автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Обеспечение вибробезопасности операторов землеройно-транспортных машин и технологического автотранспорта в условиях горнодобывающих предприятий Крайнего Севера

ВЦСПС

ВСЕСОЮЗНЫЙ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОХРАНЫ ТРУДА

На правах рукописи

ГОРКОВЕНКО Сергей Иванович

УДК /628.517:534.6.08/(043.2)

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИБРОБЕЗОПАСНОСТИ ОПЕРАТОРОВ ЗШЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО АВТОТРАНСПОРТА В УСЛОВИЯХ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

05.26.01 - охрана труда и противопожарная техника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1990

Работа вшолнена во Всесоюзной Центральном Ордена "Знак Почета" научно-исследовательском институте охраны труда ВЦСПС (лаборатория в г.Якутске).

Научный руководитель - кандидат физико-математических

наук, старший научный сотрудник МАТВЕЕВ Ю.И.

Официальные оппоненты - доктор техничёских наук,

старший научный сотрудник СИНЕВ A.B.

кандидат технических наук, доцент НИЮИЮРОВ И.С.

Ведущая организация - ИГД им.А.А.Скочинского

Защита состоится " * 1990 г. в часов

на Заседании специализированного Совета Д021.03.01 при Всесоюзном Центральном Ордена "Знак Почета" научно-исследовательском институте охраны труда ВЦСПС по адресу;

II9829, Москва, Оболенский пер., д.Ю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

Отзывы на автореферат в двух вкэемплярах, заверенные печатью, просим направлять в специализированный Совет института.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук

В.Н.РАХЫАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЙВ'СТЖА РАБОТЫ

Актуальность работы. Последнее десятилетие характеризуется резким возрастанием добычи полё'зйых ископаемых на Северо-Востоке СССР. В этом регионе сосредоточено три четверти природно-сырье-вых ресурсов страны.

Высокая стоимость труда и обустройства в значительной степени влияют на формирование технической политики на Крайнем Севере, главным направлением которой становится техническое перевооружение горнодобывающих отраслей на основе внедрения машин большой единичной мощности.

К числу наиболее распространенных типов землеройно-транс-портных машин и технологического транспорта в горнодобывающих отраслях Крайнего Севера относятся мощные бульдозерно-рыхлитель-ные агрегаты на базе промышленных тракторов (бульдозеры-рыхлители) и большегрузные карьерные автосамосвалы (далее они' объединены условным наименованием "карьерные машины"). Их эксплуатация на Крайнем Севера имеет свои особенности, связанные с суровыми климатическими условиями с минимумами температуры до -60°С и годовыми амплитудами 70-90°С, а также с распространением вечно-мерзлых грунтов, прочностные характеристики и абраэивность которых соответственно в 3-5 и 70-200 раз выше, чем немерзлых,и возрастают с понижением температуры. Воздействие специфических климатических факторов приводит к 2-3 кратному увеличению числа отказов машин, высокая прочность и абраэивность разрабатываемых мерзлых грунтов определяют повышенные динамические нагрузки и интенсивное изнашивание деталей ходовой части и навесного оборудования, а изменения прочностных характеристик мерзлых грунтов в процессе сезонного оттаивания приводит к снижению несущей способности оснований карьерных дорог и нарушению ровности дороглой поверхности.

Рост энергонасыщенности применяемых карьерных машин на фоне специфических факторов эксплуатации обуславливают возрастание вибрационной активности машин и, как следствие, вибрационной нагрузки на операторов, приводящей к преждевременному утомлению и снижению работоспособности операторов, к росту числа общих и профессиональных заболеваний, среди которых вибрационная болезнь занимает ведущее место на горнодобывающих предприятиях Крайнего Севера и в несколько раз превышает средний уровень заболеваемос-

ти по РСФСР.

В связи с этим, обеспечение вибробезопасных условий труда (вибробезопаскости) операторов карьерных машин Крайнего Севера следует рассматривать как один из вааных аспектов социально-экономического развития северного региона страны, способствующего сохранению здоровья значительного трудового контингента, рациональному использованию высококвалифицированных трудовых ресурсов и повышению эффективности применения уникальной горной техники.

Обеспечение вибробезопасности в настоящее время базируется на требованиях нормативно-технической документации,- сформулированных, главным образом, на уровне общетехнических и организационно-методических положений. Их практическая реализация применительно к карьерным машинам Крайнего Севера требует исследования закономерностей формирования вибрационной нагрузки под влиянием многообразия эксплуатационных и технологических особенностей; развития и конкретизации вопросов практического осуществления службами охраны труда предприятий представительного и систематического контроля вибрации; разработки наиболее эффективных и совериенствования применяемых средств и способов обеспечения вибробезопасности.

На решение этих задач направлено задание 04.01 Программы работ на 1985-1990 гг. по решению научно-технической проблемы в области охраны труда 0.74.08 ГКНТ и ВЦСПС, в рамках которой выполнялась и данная работа.

Целью работы является разработка и совершенствование методов, средств и способов обеспечения вибробезопасных условий труда операторов мощных карьерных машин, эксплуатируемых на Крайнем Севере.

Дня достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

. исследовать характер вибрационных процессов и оценить вибрационную нагрузку на операторов основных типов карьерных машин с учетом многообразия их применения на ведущих горнодобывающих предприятиях Крайнего Севера;

установить закономерности формирования повышенных уровней

вибрации на карьерных машинах с учетом специфики условий эксплуатации на Крайнем Севере и разработать на их основе рекомендации по проведению организационно-технических мероприятий,

позволяющих снизить вибрационную нагрузку на операторов;

изучить и обосновать возможность применения при контроле вибрации карьерных машин в условиях эксплуатации: метода интегральной оценки и разработать порядок его проведения службами охраны труда предприятий;

исследовать особенности работы виброзащитных сидений в условиях реального вибрационного возбуждения и. разработать рекомендации по повышении их эффективности;

установить зависимость вибрации на рабочем месте оператора от характеристик неровностей микропрофилей карьерных дорог Крайнего Севера и разработать на ее осноЕе процедуру оценки состояния дорожной поверхности по результатам вибрационных измерений.

Научная новизна работы состоит в следующем: установлены зависимости и получены количественные оценки влияния на уровни вабрации группы факторов и показателей, характеризующих специфические особенности использования карьерных машин в условиях Крайнего Севера;

экспериментально установлено для представительных групп карьерных машин соответствие результатоа оценки виброопасности рабочих мест, выполненной интегральным методом, в сравнении с методом спектрального анализа, и определены коэффициенты, характеризующие соотношение вертикальной и горизонтальных составляющих вибрации;

определены граничные значения корректированных виброускорений, ниже которых происходит блокирование подвесок применяемых виброзащитных сидений операторов;

установлена теоретическая зависимость вибрации на рабочем месте оператора от параметров неровностей микропрофиля карьерной дороги и характеристик транспортной матшнн.

На защиту выносятся;

результаты экспериментальных исследований вибрации на основных типах мощных бульдозероа-рыхлителей и карьерных автосамосва-лоа особо большой грузоподъемности, характеризующие особенности вибрационных процессов на рабочих местах и определяющие вибрационную нагрузку на операторов при типичных и наиболее неблагоприятных режимах воздействия, которые позволяют конкретизировать требования к вибробезопасности операторов и установить наиболее эффективные направления совершенствования средств и способов их обеспечения;

зависимости, связывающие формирование повышенных уровней вибрации на рабочих местах с эксплуатационно-техническими показателями карьерных машин и технологическими особенностями их. работы, с квалификационными показателями операторов, с климатическими и горно-геологическими факторами условий эксплуатации, позволяющие рекомендовать для служб предприятий проведение организационно-технических мероприятий по снижению вибронагруженности операторов;

методики эксплуатационного контроля вибрации бульдозеров-рыхлителей и карьерных автосамосвалов для служб охраны труда предприятий, позволяющие получать объективную и систематическую информацию о состоянии условий труда операторов по фактору вибрации;

результаты исследований особенностей работы подвесок виброзащитных сидений, позволяющие установить направления их совершенствования и рекомендовать проведение в условиях эксплуатации мероприятий, препятствующих снижению виброзащитных свойств сидений;

результаты установленной взаимосвязи между колебаниями карьерных автосамосвалов и характеристиками микропрофилей карьерных дорог, позволяющие рекомендовать для дорожно-эксплуатационных служб предприятий оценку ровности дорожной поверхности по результатам вибрационных измерений с целью принятия решения о необходимости проведения ремонтных работ.

Практическая значимость работы заключается: в разработке методов эксплуатационного контроля вибрации основных групп карьерных машин Крайнего Севера, обеспечивающих снижение трудоемкости его осуществления при необходимой достоверности и представительности получаемых оценок вибрационной нагрузки операторов;

в разработке рекомендаций по обеспечению вибробезопасности операторов за счет проведения комплекса организационно-технических мероприятий, направленных на улучшение эксплуатации карьерных машин и применяемых виброзащитных сидений и регулирование продол-, жительности воздействия вибрации на операторов;

в разработке процедуры оперативной оценки состояния карьерных дорог, обеспечивающей получение своевременной информации о необходимости проведения дорожно-эксплуатационными службами предприятий ремонтных работ дорожных участков и снижение виброактивности основного источника возбуждения колебаний карьерных автосамосвалов.

Материалы исследований положены в основу разработанных "Методических указаний по проведению контроля параметров вибрации рабочих мест водителей большегрузного карьерного автотранспорта" и "Методических указаний по проведении контроля параметров вибрации на рабочих местах мощных бульдозеров-рыхлителей, применяемых в условиях Крайнего Севера", используемых в практической работе служб охраны труда предприятий ЙО "Якутуголь" и ПО "Якутзо-лото"; использованы: при разработке дополнений в СНиП 3.06.02-85 "Автомобильные дороги"; при подготовке предложений по изменению ГОСТ 14892-69 "Машины, приборы и другие технические изделия,предназначенные для эксплуатации в районах с холодным климатом. Общие технические требования" и ОСТ 23.1.141-85 "Тракторы промышленные, предназначенные для эксплуатации в районах с холодным климатом. Общие технические требования"; при доработке конструкций виброзащитных сидений'для строительно-дорожных машин при освоении НПО "ВНИИстройдормаш" их серийного выпуска; при приемочных- и эксплуатационных испытаниях отечественных и зарубежных бульдозеров-рыхлителей ДЗ-129ХЛ, ДЗ-141, U-10, D-9L , ГО-50, D-375A-I.WB-600, Gat -834В и карьерных автосамосвалов БелАЗ 752II, НатИ рак 1703} , проводимых в рамках межведомственных государственных комиссий совместно с ВНЙЙ-1 Главалмаззолото и ПО "Якутуголь".

Методы исследований. Для решения поставленных задач принят комплекс методов, включающий: анализ и обобщение данных научно-тёхнической литературы и материалов по эксплуатации карьерных машин; математическое моделирование с использованием корреляционного анализа; применение аналитических и экспериментальных методов исследования колебаний карьерных машин, определения статистических характеристик карьерных дорог и оценки эффективности виброзащитных сидений. Достоверность научных положений и выводов обоснована выбором представительных групп исследуемых объектов и типичных условий их использования, применением методов статистической обработки' результатов с использованием ЭЕМ EC-I045, СМ-4M и сходимостью расчетных показателей с фактическими данными.

Апробация работы состоялась на 2-ом Совещании Научного Комитета Международной комиссии по гигиене труда "Критерии оценки влияния общих вибраций на человека" (Москва, 1988 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции "Научно-технический прогресс и охрана труда в-металлургической и горнодобывающей промышленности на Крайнем Севере" (Мончегорск, 1986 г.), на научно-

техническом семинаре "Улучшение экологических характеристик автомобилей и тракторов.- Проблемы снижения шума, вибрации и токсичности автомобилей" (Дмитров, 1989 г.), на У Республиканской конференции молодых ученых и специалистов "Техника Севера. Физические процессы и технология горного производства" (Якутск, 1984 г.), на семинарах лаборатории защиты от шума и вибрации ВЦНИИОТ ВЦСПС (Москва, 1986-69 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержащего основные выводы, приложения. Работа изложена на 196 страницах машинописного'текста, имеет 25 рисунков, 24 таблицы, список литературы из 141 названия, приложение на 26 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен научный обзор и анализ работ по изучению вибрационных процессов на транспортных и землеройных малинах, требований вибробезопасности, методов и средств их обеспечения применительно к карьерным машинам, формируется цель и задачи исследований.

Большой вклад в исследования колебательных процессов, протекающих в землеройных машинах и транспортных средствах, внесли работы НАМИ, НАТИ, ПО "АвтоЗШ1", НПО "ВНИИстройдормаш", а в гигиеническую оценку вибрации на карьерных машинах - работы Новосибирского института гигиены, Ангарского НШГТ и ПЗ, Московского института гигиены им.Ф.Ф.Эрисмана. Результаты этих исследований показывают, что формирование уровней вибрации, превышающей в несколь- ' ко раз допустимые нормативы, происходит под воздействием разнообразным источников случайного и периодического характера и определяется типом и назначением машины, конструктивными особенностями узлов,применяемых систем подрессоривания и др. В условиях'эксплуатации характерной особенностью вибрационной нагрузки на one-раторов является ее значительнее непостоянство, что вносит неоднозначность в гигиеническую оценку рабочих мест. Применительно к мощным бульдозерам-рыхлителям и большегрузным автосамосвалам, условия и резким эксплуатации которых отличаются рядом' специфических особенностей, отсутствует достаточно полная и всесторонняя инфор-

нация о характере вибрационных процессов, источниках и причинах формирования повышенных уровней вибрации на рабочих местах, что препятствует созданию вибробезопасных условий труда операторов.

Важное место в комплексе мер по обеспечению вибробезопасности занимает контроль вибрации в условиях эксплуатации. Анализ нормативных положений по контроля свидетельствует о неполноте изложения ряда требований применительно к транспортным и землеройным машинам и о полном отсутствии учета специфики контроля карьерных машин в условиях Крайнего Севера. Требуют конкретизации общие положения о видах, условиях и периодичности контроля, не изучены в достаточной степени вопросы об адекватности оценок вибрации, полученных разными методами» их представительности и точности.

К числу наиболее распространенных средств виброзащиты операторов относятся виброзащитные сиденья, которые, несмотря на многообразие конструктивных особенностей, в большинстве случаев имеют простейшую подвеску типа "пружина-демпфер". Многочисленные исследования, выполненные в ИМАШ им.А.А.Благонравова, показывают, что ряд конструкций пассивных виброзащитных сидений способен обеспечить снижение вибрационного воздействия на операторов в 2-3 раза, а эффективность их работы существенно зависит от уровня и характера сигнала возбуждения. Имеющиеся результаты испытаний сидений в натурных условиях свидетельствуют о снижении их проектных возможностей в реальных условиях работы. Необходимая информация об --эффективности и особенностях работы подвесок сидений на карьерных машинах Крайнего Севера.в настоящее время отсутствует, что не позволяет вполне обоснованно оценить достаточность и перспективы обеспечения вибробезопасности операторов на основе указанных средств виброэащиты.

Существующие принципиальные ограничения в эффективной работе пассивных виброзащитных сидений в диапазоне низких частот (1-3 Гц) обуславливают повышение значимости практических решений в направлении снижения интенсивности источников низкочастотного возбуждения карьерных машин. В этой связи карьерные дороги, являясь основным источником низкочастотных колебаний большегрузных автосамосвалов, являются одним из важных элементов обеспечения вибробезопасности при осуществлении систематического контроля их состояния и своевременного проведения необходимых ремонтных работ. Отсутствие достаточно обоснованных требований к состоянию карьерных дорог и значительная трудоемкость рекомендуемых методов контроля

привел^ к тому, что на практике восстановление й решит карьерных дорог предприятий Крайнего Севера осуществляется, как правило, на основе визуальной оценки и по требованиям водителей, подвергающихся интенсивному вибрационному воздействию. Для эксплуатационных целей контроля состояния карьерных дорог наиболее целесообразно применение методов, обеспечивающих небольшую трудоемкость и оперативность оценки, например, на основе вибрационных измерений на рабочих местах операторов. В'настоящее время указанные вопросы требуют исследований и практической разработки.

Во второй.главе представлены результаты экспериментальных исследований« направленных на выявление характера вибрационных процессов и получение гигиенической оценки рабочих, мест основных типов карьерных машин, на установление закономерностей формирования повышенных уровней вибрации и на разработку -рекомендаций по проведению 6 условиях.эксплуатации технически* и организационных мероприятий, снижающих вибрационную нагрузку н& операторе®*

Исследования с использованием спектрального, и, интегрального методов измерения вибрации были выполнены на более 60< бульдозерах-рыхлителях 14 типов и 70 большегрузных автосамосвалах 3 типов, применяемых на ведущих горнодобывающих предприятиях Якутской АССР и Магаданской области.

Результаты измерений корректированных виброускорений на ра,-бочих местах операторов показывают, что наиболее значимой является общая вибрацИя (уровни локальной вибрации на органах управления не превышают ПДУ) и вибрационная нагрузка характеризуется значительным нёпосТ йянствомв зависимости от выполняемых видов работ (разброс средних значений виброускорзний достигает 2-3 раз). Наиболее выражена вибрация вертикального направления и. ее гигиеническая оценка на основе усредненных йй видам работ и максимальных значений виброускорений указывает на йревышения предельно допустимых уровней (ПДУ) в 1,6-4,6 раза {бульдозеры-рыхлители) и в 1,6-3,6 раза (автосамосвалы). Значительные диапазоны изменения уровней требуют применения для целей эксплуатационного "контроля вибрации карьерных машин упрощенных методов и процедур, обеспечивающих охват большого числа объектов и режимов работы.

Вибрационные спектры, измеренные в третьоктавных полосах частот, указывают на наличие характерных особенностей в колеба- . тельных процессах, определяющих вибрационную нагрузку на опера- . торов. При их широкополосном характере основная энергия колеба-

нйй сосредоточена: для бульдозеров-рыхлителей в области средних частот (4-20 Гц); для автосамосвалов в области низких частот (1-3 Гц) (рис.1). В указанных диапазонах наблюдаются максимальные превышения ПДУ.

Характерные спектры вертикальных вибрруекорений

- бульдозеры-рыхлители • автосамосвалы

. Рис.1

Наблюдаемые особенности в спектрах указывают на принципиальную возмсетюсть эффективного использования на бульдозерах-рыхлителях для виброзащиты операторов пассивных виброзащитных сидений, а для автосамосвалов - на необходимость поиска решений в направлении снижения виброактивности источника низкочастотных колебаний. Форма спектров и уровень их ординат изменяются в зависимости от конструктивных особенностей машин, вида выполняемых работ, характера управляющих действий операторов, скоростных режимов, что определило выбор совокупности специфических факторов и показателей, действие которых проявляется наиболее существенно в формировании повышенной вибрационной нагрузки на операторов.

В ходе парного и многофакторного корреляционного анализа установлено, что влияние на уровень вибрации таких факторов, как низкие отрицательные температуры наружного воздуха, прочностные характеристики разрабатываемых грунтов, скоростной режим выполнения технологической операции, мощность и наработка двигателя, пробег машины, тип подвески ходовой части, возраст, стаж работы и время реакции операторов, может быть описано линейными зависимостями типа:

о.еа +-1,605.10 К, а,. = -0,54+0,00161.+0,031Г+0,066?+о,ооз1, •

где - корректированное значение виброускорения; К - удельное сопротивление резанию мерзлых грунтов; -I - температура наружного воздуха; I и V - пробег и скорость движения автосамосвала; р - давление в шинах.

Полученные количественные оценки значимости и степени влияния изученных факторов положены в основу разработки рекомендаций по совершенствованию режимов использования и поддержанию технического состояния карьерных машин, обеспечивающих в условиях эксплуатации снижение вибрационной нагрузки на операторов, а также использованы для установления обоснованных требований к видам, периодичности и условиям эксплуатационного контроля вибрации.

В третьей главе обоснован выбор интегральной оценки в виде корректированного по частоте значения виброускорения в вертикальном направлении в качестве предпочтительного параметра при контроле вибрации карьерных машин в условиях эксплуатации и разработан порядок практического осуществления контроля на уровне служб охраны труда предцриятий.

Обоснованное применение интегрального метода требует решения вопроса об адекватности получаемых оценок в сравнении с методом спектрального анализа, принятого в настоящее время в качестве основного метода гигиенической оценки виброопасности рабочего места. Для этого по результатам экспериментальных исследований определялись в соответствии с выражением ( 2 ) соотношения между оцен-. ками виброопасности по спектрам и по корректированному значению на основе сопоставления превышений над ПДУ фактических уровней по основным типам бульдозерсв-рыхлителей и автосамосвалов при измерениях в различных направлениях.

Б= ' (2)

- где величина максимального превышения ПДУ при

спектральной оценке;

В5 - величина превышения ПДУ при интегральной оценке.

Для дальнейшего упрощения процедуры контроля определялись соотношения корректированных величин виброускорений в продольном (поперечном) направлении, действия вибрации относительно соответствующей величины в вертикальном направлении. Результаты обрабатывались с целью получения доверительных оценок и определения значимости различий средних значений коэффициентов по отдельным направлениям, маркам и группам машин. Установленные величины коэффициентов, характеризующие соотношение спектральных и интегральных оценок (коэффициенты В) и вертикальных и горизонтальных составляющих (коэффициенты К) приведены в табл.1.

Таблица I

г * Тип машины Доверительная оценка коэффициента 'при Р = 0,95 и количестве измерений а

п. Ваху п. Кх Ку

Бульдозеры-рыхлители . Автосамосвалы 75 0,81*0,и4 140 0,50*0,03 0,55±0,03 47 0,93*0,06 128 0,39±0,02 0,39±0,02

Из полученных результатов следует, что оценка вибрационной опасности рабочего места по результатам интегрального метода оказывается на 7-19$ завышенной по сравнению с соответствующей оценкой по спектральному методу. Однако установленные различия находятся в пределах возмозкной случайной погрешности измерений (-25%), что позволяет на практике пренебречь наблюдаемыми различиями и считать интегральный метод вполне равнозначным (с точки зрения оценки виброопасности) методу спектрального анализа. Установленные стабильные соотношения корректированных виброускорений в различных направлениях действия вибрации позволяют значительно упростить процедуру контроля за счет сведения его к измерениям в одном (вертикальном) направлении.

Изучены вопросы о представительном времени измерения вибрационного параметра и выборе типичных режимов работы карьерных

машин. Установлено, что продолжительность измерения корректированного значения виброускорения в течение 120 с при выполнении -бульдозерам рыхления и перемещения грунтов и 150 с при транспортном движении автосамосвалов обеспечивают представительность оценки вибрационной нагрузки операторов с возможной случайной погрешностью на уровне -25%, что вполне приемлемо для эксплуатационного контроля.

Предложены и обоснованы требования, конкретизирующие виды, периодичность и условия контроля вибрации-карьерных машин. В. их основу положены установленные ранее в ходе экспериментальных, исследований закономерности влияния на изменение уровней вибрации показателей технического состояния машин и климатических факторов.

По результатам исследований разработаны методические указания по проведению контроля параметров вибрации на карьерных машинах Крайнего Севера, которые используются в практической работе служб охраны труда предприятий ПО "Якутуголь" и ПО "Якутзолото".

В четвертой главе исследованы особенности работы виброзащитных сидений, установлены пути улучшения их виброзащитных свойств и рекомендованы мероприятия, направленные на повышение еффектив-ности сидений в условиях эксплуатации.

Исследования предполагали анализ применяемых конструктивных . схем подвесок сидений, получение амплитудно-частотных характеристик (АЧХ), а также одночисловых оценок эффективности. Экспериментальные данные получены на группе из 40 бульдозеров-рыхлителей и 69 карьерных аатосамосвалов 13 различных типов. Несмотря на отличия в исполнении посадочных мест и элементов направляющих механизмов на большинстве карьерных машин как отечественного, так и зарубежного производства применяются сиденья с простейшей подвеской с обеспечением виброзащиты только в вертикальном направлении. Оценка их эффективности (на уровне доверительных значений по одночисловым показателям) показывает, что сиденья лишь отдельных типов карьерных машин обеспечивают, в лучшем случае, снижение вибрации в пределах 1-2 дБ (10-25$). В реальньпе условиях работы карьерных машин, характеризующихся многообразием .режимов, АЧХ применяемых сидений весьма нестабильны. В зарезонансной области практически отсутствует зона эффективной работы подвески и наблюдаются нежелательные резонансные явления в области средних (6,3-12,5 Гц) и высоких (31,5-63 Гц) частот. Исследования указывают на наличие зависимости эффективности сидений от характера и урезня сигнала возбуждения, которая объясняется, если ис-

ходить из конструктивных особенностей подвески,-связанных со значительными силами сопротивления в элементах и ее блокировкой при определенных уровнях возбуждения.

Установленная зависимость подтверждается результатами выполнение лабораторных и натурных испытаний четырех образцов сидений, отличающихся конструктивным исполнением узлов направляющего механизма. В табл.2 приведены средние значения силы сопротивления подвески и сухого трения в шарнирах,- полученные из статических • . характеристик, и граничные (расчетные и экспериментальные) величины ускорений, ниже которых наблюдается блокировка подвески, приводящая к значительному ухудшению вибро'защитных свойств сидений.

Таблица 2

Тип сиденья

Статические характеристики

о

Ускорение, м/с

Ртр.,» расчетн. эксперим..

Унифицированное тракторное Тракторное фирмы Во$1 гот Опытное с подвеской "пружина-амортизатор" Опытное с механизмом преобразования движения (ЙПД) 160 200 120 100 100 100 60 бо"- 1,33 1,36 0,82 0,82 1,33 1,27 0,78 блокировка отсутствовала

На основе сравнительных эксплуатационных испытаний сидений на бульдозерах-рыхлителях показано, что опытные разработки с реализованными в их конструкции более низкими величинами сухого трения в узлах подвески обладают эффективностью от 1,4 до 10 дБ (по одночиеловой оценке) и обеспечивают снижение вибрационной нагрузки на операторов в 1,4-*2,8 раза в сравнении с штатными сиденьями. Однако, они, как и применяемые серийные сиденья, не лишены ряда недостатков, снижающих их эффективность, и связанных с блокировкой подвески (при уровнях возбуждения менее 0,8-1,0 м/с*"), с возникновением пробоя подвески (характерно для сиденья с МПД при уровнях возбузвдения вше 1,8-2,0 м/с^) л недостаточной жесткостью конструкции. Использование подрессоренных садений на большегрузных автосамосвалах не обеспечивает эффективной эиброзащиты водителей вследствие наличия в спектрах возбуядения выраженных низкочастотных максимумов, обусловленных воздействием неровностей карьерных дорог.

В пятой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по выявлению взаимосвязи между колебаниями автосамосвалов и характеристиками микропрофилей карьерных дорог Крайнего Севера и рекомендована для дорокно-эксплуатационных служб предприятий процедура оценки ровности дорожной повзрхности по результатам вибрационных измерений.

Для исследований использована плоская двухмассовая модель автосамосвала, выбор которой обусловлен рассмотрением только низкочастотного диапазона (1-8 Гц) и приемлемостью допущений,- принимаемых при исследованиях плавности хода автомобиля. Уравнения колебаний рассматриваемой модели аналогичны (чисто аналитически) уравнениям распространения волны в случайных неоднородных средах, поэтому при их решении использованы методы, применяемые в акустике неоднородных сред. Особенностью решаемой задачи является учет влияния параметров микропрофиля, скорости движения -и трения в подвеске автосамосвала через их случайные флуктуации.

Полученная в общем виде зависимость между спектральной плотностью виброускорения на частоте 1-го резонанса системы, статистическими характеристиками- микропрофиля и параметрами автосамосвала упрощается на основе результатов выполненной нивелировки типичных участков карьерных дорог и расчета величин коэффициентов В и а , определяющих уровень и характер спектральной плотности неровностей в области наиболее типичных скоростей движения (2530 км/ч). С учетом упрощений зависимость имеет вид:

где - среднее квадратическое значение виброускорения на

частоте 1-го резонанса;

<1Г> - средняя скорость движения автосамосвала;

ач г К , С., _ константы, зависящие от параметров а^тосамосвала;

коэффициенты, связывающие флуктуации соответственно скорости движения и сухого трения в подвеске автосамосвала с флуктуациями неровностей микропрофиля дороги.

Зависимость (.3 ) является достаточно универсальной, т.к. применима также к- классу обычных грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемности. Для рассматриваемых большегрузных автосамосвалов, оснащенных гидропневматическими подвесками с сравнительно низкими величинами сухого трения, выполнено дальнейшее упрощение выражения ( 3 ). Расчет значений неизвестных коэффициентов О.,^и т.д. по результатам калибровки конкретного автосамосвала БелАЗ 75211 и оценка полученных величин позволяют представить зависимость в следующем виде:

■а - .. " . с«

где 3. - корректированное значение виброусксрения на полу кабины автосамосвала, м/с2;

О

<Я> - средняя скорость движения автосамосвала, м/с ;

♦ О

I) - параметр неровности, м .

?

* Применение зависимости ( 4 ) для оценки ровности дороги на практике наиболее удобно в графическом виде с установленными пределами измерения параметров 2, , Л) , Б0пт. (рис.2).

Выбранные диапазоны скоростей определяются параметрами автосамосвалов и принятыми эксплуатационными режимами их движения. В качестве нижнего граничного значения виброускорения установлена величина 0,7 м/с2, соответствующая гигиеническому нормативу с поправкой на реальное время выполнения транспорт-

1 р

ных режимов. Верхнее значение виброускорения (2,0 м/с ) ограничено исходя из наблюдаемых максимальных величин, В качество' условной оптимальной скорости движения принято <и> = 25 км/ч, что находится на уровне планируемой в настоящее время технологической скорости, обеспечивающей выполнение необходимого объема транспортировки горной массы. Соответствующее этой скорости 20ПТ. =г2.,1 при 2 =0,7 м/с2 является граничным значением, характеризующим удовлетворительное состояние дороги.

.Графический вид зависимости ( 4 )

Рис.2

Процедура принятия решения о необходимости 'ремонта дороги сводится к определению параметра Б для измеренных значений Й и по зависимостям (рис.2) и к сравнению полученного значения Б с Еопт. . При И> Вопт. необходимо проведение ремонтных работ. Приведенные зависимости дают также возможность принять временное решение об ограничении скорости движения автосамосвала на обследованном участке до величины, обеспечивающей нормативный уровень вибрации на рабо-чэм мосте до проведения ремонтных работ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлены характерные особенности в вибрационных спектрах карьерных машин, определяющие преобладающее действие повышенных уровней вибрации на операторов в области средних (4-10 Гц) (бульдозеры-рыхлители) и низких (1-2 Гц) частот (автосамосвалы). Получены на основе корректированных виброускорений гигиенические оценки вибрационной нагрузки операторов, характеризую- • щие типичные и наиболее неблагоприятные режимы воздействия и свидетельствующие о превышении нормативов в 1,6-4,6 раза (бульдозеры-рыхлители) и в 1,6-3,6 раза (автосамосвалы). Полученные результаты конкретизируют требования к вибробезопасности операторов карьерных машин Крайнего Севера и определяют наиболее эффективные пути совершенствования методов и средств их обеспечения. " •

2. Установлены закономерности формирования повышенной вибрационной нагрузки и получены количественные оценки, свидетельствующие о том, что увеличение уровней вибрации на рабочих местах на 30-140& (бульдозеры-рыхлители) и на 40-60% (автосамосвалы) обусловлено действием следующих показателей при изменении их значений в диапазонах, определяемых сложившейся практикой использования машин: для бульдозеров-рыхлителей - низкие отрицательные температуры наружного воздуха и связанные с ними прочностные характеристики -разрабатываемых грунтов, скоростной режим выполнения технологической операции, мощность и наработка двигателя базового трактора; для автосамосвалов - изменение температуры наружного воздуха, приводящее к нарушению ровности карьерных дорог, скорость движения и пробег автосамосвала (наработка двигателя) . Влияние конструктивных параметров машин (тип подвески ходовой части бульдозеров, давление воздуха в шинах автосамосвала)

и квалификационных показателей операторов (возраст, стал работы, время реакции)'проявляется на уровне ошибки измерений (.-25%). На основе полученных результатов разработаны рекомендации по совер-. шенствованига режимов использования- карьерных' машин и поддержанию их технического состояния на требуемом уровне, споссбстзущие снижению вибрационной нагрузки на операторов.

3. Обоснован выбор интегральной оценки в виде корректированного по частоте значения виброускорения в качестве предпочтительного параметра при контроле, установлены на уровне доверительных значений коэффициенты, учитывающие соотношения вибрационных параметров в ортогональных направлениях измерения (0,50^0,03, 0,55^ 0,03 и 0,39^0,02) и определена необходимая продолжительность измерения на отдельной операции (120 и 150 с для получения резуль- . тата с возможной погрешностью -25%), позволяющие упростить процедуру эксплуатационного контроля вибрации.- Результаты положены в основу разработанных методических указаний по проведению контроля вибрации карьерных машин в условиях эксплуатации на Крайнем Севере.

• 4. Выявлено влияние на эффективность работы виброзащитных сидений уровня сигнала возбуждения и установлены.граничные значения корректированных виброускорений на полу кабины (1,3 и 0,8 м/с^ соответственно для серийных и опытных образцов сидений), ниже которых происходит блокировка подвески силами сухого трения и значительное снижение эффективности виброзащиты, что определяет обоснованные направления совершенствования конструкций сидений для карьерных машин. Разработаны и рекомендованы мероприятия, проведение которых в условиях эксплуатации препятствует снижению виброэащитных характеристик применяемых сидений.

5. Установлена аналитическая зависимость между колебаниями . автомобиля в области низких (1-8 Гц) частот, скоростью'движения и параметрами микропрофиля дороги и получены значения коэффициентов ( 3) =2,2+4,9*10 , п =1,3-1,9), определяющих.уровень и характер спектральной плотности неровностей карьерных дорог Крайнего Севера, которые положены в основу метода оценки состояния дорожной поверхности по результатам вибрационных измерений. Разработана в приемлемом для практической работы виде процедура оперативной оценки состояния карьерных дорог, обеспечивающая получение информации о необходимости ремонта дорожных участков и снижение виброактивностн основного источника низкочастотных колебаний большегрузных автосамосвалов.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

I. Горковенко С.И., Шевченко В.В. Исследование вибрации на мощных карьерных бульдозерах // Охрана труда на предпр1ятиях цветной металлургии: Сб.науч.тр.ЩШПП.- Свердловск, I9S4.- С.92-98.

2. Горковенко С.И. Сравнительная оценка вибронагруженности операторов бульдозеров // Тезисы докладов У республиканской конференции молодых ученых и специалистов.- Якутск, 1984.- С.19-20.

3. Горковенко С.И., Никитин В.И., Матвеев Ю.И. Влияние температурного фактора на параметры вибрации мощных бульдозеров // Технический прогресс и охрана труда_: Сб.науч.работ ин-тов охраны труда ВЦСПС.- М., 1986. - С.23-28. '

4. Горковенко С.И., Никитин В.И. Методика контроля параметров вибрации и шума при проведении аттестации рабочих мест операторов горнотранспортных машин // Тезисы докладов научно-практической конференции "Научно-технический прогресс и охрана труда в металлургической и горнодобывающей промышленности на Крайнем Севере". - Мончегорск, 1986.- С.72-73.

5.-Горковенко С.И. Исследование влияния некоторых эксплуатационно-технических показателей большегрузных автомобилей

на параметры вибрации на рабочем месте водителя // Комплексное решение вопросов охраны труда: Сб,науч.работ ин-тов охраны труда ВЦСПС.- М., 1968.- С.76-80.

' 6. Горковенко С.И., Никитин В.И., Матвеев Ю.И. К вопросу применения интегральных показателей при оценке воздействия вибрации на операторов горно-транспортных машин // Совершенствование условий и охраны труда: Сб.нау^.работ ин-тов охраны труда ВЦСПС.- М.; 1989.- С.80-84.

7. Горковенко С.И., Никитин В.И. Методические указания по проведению контроля параметров вибрации рабочих мест водителей большегрузного карьерного автотранспорта // ВЦНИИОТ ВЦСПС.- М., 1989. -И с.

8. Матвеев Ю.И., Горковенко С.И. К вопросу о контроле состояния карьерных дорог по одночисловой оценке вибрации на рабочем месте // Тезисы докладов отраслевого научно-технического семинара "Улучшение экологических характеристик автомобилей и тракторов. Проблемы сшяения шума, вибрации и токсичности автомобилей" -М., 1989. - С.40-41.

9. Горковенко С.И., Никитин В.И., Коротченко А.К., Степанов О.Е. Оценка эффективности виброзащитных сидений операторов мощных бульдозеров-рыхлителей // Колыма.- 1990 № I.-

С.33-36.

10. Горковенко С.И., Хор Я.М. Методические указания по проведению контроля параметров вибрации на ¡рабочих местах операторов мощных бульдозеров-рыхлителей, применяемых в условиях Крайнего Севера // ВЦНИИОТ ВЦСПС,- М., 1990.- 15 с.

11. Горковенко С.И. Вопросы обеспечения вибробезопасности операторов мобильных машин большой единичной мощности в условиях эксплуатации // Обзор, информ. / ВЦНИИОТ ВЦСПС.-М., 1990.- 56 с.

12. German &.М., GoriovenlLo S.I. Whole-body irH.raiion ejfect on operators oj powerful excavating and transport . machines used at mining enterprises oj the Far North Ц Ind Workshop on criteria Jor the evaluation oj ejects o} vhoie-body vibration on man.-M., «e&.-p.?2.