автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров рационального размещения пульта управления в рабочем пространстве механизированной крепи

На правах рукописи КРИВЕНКО Александр Евгеньевич

УДК 622.285(043)

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАЦИОНАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ПУЛЬТА УПРАВЛЕНИЯ В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель проф., докт. техн. наук РАЧЕК В. М.

Л ■ Официальные оппоненты: I

докт. техн. наук МЫШЛЯЕВ Б. К-, канд. техн. наук ЮРИЦЫН В. А.

Ведущее предприятие — ОАО «Малаховский экспериментальный завод».

Защита диссертации состоится « ЯЗ. ъШШЛ. 2000 г.

в ./%. час. на заседании диссертационного совета К-053.12.03 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП-1, Москва, В-49, Ленинский проспект 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » . . . 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, проф. ШЕШКО Е. Е.

УМ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в области создания новой техники для горной промышленности существует тенденция повышения производительности за счет увеличения скоростей работы машин и механизмов. Это приводит к повышению нагрузки и росту утомляемости человека, являющегося неотъемлемым звеном в системе оператор - горная машина. Создание очистного комплекса, позволяющего проводить выемку угля без постоянного присутствия людей в забое, в ближайшее время, не представляется возможным. Вместе с этим, в отечественной и зарубежной практике создания новой техники, наряду с чисто техническими вопросами, большое внимание уделяется проблеме совместимости человека и машины. Эффективное решение этой проблемы повышает производительность труда, обеспечивает его безопасность, сохраняет здоровье и главное создает мотивацию к работе в сложных горно-геологических условиях.

Из основных элементов очистного механизированного комплекса наиболее важную роль играет механизированная крепь. В ■ течение выемочного цикла, при любой схеме добычи угля, оператор крепи выполняет в среднем от 184 до 370 рабочих операций в зависимости от конструкции крепи, длины лавы, степени автоматизации систем управления, сложности горно-геологических условий. Машинист комбайна при тех же условиях совершает от 112 до 172 рабочих операций. Таким образом, в течение выемочного цикла нагрузка, приходящаяся на оператора крепи, на 60-150% больше, чем на оператора комбайна.. При создании механизированных крепей нового поколения необходимо максимально снизить нагрузку на оператора. Физическая нагрузка состоит из статической и динамической составляющих. Статический компонент характеризуется' продолжительным напряжением одной группы мышц. Динамическая нагрузка возникает при выполнении движений и представляет собой кратковременное периодическое нагружение различных групп мышц, чередующееся с периодами отдыха. Кроме физической нагрузки оператор механизированной крепи испытывает целый спектр огринательных воздействий: ограниченное рабочее пространство, тяжелый температурный режим, большая скорость воздушного потока, запыленность, загазованность, наклон рабочего пространства под углом к горизонтали, высокая влажность, вибрация, ограниченная освещенность и, как следствие, снижение порога цветовой видимости. На фоне подобных условий от оператора требуется быстрое и четкое выполнение движений, связанных не только с перемещением в рабочем пространстве и контролем за средствами мониторинга крепи, но и оценка общей обстановки на рабочем месте (состояние забоя, кровли, почвы, положение комбайна и т.д.). Поэтому обоснование рационального

размещения пульта управления в рабочем пространстве механизированных крепей является актуальной научной задачей.

Цель работы - повышение комфортности труда и снижение утомляемости оператора горношахтного оборудования за счет рационального размещения пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи с учетом оптимальной досягаемости, вариативности антропометрических параметров оператора и его характерной рабочей позы. ■

Идея работы заключается в логическом моделировании совместимости поверхности пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи с оптимальной зоной мотор» чго поля операторов.

Научные положения, разработанные лично автором, и новизна:

1. Новая зависимость конфигурации и объема оптимальной и максимальной зон досягаемости оператора механизированной крепи от его характерной рабочей позы, антропометрических параметров при работе на пластах малой и средней мощности (0,8 - 2,5 м).

2. Математическая модель оператора горношахтного оборудования,' отличающаяся от существующих количеством элементов и подвижностью кинематических цепей, наличием секторов зрения, имеющих жесткую связь с моделью, учетом рабочей одежды и спец. средств, используемых оператором в рабочем процессе.

3. Новая аналитическая зависимость между функционально -стоимостными показателями систем управления для существующих и перспективных поколений механизированных крепей и эффективностью их работы.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, использованием методов, основанных на апробированных положениях эргономики, инженерной психологии и математического моделирования, а 1акже проверкой адекватности результатов аналитического моделирования и результатов стендовых "испытаний, показывающих удовлетворительную сходимость (расхождение в зоне оценки не более 7-8%) результатов теоретического и экспериментального определения границ оптимальной зоны досягаемости оператора механизированной крепи.

Научное значение работы заключается в развитии исследований системы оператор - горная машина в условиях подземной добычи угля, что позволило оптимизировать размещение пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи, установить зависимость конфигурации и объема оптимальной и максимальной зон досягаемости оператора механизированной крепи от его характерной рабочей позы и

антропометрических параметров при работе на пластах средней мошпусш (1,2-2,5м.).

Практическое значение работы состоит в разработке методики и рекомендаций по рациональному размещению пульта управления, в рабочем пространстве механизированной крепи.

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной • работе методика и рекомендации по размещению пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи приняты для использования Гилроуглемаш.

Результаты работы использованы .при подготовке курса лекций по дисциплине «Основы проектирования горных машин и оборудования» для бакалавров техники и технологии по направлению 550600 - «Горное дело».

Работа имеет социальный эффект, основанный на снижении утомляемости операторов механизированной крепи.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции "Неделя горняка" (Москва, 1997); Международной межвузовской конференции "Неделя горняка" (Москва, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликованы четыре печатные работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии из 110 наименований, двух приложений; содержит 12 рисунков и 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Из основных элементов очистного механизированного комплекса механизированная крепь играет наиболее важную роль. Анализ данных головных отраслевых институтов (Гилроуглемаш, ИГД, ЦНИИподземмаш и т.п.) показывает, что по данным на 1990 г. с применением механизированных крепей разрабатывалось 80% угольных пластой. Опыт использования различных образцов механизированной крепи показал, что она является базовой составляющей очистного комплекса, определяющей уровень механизации основных производственных процессов в лаве. Большой вклад в развитие научных основ конструирования механизированных крепей очистных комплексов внесли ученые: А.В.Топчиев, А.С.Бурчаков, В.Н.Хорин, В.И.Солод, Г.И.Солод, Б.К.Мышляев, В.Н.Гетопанов, Н.Г.Картавый, В.М.Рачек, Л.И.Кашович, И.Л.Пастоев, П.В.Коваль, М.Д.Коломийцов, С.В.Мамонтов, А.А.Орлов, С.Г.Баранов, Ю.Ф.Пономаренко, Я.М.Радкевич, Г.С.Рахутин, А.А.Баландин, А.И.Тесленко, В.Н.Бернадский, Н.С.Гуднлин и многие другие.

з

Вопрос рационального размещения пульта управления в рабочем пространстве лежит в области эргономики. Эргономическими исследованиями механизированных крепей занимались В.И.Даниляк, В.М.Рачек, Н.И.Меняйло, Е.Т.Тышдек, Н.Ф.Сирота, В.Е.Грищенко, В.П.Жура, Л.И.Хабазня.

Анализ результатов проведенных ранее исследований по оценке степени тяжести труда горнорабочих и эргономических исследований горношахтного оборудования показывает, что существующие методики и рекомендации составлены исходя из концепции "среднего человека" и не учитывают вариативности антропометрических параметров рабочего персонала. Исследования в основном носили выбог .чный характер и не имели системного подхода. По результатам этих работ можно сделать следуют* 1е выводы:

большинство систем управления механизировнными крепями, особенно первого и второго поколений, требуют приложения значительных физических усилий к органам управления для их включения и выключения;

расположение пультов не способствует минимизации времени на выполнение операций по передвижке крепи;

при управлении крепью велик статический компонент физической нагрузки на оператора.

В соответствии с поставленной выше целью, в диссертационной работе были сформулированы и решены следующие задачи:

- разработка графической модели скелета тела человека (шарнирная модель скелета тела человека, учитывающая основные антропометрические параметры);

- создание математического описания графической модели скелета тела человека (система уравнений аналитической геометрии {А(х, у, г)));

- составление перечня храктерных рабочих поз оператора механизированной крепи;

- исследование вида и величин параметров рабочего пространства оператора механизированной крепи;

- установление размеров и форм поверхности зон моторного поля оиератрра механизированной крепи для характерных рабочих поз при работе на пластах средней мощности {Ам„(х, у, г)};

- проверка степени совместимости пульта управления секцией механизированной крепи и оптимальной зоны досягаемости моторного поля оператора для характерных рабочих поз. (Рациональное размещение пульта управления механизированной крепи для 90% операторов в рабочем снаряжении во всем диапазоне их антропометрических параметров);

- эргономический анализ систем управления механизированными крепями для выбора системы, обеспечивающей максимальный комфорт и минимум физических затрат при выполнении работы.

Для решения задач моделирования системы оператор - горная машина в Московском горном институте на кафедре Горных машин средствами автоматизированной системы проектирования AutoCAD была разработана • трехмерная модель оператора выемочных машин. Работы начал доц. В.А.Юрицын под руководством проф. В.М. Рачека Модель представляет собой объемный антропоманекен (рис. 1), который в отличие от плоскою может быть использован не только на виде сбоку, но и в любой проекции.

Фантом состоит из отдельных графических блоков. Блоки соответствуют отдельным частям человеческого тела, имеющим несколько степеней свободы, таким, как голова, правое и левое плечи, таз и т.д. Размеры блоков могут быть приведены в соответствие размерам соответствующих частей тела оператора.

Точки вставки блоков отвечают расположению соответствующих этим блокам суставов. Вращая блоки относительно точки вставки в различных направлениях, можно придавать модели оператора различные позы. Возможно перемещать всю модель или отдельные ее части в трехмерной модели рабочего пространства или проецировать их изображения на плоские виды рабочих чертежей, что позволяет визуально оценивать доступноегь различных точек рабочего пространства и возможность выполнения оператором каких-либо действий.

/ >v

Рис. 1. Графическая модель оператора ГШО

Запись математической модели оператора набором уравнений позволяет проводить анализ антропометрической совместимости в форме решения задачи аналитической геометрии.

Для составления математической модели тело человека было условно разбито, в соответствии с анатомическим строением скелета, на следующие 16 звеньев:

1) таз; 2) туловище; 3) шея; 4) голова; 5, 6) плечи; 7, 8) предплечья; 9, 10) кисти рук; 11,12) бедра; 13, 14) голени; 15, 16) стопы.

20 отрезков моделируют звенья тела и их положение в пространстве, составляя сложные механические системы, содержащие несколько последовательных звеньев, так называемые "кинематические цепи" (рис. 2).

И

Точка начала отсчета модели должна отвечать ряду требований:

- быть жестко привязанной к одному из элементов и не находиться вне тела человека;

- лежать в плоскости симметрии человеческого тела (сагиттальной плоскости);

- соответствовать минимальному суммарному количеству расчетных элементов для всех кинематических цепей;

- иметь минимальное число степеней свободы для каждой характерной рабочей позы.

В плоскости симметрии человеческого тела лежат следующие точки: О - точка, лежащая на середине отрезка, соединяющего кксжые суставы;

Т - точка, лежащая на поясничной области; А - акромиальная точка; 3 - точка соединения шеи и головы.

При расчете всех пяти кинематических цепей, табл. 1, суммарное количество расчетных элементов для этих точек будет следующее:

_■____Таблица 1

Точка Руки . Ноги- • Голова I

О 12 8 4 24

Т 10 10 3 23

А 8 12 ' 2 22

3 10 1 14 25

Минимальное количество расчетных элементов соответствует акромиальной точке (середина отрезка, соединяющего центры шарниров плечевых суставов графической модели скелета).

Количество степеней свободы каждой из' четырех точек для характерных рабочих поз, табл. 2.

Таблица 2

Характерная рабочая поза т. О т.Т т. А т. 3

1. Стоя 5 5 5 5

2. Стоя на колене 2 2 3 4

3. Сидя на пятках 0 2 3 4

4. Стоя согнувшись 5 5 .5 6

5. Стоя на колене с прнсаживанием на пятку 1 ■ 3 4 5

6. Стоя на коленях с опорой на руки 1 1 1 3

7. Сидя на почве 0 1 3 . . 4

8. Лежа на боку 1 1 1 3

9. Лежа на животе 0 0 2 3

10. I 15 20 27 37

Минимальное число степеней свободы точки "начало отсчета", независимо от характерной рабочей позы, соответствует центру координат тела человека, находящемуся на середине отрезка, соединяющего центры шарниров тазобедренных суставов шарнирной графической модели.

Таким образом, наиболее полно всем требованиям отвечает точка "начало отсчета", расположенная на элементе "таз", находящаяся на середине отрезка, соединяющего шарниры тазобедренных суставов (см. рис.2).

Шарнирная модель рассматривается в прямоугольной Декартовой и сферической системах координат; Положительное направление оси ОХ проходит горизонтально в сагиттальной плоскости от "человека" вперед; ось ОУ проходит горизонтально во фронтальной плоскости и направлена от правого плеча к левому; ось ОХ лежит на пересечении фронтальной и сагитгальной плоскостей и проходит снизу вверх. Исходная сферическая система .координат имеет начало отсчета также в точке О; нулевая ось £ совпадает по направлению с ОХ; а главная ось (ось конусов) совпадает с 02. 0 - угол между линейным звеном и главной осью сферической системы координат; <р - угол между нулевой осью g и проекцией звена на плоскость, перпендикулярную главной оси. Каждое звено соединяется с соседними при помощи сферических шарниров с ограничением углов поворота в соответствии с подвижностью моделируемого сустава. Таким образом, минимальное число шарнирно связанных между собой пространственных звеньев одной цепи - атщ тела человека является логической функцией рабочей позы оператора и составляет величину атш = Ь + 1, где Ь - число шарниров графической модели скелета тела человека.

Для облегчения работы с трехмерными кинематическими цепями при прибавлении каждого последующего элемента выполняется параллельный перенос и поворот осей текущей системы отсчета вокруг оси % действующей сферической системы координат.

С целью получения значений координат интересующих нас точек в абсолютной системе отсчета (прямоугольная система координат с началом отсчета в точке О) используются уравнения преобразования сферической системы координат в Декартову и формулы параллельного переноса ' и поворота осей координат.

Обратный расчет последовательности выполняется для определения значений координат конечных точек кинематических цепей в абсолютной системе отсчета. Это достигается выполнением ряда последовательных преобразований по параллельному переносу и. повороту осей координат. Каждая операция переноса системы координат из предыдущей точки последовательности в последующую разбивается на три шага. .

1-й шаг - параллельный перенос осей координат вдоль оси 02 из предыдущей точки в последующую, при этом меняется координата Ъ точки, а координаты X и У остаются постоянными, т.е.

X - X; У - V; 2!= Х + Ь, (1)

где Ь - длина элемента, вдоль которого производится перенос.

2-й шаг - поворот системы координат вокруг оси ОУ на угол ©:

Х"= Х'БШ + У'Соь©;

. У - У; (2)

Z"=Z'Cos0-t X'SinQ,. где 0 - угол между продолжением предыдущего и последующим элемежчм векторной последовательности.

3-й шаг - поворот системы координат вокруг оси OZ на угол q>: Х"'= X"Coscp -Y"Sincp;

Y"'= X"Sin<? +Y"Cos(p; : . (3)

Z'"=Z",

где q> - угол между проекциями предыдущего элемента кинематической цепи и осью ОХ исходной системы координат на плоскость, перпендикулярную последующему элементу.

Последовательно, подставив уравнения (П в уравнения (2), а затем и (3), получим значения координат для параллельного переноса с одновременным поворотом осей координат вокруг точки начала отсчета: Х"'= (Z+L)Sin@*Cos<p + XCos©*Cosq> - YSiwp; Y"- (Z+L)Sin©*Sin<p +XCos0*Sinq> f- YCos<p; (4)

Z" - (Z+L)Co3© + XSin©.

Используя математическую модель, были рассчитаны пространственные Гранины оптимальной и максимальной зон досягаемости для операторов 5-го, 50-го и 95-го перцелтилен. На основании расчетов, в графическом редакторе MicroSiationSE были построены 3-мерные графические модели зон моторного поля.

Механизированная крепь в зависимости от конструкции может иметь один или два людских прохода. Они могут располагаться между двумя рядами стоек или между рядом стоек и забсйным конвейером. Если проходов два, минимальная ширина каждого должна быть не менее 600 мм, одиночный проход должен быть минимум 1200 мм.

Ширина рабочего пространства задается конструкцией техники, высота рабочего пространства Н,„, может быть определена по формуле

Н,„, = пт - h„ - h„, ' (5)

где ш - мощность пласта; . .

h„ - толщина перекрытия; h0 - толщина основания.

Управляющие действия оператора крепи в течение выемочного цикла носят периодический характер Один период состоит из разгрузки секции крепи, ее перемещения, распора секции, подвигания забойного конвейера и перехода оператора к следующей секции (группе секций). Все эти действия, кроме перемещения, человек выполняет, находясь в пределах одной секции механизированной крепи. Таким образом, в пределах одного рабочего цикла размер рабочего пространства можно считать равным шагу установки секций крепи (для крепей III поколения 1.5м).

Аналогично компьютерной модели человека-оператора модель рабочего пространства состоит из графической и математической части.

Графическая и математическая части модели создаются на основе рабочих чертежей, сведений о конструкции и технической характеристики исследуемой секции механизированной крепи.

У) ольные пласты по мощности принято разбивать на три группы. По формуле (5) высота рабочего пространства для мощных пластов составляет 2,05 м и более; для пластов средней мощности - от 0,85 до 2,05 м; для тонких пластов - от 0,55 до 0,85 м.

В зависимости от высоты рабочего пространства оператор механизированной крепи использует следующие характерные рабочие позы: «стоя»>, «стоя согнувшись», «стоя на колене», «стоя на колене с прнсажиианием на пятку», «стоя на коленях с опорой на руки», «сидя на пятках», «сидя на почве», «лежа на боку», «лежа на животе».

Высота рабочего пространства для перечня характерных рабочих поз дана в гаВл. 3.

______Таблица 3

Характерная рабочая поза Перцентиль

5 50 95

1. Стоя 1,666 - 1,729 1,787- 1,833 1,933- 1,975

2. Стоя на колене 1,30- 1,331 1,394- 1,414 1,472-1,508

3. Сидч на пятках 1,257- 1,288 1,318-1,338 1,366- 1,402

4. Стоя согнувшись 1,081 1,155 1,228

5. Стоя на колене с прнсаживанием на пятку 0,805 0,863 0,927

6. Стоя на коленях с опорой на руки 0,715 0,771 0,825

7. Сидя на почве 0,671 - 0,702 0,722 - 0,742 0,76 - 0,796

¡!. Лежа на боку 0,469 0,505 (Г,544

9. Лежа не животе 0,363 0,419 0,466

Таким образом, для каждой группы пластов (малой, средней мощности и мощных) был выделен перечень характерных рабочих поз, в которых оператор крепи выполняет работу,

Па мощных пластах работа обычно выполняется сток (рис.3), остальные характерные рабочие позы практически не используются.

Рис. 3. Характерные рабочие нозы для высоты рабочего пространства 2,05 м и выше

На пластах средней мощности работа может выполняться «стоя», «стоя на колене», «стоя на колене с присажнпанием на пятку», «стоя согнувшись», «сидя на пятках», вне зависимости от перцентиля антропометрических параметров (рис.4). Таким образом, для механизированных крепей на нлаоах средней мощности (1,2 - 2,5 м) характерными являются 5 поз для люден 5-го и 95-го иерцентилей от «стоя на четвереньках» до «стоя вертикально». н.4 5

£

а

*л -м

. .1__^__1;/__-

> - I

Х-

Д

-ы — г' ы/

И

Й'-Л

¿У ...

Рис. 4. Характерные рабочие позы операторов крепи для пластов средней мощности (высота рабочего пространства 0,85-2,05 м)

аь

Для" работы на пластах малой мощности операторы механизированной крепи 95-го перцентиля могут использовать характерные позы: «стоя на колене с присаживанием на пятку», «стоя на четвереньках», «сидя на почве», «лежа на боку», «лежа на животе», а 5-го перцентиля - ге же и «стоя согнувшись» (рис. 5).

Рнс. 5. Характерные рабочие позы операторов крепи для пластов малой мощности (высота рабочего пространства 0,85-0,55 м)

Таким образом, число характерных рабочих поз оператора в рабочем снаряжении зависит только от высоты рабочего пространства и перцентиля антропометрических параметров.

Задача моделирования системы оператор - механизированная крепь решаася в ¡' ¿сколько шагов:

). Приведение размеров модели оператора в соответствие с антропометрическими параметрами бригады очистного комплекса.

2. Приведение модели рабочего пространстёа в соответствие с горногеологическими условиями места работы и конструктивными особенностями рассматриваемого очистного комплекса.

3. Определение перечня характерных рабочих поз для данной высоты рабочего пространства и формирование их на модели оператора.

4. Совмещение модели оператора и модели рабочего пространства.

5. Построение зон досягаемости и видимости оператора и определение досягаемости конкретных точек пространства.

Для анализа использовались данные, опубликованные в отечественной справочной литературе.

Определение перечня характерных рабочих поз для данной высоты рабочего пространства выполняется в соответствии с табл. 3.

Построение зон досягаемости н видимости оператора и определение досягаемости конкретных точек пространства описаны в литературе.

В вертикальной плоскости размеры оптимальной рабочей зоны определяются следующим образом:

а) ближняя низкая точка определяется положением, когда ломи прижаты к телу, а предплечье горизонтально upa работе сидя за пультом или опущено вниз на 15 при работе без опорной поверхности (стола и т.н.);

б) ближняя высокая точка - локти прижаты к телу, а предплечье поднято по отношению к локтю на 15° вверх;

в) дальняя высокая точка - рука оператора вытянута горизонтально на уровне плеча;

г) дальняя низкая - рука вытянута вперед и опущена гак, что ладош, находится на уровне локтя при работе сидя за пультом или кисти при работе без опорной поверхности (стола и т.п.), когда он(а) в ближнем шиком положении.

В горизонтальной плоскости руки могут отклоняться на угол до 15" в каждую сторону (рис. 6).

Рис. 6. Оптимальная зона досягаемости при работе без опорной поверхности:

I - пространственная форма; 2 - сечение в вертикальной плоскости

Максимальная зона досягаемости строится по принципу поворота прямой руки вокруг точечного центра вращения с учетом предельных углов подвижности плечевого сустава. Поскольку органы управления редко размещаются на границе максимальной зоны досягаемости, плечевой сустав можно рассматривать как точечный центр вращения, так как это не влияет на точность результатов анализа.

Модель рабочего пространства - это объем, в котором находится оператор механизированной крепи. Он ограничен группой поверхностей, имеющих различную форму. Некоторые поверхности ограничивают объем на

и

,6

1

г\.____V

2

периферии и практически не влияют на условия подвижности оператора, но п ому нет необходимости учитывать все конструктивные элементы.

Самым простым представлением рабочего пространства будет призма, имеющая в сечении форму прохода в свету и длину, равную шагу установки секций.

По предложенной методике был выполнен эргономический анализ расположения пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи MI38.

Для проведения эксперимента были выбраны следующий условия: пологий пласт со спокойной гипсометрией, мощность 1,73 м, суммарная высота перекрытия и основания 0,44'м. Таким образом, высота рабочего пространства оператора составила 1,21> м.

По габл. 3 был определен, список характерных рабочих поз, соответствующих данной высоте рабочего пространства. 95-й перцйнтиль - 2 ¡ючы: «стоя согнувшись» и «стоя на колене с присаживаннем на пятку»; 50-й перистиль - те же: 5-й перцентиль - те же н «сидя на пятках». Для каждой характерной рабочей позы были рассчитаны и отрисованы границы оптимальных зон видимости и досягаемости.

По рабочим чертежам секции М138 на базе графического редактора MicroStation SE была создана 3-мерная графическая модель секции механизированной крепи в масштабе 1:1 (рис. 7).

Дли предложенных условий было выполнено сравнение объема и конфигурации моделей зон моторного поля оператора и рабочего пространства. Объем максимальной зоны досягаемости 5-го перистиля -Утл :; 0,9293 м\ 95-го перцеитиля ~ 1,5411 м3, объем рабочего пространства \'р|| - 1,8279 м\ Поскольку человек подсознательно стремится занять максимально высокую позицию при выполнении работ и располагается не по центру, то рабочее пространство всегда ограничивает максимальную зону досягаемости моторного поля для всех рассмотренных характерных поз оператора, вне зависимости от перцентиля ею антропометрических параметров.

Оптимальная зона досягаемости имеет гораздо меньший ооьем по сравнению с максимальной и обычно находится на уровне груди и поясницы Определено, что рабочее пространство на пластах средней мощноеI и практически не ограничивает оптимальную зону досягаемости могорною иол-, оператора в любой его характерной позе.

Рис. 3.5. Упрощенная модель рабочего пространства и зоны досягаемости:

1 - максимальная зона досягаемости человека 5-го перцентиля; 2 - рабочее пространство оператора крепи.

Методом многовариантного анализа для каждой характерной рабочей позы было подобрано оптимальное расположение оператора в рабочем пространстве. Ни в одном случае не удалось добиться полного совпадения поверхности пульта управления и оптимальной зоны досягаемости. Величина расхождения по вертикали колеблется от 0,168 до 0,394 м. Высота пульта управления механизированной крепью 0,27 м. Таким образом, для большинства характерных рабочих поз наблюдается полное несовпадение поверхности пульта управления и оптимальной зоны досягаемости.

Были определены пределы регулировки положения пульта по высоте. Расчетными и графическими методами было выяснено, что максимальное несовпадение оптимальных зон досягаемости у операторов 5-го и 95-го перцентилей наблюдается при работе стоя вертикально. Расхождение по

нижней границе 0,183 м, по верхней - 0,264 м. Расстояние от нижней точки оптимальной досягаемости 5-го перцентиля до верхней точки оптимальной досягаемости 95-го перденгиля 0,678 м. При высоте пульта управления 0,27м его подвижность по вертикали должна быть +0,2м. Поскольку в механизированных крепях пульт управления в ряде случаев кренится к верхняку, это расстояние должно отсчитываться от перекрытия крепи. Для высоты рабочего пространства Н,,., ?= 2.05 м оно составляет 0,655 м, если НР„>2,05'М, то расстояние должно быть 0,655+( Нр„ - 2,05 м). Величина выдвижы! пульта ч рабочее пространство оператора механизированной крепи ограничивается требованиям-: к минимальной ширине людских проходов в свету. Минимальная ширина прохода в свету для механизироьаиных крепей 0,6 м. Ширина прохода в свету крепи Ml38 в верхней части 0,9 м. Таким образом, пульт управления может выноситься в рабочее пространство на 0,25 м от своего крайнего положения.

Анализ объектов, которые должен наблюдать оператор в процессе передвижки крени, показал, что они находятся в секторе с горизонтальным углом 151' 5° и вертикальным 70i 4°. Оптимальная зона видимости человека имеет следующие угловые размеры: горизонтальный 30°, вертикальный 35°. Следовательно, независимо от рабочей позы всегда присутствует только частичное совпадение сектора обзора с оптимальной зоной видимости оператора механизированной крепи. В настоящее время на механизированных крепях, предназначенных для отработки мощных пластов, применяется регулировка положения пульта управления в двух направлениях:' по вертикали и по горизонтали вдоль основания крепи, что позволяет вынести пульт управления в рабочее пространство, снизив долю статической нагрузки на оператора. На основании этого можно сделать вывод, что регулировка по двум направлениям также необходима для крепей lla пластах средней мощности.

■ Для BoiGopa системы управления механизированной крепыо, наиболее полно отвечающей эргономическим требованиям по организации рабочею места, был выполнен функционально-стоимостный анализ. Рассмотрены следующие показатели, прямо пропорциональные критерию эффективности:

1. Адаптивность к характерной рабочей позе оператора. Показатель отражает насколько велико несовпадение поверхности пульта управления и зоны оптц,мальной досягаемости для разных характерных рабочих поз конкретного оператора. Для систем I и К поколений значение показателя Х|-0 Ш поколения - Х|=0,2. Для систем управления, в которых командный блок не имеет жесткой связи с секцией крепи, значение этого показателя Х|-1.

2. Адаптивность к антропометрическим параметрам оператора в рабочем снаряжении характеризует то, как сильно не совпадает поверхность пульта управления и зоны оптимальной досягаемости для операторов 5-го,

50-го и 95-го перцентилей в каждом диапазоне мощности пластов и насколько возможно компенсировать это несовпадение регулировкой положения пульта, заложенной в конструкции. Значение показателя для первых двух схем Х3=0, для второй пары Х2=0,3, для третьей Х2= I.

3. Степень совпадения направления взгляда оператора на перемещаемую секцию и пульт управления показывает относительную величину телесного угла между направлением оси зрения оператора на пульт управления и перемещаемую секцию. Для крепей I и II поколений значение показателя Х3=0. В крепях Щ поколения в настоящее время предусматривается регулировка пульта управления в горизонтальной плоскости вдоль основания секции; значение показателя Х3=0,!. Для систем с мобильными пультами управления значение показателя Х3=1.

4. Степень совместимости пульта управления и зоны оптимальной досягаемости моторного поля оператора отражает степень комфортности работы, количество и амплитуду управляющих воздействий оператора при выполнении операций по передвижке секции. Для первых дзух систем управления значение показателя Х.4=0,05. Во второй паре систем значение показателя Хц^О.З. В последней группе значение показателя Х4=1.

5. Современные очистные комбайны имеют скорость подачи от 0 до 16м/мин. Максимальные значения скорости крепления очистного забоя 91 Ом/мин. Таким образом, относительная скорость крепления забоя даег комплексную оценку быстродействия системы оператор - горная машина. Значения относительной скорости крепления забоя были рассчитаны по формуле

Ус.к.ф

=----------,

Ус.к.шах!

где kv, - коэффициент производительности по относительной скорости;

Ус.к.ф - скорость крепления забоя с использованием анализируемой системы управления;

Vc.K.maxl - максимальная скорость крепления забоя с использованием системы индивидуального дистанционного управления.

По результатам расчета для механизированных крепей III поколения, по сравнению с I, скорость крепления возрастает на 66-71%, а себестоимость отбойки угля снижается на 53-54%, а для крепей IV поколения на 176-200% и 77-80% соответственно. Значения показателя Х5=0,2 для крепей 1 поколения, Х5=0,5 для крепей II поколения, Х5=0,8 для крепей Iii поколения, Х5=Ч,0 для крепей IV поколений.

6. Ресурс до предельного состояния показывает удельные комплексные затраты на обслуживание, ремонт и замену оборудования в процессе эксплуатации. В системах, оснащенных плосконоворогными золотниками, и

случае поломки весь блок управления подлежит замене. При ремонте систем с клапанным распределением достаточно заменить один .неисправный элемент. Кроме того, ресурс гидравлических командных блоков, работающих с ни «ким давлением, выше, чем у элементов системы, работающих под высоким давлением, но несколько ниже ресурса электрического командного блока. Значения показателя для гидравлических систем управления Х(,=0,45, для электрогидравлнческих Х6=1, для электрогидравлических систем пропорционального управления Xf>— 1,05.

7. Адаптация -к полной автоматизации выемки угля выражает относительный объем затрат времени и средств на обеспечение процессорного контроля за выемкой угля. В первых двух системах необходима полная замена оборудования, в остальных достаточно установить процессорный блок и приемник сигнала. Значения показателя Х7-0,8 для гидравлических систем управления, -Х7=Т для всех электрогидравлических систеи/управления.

8. Разделение органов управления по выполняемым операциям и их унификация - показатель, оценивающий, насколько схожи интерфейсы систем управления, установленных на различных марках механизированных крепей. Значения показателя Х8 0,5, 0,7, 0,8, 1 соответственно для крепей I, II, III, IV поколений. .

9. Безопасность управления. Требования техники безопасности и гигиены труда постоянно повышаются. Таким образом, старые образцы систем управления механизированными крепями не полностью или совсем не удовлетворяют современным требованиям. Значения показателя для крепей I и II поколений X 1,-0,5 для крепей Ш поколения Х9=0,8 для крепей IV поколения Х9= 1,0.

Показатели, обратно пропорциональные критерию эффективности:

1. Относительное управляющее усилие.

Величины относительных управляющих усилий для каждого вида органов управления должны выбираться в соответствии с ГОСТ 21.752-76, ГОСТ 21.753-76, ГОСТ 22.613-77, ГОСТ 22.614-77. Значения показателя для. крепей 1 и II поколений Yi=0,81, для крепей III поколения У)=0,5 - 0,8 для крепей IV поколения Y)=0,05.

2. Продолжительность цикла передвижки Тц одной секции мехаии мросанкой крепи может быть определена по формуле

f,, = 1ТЯ} + IT, + Т„ + Тс + Т„ + Тк + Т„ср, где X'Т„, - суммарное время обращения оператора к органам управления; £Т, - суммарное время запаздывания управляющих воздействий; Т., - продолжительность разгрузки или осаживания перекрытия крепи; Тс - подтягивание секции крепи; Тр - распор секции; Тк - передвижка забойного конвейера;

Т„сР - время на перемещение оператора к следующей секции крени.

В зависимости от конструкции механизированной крепи и схемы добычи угля в формулу могут быть добавлены следующие слагаемые Твк - время выдвижки козырька; Тск - время складывания козырька.

Значения У2 1, 0,5, 0,1 соответственно для гидравлических, электрогидравлических и электрогидравлических систем пропорционального управления.

3. Относительное время запаздывания управляющего воздействия, как слагаемое, входит в продолжительность цикла передвижки секции механизированной крепи. Для гидравлических систем управления У.^1, для злектрогидравлических систем ¥-1=0,5, для злектрогидравлических систем пропорционального управления У3=0,1.

4. Относительная динамика управляющих движений оператора: чем больше амплитуда движений человека, тем больше групп мышц будет задействовано в движении. Это способствует общему утомлению оператора. Для гидравлических систем управления Уз=1, для электрогидравлических систем У3=0,5, для электрогидравлических систем пропорционального управления Уд=0,1.

5. Относительная стоимость. Самыми технологически сложными и самыми дорогостоящими являются системы пропорционального управлении; несколько дешевле системы электрогидравлического управления, самые дешевые - плоскоповоротные золотники. Значения показателя Уз для систем гидравлического, электрогидравлического и электрогидравлического пропорционального управления 2, 1,1, 1 соответственно.

На основании положений теории функционально-стоимостного анализа

п к

Ф = I а, - £ У; => шах,

1=1 3=1

где X, - относительные функциональные или стоимостные характеристики пульта управления, прямо пропорциональные эффективности конкретной системы управления механизированными крепями;

У) - относительные функциональные или стоимостные характеристики пульта управления, обратно пропорциональные эффективности конкретной системы управления механизированными крепями;

а и Р - весовые коэффициенты ■ функционально-стоимостных характеристик.

Все функциональные и стоимостные характеристики сведены в табл. 4. Расчет показал, что наиболее отвечающими эргономическим требованиям являются системы управления, в которых пульт не имеет жесткой

механической связи с секцией крепи и исполнительным блоком. Для передачи управляющего сигнала в этих системах используются гибкий пучок проводов, радиосигнал или инфракрасное излучение.

Таблица 4

№ а/р Схемы систем управления механизированными крепями

Проводные Беспроводные

И1Б,1 пй] К.Б. | V, | И.Б. | ■1 пИ К.Б. | ПУ ГТСЙаП

А ,_ц 1 Ж И.Б. ГП г1! Щщ |КБ/И5| 1 ■

Относительные функционально - стоимостные характеристики систем управления

1. 0,5 х,=о Х,=0 . X 1=0,2 Х|=0,2 Х|=1,0

2. 0,5 Х2=0 Х2=0 Х2=0,3 Х2=0,3 Х2= 1,0

3. 1,0 Х,=0 х,=о Х,=0,1 Х,=0,1 хч=1,0

4. 1,0 Х4=0,05 Х4=0,05 Х.|=0,8 Х4=0,8 Х4=1,0

5. 1,0 Х5=0,2 Х,=Ю,2 Х,=0,5 Х}=0,8 Х5=1,0

6. 1,0 Х6=0,45 Х,,=0,45 Х6=1,0 Х„=1,05 х6=1,05

7. 1,0 Х7--0,8 Х7=0,8 Х7= 1,0 Х7=1,0 х7=1,0

8. 0,5 Х„=0,5 Х*=0,7 Х8=0,8 Х«=С,8 х8=1,0

9. 1,0 Х.,=0,5 Х9=0,8 Х,=0,8 Х9=0,8 Х9=1,0

10. 0,5 У,=1,0 У, = ),0 У,=0,5 У ¡=0,8 У,=0,05

11. 0,5 У2=1,0 У,= 1,0 У2=0,5 У2=0,1 У2=0,1

12. 0,5 У3=1,0 У,= 1,0 У3=0,5 Уз=0,1 У3=0,1

13. 0,5 У4=1,0 У4=1,0 У4=0.5 ■ У4=0,1 У4=0,05

14. 1,0 У5=1,0 У5=1Л У5=1,1 У5=1,1 • У5=2,0

Ф. -1,0 -0,8 + 1,21 +2,25 +4,9

ПНР - плоскоповоротный гидрораспределитель; КР - клапанный распределитель; ИВ - исполнительный блок; КБ - командный блок; КР')У. - кЛапашшй распределитель электроуправляемый; КРПЭУ -клапанный распределитель пропорционального электроуправления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи обоснования параметров рационального размещения пульта управления в рабочем пространстве механизированных крепей, что имее| существенное значение для снижения нагрузки на оператора крепи и повышения комфортности и производительности его труда и, как следствие, снижение уровня профессиональных заболеваний.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Новая зависимость конфигурации и объема оптимальной и максимальной зон досягаемости оператора механизированной крени от его характерной рабочей позы, антропометрических параметров при работе на пластах малой и средней мощности (0,8 - 2,5 м).

2. Математическая модель оператора горношахтного оборудования, отличающаяся от существующих количеством элементов и подвижностью кинематических цепей, наличием секторов зрении, имеющих жесткую связь с моделью, учетом рабочей одежды и спец. средств, используемых оператором в рабочем процессе.

3. Установлена аналитическая зависимость между функционально-стоимостными показателями систем управления для существующих и перспективных поколений механизированных крепей и эффективностью их работы.

4. Определено, что для пластов средней мощности (1,2 - 2,5м) пулы управления должен располагаться:

по вертикали на расстоянии 0,655 м от верхняка крепи, если высота рабочего пространства Нр„ < 2,05 м, если Нрп > 2,05 м, то расстояние должно быть 0,655+( Нрп - 2,05 м);

по горизонтали, независимо от ширины, пульт должен располагаться на границе людского прохода в свету.

5. При настройке расположения пульта управления для операторов с различными антропометрическими параметрами необходимые пределы подвижности пульта в рабочем пространстве по вертикали ¿0,2 м, величина выдвижки в рабочее пространство от границы прохода в свету не более 0,25м.

6. Рациональное размещение пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи приводит к снижению статической и динамической нагрузки на оператора в 1,5 раза, повышая производительность труда, его безопасность и уменьшая время на восстановление физической энергии

7. Разработана методика и рекомендации по рациональному размещению пульта управления в рабочем пространстве механизированной крепи.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Кривенко А.Е. Перспективные направления эргономического обеспечения проектирования горных машин и оборудования. - Горный информационно аналитический бюллетень, 1995, №5, с.129-130.

2.'Выошина М.Н., Жура В.П., Кривенко А.Е. Математическая модель человека в системе оператор - горная машина. - Горный информационно аналитический бюллетень, 1996, №4. с.91-93. Автором лично составлена математическая модель человека с учетом спец. снаряжения.

3. Рачек В.М., Вьюшина М.Н., Кривенко А.Е.. Моторное поле и зоны видимости человека в системе оператор - горная машина. - Горный информационно аналитический бюллетень, 1997, №5, с.103-106. Автором лично выполнен расчет кинематических цепей математической модели оператора ГШО.

4. Кривенко А.Е. Создание компьютерной модели оператора очистного оборудования и использование ее для эргономического проектирования рабочего места оператора. - Мировая горная промышленность, 1997, №4, с. 57-58.

Формат 60X90/16 Заказ № э

Подписано в печать 15.05.2000 Объем 1,0 печ.л._Тираж 100 экз.

Типография МГГУ. Ленинский проспект, 6.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Современное состояние, опыт и перспективы развития систем управления механизированными крепями.

1.2. Анализ конструктивных схем систем управления механизированной крепью.

1.2.1. Обзор эргономических исследований горных машин для подземной добычи угля.

1.3. Задачи исследования.

Выводы по главе.

2. СОЗДАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ОПЕРАТОРА ОЧИСТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

2.1. Анализ методов эргономического проектирования рабочих мест технических систем.;.

2.1.1. Графические методы проектирования.

2.1.2. Математические методы проектирования.

2.1.3. Экспериментальные методы проектирования.

2.2. Предпосылки создания аналитической компьютерной модели оператора очистного оборудования.

2.3. Графическая модель оператора очистного оборудования.

2.4. Математическая модель тела человека.

Выводы по главе.

3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА (ОПЕРАТОРА) С ПУЛЬТОМ УПРАВЛЕНИЯ СЕКЦИЕЙ В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ.

3.1. Создание модели рабочего пространства секции механизированной крепи.

3.2. Характерные рабочие позы оператора при добыче угля.

3.3. Моделирование взаимодействия оператора очистного оборудования с рабочим пространством механизированной крепи.

3 .4. Анализ расположения пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи.

Выводы по главе.

4. ФУНКЦИОНАЛЬНО - СТОИМОСТНЫЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЕКЦИЯМИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ.

4.1. Относительные функционально-стоимостные показатели, пропорциональные эффективности систем управления механизированными крепями.

4.2. Относительные функционально-стоимостные показатели, обратно пропорциональные эффективности систем управления механизированными крепями.

4.3. Оценка комплексного показателя схем управления.

Выводы по главе.

Актуальность работы. В настоящее время в области создания новой техники для горной промышленности существует тенденция повышения производительности за счет увеличения скоростей работы машин и механизмов. Это приводит к повышению нагрузки и росту утомляемости человека, являющегося неотъемлемым звеном в системе "оператор - горная машина". Создание очистного комплекса, позволяющего проводить выемку угля без постоянного присутствия людей в забое, в ближайшее время не представляется возможным. Вместе с этим, в отечественной и зарубежной практике создания новой техники, наряду с чисто техническими вопросами, большое внимание уделяется проблеме совместимости человека и машины. Эффективное решение этой проблемы повышает производительность труда, обеспечивает его безопасность, сохраняет здоровье и, главное, создает мотивацию к работе в сложных горно-геологических условиях.

Из основных элементов очистного механизированного комплекса наиболее важную роль играет механизированная крепь. В течение выемочного цикла, при любой схеме добычи угля, оператор крепи выполняет в среднем от 184 до 370 рабочих операций, в зависимости от конструкции крепи, длины лавы, степени автоматизации систем управления, сложности горногеологических условий. Машинист комбайна, при тех же условиях совершает от 112 до 172 рабочих операций. Таким образом, в течение выемочного цикла, нагрузка, приходящаяся на оператора крепи на 60-150% больше, чем на оператора комбайна. При создании механизированных крепей нового поколения необходимо максимально снизить нагрузку на оператора. Физическая нагрузка состоит из статической и динамической составляющих. Статический компонент характеризуется продолжительным напряжением одной группы мышц. Динамическая нагрузка возникает при выполнении движений и представляет собой кратковременное периодическое нагружение различных групп мышц, чередующееся с периодами отдыха. Кроме физической нагрузки оператор механизированной крепи испытывает целый спектр отрицательных воздействий: ограниченное рабочее пространство, тяжелый температурный режим, большая скорость воздушного потока, запыленность, загазованность, наклон рабочего пространства под углом к горизонтали, высокая влажность, вибрация, ограниченная освещенность и, как следствие, снижение порога цветовой видимости. На фоне подобных условий от оператора требуется быстрое и четкое выполнение движений, связанных не только с перемещением в рабочем пространстве и контролем за средствами мониторинга крепи, но и оценка общей обстановки на рабочем месте (состояние забоя, кровли, почвы, положение комбайна и т.д.). Поэтому обоснование рационального размещения пульта управления в рабочем пространстве механизированных крепей является актуальной научной задачей.

Цель работы - повышение комфортности труда и снижение утомляемости оператора горношахтного оборудования за счет рационального размещения пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи с учетом оптимальной досягаемости, вариативности антропометрических параметров оператора и его характерной рабочей позы.

Идея работы заключается в логическом моделировании совместимости поверхности пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи с оптимальной зоной моторного поля операторов.

Научные положения, разработанные лично автором и новизна:

1. Новая зависимость конфигурации и объема оптимальной и максимальной зон досягаемости оператора механизированной крепи от его характерной рабочей позы, антропометрических параметров при работе на пластах малой и средней мощности (0,8 - 2,5 м).

2. Математическая модель оператора горношахтного оборудования, отличающаяся от существующих количеством элементов и подвижностью кинематических цепей, наличием секторов зрения, имеющих жесткую связь с моделью, учетом рабочей одежды и спец. средств, используемых оператором в рабочем процессе.

3. Новая аналитическая зависимость между функционально стоимостными показателями систем управления для существующих и перспективных поколений механизированных крепей и эффективностью их работы.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы: достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, использованием методов, основанных на апробированных положениях эргономики, инженерной психологии и математического моделирования, а также, проверкой адекватности результатов аналитического моделирования и результатов стендовых испытаний, показывающих удовлетворительную сходимость (расхождение в зоне оценки не более 7-8%) результатов теоретического и экспериментального определения границ оптимальной зоны досягаемости оператора механизированной крепи.

Значение работы. Научное значение работы заключается в развитии исследований системы "оператор - горная машина" в условиях подземной добычи угля, что позволило оптимизировать размещение пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи, установить зависимость конфигурации и объема оптимальной и максимальной зон досягаемости оператора механизированной крепи от его характерной рабочей позы и антропометрических параметров при работе на пластах средней мощности (1,2 - 2,5 м.).

Практическое значение работы состоит в разработке методики и рекомендаций по рациональному размещению пульта управления в рабочем пространстве механизированной крепи. 6

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной работе методика и рекомендации по размещению пульта управления в рабочем пространстве секции механизированной крепи приняты для использования ГИПРОУГЛЕМАШ.

Результаты работы использованы при подготовке курса лекций по дисциплине «Основы проектирования горных машин и оборудования» для бакалавров техники и технологии по направлению 550600 - «Горное дело».

Работа имеет социальный эффект, основанный на снижении утомляемости операторов механизированной крепи.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции "Неделя горняка" (г. Москва, 1997 г.); Международной межвузовской конференции "Неделя горняка" (г. Москва, 1998 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликованы четыре печатные работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии из 110 наименований, двух приложений, содержит 12 рисунков и 4 таблицы.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются следующем:

1. Новая зависимость конфигурации и объема оптимальной и максимальной з досягаемости оператора механизированной крепи от его характерной рабочей поз антропометрических параметров при работе на пластах малой и средней мощное (0,8-2,5 м).

2. Математическая модель оператора горношахтного оборудования, отличающаяся существующих количеством элементов и подвижностью кинематических цепе наличием секторов зрения, имеющих жесткую связь с моделью, учетом рабоч одежды и спец. средств, используемых оператором в рабочем процессе.

3. Установлена аналитическая зависимость между функционально - стоимостные показателями систем управления для существующих и перспективных поколен механизированных крепей и эффективностью их работы.

4. Определено, что для пластов средней мощности (1,2 - 2,5м) пульт управлен должен располагаться:

- по вертикали на расстоянии 0,655 м от верхняка крепи, если высота рабоче пространства Нрп < 2,05 м, если Нрп > 2,05 м, то расстояние должно бы 0,655+(Нрп-2,05 м);

- по горизонтали, независимо от ширины, пульт должен располагаться границе людского прохода в свету.

5. При настройке расположения пульта управления для операторов с различные

99 антропометрическими параметрами необходимые пределы подвижности пульта рабочем пространстве по вертикали +0,2 м, величина выдвижки в рабоч пространство от границы прохода в свету, не более 0,25м.

6. Рациональное размещение пульта управления в рабочем пространстве секц механизированной крепи приводит к снижению статической и динамическ нагрузки на оператора в 1,5 раза, повышая производительность труда, е безопасность и уменьшая время на восстановление физической энергии

7. Разработана методика и рекомендации по рациональному размещению пуль управления в рабочем пространстве механизированной крепи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной зада обоснования параметров рационального размещения пульта управления в рабоч пространстве механизированной крепи, что имеет существенное значение д снижения нагрузки на оператора крепи и повышения комфортности производительности его труда и, как следствие, снижение уровня профессиональнь заболеваний.

1. ГОСТ 15852-70 Крепи механизированные для лав пологих пластов. Основные параметры. М., 1970.

2. ГОСТ 15565-73 Крепи механизированные для лав пологих пластов. Основные параметры. М., 1973.

3. ГОСТ21.752-76 Система "человек машина". Маховики и штурвалы. Общие эргономические требования.

4. ГОСТ 21.753-76 Система "человек-машина". Рычаги управления. Общие эргономические требования.

5. ГОСТ 22.613-77 Система "человек-машина". Выключатели и переключатели поворотные. Общие эргономические требования.

6. ГОСТ 22.614-77 Система "человек-машина". Выключатели и переключатели поворотные, клавишные и кнопочные. Общие эргономические требования.

7. ГОСТ 22.615-77 Система "человек-машина". Выключатели и переключатели поворотные типа "Тумблер". Общие эргономические требования.

8. Агарков Ф.Т., Носков В.И. Эргономические характеристики и пути физиологической оптимизации труда шахтеров. // Эргономика в горном деле. Киев, 1974.

9. Агарков Ф.Т., Носков В.И. Физиолого эргономическая характеристика труда машинистов угольных комбайнов. /ЦНИЭИуголь М.: 1974. (Серия "Техника безопасности и горноспасательное дело").

10. Антропометрический атлас. Методические рекомендации. М.:ВНИИТЭ, 1977. 138 с.

11. Аруин A.C., Зациорский В.М. Эргономическая биомеханика. М., Машиностроение, 1989.

12. Аттестация и рационализация рабочих мест важнейший путь повышения эффективности производства. Днепропетровск 1985. (Пронин)

13. Барер A.C., Васюта В.Д., Ляпин В.А. Антропометрия и механические характеристики тела человека. Учебное пособие. М., изд. МАИ, 1986.

14. Богданович Л.Б., Бурьян В.А., Раутман Ф.И. Художественное конструирование в машиностроении. Киев Техника 1976. - 183 с.

15. Воровски К.-Х. Возможные направления развития выемочной техники с точки зрения изготовителей. // Глюкауф. -1981. N2 - с. 18-23&

16. Бронштейн .Б.С., Семендяев Л.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1976.

17. Буц Ю.В., Поставной В.Г., Самодрин В.П. Аттестация рабочих мест в горной промышленности. -М.: Недра, 1989.

18. Бюиссе С. Позы и движения. //Физиология труда. М.: Медицина 1973.19. 14. Введение в эргономику. Под ред. В.П.Зинченко М.:"Советское радио" 1974.

19. Видеокамера Камкорд для подземных условий. // Глюкауф. 1989. -N15/16.

20. Воронков Н.Б., Олейников В.А., Тополов B.C. Особенности труда горнорабочих, обусловленные комплексной механизацией очистного забоя. // Эргономика в горном деле. Киев, 1974.

21. Вудсон У., Коновер Д. Справочник по инженерной психологии для инженеров и художников. М., Мир, 1968. 518 с.

22. Вьюшина М.Н., Кривенко А.Е., Жура В.П. Математическая модель человека в системе "оператор горная машина". //Горный информационно -аналитический бюллетень. N4, 1996, - с. 91 - 93.

23. Головин B.C. Эргономика горнорудного оборудования. М.: Недра, 1990.

24. Губинский А.И., Евграфов В.Г. Эргономическое проектированиесудовых систем управления. JI. Судостроение, 1984.

25. Гудилин Н.С., Кривенко Е.М., Маховиков Б.С., Пастоев И.Л. Гидравлика и гидропривод. М.: Издательство МГГУ, 1996, - 520 с.

26. Даниляк В.И. Эргономика и качество промышленных изделий,- М.: Экономика, 1987.

27. Дорошенко К.В., Степаненко А.З., Кедров В.М., Смирнова Т.Т. Эргономические вопросы оптимизации труда горнорабочих. // Эргономика в горном деле. Киев, 1974.

28. Дорфман П.А. Роль технической эстетики и эргономики в горном машиностроении. // Уголь. 1984. N5. С. 38-39.

29. Жученко И.П., Бебых В.П. Критерии профессиональной надежности шахтных машин. //Вопросы диагностики при профессиональном отборе на предприятиях углепрома. Вып. 6,1989.

30. Зайцев B.C. Системный анализ операторской деятельности. М.: Радио и связь, 1990.

31. Зайцев С.Л., Левин Н.Б., Рыбалко В.И. Предупреждение производственного травматизма с учетом личностных причин. //Безопасность труда в промышленности. N12, 1987.

32. Зефельд В.В., МуниповВ.М. Чернышева О.И. Предпроектное эргономическое моделирование; Методическое пособие. М.: ВНИИТЭ 1980. -93 с.

33. Зинченко В.П., Мунипов В.М. Основы эргономики. М., 1979. Инженерная психология. Сборник статей. Перевод с английского под ред. Панова Д.Ю. М., "Прогресс", 1964.35. Инженерная психология

34. Инженерная психология в применении к проектированию оборудования. П./р. Ломова Б.Ф., Петрова В.И. М., Машиностроение, 1971.

35. Инструменты, машины и автоматы для горной промышленности.

36. Межвузовский сборник. Новочеркесский политехнический институт, 1979.

37. Иоганек Т. и др. Техническая эстетика и культура изделий машиностроения. М., Машиностроение, 1969. 294 с.

38. Кавун Ю.М., Медведкин С.А. Вариационный метод оценки обзорности технических средств. // Горные, строительные, дорожные, мелиоративные машины (Киев). 1986, - N39.

39. Каменев А., Николаев Б., Дацин Я. Аттестация и рационализация рабочих мест: ретроспектива и перспектива. // Соц. труд, 1990. N5. С. 38-40.

40. Кальянов A.B., Гребняк В.П. Метод оценки эффективности профессионального отбора горнорабочих угольных шахт. //Вопросы диагностики при профессиональном отборе на предприятиях углепрома. Вып. 6,1989.

41. Кивилева Н.М. Разработка способов снижения производственного травматизма и улучшения условий труда на россыпных шахтах зоны многолетней мерзлоты. М., 1988.

42. Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горных машин. М.: Машиностроение, 1979 г.

43. Коженцев Ю.Т. Об улучшении эргономических качеств горных машин. // Инструменты, машины и автоматы для горной промышленности. Новочеркасск 1979.

44. Коженцев Ю.Т. Эргономическая проработка пульта управления бурового станка СБР-160А. // Очистные и проходческие машины и инструменты. -Новочеркасск, 1988, с. 116-122.

45. Кривенко А.Е. Перспективные направления эргономическогообеспечения проектирования горных машин и оборудования. //Горный информационно аналитический бюллетень. N5, 1995, с. 129-130.

46. Кривенко А.Е. Создание компьютерной модели оператора очистного оборудования и использование ее для эргономического проектирования рабочего места оператора. //Мировая горная промышленность. №4, 1997, с. 57-58.

47. Лубоятский Т. Тенденции развития гидравлических механизированных крепей с точки зрения изготовителей. //Глюкауф N3, 1981.

48. Матеев И., Банков Ст. Реабилитация при повреждениях руки. София: Медицина и физкультура, 1981.

49. Мейстер Д. Эргономические основы разработки сложных систем. / Пер. с англ. М.: Мир, 1979.

50. Меняйло Н.И., Тышлек Е.Т., Грищенко В.Е. Гигиенический и эргономический анализ проходки выработок основного и малого сечения. // Гигиена труда и профессиональные заболевания. N12, 1989.

51. Меняйло Н.И., Тышлек Е.Т., Сирота Н.Ф. и др. Физиолого -эргономическая оптимизация пульта управления механизированными крепями. // Гигиена труда и проф. заболевания. N8, 1982.

52. Методические положения по комплексной аттестации рабочих мест на шахтах западного Донбасса,- Днепропетровск: ДГИ ПО "Павлоградуголь", 1986. (Пронин)

53. Методические рекомендации по использованию антропометрических данных при конструировании производственного оборудования. ВЦНИИОТ, ВЦСПС, 1982.-41 с.

54. Методические рекомендации по учету, аттестации и рационализации рабочих мест на угольных шахтах. Ворошиловград 1986.(Пронин)

55. Монмоллен М. Системы "человек и машина". / Пер. с франц. М.: Мир, 1973.

56. Moho Г. Энергетические затраты у человека // Физиология труда/ Ж. Шеррер. М.: Медицина, 1973.

57. Мышляев Б.К., Орлов A.A., Баранов С.Г. Крепление и управление кровлей в комплексно механизированных и очистных забоях. - М:. Недра, 1993.-с.

58. Мягкий Б.И., Степаненкова B.JL, Шило P.J1. Социально психологические резервы повышения безопасности труда. // Способы и технические средства обеспечения безопасности и здоровых условий труда на угольных шахтах. Макеевка; Донбасс 1989.

59. Оборудование рабочего места летчика. Манекен пилота минимального размера. (Франция). NEL 80-200-75.

60. Оборудование рабочего места летчика. Манекен пилота максимального размера. (Франция). NEL 80-201-75.

61. Охрана труда на предприятии. Выпуск 1 -М. :Профиздат, 1967.

62. Перкуль М.М. Эргономика угольной промышленности. Кемерово, 1975.

63. Пискун Л.Ф. Геометрический способ планировки рабочего места водителя трамвая. // Техническая эстетика, 1979, № 3, с. 26-27.

64. Полежаев Е.Ф., Макушин В.Г. Основы физиологии и психологии труда. М.: Экономика, 1974.

65. Пономаренко Ю.Ф., Кувшинов В.М., Панчук Е.И. Гидрораспределители механизированных крепей. М.: Недра, 1990.

66. Пронь В.В., Баркалова H.A. Эргономическая биомеханика трудовой деятельности в комплексно-механизированных забоях угольных шахт. //Перспективы развития эргономической биомеханики. Третья Всесоюзная школа-семинар, Севастополь, 1987.

67. Пронь В В., Баскаков А.Н. Эргономические требования к носимым пультам управления забойными машинами и комплексами. // Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. Сб. науч. тр.

68. МакНИИ,- Макеевка- Донбасс, 1989. с. 73-76.

69. Ревякин В.И. Человек в системе управления очистным комбайном. // Системы управления в горнодобывающей промышленности. М., 1986. с. 8890.

70. Решетов Е. Метод проектирования на чертежи схематического изображения тела человека. // Техническая эстетика, 1971, № 2, с. 26-27.

71. Саенко Г.В., Вайнштейн JI.A. Аттестация рабочего места горняков по технике безопасности. // Безопасность труда в промышленности. 1989. - N12. -с.33-34.

72. Середняков П.Я. и др. Эргономические исследования на шахтах Франции. М., 1974.

73. Солод В.И., Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. -М.: Недра, 1982.

74. Справочник по инженерной психологии. Под ред. Б.Ф.Ломова М.: Машиностроение, 1982.

75. Справочник по прикладной эргономике. Под. ред. В.М. Мунипова, М.: Машиностроение, 1980.

76. Справочник по надежности, п.р. Якименко Л., т. 3. М.: Мир, 1970 г. 376с.

77. Статистические методы в исследованиях и разработках радиоэлектронных устройств. Научно-технический сборник. Тула, 1972.

78. Трифонов В.И., Чучалов A.B. Психофизиологические вопросы профессиональной подготовки машинистов угольного комбайна. // Эргономика в горном деле. Киев, 1974.

79. Федоров В.К. Художественное конструирование технологического оборудования в электронном машиностроении. М.: Энергия, 1975, - 279 с.

80. Физиолого-эргономическая характеристика труда машинистов угольных комбайнов. ЦНИЭИуголь, 1974.

81. Хенкель Э.Г. Требования горной промышленности к выемочным машинам и лавным конвейерам. // Глюкауф. -1981. N2. - с. 10-14.

82. Хорин В.Н. Расчет и конструирование механизированных крепей М.: Недра, 1988, 255 с.

83. Хорин В.Н. Объемный гидропривод забойного оборудования. М.: Недра, 1980.

84. Чачко А. Человек за пультом. (Очерки антропотехники). М.: Советское радио, 1974.

85. Чуприна Е.И. Психофизиологические критерии надежности профессиональной деятельности горнорабочих, занятых передвижкой механизированной крепи. // Вопросы диагностики при проф. отборе на предприятиях угольной промышленности. 1989. - N6.

86. Чучалов A.B., Попченко В.Е. и др. Разработка эргономических характеристик горношахтного оборудования. // Эргономика в горном деле. Киев, 1974.

87. Шкляева З.А. Совершенствование деревообрабатывающего оборудования. // Машиностроитель, 1970, № 10, с. 2-4.

88. Шмид М. Эргономические параметры. М.: Мир, 1979.

89. Шмидт Ф. Техника безопасности и эргономика. // Глюкауф. 1980. -N18.-с. 72-75.

90. Штебель Э. Влияние шахтного климата на человека.//Тлюкауф", N3, 1981.

91. Штеинбергер Р. Изучение и проектирование трудовых процессов при помощи плоских шарнирных манекенов. // Социалистический труд., 1968, № 11, с. 74-81.

92. Экспресс методика определения напряженности труда рабочих в комплексно-механизированных забоях. /ЦНИЭИуголь. -М.,1984.

93. Эргономика: принципы и рекомендации; методическое руководство. -М.: ВНИИТЭ 1983. 184 с.

94. Эргономика. Проблемы приспособления условий труда к человеку. М.: "Мир", 1971.

95. Эргономика рабочего места: тезисы докладов ученых и специалистов стран членов СЭВ М.: ВНИИТЭ, 1987

96. Эргономические исследования в угольной промышленности стран ЕЭС. // Добыча и переработка угля. Зарубежный опыт: Э.И. / ЦНИЭИуголь, вып. 23. -М., 1985.-с. 17-19.

97. Эргономические требования к рабочим местам и средствам управления машинами и механизмами, применяемыми при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений. Методические рекомендации. М., 1980.

98. Belibatt DIN 33408, Teil 1. Korperum rischa blonen. Seitenansicht fur sitzplatze, Anvendungs beispiele, 1981, - 4 s.

99. CAPABLE. A Computer Program to Layout Controls and Panels -"Ergonomics", 1977, v. 20, N 3.109

100. Das B., Grady R. M. Industryal Workplase Lay Out Design. An Application of Engineering Anthropometry. "Ergonomics" 1983, v. 26, N 5.

101. Das B., Grady R. M. The Normal Working Area in the Horizontal Plane. A Comperative Analysis Between Farley' s and Squires's Concepts. " Ergonomics" 1983, v. 26, N5.

102. Frazer T.M. Job Satisfaction and Work Humanisation an Expanding Role for Ergonomics. "Ergonomics", 1978, v. 21, N 1.

103. Korlet, Bishop Technique for Assesing Postural Discomfort. "Ergonomics", 1976, v.19, N 2.

104. Novak E. Determination of the Spetial Reach Area of the Arms for Workplase Design Purpose. "Ergonomics" 1978, v. 71, N 7.

105. Leplat J. Factors Determing Work Load.-"Ergonomics" 1978, v. 21, N 3.

106. Rohmert W. Maximalkrafte von Fraunen im Bewegungsraum der Arm und Beine. Forshungsberichte des Landes Nordrehein Westfalen. 1966, N1616.