автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка методов оценки вибробезопасности самоходных сельскохозяйственных машин

Совет Всеобщей Конфедерации Профессиональных Союзов СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧН04гаНДОМТЕДЬСКИЙ ШСТИТУТ ОХРАНЫ ТРУДА

На правах рукописи

ВАШИ вадщр СЕМЕНОВИЧ

Уда 658.382.3:628.517

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ВШШЭОШШОСТИ САМОХОДНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ШШ

Специальность 05.26.01 - охрана труда и пожарная безопасность

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени вацдвдата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте охраны труда ГК СМ СССР по продовольствию и закупкам

Научный руководитель: доктор технических нзук, старший . научный сотрудник Н. Е Мчлахов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

старший научный сотрудник Васильев Ю.Ц.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Михайлов М.Е

Ведущая организация: Производственное объединение

"Гомсельмаш" (г. Гомель)

Залдата диссертации состоится "А^" 1991 г.

в / ' часов на заседании специализированного Совета при Всесоюзном Центральной Ордена "Знак Шчета" научно-исследовательском институте охраны труда ВЦСГО по' адресу: 119829, Москва, Оболенский пер., д. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " _1991 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета, Б. Н. РАХМАНОВ

доктор технических наук

; - з -

. о ] ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

!

Актуальность работы. Улучшение условий труда людей - важное направление социального развития сельского хозяйства Это направленна усилилось в перестроечный период жизни нашего общества.

К числу основных, а в ряде случаев определяющих, параметров оценки условий труда относится уровень вибрации на рабочей месте оператора. Воздействие вибраций на операторов мобильних сельскохозяйственных машин приводит к снижению производительности труда, а в отдельных случаях к профессиональной заболеваемости. ^Исследования показали, что на большинстве колесных сельскохозяйственных тракторов уровни транспортной вибрации (в диапазона частот 0,8 - 16 Гц) не соответствуют действуюсрш санитарно-гигиеническим нормам. Это несоответствие имеет место на фоне кажущегося благополучия положения, т.к. в протоколах испытаний сельскохозяйственной техники на машино-испытателышх станциях (ИИС) сведения об &гон параметре, как правило, отсутствуют. Последнее связано с трудностями и трудоемкостью измерений низкочастотных вибраций стандартизированным методом. В результате мероприятия по нормализации этого параметра зачастую не про!

водятся. .

Диссертационная работа посвящена проблеме нормализации низкочастотных^транспортных) вибраций самоходных сельскохозяйственных машин и выполнена в соответствии с отраслевым заданием 0. ОХ 82 "Разработать и внедрить комплекс технических, гигиенических и социально-экономических мероприятий по обсспочению"в системе Гасагропрома СССР безопасных и здоро-

вих условий труда, снижению травматизма и заболеваемости"; по договору с Госагропромом СССР N 11-88-6 "Подготовить. . научно-технический доклад о техническом уровне безопасности машн и оборудования для растениводства с предложениями по совершенствованию машин и оборудования, выпускаемых предприятиями Ыинсельхозмаша СССР (колесные трактора марок Ш'З-БО, ШЗ-6, Т-40, Т-25А, УЭС "Шлесье", тракторные прицепи)".

Цель работы - повышение качества испытаний вибробезо-сасыости тракторов и мобильных сельскохозяйственных маши путем создания метода, применимого ^цля использования в ус-биях рядовой ШС.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следуюдих теоретических и практических задач:

- выбор метода оценки низкочастотных вибраций на рабочих мостах операторов мобильных сельскохозяйственных машин;

-разработка метода измерения низкочастотных вибраций;

- исследование погрешностей метода и уточнение условий его применения для минимизации погрешностей; .

- производственные проверки разработанного метода;

- экономические оценки.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что поставлена и репина новая научная проблема, вклвчаюшдя:

- разработку алгоритмов расчета стандартизируемых параметров низкочастотных вибраций мобильных сельскохозяйственных машш по результатам определения переходных функций;

- разработку алгоритмов расчета сглаживания неоднород-

- о -

иостей агрофона движителя 101 машин;

- обоснование способов пересчета предельна допустимых параметров низкочастотных вибраций, задавай щи санитар-ио-гигиеническими кормами в продольно допустимые уровни измеряемых параметров;

- раэраоотку рогамопдиций по шлгалиоиип оксноримонтоп, связанных с оцеигами вибробеаопасности изделий на ШС.

Практическая значимость результатов работы зшиночается в том, что разработаны способы реализации и измерения переходных. функций машин; предложения по выбору необходимых параметров вспомогательных устройств и приспособлений; программы обработки на ЭВМ экспериментальных результатов измерений переходных функций, позволяющие расчитывать нормируемые параметры низкочастотных вибраций.

Положения, выносимые на защиту

1. Стандартизированная ГОСТ 12.2.002-86 методология оценки низкочастотных вибраций, предусматривающая измерения в процессе выполнения технологической операции, не решает задачу оценки качества машины, т. к. на результаты измерений весьма существенно влияют неконтролируемые 'действия механизатора и невоспроизводимые параметры поля.

2. Измерения всех вибрационных характеристик машин как динамических систем (амплитудно-частотные хараютеристики, переходные функции, импульсные переходные функции) принципиально равноценны, а сами эти характеристики однозначно связаны; зная любую из них можно вычислить реакцию машины на произвольное воздействие. Измеряя переходную функцию в

- б -

*

^„-фоизводишх лабораторных условиях, можно отказаться от пгдеёых испытаний для определения дюоых вибрационных. характеристик ыашш.

В той же мерс равноценно вадаяие предельно допустимых значений вибрационных характеристик.

3. Наиболее удобен для практической реализации метод зпределения вибрационных характеристик по измерениям пере-:одпой функции, реализующейся ври "сбрасывании" машины с одой высоты.

4. Алгоритм расчета вибрационных хараотеристик машины гдобпо. составит в форме вычисления суммарной реакции от юздойствия агрофона на 1саждый движитель.

5. Движитель машины, контактирующий одновременно с нес-юлысими неровностями агрофона, осредняет их воздействие, ¡есовая функция осреднения совпадает с эпюрой нагрузки на вижитель.

Апробация работы. Основные положения диссертационной аботы докладывались и получили положительную оценку

на конференции молодых ученых и специалистов, аспиран-ов и соискателей ВНИИОТ Госагропрома СССР, Орел, 1985 г.,

на заседании секции "Охраны труда в сельском хозяйст-е" научной конференции Ленинградского СХИ, Ленинград, 286 г.,

на заседании секции "Методы и технические средства ¡нергетической оценки и оценки условий труда механизаторов" [евятой научно-технической конференции Государственного аг-юпромышленного комитета СССР, Западная зональная МИС, 988 г. ,

- У -

на техническом совещании в подотделе охраны труда 1'ос-агропрсна СССР, ыэсква, 198У г.,

на сештарах лаборатории защиты от шума и вибрации ЩШОТ ЕЦСПС, Иссгаа, 1986-8У гг. ,

на заседании'НТО ГСКВ по кормоуборочным комбайнам 1Ю "Гомсельмап", Гомель, 1989 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из

введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной

»

литературы и приложений. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста и содержит 17 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложено общее состояние проблемы, обоснована актуальность работы и кратко изложено ее содержание с формулировками научной и практической значимости, основных положений, выносимых на защиту, новизны и других необходимых данных.

В первой главе обоснована постановка задач работы. В ней изложены результаты исследования уровней вибрации на рабочих'местах операторов мобильных сельскохозяйственных машин; приведены данные о фактических уровнях вибрации на рабочих местах операторов базовых моделей сельскохозяйственных машин и о соответствии указанной техники нормативным требованиям по параметрам вибрации.

зации процесса, подвергаемой обработке, ОЛ - частота,

Оценки динамичеасих сюйств сложной системы с использованием любой из данных характеристик математически равноценны. Методы экспериментальных оценок низкочастотных вибраций могут создаваться в расчете на прямое определение любой из них с последующим вычислением других. Реакции испытываемых машин во всех случаях можно приводить к виду, регламентируемому санитарными нормами. Однают возможен и пересчет этих нормируемых характеристик к однозначно связанным с ниш характеристикам переходных или импульсных функций. Указывается на необходимость проведения оценок качества сельскохозяйственной техники в постановках заказчика, требующих жесткой регламентации условий испытаний.

По материалам первой главы сформулирована научная гипотеза, а таюке цели и задачи исследования.

Научная гипотеза: для воспроизводимых оценок НЧВ тракторов, используемых для оценки качества техники (при фиксированном влиянии на нее испытателей) целесообразно перейти от нормируемого в настоящее время метода измерений к методу, использующему воспроизведение реакции техники на одно из стандартных воздействий, например переходная функция, и последующий пересчет к любым условиям эксплуатации.

Во второй главе "Теоретическая разработка метода" рассмотрена модель иозникиошжя ниакочастопшх шориций мобильных сельскохозяйственных машин. Расчет срсднеквадрати-ческих аначоний ускорений и нормируемых полосах чистит отСЛк до, I - 1, 2, ..., п на рабочем месте оператора мобильной машины по измеренным ПФ производится на основе

.ПОЛЬвивиним иледушщил. иишвпш мэдематмчшлшл вешииимии-

тей I

Ми)/'- ¿1 .

где

- значение модуля приведенной амплитудно-частотной характеристики по перемещениям от всех движителей к рабочему месту для данной частоты; (и) - спектральная плотность неровностей микропрофиля, по которому движется исследуемая машина;^ , ^ - время задержки воздействий неровностей микропрофиля на задние колеса соответственно левых правых движителей.

Метод оценки НЧ вибраций по ГОСТ 12. 2.002-86 предполагает операцию приведения результатов измерений к типовому микропрофилю только для колесных тракторов. С целЬ'ю расши-решш возможностей испытаний машин с другими движителями, в частности, гусеничных тракторов, разработан алгоритм расчета сглаживания неровностей микропрофиля движителями машин. Движитель сглаживает (интегрирует) воздействие микронеров-постей почвы таким образом, что среднеквадратичные отклонения воздействий

«О)

уменьшаются в среднем в соотношении

о'

в частном случае равномерного распределения давления движи-

Показано, что на большинстве колесных сельскохозяйственных трактороп уровни вертикальной вибрации не соответствуют нормативным значениям,.а в протоколах испытаний сельскохозяйственной техники на Ш1С сведения об этом параметре фактичеоки отсутствуют. Шолоднео оОъяоняогоя высюкой трудоемкостью их измерения с использованием рекомендуемого ЮТ 12.2.002-йб метода, использующего большой объем операций ручной обработки данных. Кроме того стандартизированный мотод измерения транспортной вибрации, предусматривающий их измерение в процессе выполнения технологических операций при заданной стрости движения, не обеспечивает объективность и воспроизводимость результатов оценок ыашш вследствие значительного влияния на них неконтролируемых параметров среды и свойств операторов-исшггателей.

¡¿обильная ссльсглхозпйствснная машка представлспа как сложная динамическая система, низкочастотные вибрации которой описывается закономерностями статисткчоской динамики. Фундаментальными характеристиками динамэтеских свойств системы в этом представлении являются: переходные функции импульсные переходные функции

SCO к амплитудно-фазовые частотные характеристики (AOTX)V(jW) , каждая из которых связана с двумя другими зависимостями

V/(}0)= ] SCO Л*

где: t - время ,Т - продолжительность оСрабатываемой реали-

Таблица 1

Расчетные значения "нормированных" модулей АЧХ

Полос ы С частот,Гц Середина интервала М Нк i Среднеквад. ускорения 0L .М/С1 (агрофон) (грунтован дорога)

1 0,88-1,1 0,99 0,22 1,26 11,26 7,70

2 1,1-1,4 1,25 0,30 1,12 6,80 4,70

3 1,4-1,8 i,eo 0,40 1,00 4,12 2,82

4 1,8-2,2 2,СО 0,40 0,00 2,07 2,04

5 2,2-2,8 2,50 0,60 0,80 1,73 1,18

6 2,8-2,5 .3,16 1,30 0,71 0,83 0,67

7 3,5-4,5 4,СО 1,00 0,63 0,66 0,45

8 4,5-5,6 5,С5 1,10 0,63 0,50 0,34

О 5,6-7,0 6,30 1,60 0,63 0,33.< П "ЭО

10 7,0-9,0 8.СО 2,00 0,63 0,23 ' 0,1б'

11 9,0-11,2 10,10 2,20 0,80 0,22 0,15

12 11,2-14,0 12,60 2,80 1,00 0,20 0,14

13 14,0-18,0 16,СО 4,00 •* 1,26 0,17 0,11

14 18,0-22,4 20,20 4,40 1,60 . 0,16 0,11

15 22,4-28,0 25,20 5,60 2,00 0,14 . 0,10

16 28,0-25,0 21,50 7,00 2,50 0,13 0,09

17 35,0-45,0 40,00 10,00 3,20 0,11 0,07

Суммарная ошибка метода оценки низкочастотных вибраций па расочих мостах мобильных сельскохозяйственных машин по ГОСТ 12.2. .002-86 включает в себя кроме перечисленных выше составляющих дополнительные, погрешности, связанные с:

- неравномерностью скорости движения машно-тракторного агрегата (WTA) по зачетному участку при испытаниях - до 50Х;

- 14 -

- допущением о точечном контакте колес мобильных сельскохозяйственных машин с профилями агрофона или дороги - до 48Х; ' '

- сдвигом по фазе или по Бремени неровностей микропро-ля левой и правой колеи - до 15X;

- влиянием опоратора на вибрацию рабочего места сельскохозяйственной машины - до 22%.

Суммарная погрешность методов оценки НЧВ на рабочих местах сельскохозяйственных машин составляет: ;

- для предлагаемого метода - 11,22;

- ДЛЯ метода по ГОСТ 12.2.002-86 - 147,2%.

На основании проведенных исследований приняты решения по выбору: длины реализации процесса свободных затухающих колебаний динамической системы; шага дискретизации для представления непрерывных процессов в виде цифровых рядов; высоты сбрасывания машины для реализации переходной функции. .

Сравнительные испытания методов оценки низкочастотных вибраций (предлагаемого и по ГОСТ 12.2.002-86) проводились с ""привлечением специалистов Центральной зональной машиноиспытательной станции (Щ£КС). В качестве объекта испытаний Еьйран трактор ИТЗ-80Л при выполнении им транспортных работ. Материалы сравнительных испытаний (табл. 2) показали, что в с.ктавных полосах частот 1; 2; 4 Гц результаты измерений обоими методами удовлетворительно согласуются, в октав-ной полосе'частот е Гц результаты расходятся в продолах до 3 дЕ.

В главе 4 рассмотрены условия реализации иродлогаимого метода на ШО. Метод изложен в редакции, пригодной для его практического использования при оценках НЧВ на рабочих местах операторов мобильных сельскохозяйственных машин.

Таблица 2.

Результаты количественной оценки значимости различий статистических данных по оценке НЧВ двумя методами

Часто- Математические ояидания Значение квантиля Значимость та,Гц совокупностей данных распределения различий

Предлагаемого По ГОСТ Табличное Расчетное

1,0 0,62 0,Ц6 2,67 2,26 ' по роил.

2,0 1,21 1,44 2,57 0,80 не разл.

4,0 1,80 2,19 2,57 0,82 не разл.

8,0 1,41 0,19 2,57 2,70 разл. не сущ.

Определение среднеквадратических значений виброускорений предлагаемым методом производится в соответствии со следующей процедурой:

определяются импульсные переходные функции

Ь О

Стде Ше> - масштаб записи виброускорений,

вычисляются промежуточные коэффициенты (действительная и мнимая части АФЧХ) для 1-го и 2-го входов ( от передних и задних колес)

1--1 N '

АгО^КгСО&и-созСг^! ;

ы \

4 1

определяется квадрат модуля

где

г I

С-— - время задержки воздействия неровностей микропрофиля

на задние колеса трактора; Ь - база трактора; . -V - скорость движения трактора; , ^

- шаг дискретизации процесса свободных затухающих колебаний соответственно каналов передач энергии - "передние колеса - рабочее мосто" и "задние колеса - рабочее место",

определяются среднеквадратические ускорения на рабочих местах при движении по агрофону и по грунтовой дороге (для каждого диапазона частот)

вц1 яГ ,

е.*

где ги и ги - спектральные плотности возмущений от типового агрофона и дороги; 5 - коэффициент сглаживания микропрофиля движителем.

- 17 -

В расчетной схеме предлагаемого метода используется переходная функция В (к). Реализация переходной функции самоходной сельскохозяйственной-машины достигается экспериментально, воздействием на движители единичного ступенчатого сигнала (сбрасывание машины с высоты ^ ).

Для определения модуля передаточной функции машины Еесьма эффективными являются экспериментальные методы. В работе дана классификация этих методов по следующим признакам: по степени унификации получаемой характеристики; по виду характеристики, получаемой в результате эксперимента;

по условиям реализации.

В зависимости от постановки задачи по оценке транспортной вибрации на рабочих местах сельскохозяйственных машин (исследовательские работы, официальные оценки) даны рекомен-ции по использованию экспериментальных установок.

В пятой главе оценивается экономическая эффективность от применения предлагаемого метода при оценках НЧВ на рабочих местах операторов мобильных сельскохозяйственных машин. УффС1гг определяется сокращением трудоемкости оценок, за счет отсутствия необходимости в полевых испытаниях и за счет уменьшения трудоемкости обработок осциллограмм, а также за счет повышения их точности. Ожидаемый экономический эффект составляет 71 рубль на одно испытание.

В приложениях представлены текст программ расчета вибрационного состояния сельскохозяйственных масин на языке Фортран, вывод формулы квадрата модуля приведенной АЧХ по перемещениям (для 2-х осных машин, без учета прицепных машин, поочередное сбрасывание «эстов), акты внедрения результатов исследований.

- 18 -ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1Л'ранспортные вибрации на рабочих местах операторов сельскохозяйственных тракторов в большинстве случаев превышают уровень, установленный санитарными нормами.

В протоколах испытаний колесных сельскохозяйственных тракторов на ШС отсутствуют нормируемые стандартами данные о НЧВ на рабочих местах операторов сельскохозяйственных тракторов. Это связано с большой трудоемкостью и сложностью оценок НЧВ по ГОСТ 12.2.002-86.

2. Стандартизированная ГОСТ 12.2.002-86 методология оценки НЧВ, предусматривающая измерения в процессе выполнения технологической операции, "не решает задачу оценки качества машины, т. к. на результаты измерений весьма существенно влияют неконтролируемые действия механизатора и невоспроизводимые параметры поля.

3. Измерения Есех вибрационных характеристик машин как динамических систем I амплитудно-частотных харатеритик, переходных функций, импульсных переходных функций) принципиально равноценны, а сами эти характеристики однозначно связаны; зная любую из них можно вычислить реакцию машины на произвольное воздействие. Измеряя переходную функцию в воспроизводимых лабораторных условиях, можно отказаться от полевых испытаний для определения любых вибрационных характеристик машин.

В той же мере равноценно задание предельно допустимых значений вибрационных характеристик.

4. На_основании предложенной классификации методов испытаний выбран перспективный метод оценки НЧВ сельско-

хозяйственных тракторов, основанный на использовании переходных функций, полученных экспериментально, и последующем пересчете к нормируемым параметрам вибраций в стандартных или произвольных условиях работы UTA.

5. Алгоритм расчета вибрационных характеристик машины удобно составить в форме вычисления суммарной реакции от воздействия агрофона на каждый движитель.

Разработан алгоритм и комплект программ для ЭВМ, позволяющие расчитывать амплитудно-фазовые частотные характеристики сельскохозяйственных машин по экспериментальным переходным фушсциям и выполнять пересчеты вибраций для стандартизированных и (или) произвольных условий.работы.

6. Движитель машины, контактирующий одновременно с несколькими неровностями агрофона, осредняет их воздействие. Еесовая функция осреднения совпадает с эпюрой нагрузки на движитель. Разработан алгоритм осреднения неровностей агрофона движителями машин.

7. 'Обоснован способ нормирования вибрационного состояния машин путем задания "нормированных" значений модулей АЧХ. В диссертации приведены алгоритм пересчета нормируемых в настоящее время значений среднеквадрагических амплитуд вибраций на различных частотах в "нормируемые" значения модулей АЧХ

и результаты конкретных расчетов. *

8. Совокупность предложенных методов оценок вибраций, алгоритмов и программ расчетов на ЭВМ, рекомендаций по проведению экспериментов образуют метод оценки низкочастотных вибраций на рабочих местах сельскохозяйственных тракторов, названный "Экспресс-метод оценки транспортной вибрации".

9. Исследования погрешностей методов оценки НЧВ на

рабочих местах сельскохозяйственных тракторов показали, что суммарная ошибка оценки НЧВ предлагаемым методом составила 11,2%, а по методу, стандартизированному ГОСТ 12.2.002-86 -147%.

10. Результаты измерений НЧВ предлагаемым методом и методом по ГОСТ 12.2.002-86 удовлетворительно согласуются.

11. Разработанный метод оценки НЧВ передан ГСКБ ПО "Гом-сельмаш" по комплексу кормоуборочных машин и Центральной машиноиспытательной станции (ЦМИС) для использования в качестве альтернативного при оценках качества сельскохозяйственной техники и для дальнейшего совершенствования. Мзтод используется во ВНИИОТ Госкомиссии Совмина СССР по продовольствию и закупкам для этих же целей.

12. Ожидаемый экономический эффект от применения предлагаемого метода при оценках НЧВ на рабочих местах сельскохозяйственных тракторов составляет 71 рубль на одно испытание. Метод направлен на улучшение условий труда и имеет социальный эффект как единственный, обеспечивающий в настоящее время контроль нормируемых параметров НЧВ.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Еиброзадатная система рабочего места оператора /В. С. Ванин, А. И. Пономарев, EIL Росляков, В. И. Чернышев //Механизация и электрофикация социалистического сельского хозяйства .- 1383. - N 11. - С. 15 - 17.

2. Ванин В. С., Пономарев А. И., Рослякова А. С. Вибрации зерноуборочного комбайна СКД-5 //Безопасность сельскохозяйственной техники: Сб. науч. трудов. - Орел: ВНИИОТСХ, 1985. -

С. 72-79. '

^.3. Ванин В. С. Регулировка сиденья снижает вибрацию //Техника в сельском хозяйстве. - 1986. - N 11. - С. 38-3'3.

4. Совершенствование метода оценки низкочастотных еи6-раций сельхозмашин как фактор их нормализации /ЕС. Ванин,

Е Н. Ыалахов, Ю. Ы. Танеев, Т. А. Суровцева //Пути ускорения нормализации условий труда работников сельского хозяйства агропромышленного комплекса- Сб. науч. трудов. - Орел: ВНИИОТ Госагролрома СССР, 1988. - С. 98-108.

5. Цалахов Н.Е, Ванин ЕС., Танеев Ю. И Экспресс-метод оценки низкочастотных вибраций мобильных машин //Методы

и технические средства, применяемые при испытаниях сельско-

»

хозяйственной техники: Тезисы докладов 9-ой научно-технической конференции И , 1988. - С. 79.

6. Малахов Н. К , Ванин Е С. Сглаживание микрорельефа почвы движителями машин //Техника в сельском хозяйстве. -1988. - N 3. - С. 60-61.

7. Исследование вибраций на рабочем мосте оператора /Е С. Ванин, Н. В. Козий, А. И. Летай, Н. II Малахов //Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1990. - (.' 8. С. 18-1 и.