
3.3.3. Выбор и обоснование средств нормализации микроклимата 200
3.4. Методика проведения экспериментов 213
3.4.1. Допуски эргономических параметров 217
3.4.2. Организация проведения исследований
2 3.4.2.1. Условия проведения эксперимента 220
3.4.2.2. Подготовка и проведение испытаний 220
3.4.2.3. Описание применяемых приборов 222
3.4.2.4. Тарировка аппаратуры 228
3.4.2.5. Методика обработки опытных данных 231
3.4.2.6. Методика обработки осциллограмм
2 3.5. Оценка удобства управления и рабочей позы оператора 238
3.6. Методика определения физической нагрузки оператора 242
3.7. Методика определения динамики физиологических функций оператора 246
3.8. Методика инженерно-психологической оценки условий
труда и эксплуатационных качеств трактора 252
3.9. Экспериментальные установки 255
3.9.1. Эколого-эргономической стенд для моделирования факторов среды обитания 255
3.9.2. Пылевая камера-бокс для исследования запыленности воздуха 259
3.10. Выводы 260
Анализ результатов экспериментальных исследований 262
4.1. Статистический анализ результатов измерения температуры в кабине трактора 262
4.1.1. Закон распределения случайной величины температуры воздуха в кабине трактора Т-4А 262
4.1.2. Установление взаимосвязи между температурой наружного воздуха и средней температурой в кабине трактора
4.2. Корреляционно-регрессионный анализ состояния системы "оператор - агрегат - среда" 267
4.3. Сравнительный анализ линейной и нелинейной (второго порядка) корреляционно-регрессионных моделей состояния системы "оператор - агрегат - среда"
4.3.1. Изображение корреляционного поля и линий регрессии попарной зависимости выходных параметров Yk от параметров на входе Xj 280
4.3.2. Определение коэффициентов множественной линейной корреляции 282
4.3.3. Расчет коэффициентов регрессионной функции Z(XY) и построения регрессионной плоскости
4.4. Анализ и оценка результатов испытания средств нормализации микроклимата 286
4.5. Влияние ФВУ на снижение запыленности воздуха в кабине трактора Т-4А 295
4.6. Результаты исследований виброшумовых характеристик
поста управления пахотного агрегата 299
4.7. Результаты исследования уровня шума в кабине тракторов "Кировец" 302
4.8. Дисперсионный анализ данных влияния сроков эксплуатации на уровень шума в кабинах тракторов "Кировец" 308
4.9. Результаты дисперсионного анализа испытаний фильтровентиляционной установки 316
4.10. Статистический анализ случайных процессов колебаний поста управления пахотного агрегата 322
4.11. Эргономический анализ удобства управления и рабочей позы оператора пахотного агрегата 326
4.12. Антропометрический анализ поста управления тракторов семейства "Кировец 332
4.13. Результаты определения комплексного эргономического показателя уровня качества поста управления пахотного агрегата 339
5. Разработка организационно-технических мероприятий для улучшения условий и охраны труда работников АПК 345
5.1. Экологический фильтр-глушитель 353
5.2. Безопасный, экологически чистый автомобиль-трактор для сельскохозяйственных работ в фермерских хозяйствах 354
5.3. Передвижной аварийно-спасательный медико-экологический комплекс на базе спецшасси "Русич" 356
6. Социально-экономическая эффективность результатов исследования 362
6.1. Расчет экономической эффективности повышения производительности труда за счет нормализации показателей микроклимата 362
6.2. Экономическая эффективность от совершенствования организации работы по охране труда 370
6.3. Экономическая эффективность от использования передвижной лаборатории охраны труда 3 71
6.4. Технико-экономическая оценка эколого-эргономического стенда 373
Выводы и рекомендации производству 381
Литература 388
- Анализ травматизма и заболеваемости операторов МТА
- Концепция системы "Человек - машина"
- Обоснование системы исходных показателей для эргономической оценки МТА
- Корреляционно-регрессионный анализ состояния системы "оператор - агрегат - среда"
Введение к работе
Актуальность проблемы. Современное сельскохозяйственное производство сопровождается повышенным травматизмом и заболеваемостью работников АПК.
По данным ВНИИОТ каждая четвертая травма со смертельным исходом в России - это травма в сельском хозяйстве. В 1998 в целом в АПК погибли в результате травм на производстве 1358 человек, в том числе в растениеводстве - 319 человек. Среди поі ибших в растениеводстве 95,9% мужчины и 4,1% женщины
Одной из самых травмоопасных является профессия механизатора. Удельный вес травм с летальным исходом среди механизаторов составляет более 30% от всех погибших на производстве. По данным Саратовского НИИ сельской гигиены профзаболевания зарегистрированы у 42% механизаторов.
Одна из причин травматизма и заболеваемости среди операторов мобильных МТА - это несоответствие выпускаемых тракторов, комбайнов, других сложных сельскохозяйственных машин и оборудования стандартам по параметрам безопасности.
При проектировании с.-х. техники основное внимание сосредотачивают на показателях скорости и ширины захвата. В методику расчета рентабельности не входят комфорт, микроклимат, дизайн интерьера, уровень шума, вибрации, прилагаемые усилия на рычагах и скорость их перемещения, которые в процессе эксплуатации вызывают значительные физические и нервно-психические напряжения у операторов. Производительность МТА, полученная на МИС, не соответствует производственным условиям с точки зрения возможностей человека и влияния на него среды обитания.
В этой связи задача улучшение условий труда и повышение эффективности использования МТА выдвигает необходимость комплексной оценки нх и среды обитания операторов с учетом требований эргономики -составной части экологического подхода при изучении сложных систем «человек-машина-среда».
Отсутствие общепринятой методики эргономической оценки МТА затрудняет совершенствование условий труда механизаторов.
Таким образом, проблема улучшения условий и охраны труда работников АПК имеет важное социальное, народно-хозяйственное значе* ние, требующая теоретического обобщения и решения.
Исследования по данной теме проводились в рамках отраслевых научно-технических программ 17.06; О.Сх127; О.Сх82 Минсельхоза, Госаг-ропрома СССР и Республиканских (Федеральных) целевых научно-технических программ на 1992-1995, 1996-2000 годы «Охрана труда».
Мелью исслелооаііііи является улучшение условий и охраны труда работников АПК путем совершенствования эргономических параметров рабочих мест и внедрения организационно-технических мероприятий.
Задачи исследовании: общая задача исследования - разработка методики комплексной эргономической оценки МТА и среды обитания операторов для обоснования технических средств, улучшающих условия их труда, повышающих эффективность Использования МТА и обеспечивающих экологическую безопасность эксплуатации, предполагает решение следующих задач:
-
Теоретическое обоснование путей совершенствования эргономических параметров мобильных МТА.
-
Обоснование системы исходных показателей для эргономической оценки МТА и среды обитания аппаратов.
-
Разработка алгоритма для расчета комплексного эргономического показателя уровня качества поста управления МТА.
-
Выявление взаимосвязи между эргономической оценкой и производительностью МТА.
-
Осуществление математического моделирования состояния эрга-тической системы «оператор — агрегат - среда».
-
Разработка имитационной модели для оптимизации рабочего места оператора МТА.
-
Выполнение экспериментальных исследований для определения частных, обобщенных показателей уровня качества поста управления пахотного агрегата.
-
На основе теоретических и экспериментальных исследований вычисление комплексного эргономического показателя уровня качества поста управления и составление карты-эталона эксплуатационно-эргономической оценки пахотного агрегата с трактором Т—4А.
-
Эргономический анализ удобства управления и рабочей позы операторов МТА.
Ю.Испытание средств нормализации микроклимата в кабине тракторов Т-4А.
11 .Внедрение в производство и учебный процесс организационно- технических мероприятий по охране труда. Объекты исследования. В качестве объектов исследования принимаются условия труда операторов МТА, эргатическая система «оператор-агрегаг-среда», а также система обучения и пропаганды по охране труда в сельском хозяйстве.
Вторыми элементами объектов исследования приняты скоростные энергонасыщенные МТА с тракторами Т-4А, К-700, К-700А, К-701, широко распространенные в районах Сибири и Урала. 4
Методы исследования. Исследования выполнены на основе методов квалиметрип, математической статистики, кибернетики, дисперсионного анализа, теории случайных процессов и моделирования с использованием ПЭВМ и новейших пакетов компьютерных программ.. Научная новизна диссертации заключается в том, что на основе теоретических и экспериментальных исследований:
разработана методика комплексной эргономической оценки МТА, среды обитания операторов в реальных производственных условиях эксплуатации (регион Урала);
предложен алгоритм для расчета комплексного эксплуатационно-эргономического (в дальнейшем - эргономического) показателя уровня качества поста управления МТА (на примере пахотного с трактором Т-4А);
впервые установлена взаимосвязь между эргономической оценкой и производительностью МТА;
изучено влияние температурных факторов среды обитания и уровня шума на физиологические функции организма операторов МТА путем математического моделирования эргатической системы «оператор-агрегат-среда» в среде Math Cad, Stadgraf;
осуществлен сравнительный анализ линейной и нелинейной
(второго порядка) корреляцнонно-регресивных моделей состояния
системы "оператор-аграгат-среда" с использованием
специализованного математического пакета "Math Gad 6.0 PLUS fop Windows"
выявлено влияние сроков эксплуатации тракторов «Кировец» на уровень шума в кабине с использованием метода дисперсионного анализа;
осуществлен эргономический анализ удобства управления и рабочей позы операторов МТА, установлено, что плотность распределения времени между воздействиями на левый рычаг тормоза трактора Т-4А подчиняется экспоненциальному закону. С учетом этого определены вероятностные характеристики Пуассоновского потока заявок (воздействий) на органы управления;
разработана имитационная модель для оптимизации рабочего места операторов МТА в среде Math Cad;
разработан проект эколого-эргономического стенда на базе кабины К-701 для моделирования факторов среды обитания;
обосновано применение фильтровентиляционной установки для нормализации показателей микроклимата и снижения запыленности воздуха в кабинах тракторов на территориях,'загрязненных радионуклидами в результате деятельности ПО «Маяк» и аварии на Черноболь-
ской АЭС. Новизна исследования подтверждается тремя заявками на
патенты РФ. ррактнческую ценность имеют:
результаты экспериментальных исследований по определению исходных показателей эргономической оценки МТА;
- методика комплексной эргономической оценки уровня качества поста
управления МТА;
математические зависимости, описывающие состояние системы «оператор - агрегат - среда» и позволяющие прогнозировать физиологические функции организма операторов от факторов среды обитания (температуры воздуха и'урошш шума в кабине трактора);
- .номограммы для расчета вероятной сменной выработки пахотного аг-
регата с учетом эргономической оценки;
- результаты испытаний ФВУ;
инженерные решения по совершенствованию эргономических параметров постов управления МТА - глушитель, снабженный средством очистки -'заявка на патент РФ №99107990 (008187) от 26.04.99 г., устройство для кондиционирования воздуха в транспортных средствах -. заявка на патент РФ №991100753 (011334) от 01.06.99;
Реализация результатов исследовании. Материалы исследований приняты ВНИИОТ для использования при разработке научно-обоснованных мероприятий по предупреждению травматизма и оздоровлению условий труда в сельском хозяйстве. По результатам исследований представлено девять научных отчетов в координирующую организацию, изданы предложения для внедрения результатов НИР и опытно-конструкторских разработок, выполненных по охране труда.
Разработанная на базе вентилятора - пылеотделителя вентиляционная установка для кабины трактора Т-4А испытана в совхозе «Белозерский» Курганской области и была представлена на межотраслевую выставку «Охрана труда» на ВДНХ СССР. По результатам внедрения НИР на межотраслевые выставки «Охрана труда - 84», «Охрана труда - 90» были представлены экспонаты:
альбом «Опыт работы совхоза «Тобол» по улучшению условий
труда операторов машинного доения», в котором представлены мате
риалы по разработке и внедрению проекта комнаты психологической
разгрузки для животноводов;
-. макет кабинета охраны труда учебно-опытного хозяйства Кур-
ганского СХИ;
макет восстановительно - оздоровительного центра для животноводов молочного комплекса колхоза «Звезда» (соискатель награжден
серебряной медалью). е
Выставочным комитетом ВДНХ была также утверждена экспонатом выставки «Орана труда - 90» передвижная лаборатория охраны труда РЛПО, с использованием технических средств которой проведено за три года обучение и аттестация 1500 рукоподителей, специалистов, механизаторов и животноводов.
На Международную выставку «Безопасность и охрана труда - 98» на ВВЦ в качестве экспоната был представлен макет экологического фильтра-глушителя для трактора, опытный образец которого испытан под руководством соискателя.
Результаты исследований эргономических показателей поста управления пахотного агрегата с трактором Т-4А одобрены на заседании Сове-га НТО Машпрома АТЗ. .
Результаты исследований приняты к использованию в конструкторской работе ОЛО «Специальное конструкторское бгоро машиностроения» (СКБМ г. Курган) при проектировании и испытании нового с.-х. трактора.
Разработанная методика определения физической нагрузки оператора с помощью тензометрировання внедрена на Урал НИИС НАТИ и принята к использованию при испытании промышленных тракторов на устойчивость хода ври применении уширенных гусеничных цепей и определения энергозатрат операторов при выполнении транспортных, строительных и трелевочных работ.
Результаты испытания шума выхлопа вакуумных насосов конструкции СКБ (г.Рига) приняты ПО «Кургансельмаш» к использованию в опытно-конструкторской работе по снижению шумовой нагрузке на операторов машинного доения и животных.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс в СПбГАУ, КГСХА и других сельхозвузах России. Изданы с грифом МСХП РФ учебное пособие «Эргономико-психологические основы безопасности деятельности», учебное пособие «Биоэргономические основы улучшения условий и охраны труда операторов мобильных машинно-тракторных агрегатов».
Апробация работы. Основные положения и результаты исСледспаний, доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях в ЧИМЭСХ (1971-1977гг.), Курганском СХИ и КГСХА (1975-1998гт.-), на заседании НТС Машпром Алтайского тракторного завода (1974г.), на заседании секции «Общие вопросы охраны труда» II Всесоюзной межвузовской конференции по проблемам охраны труда (г.Казань, 1974г.), на научной конференции лаборатории эргономики отдела физиологии труда Института гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР (г.Москва, 1973г.), на заседании секции санитарно-технических условий труда и безопасности труда Ученого Совета ВЇШИОТСХ (г.Орел, 1977г.), на Всесоюзных научно-практических конференциях ВНИИОТСХ (г.Орел.
1977,1979,1990гг.), на Всесоюзных межвузовских конференциях (г. Каунас, 1984,1989гг.), в школе передового опыта на ВДНХ СССР (1990г.), на Всесоюзном семинаре по БЖД (г.Ленинград, 1991г.), па Первом съезде специалистов по БЖД (г. СПб, 1992г.), на Международном симпозиуме «Предупреждение риска» (г.Москва, 1992г.), на Российской научно-технической конференции в МАТИ (г.Москва, 1992г.), на научно-практической конференции «Охрана труда работников АПК» (г.Ярославль, 1992г.), на зональной научно-практической конференции (г.Курган, 1994г.), на 2-й Международной конференции «Промышленная безопасность: управление риском»(г.Москва,1994г.), на областной конференции по охране окружающей среды (г.Курган, 1995г.), на региональной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Т.С.Мальцева (г.Курган,1995г.), на научно-практической конференции «Экология и здоровье» (г.Курган,1996г.), на научных чтениях Курганского Центра МАНЭБ (г.Курган, 1997,1998гг.), на Всероссийской конференции с международным участием «Современные аспекты и проблемы охраны труда -98» (г.Пермь, 1998г.), на Всероссийском совещании по охране труда (Санкт-Петербург - Пушкин, 17-19 ноября 1999 г.).
Кроме этого, опыт работы по охране труда в хозяйстве Курганской области и совершенствовании учебного процесса по дисциплине БЖД на основе использования результатов НИР и новых законодательных актов по охране труда РФ докладывался на Всероссийских семинарах руководителей служб охраны труда региональных, областных органов управления АПП, государственных инспекторов Рострудинспекцни (г.Москва, 1993,1998гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 140 научных статен, тезисов докладов, рекомендаций, учебных пособий.
На долю диссертанта приходится более 60 п.л. Составлено 20 научно-технических отчетов.
Стуктура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из -введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций производству, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на507страницах машинописного текста, включает 126 рисунков и 74 таблицы. Библиография состоит из 664 наименований, в том числе 18 на иностранных языках.
1. Методика комплексной эргономической оценки МТА, среды обитания операторов.
-
Результаты экспериментальных исследований по определению исходных показателей эргономической оценки МТА и среды обитания операторов.
-
Алгоритм расчета комплексного эргономического показателя. уровня качества поста управления МТА.
-
Результаты математического моделирования состояния системы «оператор-агрегат-среда».
-
Имитационная модель оптимизации рабочего места операторов МТА, изделий МО России в средеМаЛ Cad.
-
Вентиляционная установка, как средство нормализации показателей микроклимата в кабине трактора.
-
Результаты лабораторных испытаний фильтровентиляционной установки, эргономической оценки условий труда операторов мобильных агрегатов с тракторами «Кировец», АТЗ.
-
Эргономический стенд на базе кабины трактора К -701 для моделирования факторов среды обитания.
-
Результаты внедрения организационно-технических мероприятий по охране труда в производство и учебный процесс.
Анализ травматизма и заболеваемости операторов МТА
Условия труда на рабочих местах работников АПК имеют специфические особенности, которые обусловлены в основном следующими факторами [205]: -сравнительно малой численностью работающих на отдельных предприятиях, с преобладанием женского контингента и лиц пожилого возраста, при большой численности работающих, рабочих мест и предприятий в целом по отрасли; - выраженной сезонностью производства, территориальной разобщенностью и удаленностью цехов, участков, производственных объектов, рабочих мест и работающих друг от друга, от противопожарных служб, учреждений здравоохранения и мест проживания работающих; - наличием поточных, коллективных и индивидуальных форм производства и организации труда при недостаточной развитости цеховых структур управления; - работой в выходные дни, занятостью в личном хозяйстве и подсобном производстве, особенно женщин; - использованием разнообразных мобильных машин, средств химизации и влиянием биологических факторов; - наличием работ с тяжелыми и вредными условиями труда, протекающих как в закрытых помещениях, так и на открытом воздухе, во всех климатических зонах страны, при различной высоте над уровнем моря и обширности обслуживаемых территорий, недостаточной развитости сети дорог и связи.
К классификации особенностей условий труда в АПК, проведенной сотрудником ВНИИОТ Минсельхозпрода России, к.м.н. Еськиным П.И., следует добавить наличие постоянно переувлажненных и тяжелых почв, широкое использование тракторов в зимний период. Следует отметить, что машиностроители при производстве техники для села не учитывали российскую специфику сельского хозяйства, что приводило к тяжелым потерям в сельскохозяйственном производстве (материальным, моральным, людским). Академик РАСХН И.П. Ксеневич отмечает, что создатели наших тракторов отстают от лучших зарубежных машин, не на сумму каких-то технических решений, а на целую эпоху в сельском хозяйстве [266].
Положение с охраной и состоянием условий труда работников АПК усугубляется тем, что в этом секторе народного хозяйства процессы разгосударствления, изменения форм собственности вызывают большие негативные последствия.
На этапе становления рыночных отношений результативность производственной деятельности предприятий АПК достигается, как правило, за счет потери работающими здоровья и работоспособности [400].
Материалы государственной статистики свидетельствуют, что основная масса рабочих мест на предприятиях АПК не соответствует требованиям эргономики, и оснащена устаревшим оборудованием.
По данным бывшего начальника Управления охраны труда Минсельхозпрода России Куплевацкого Н.М. [272], в агропромышленном производстве трудится около 13 млн. человек - 27 % от численности сельского населения Российской Федерации. В сельском хозяйстве в 1993 году эксплуатировалось 1344,2 тыс. тракторов и 1173,7 тыс. грузовых автомобилей, на 100 фермерских хозяйств приходилось 55 тракторов, 11 зерноуборочных комбайнов, 28 грузовых автомобилей.
В РФ, площадью 1707540 тыс. гектаров насчитывается более 60000 предприятий, объединений, организаций и учреждений системы АПК.
Наличие вышеперечисленных особенностей в условиях труда работников АПК влияет на состояние, организацию здорового и безопасного труда в сельскохозяйственном производстве.
Ежегодно в хозяйствах и предприятиях системы Минсельхозпрода России гибнет свыше 15 тыс. человек; более 2 тыс. на производстве, 4,5 тыс. в ДТП, около 7 тыс. - в воде, до 1 тыс. - в огне; 160-180 тыс. чело-век получают на производстве травмы различной тяжести, 200-230 тыс. травм происходит в быту. Из сферы агропромышленного производства, в связи со стойкой утратой трудоспособности и выходом на инвалидность, ежегодно выбывает более 75 тыс. работников трудоспособного возраста, общая численность которых в 1994 году превышала 900 тыс. человек. Из-за травм на производстве и различных заболеваний ежегодно теряется свыше 125 млн. рабочих дней. Все потери от травм на производстве, в быту, а также заболеваний в рабочих днях равнозначны неучастию в промышленном производстве около 1,4 млн. человек в течение года. Годовые материальные последствия от травматизма и заболеваний, по ценам 1992 года, составили более 1 трлн. 400 млрд. рублей [400]. Средний возраст погибших на производстве или получивших травму с инвалидным исходом равен 38,2 года. Это молодые люди, способные трудиться и приносить пользу семье и государству.
Ратников В.А., Вовк А.Н. [101], анализируя состояние охраны труда в АПК России, приводят динамику основных показателей производственного травматизма в целом по АПК в сравнении с отраслью растениеводства за 1991-1995 г. (рис. 1.1; рис. 1.2).
Концепция системы "Человек - машина"
Выбору параметров и режима работы система отопления кабины трактора, исследованию и разработке средств нормализации микроклимата на ра= бочем месте операторов МТА, унификации модульного типажа СНМ посвящены работы В.А.Михайлова [366, 367, 368, 369, 370, 371].
Приводится методика расчета поступлений тепла в кабину через крышу или стенку с защитным экраном и вентилирующей воздушной прослойкой.
Показано, что при такой конструкции стенок и крыши кабины эффективность экранирования достаточна высока.
Дальнейшим развитием воздухоохладителей испарительного типа стали установки косвенного охлаждения воздуха. Они дают достаточно сухой и охлажденный воздух, стоимость их значительно ниже, чем фреоновых кондиционеров, хотя конструктивно они более сложны.
Принцип работы установки косвенно-испарительного типа регенеративного действия заключается в том, что часть охлажденного основного потока воздуха на выходе разворачивается и направляется во вспомогательные каналы испарительной насадки. Двигаясь во встречном направлении, этот поток вбирает в себя пары жидкости, а вследствие теплопередачи через пластины отбирает тепло от основного потока воздуха. В идеале температура вспомогательного потока на выходе должна приближаться к температуре внешнего воздуха, а его относительная влажность равняться 100%. Воздухоохладители этого типа достаточно экономичны, так как допускают максимально возможную для кондиционеров испарительного типа глубину охлаждения поступающего воздуха.
Анализ воздухоиспарительной насадки, используемой в устройствах нормализации микроклимата ВТ-400, ВНТ-600 и КТН-0,57-01 проведен в работе [370].
Одним из способов нормализации температурного режима в кабинах тракторов, не повышающим влажность воздуха и не требующим увеличения скорости подаваемого воздуха в кабину, является применение термоэлектрического кондиционера [370].
Кондиционеры этого типа экологически чистые, надежные в работе, устойчивы к вибрациям, ударным нагрузкам, имеют реверсивный режим работы, то есть их можно использовать в режимах отопления и охлаждения.
Результаты испытаний термоэлектрического кондиционера показали, что в тепловой камере в режиме охлаждения за 30 минут он снижает температуру воздуха с 45С до 33С, а в режиме нагрева за 60 минут повышал с 37Сдо+14С.
В южных районах нашей страны операторы МТА работают в сложных климатических условиях, в осенне-весенний период 14-20%, а в летний период до 65% рабочего времени. Это приводит к снижению работоспособности оператора, как следствие снижается производительность, повышается заболеваемость, текучесть кадров и увеличиваются материальные потери. Польские авторы [634] показывают, что комфортные условия труда, соблюдение требований эргономики повышают производительность труда операторов до 20%. Создание комфортных условий возможно путем совершенствования конструкций кабин МТА, рабочего места оператора и систем обогрева, охлаждения воздуха, а также его фильтрации с использованием наработок в военно-промышленном комплексе (ВПК).
При наличии конструктивных недостатков существующих кабин в большей степени страдают механизаторы, работающие с ядохимикатами в зонах экологического бедствия. При исследовании условий труда указанных категорий механизаторов установлено, что вредные вещества постоянно присутствуют в воздухе, на оборудовании кабины, спецодежде и открытых участках кожи [170, 172, 232, 395].
Вопросам защиты оператора мобильного агрегата от вредного воздействия запыленного воздуха посвящена работа [380]. Увеличение количества подаваемого воздуха в кабину до 700 м /ч не приводит к значительному снижению температуры в рабочей зоне. Запыленность воздуха (в рабочей зоне) зависит от расхода воздуха через неплотности кабин и концентрации пыли снаружи вокруг неплотностей. Для подавления пыли, проникающей через неплотности, производительность вентиляционной установки должна быть не менее 500 м3/ч, а по условиям допустимого шума и скоростей возду-ха не более 700 м /ч.
А.Н.Гавриченко [115, і 16, 117, 119] рассматривает методы и технические средства охраны труда механизаторов на основе моделирования пести-цидного загрязнения закономерностей формирования токсического фона в кабинах МТА. Разработаны средства локальной очистки воздуха и новый метод оценки герметичности кабин.
Источником вредных выбросов в атмосферу является сам ДВС [276]. Повышение температуры окружающего воздуха на 10С увеличивает выброс вредных веществ от дизеля СМД-62: окиси углерода - на 3,8%, окислов азота - на 5,0%, а дымность возрастает на 4,4%.
В этой связи повышается актуальность работ А.В.Николаенко, В.С.Шкрабак [383, 384] связанных с разработкой двигателей внутреннего сгорания, способных работать на недефицитном, смешанном или альтернативном топливе. В работе [135] приведены результаты тормозных испытаний двигателя трактора МТЗ-80 при работе на биотопливе - биодите (25% дизельного топлива и 75%о рапсового масла) КПД двигателя во всем диапазоне мощности остается одинаковым, а концентрация вредных выбросов с отработавшими газами уменьшается: окиси углерода на 55%, углеводородов в 2-5 раз.
Обоснование системы исходных показателей для эргономической оценки МТА
Психологические требования определяют соответствие поста управления психологическим особенностям человека: быстрота восприятия информации, быстрота усвоения информации.
Разработанная классификация требований эргономики к посту управления будет использована в дальнейшем при обосновании исходных показателей эксплуатационно-эргономической оценки МТА.
Требования эргономики все больше внедряются в отечественные и зарубежные стандарты [142, 162, 164, 495], что приводит к повышению эффективности труда.
Так по данным польских ученых, если бы учитывались все требования эргономики при проектировании и организации рабочих мест, то производительность труда увеличилась бы в целом по народному хозяйству на 20 % [634].
Зарубежные фирмы с целью повышения производительности труда в сельском хозяйстве, сохранности здоровья механизаторов и создания комфортных условий труда используют при создании новых тракторов рекомендации эргономики, которые находятся на стыке дизайна, технической эстетики и техники по безопасности. Появился даже термин «эргономический модерн», т.е. эргономика на самом высоком уровне [612].
Анализ современных тенденций развития сельскохозяйственной техники за рубежом показал, что совершенствование тракторной техники за рубежом проводится в направлении повышения производительности, экономичности, комфортности, экологической безопасности и снижения материалоемкости [259, 266,418].
Большинство мер по повышению производительности трактора приводит к росту нагрузок на оператора, что снижает качество и производительность труда, отражается на состоянии здоровья. Для уменьшения вредного воздействия нагрузок на оператора рассматриваются несколько направлений:
- перевод функций управления на автоматический режим путем установки высокоточных датчиков, электрогидравлической аппаратуры, микропроцессорной техники;
- оснащение кабин кондиционерами, отопителями, регулируемыми подрессоренными сидениями.
Перспективные направления по разработке образцов кабин тракторов за рубежом связаны с поисками принципиально новых форм агрегатирования, создания кабин-капсул. На новых тракторах «Интрах» применяются одноместные кабины каркасной конструкции с центральным расположением сидений и высокой организацией поста управления.
Описанные выше направления позволяют рассматривать пути совершенствования эргономических параметров мобильных МТА в плане общих тенденций совершенствования сельскохозяйственной техники и, прежде всего, в отношении комфортабельности за счет нормализации параметров микроклимата.
В настоящее время важнейшей и нерешенной проблемой по обеспечению Ill безопасных условий труда операторов МТА является нормализация темпера турно-влажностного режима и снижение запыленности воздуха на рабочем месте - признает один из ведущих специалистов в области разработки средств нормализации микроклимата В.А.Михайлов [370].
Эта проблема приобретает еще большую актуальность в связи с содержанием в пыли вредных веществ в результате накопления гербицидов, пестицидов, ядохимикатов, минеральных удобрений.
Особую актуальность задача совершенствования средств нормализации микроклимата приобретает в регионе Урала, где в некоторых районах почва загрязнена изотопами радионуклидов в результате деятельности ПО «Маяк».
По данным М.Шмидта [623] почти 50% общего числа профессиональных заболеваний связано с воздействием микроклимата. Неблагоприятные климатические условия (высокая запыленность, влажность и т.д.) снижает производительность труда на 20% и более.
Автор приводит графическую схему субъективных климатических ощущений при обычной работе (рис. 2.4). На схеме даны области оптимальных условий для работы сидя и в движении, приятных ощущений, ощущения холода, вредных для здоровья и т.д. Эти данные могут использоваться при проектировании СНМ (средств нормализации микроклимата).
Проблеме нормирования показателей микроклимата и увеличения эффективности СНМ (средств нормализации микроклимата) посвящены многие работы отечественных ученых, специалистов НПО ВИСХОМ, НПО «НАТИ», ВНИИОТ, СПГАУ, КГСХА ВГСХА, ЯГСХА, организаций и предприятий ВПК [367, 368, 372, 380, 470, 522, 590-594, 643].
Особенно необходимо остановиться на работах В.А. Михайлова [367, 370], который подошел к изучению проблемы микроклимата с учетом принципов эргономики. Им разработана математическая модель теплообмена человека, которая учитывает воздействие на оператора проникающих в кабину потоков солнечной радиации, неравномерность, температуры и свойств отдельных участков ограждений кабины, их площади и расположение относительно человека, уровень теплопродукции (энергозатрат) и свойства одежды операторов. Модель создана на базе обобщения физиологических закономерностей. Установлено, что экранирование крыши кабины снижает температуру поверхности потолка на 25С и обеспечивает отток тепла из кабины. Оптимальная высота вентилируемой воздушной прослойки между экраном и крышей составляет 20-30 мм, а стенкой - 30-40 мм. Выявлено существенное влияние на температуру внутренних поверхностей стенок кабины, проникающих через окна потоков сквозной солнечной радиации, повышающих их температуру на 10С и более.
Корреляционно-регрессионный анализ состояния системы "оператор - агрегат - среда"
Диалектический метод исследования предполагает учет непрерывной изменчивости явлений . В связи с этим при исследовании систем с человеком (эргатических систем) необходимо учитывать его характеристики [44]: - характеристикам человека присущи изменчивость, поэтому опыты повторяются; - характеристики человека не определяются только входными воздействиями, поэтому при обработке экспериментальных данных должны использоваться статистические методы биометрии для определения показателей точности и достоверности результатов опытов.
Учитывая, что методы оценки условий труда операторов разработаны специалистами медико-биологического направления без широкого привлечения математического аппарата, в данной работе потребуется разработка некоторых частных методик по определению исходных показателей эргономической оценки с последующей обработкой полученной цифровой информации с помощью методов математической статистики. Так, при определении частных показателей гигиенического показателя уровня качества поста управления МТА исследователю придется учитывать комплекс факторов -регулируемых и нерегулируемых в опыте, влияющих на результат испытаний. Поэтому при обработке опытных данных необходимо провести статистический анализ результатов измерения, например, температуры в кабине трактора с целью определения закона распределения данного показателя и оценки математического ожидания, которая будет использована в расчете гигиенического показателя уровня качества поста управления.
Виброшумовые характеристики поста управления рекомендуется определять по методике НАТИ и в соответствии с ГОСТ 12.2.002-91, ГОСТ 12.4.095-80 и международными стандартами ПМС ИСО 7216; ИС05131-82 [140, 156].
Процессы, происходящие в системе "оператор - агрегат - среда" носят стохастический характер и для их анализа желательно использовать теорию случайных функций. Так, запись на осциллограмму случайных процессов колебаний пола и сиденья поста управления МТА позволит определить ускорение НСК и их статистические характеристики; корреляционные функции, спектральные плотности и эффективные частоты. Основной спектр энергии колебания на сидении может быть одним из исходных показателей эргономической оценки поста управления.
Концентрация пыли и загазованность можно определить соответственно известными весовым и химическим методами с последующей обработкой результатов опытов в соответствии с ГОСТ 12.2.019-86 [152].
Для определения антропометрических показателей эргономической оценки, необходимо разработать частную методику оценки рабочей позы и удобства управления. Изучение поз зарубежными авторами позволило установить, что снижение мышечной активности происходит тем в большей степени, чем легче достигается равновесие за счет пассивных факторов. С точки зрения практической деятельности речь идет, прежде всего, о том, чтобы освободить мышцы от их поддерживающей или стабилизирующей функции. Антропометрический анализ поста управления проводится в три этапа: анализ вариантов рабочей позы кинохронометражным методом для выявления времени нахождения оператора в сравнительно нормальной рабочей позе; графический анализ поста управления для выявления количества рычагов, расположенных в оптимальной зоне; биомеханический анализ для выявления соответствия углов между сочленениями человека (оператора) углам комфорта [78].
Особое внимание в данной работе следует уделить изучению физиологических и психофизиологических показателей ЭО, т.к. они определяют физическую и умственную нагрузку на организм оператора при управлении МТА. По данным ВНИИОТ, Саратовского НИИ сельской гигиены в процессе эксплуатации машин увеличивается физическая нагрузка оператора. В соответствии с принятой системой исходных показателей ЭО машинно-тракторных агрегатов (табл. 3.2) для определения физической нагрузки оператора при работе на МТА необходимо осуществить измерение усилий и числа воздействий на органы управления тензометрическим методом.
Известная методика НАТИ предполагает использование специально изготовленных тензорукояток и тензопедалей. Этот способ обладает рядом недостатков: необходимость подгонки тензорычагов и тензопедалей из-за различных посадочных мест органов управления; изменение размеров рычагов и педалей приводит к неправильному распределению усилий и неудобству в работе; невозможность синхронной записи усилий на всех основных рычагах управления.
В связи с этим, необходимо разработать частную методику определения физической нагрузки оператора, предусматривающую синхронную запись усилий, прилагаемых на органы управления и число воздействий на них. Усилия и число включений органов управления записываются при работе МТА в лабораторно-полевых условиях на полигоне Уральской НИИС ЧФНАТИ с серийным с.-х. орудием в качестве контроля и экспериментальным на различных скоростных режимах при движении агрегата по грунтовой дороге, стерне, вдоль, поперек, под углом 45 к предыдущей обработке поля и при выполнении технологического процесса, например, вспашки. При длительном повороте агрегата распределение величины усилия на рычагах управления и тормозных педалях есть величина случайная, поэтому для оценки энергозатрат предлагается применять методы теории случайных функций [50, 188, 243, 295, 358, 445]. В производственных условиях число включений (воздействий) на органы управления целесообразно определять с помощью кино-видеосъемки. При обработке опытных данных совокупность органов управления представляется как система массового обслуживания. Каждый орган управления - канал этой системы, в канале имеет место поток заявок (воздействия на органы управления). На основе карты расшифровки кино-видеолент и осциллограмм определяются вероятностные характеристики этого простейшего потока. С целью прогнозирования воздействий на органы управления и энергетических затрат оператором, желательно применить метод статистического моделирования (метод Монте-Карло). Однако, в данной работе на первом этапе ЭО целесообразно ограничиться построением гистограмм и получением кумулятивных функций распределения скорости; перемещения левого рычага тормоза и времени между заявками (воздействиями) на него, как одного из наиболее часто используемых органов управления.
