автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Совершенствование экскаваторов на основании теоретических и экспериментальных исследованийвзаимодействия системы "человек-экскаватор-среда"

Министерство науки, высшей школы и технической политики России

Уральский ордена Трудового Красного Знамени

горный институт

На правах рукописи

ГОЛОВИН ВАЛЕРИЙ СТЕПАНОВИЧ

Совершенствование экскаваторов на основании теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия системы «ЧЕЛОВЕК—ЭКСКАВАТОР-СРЕДА»

Специальность 05.05.06 — Горные машины

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Екатеринбург, 1992

Работа выполнена в научно-исследовательском, конструк-торско-тсхнологическом институте тяжелого машиностроения Уралмашзавода.

Официальные оииоиенты:

доктор технических наук, профессор В. А. Трегубов доктор технических наук, старший научный сотрудник Л. Ф. Лагунои

доктор технических паук, доцент В. И. Сайтов

Ведущее предприятие — комбинат «Ураласбест»

Защита диссертации состоится .. ^ ¡992 г.

в 7 ^ часов на заседании специализированного совета

Д 063.03.01 в Уральском горном институте по адресу: 620219, г. Екатеринбург, ГСП 126, ул. Куйбышева, 30.

Научный доклад разослан

Ученый секретарь специализированного со кандидат технических ]

г" /

. "г./ : I '

,.с- | Развитие рыночных отношений и гуманизация техника заставля-по-новому подходить к разработка технических систем "человек-машина".

Основные усилия при разработка экскаваторов в настоящее время тратятся на оптимизацию электромеханических систем и конструкции. Если экскаваторы расскагривать как звено в сфере деятельности человека, то открывается новый подход к их совершенствованию. На первое ыасто выступают особенности человеческой личности о его-антропометрическими, гигиеническим!, психофизиологическими и ооци-ально-психологическиш показателями. Эргономика достаточно хорошо разработана и используется при создании горной техники. Но взаимодействие человека с экскаватором и средой, эргономические показатели мощных экскаваторов недостаточно изучены. Из-за особенностей их конструкции и специфики работы в карьерах нельзя существующие эргономические модели, показатели и методы испытаний, разработанные для других машин, переносить на экскаваторы.

Актуальность работы связана о повышением роли человека в эр-гатических систешх. Повышения уровня качества и производительности экскаватора мжно достичь за очет оптимизации конструктивных и охемных решений кабины и других элементов, с которыми взаимодействует человек, уточнения методов их расчета, улучшения технического обслуживания путем диагностирования состояния оборудования, создания условий в кабине, повышающих работоспособность машиниста, улучшения информационного обеспечения, совершенствования технология изготовления элементов экскаваторов.

Создание благоприятных и безопасных условий труда, удобство управления, снижение утомляемости, повышение привлекательности и престижности труда - важнейшие социальные и экономические задачи.

Целью работы является научной обоснование технических и технологических решений совершенствования экскаваторов путем оптимизации эргономических параметров на. основе системного подхода к • изучению взаимодействия субъекта труда с объектом труда и внешнел ~ средой. ; .

Положения, выдвигаемые к защито: возможна систематизация и определение специфических дня экскаватора эргоноклческих показателей, что позволяет при.,.ени1'ь общую структуру системы "человек-машина'* к экскаваторному оборудованию; причем основы эргономической кваляметрии экскаваторов могут быть юоч&ззии па учете свойств управлязмосгл, обитазмости, ебслу-жияпемостн и ссваивазкости;

оув;есгйуот связь асеацои.носта ^а'очкк пространств л шняедвй-

г

ся конфигурации забоя о расположением световых приборов;

существует связь комфортности работы машиниста по 'показателям вибрация, шума л микроклимата с пространственным характером вибраций отдельных элементов кабшш, со структурной составляющей шума и с величиной интенсивности солнечной радиации при подвижности экскаватора соответственно;

существует связь вибрационных параметров механизмов и машин с работой их отдельных элементов.

Методы исследований включают в себя: экспзрименталькые исследования физических параметров на действующих машинах и макетах, основанные на стандартных методиках измерения с использованием прецизионной измерительной аппаратуры; эргономические показатели установлены на феноменологическом уровне знаний;

теоретические исследования основаны на методах системного анализа, геометрических принципах формообразования визуального пространства, статистическом энергетическом методе расчета нума, математическом моделировании освещенности, микроклимата, эргономичнос-ти и вибрации, виброакусглки, теплотехники и математической статистики.

Достоверность вынесенных на защиту научных положении, выводов и экспериментальных результатов подтверждается исследованиями, основанными на общепризнанных корректных методах л теориях. Точность определения гигиенических показателей задается стандартами. Точность расчета структурном составляющей звука составляет I-ЗдБ. Точность теплотехнических расчетов кабин равна 12%. Точность модели освещенности рабочих пространств составляет 20,1. Достоверность нормированных показателен подтверждается результатами испытаний головных образцов экс. аваторов Э'пГ-20, ЭГ-12, ЭГ-'IüA, ЭГ-2и, ЭП 20.SO, проведенных на Нерюнгринском угольном разрезе, в 1Ю"Кемеровоуголь", "Эстонсланец" и др., и протоколами периодических испытаний экскаваторов ЭКГ-5А и ЭЫ 20.90.

Научная новизна результатов исследований: получены характеристики взаимосвязей структуры эргономических показателей сястеш "чзловек-кшша" специфичные для гощшх экскаваторов, позволиЕиие трансформировать структурную схему в систему "чзловзк-эксказатор-срада" (ЧЭС), установлена связь свойств управляемости, обитаемости, обслуживаемости и осваивасмости с уровнем качзоива экСг.аг£Л'оров, заключающаяся в том, что эргонокйчгюсть экскаватора определяется спзщкТическлми эргономически*»« показателями и рьзработаннвмк критериями ougнга-ц

установлена связь освещенности рабочих пространств с ргЯгало-:кеыиз1л световых приборов и меняющейся конфигурации забоя, состоящая в том, что с изменением глубины забоя или высоты отвала, а также шсга располотанш,угла рассеивания и осевой силы света световых приборов, изгоняется величина освещенности рабочих пространств; обоснован новый критерий - нормируемая величина освещенности забоя и плоскость ее измерения;

экспериментально установлено новое явление - существенность влияния горизонтальных вибраций на комфортность работы машиниста, состоящее в том, что горизонтальные вибрации сиденья машиниста на определенных частотах оказывают основное влияние на условия работы машиниста; обоснован новый критерий - величина нормируемой интегральной оценки вибрация сиденья;

установлено новое явление - существенность влияния структурной составляющей иуш на комфортность работы машиниста, состоящее в том, что вибрации от механизмов передаются па конструкциям на ограждения кабины, вызывая их колебания, при этом общий шум в кабине на многих частотах определяется структурной составляющей;

установлена связь вибрационных параметров механизмов и машин с работой их отдельных элементов, состоящая в том, что в вибрационном спектре, излучаемом оборудованием, выделены частоты, формы и величины вибраций, причиной которых являются отдельные элементы;

установлена зависимость.комфортности работы машиниста по показателям микроклимата от величины интенсивности солнечной радиации, заключающаяся в том, что при работе экскаватора о изменением его положения относительно солнца изменяется инсоляция ограждений кабины;

Практическая ценность работы заключается в :

-улучшении уровня качества и производительности карьерных, гидравлических и шагающих экскаваторов за счет оптимизации конструктивных и схемных реиений, а также повышения эффективности и качества деятельности человека при управлении и обслуживании;

-разработке методов определения эргономических показателей и . усовершенствования метода эргономической оценки экскаваторов;

-разработке модели освзщенности рабочих пространств и модели кабины по микроклимату; оба модели реаляэованн на ЭБМ;

-разработке методов определения шумовых и вибрационных параметров оборуд.) ранил;

-создании банка данных по эргономически:.', показателя!.", этечеот-нзшшх зкска'!;!Торс>г- 1! капин зарубешшх иар«оя, Хаснпп:егзр,

(США), Оренштайн и Кошель (ЙТ), Поклен (Франция);

-разработке методов проведения исследований микроклимата и виброшумовых параметров на отдельных кабинах л их макетах;

-адаптации существующих программ расчета Еиброизоляции оборудования экскаватора при пространственном характере вибраций;

-оптимизации конструктивных и схемных реоений отдельных элементов экскаватора с помощью математических моделей и ЭДЛ; совершенствовании технологии их изготовления;

-идентификации. частот, форы а .величины вибраций с определенными элементами экскаваторного оборудования. Ре з у л 1 1 а I и работы попользованы: при проектировании экскаваторов ЭГ-10, ЭГ-15, ЭГО-8, ЭКГ—5Ь; в конструкциях кабин экакаваторов ЭКГ-20,ЭГ-12А, ЭГ-20, ЗКГ-5А, ЭШ 20.30, ЭЫ 40.85, ЭИ 100.100, ЭГ-12; '

в конструкциях охладителя воздуха на основе термобатарей, самоочищающегося фильтра, при проектировании пульта управления экскаватора ЭГ-10, ЭГ-15, ЭГО-8, ЭИ 20.90, сиденья машиниста, системы обогрева.воздуха в кабине эконаватора ЭКГ-20, улучшения обзора из кабины экскаватора ЭКГ-5А в ПО'Тлагнззит", в 'конструкции виброизолированного поста управления экскаватора ЭКГ-20, в системе освещения забоя экскаватора 3111 20.90, в применении на экскаваторах Э1СГ— 20 и ЭШ 20.90 магнцтоуиругих преобразователей момента;

в разработке 13 на унифицированные кабины для экскаваторов и буровых станков и комплектующее оборудование для них, на модернизации кабины экскаватора ЭКГ-5А, на автоматизированную систему управления, диагностирования и информационного обеспечения экскаватора-драглайна, на контроллер с мнкроЭВМ;

при изготовлении макетов кабин, в получении виброакустпческих параметров основных механизмов экскаваторов, в выдаче исходных данных для проектирования фальтрокошенсирующего устройства (чЖУ).

Работа выполнялась по 4 темам и 5 этапам общесоюзной научно-технической программы ГШ1, плану Ш!Р АН ССОР и 9 темам 1ЫР ПО"Уралмаи".

Апробация работы. Материалы диссертации догадывались на 13 всесоюзных и республиканских конференциях, семинарах /Киев-1У7йг., Краиноуральск-1у78, 14катеринбург-1у80,1981,1984,1985,1У91г г., Те-лцви-1984г. ,• Леш:нград-1987г., Москва-1988г., Пермь-19ь9г., Сеьа-схоноль-ПШг., Нижний Новгород-1991г./ на заседаки, президиума научно-технического совзга ЖГУралмаи" и кофедры "Горные машины ¡1 ■коилекси "Свердловского горного института им. В.й.В£аруийвч. Цубликации. Ангаром опубликовано '75 научных работ, кз ицх.

9 авторских сэвдвгельотв CüGP, две конографаи. По тема доссзртацли опубликованы 42 работы. В диссертации в форма научного дохлада использовано 40 научных работ. Автор является разработчиком двух отраслевых стандартов и одного ГОСТа. Автор олагодарит йшка C.w,, Гордеева tí.A., Гууздову H.ri., Скрипову Ii. М, за яомиць в проведения исследовании.

I. ОлиъыЛЫАйлЯ tí&MüCM&A СТРУШРы dPIuHüAÍbCtuú ШКАЗАШ^м СЖ1йЫ ЧЭО Целью деятельности ьяшишста-оператора является эффективное перемещение горной пиром, для чего необходимо, чтобы все узлы экскаватора были в исправном состоянии, забои соответствовал существующим треоованияи, условия труда в кабине сохраняли здоровье машиниста, система управления а обслуживания способствовала развитию личности, а взаимодействие с другими участниками работы было отлажено.

Настоящие исследования находятся в русле предваряющих работ Венды В.Д., Гусинского А .И., Душкова H.A., Зараковского Г.Н., Зинченко В.П., Кавуна W.M., Котика A.M., Крылова A.A., Ломова Б. Ф., килеряяа li.A.,, Иуншова В.п., ЦлаенаП.Я,, Йудсона У., Лаурин-га В., Ыош-одена М., Салванда Г., Mí,ада Ы. п др.

Системный лодход к изучения взаимодействия человека с экскаватором при учете воздействия среды основывается аа разработках /*/, которые в структурную схему эргономических овоцствчввели понятия управляемости, обдтазмости, обалуаиаземостд и осьаиваемости.

Автор в работа /I/ доказал, что структурную схему ишю. применить и для экскаваторов, В этом случае отдельные эргонокдческае показатели будут икать специфические характерные для эгсскаватороа значения. Для того, чтобы учесть все этапы взаимодействия человека с экскаваторов, начиная с изготовления его отдельных деталей а узлов и заканчивая утилизацией, автором введен комплексный показатель технологичности /2/ (таод.Т.Т). Зтог показатель отражает соответствие тзхиологдц изготовления, подготовка забоя а утилизации экскаватора возможностям человека. Технология проведения взрывных работ характеризует качество забоя, которое воздействует на чало-века (внориццд, пыль) а аа cüötohuüs оборудования.

В работе аагора /3/ наедены специфические эргономические доказали акоыаваторов и методы ад определения, что в дальнейка« законодательно закреплено в разработанном ílWía /4/.

* ífprouoíüjKa; принципы и ре^ксадкудя: Методической руш-лидс! /;o.-¡í. 10(33.~133с.

СП

...Безопасность дли человека технологии изготовления

— Качество забоя

Возможность утилизации

-о Ч

а е» д

F 1 о,

о е-|

1 о

Pi р iS

Я)

с?

сц 'Ч Л ffl

ч

й ® го

о ЕН Pi

К о

п } 07 о

пз О

и и

о

r-i

3 Л 1Н

хэ ai О

О я

о о § <

ill tx[ к; м

л в

о S .г о

IX 1т}

"I ^

о О

из 'Л

п* о

"J F-t

.=': П.

Я о Й

ifi in

-«.Требования к персоналу -IPG -£ Соответствие средств обучения я документации задачам изучения - Обч "-Унификация компоновки рабочего маота -у

^Распределение йуншпй в (Ж ар и обслуживания и ремонте -}0

—¿Наглядность и удобство эксплуатационной документации - ДЭ

-¡1-й-Доступность и безопасность обслуживания

g и ремонта - БО

-ro-i-Возможность связи ке.аду участниками,

g выполнявдяки обслуямванае и ремонт - СО

-§-^-Обеспечение. HH'Joprauij^ii от средств диагностики - ДГН

__*

^йооство монтажа, демонтажа я транспортяровкя-

и

р^Шкроклкмат -^Ц^Запылен ко с ть

■1,Ш -П

¿¿-¿Вибрация и шум -ВУ ——Освещенность -ОСВ ^-«-Санитарно-бытовоа обеспечение —«-Тяжесть груда в кузове

■Техника безопасности, в том числе противопо-

жарная

h* Распределение (функций ме-;сду человеком л каыи-при управлении -fy

—¡¡-Сложность алгоритма деятельности машиниста

- Обеспечение информационного взаимодзйствяя-КО.СОН i-Ког/лоноркя элементов рабочего месте и моторного поля машиниста -КРМ

Возникающие связи между машнои, средой и магшшотом достаточно сдо.зды. il.ll. Павлов установил, что любая информация, поступающая к человеку посредством зрения, слуха,, вестибулярного аппарата, обоняния я других рецепторов, душ восприятия которой есть рецепториыз элементы в больших полушариях, слуши причиной дая принятия человеком реценйй.

Известно, что одна сенсорная ияфэрмацая не определяет поведение человека. Человек, согласно В.П.Зинчзнко, выполняет перцептивное действие, которое дредставляег собой "своеобразное саморегулирующее действие, обладающее механизмом обратной связи и подстраивающееся к особенностям исследуемого объекта", многое в поведении отдельного человек зависит от тех гипотез, которые уже сформировались за счет выработки автоматизма действия и навыков. Следовательно, одна я та ¿е информация шкет вызывать неадекватные действия у различных людей.

На основании теоретических положений психологии восприятия рекомендуется концептуальную модель оператора вырабатывать на тренажерахгзапуск экскаватора осуществлять по алгоритму, регулирование быстрояротекающш: процессов в шхашзшх выполнять автоматическими устройствами, например, с помощью магнитоупругах преобразователей (!лУ11), в информации, поступающей к машинисту,должны быть выделены существенные признаки, в той числе о помощью сао-твм вибродиашостика а установки контроллера с шкроЭШ.

1{а основашш выявленных взаимосвязей, структуры эргономических показателей установлена единая система взглядов, которая дала возможность построить концептуальную модель системы ЧЭС (рис.1).

Эффективность функционирования системы ЧЭС оценивается ее приспособленностью к достляению целя. Исходя из многообразия условии, при которых выполняется цель деятельности машиниста, эффективность состоит из большого количества показателей.

Усовершенствование теории эргокомдчеокод квалимвгрия включает выбор показателей, создание методов их определения и выработку критериев эргоношческсы оценки экоглва торов. За основу приняты работы ЫШ1У, '/я ьЛЛЛи и ЛШДОокеаншаа.

При выборе эргономических показателей исходили из.разработанной азтором концептуальной модели. В работах автора /5,1,6,4,37/. установлена связь комплексных показателей управляемости, обитаемости, обслуживаемости л совг.изаемосгд о уровнем качзсша экскаватора но эргономическим показателям. Достоверность такого втеодя базируется на корроктных методах определения 37 .ед;::!лчнух и груи-nos.UK эргоком1Ческл'х показателей. Показатели определяется акалатя-

лоядедтуальная модель системы "человек-экскаватор-среда" до эргоно.мачаскдм показателям

а

о 5

зз д*

ЧО «о

о ч л о •

ч к з о я

оря £3 о

хе- в <•> о

окрунахтая среда

чо «

оч ^ о

чн « \Э

О Щ 3 и

ХИ Я и

внэпшш среда обитаемость

человек

антропометрия

органы принятия ранения

органы восприятия

управлявшие органы

I 2

й эх—мн!

5 2

3

КО ЕЛ 4

(5) 5

>__ Г..

экскаватор

_______

* # СО р

(6)

•3 4 а

1Ш

освадваекооть

о белу зав азмо с ть Рас Д.1

технологично с ть

чески, экспериментально а экспертным путем. йаиболее вачшыз дяя машиниста, но малоизученные в экскаваторостроешш показателя обзорности, освещенности, микроклимата, шума и вибрации исследо-вани более подробно.

'¡¡ля примера приведен анализ загруженности машиниста при управлении экскаватором ЭКГ-20 а определение нормированных коэффициентов стереотипности и логической оложноота.

Алгоритм деятельности машшюга экскаватора ЭлГ-20

Т» Т' »

14 йТ/Ь ¡вг а', (Л I мI аУ 28,

,е т » ,1

где А» -напор рукояти; А^ -постоянное положение рукояти;

к\ -опускание ковша; А» -подъем ковша; А) -одновременное опускание ковша с поворотом влево; А^ -одновременный подъем ковша с разворотом вправо; А^ -открывание днища коша; -сигнал иоГгеру; В,» -ковп загружен; Ви -достигнут нужный угол поворота; Ал -зрительнпй контроль за транспортом; В« -транспорт на месте; А« -зрительный контроль за выгрузкой; В« - ковш разгружен; Аг,-выбор точки копания; А^ -постоянное положение рукояти; 01-ожидание транспорта; А»-зрательный контроль за поворотом; Ви-автокобиль загружен;Т =28-время реализации алгоритма.

Нормированный коэффициент стереотипности •

и £ ^ -0-06' (|>

где Шад -число элементарных операторов в группе ( | ); Шп -число элемантов группы; П„ -число групп операторов в алгоритме; N - число членов алгоритма, начиная с первого - А^ .

Нормированный коэффициент логичеокой сложности .1

.. и* с. т =0'08'

П «.1 '"к , I ,

где - число логических условий в группе (| } ;тк -число эламен-« тов группы; ПА -число групп логических условий в алгоритме; Ы* —ос>— щее число членов алгоритма, начиная с В« .

В качестве,критериев эргономической оценю используются существую^ 'стандарты ИСО, ГОСТы, санитарные норму, разработки пси-■хологоп. Автором разработаны новые критерии по освещенности, обзо-

ЛЬ*

ру и вибрациям.

Эргоношчность экскаватора определяется методом балльной оценки. Коэффициенты весомости рассчитываются автором экспертным методом с учетом результатов анкетирования машинистов, на основании предложенной ВНШТЭ икалы и формулы. Автором составлена программа на ПЭШ проведения экспертной оцени. Результаты оценки 5 отечественных и 4 зарубежных экскаваторов приведены в табл.1.2.

Системный анализ взаимосвязей структуры эргономических показателей система ЧЭС позволил выявить новые направления совершенствования экскаваторов. С участием автора выполнены следующие работы:

-ни основе анализа 12 кабин горных машин номенклатуры Мин-тякмащ разработано ТЗ на ряд унифицированных кабан и на комплектующие к ним, разработаны ТЗ на модернизацию кабины экскаватора ЭКГ-5А, на кресло, на п.ульт управления с 2-х координатным коман-доаппаратором, на контроллер о микроЭШ, на информационную систему для шагающих экскаваторов;

-в результате эргодизаанерских разработок и исследований /7/ изготовлены макеты унифицированной кабины гидравлических экскаваторов в масштабе 1:1, модернизированной кабины экскаватора ЭКГ-5А в масштабе 1:6 и рабочих мест машиниста.

- о целью улучшения качества питающей сети при использовании на экскаваторе ЭКГ-20 тирасторного привода, а на экскаваторе ЭЫ 20.90 частотно управляемого привода применяют ФКУ. Автором выданы исходные данные по спектральному составу токов и напряжений для проектирования ФКУ /8/;

-для улучшения пожаробезопасное™ экскаватора автором предложен ряд мер по модернизации средств порошкового огне тушения /9,40/;

-впервые в отечественной-технической документации на машины в разработанном стандарте предусматривается "руководство оператора" /4/.

2. ШФОРШШОШОЕ оасшжшв УБРАЕ/ШИШ

ЭКСКАВАТОРОМ

Машинисты экскаваторов при анкетировании на первое место среди показателей информационного обеспечения ставят обзор из кабины управления. Так.как большинство карьеррдс|ьразразов работают в темное время суток, а на севере ночь дяится^ода, то освещенность объектов наблюдения играет большую роль дая создания благоприятных условий по обзору.

2.1, Модель освещенности рабочих пространств экскаваторов

Таблица 1.2

Эргономические показатели отечественных я зарубежных .

экскаваторов

Тип ' _Комплексный показатель_

экскаватора Управляемость^ ОбатаешстьК» ОбслуаивазмостьК, ОозаиваемостьК« Обобщенный

-_щ, =0.4_Шг =0,3_т> = 0.25_т, *g.Q5_показатель, Кэрг,

ЭКГ-5А 3.51 ' 3,39 3,46 3,25 3,45

3Lii 2Q.90A : 3.99 4,31 3,76 3,25 3,39

ЭГ-12А ' 4,01 4,02 3,76 3,25 3,91

ЭГ-20 4,01 4,17 3,76 3,25 3,96

ЭКГ-20 ■ 4,1- 4;0 3,9 3,8 4,0

I0Ö0CK 3,88 2,69 3,77 4,25 3,5

SH-75 3,96 3,75 3,97 4,25 3,9

ёэряол 204М 4,15 3,95 4,16 4,25 4,1

fii-2330 " 4,4о 3,95 4,16 4,25 4,2

КэрГ= m,K«+rntK2 + mjK}+rn4K* где т^.тг.т^Шд, -коэффициенты весомости соответствующих комплексных показателей

Исследования основаны на трудах Дшгалова Б.М., Кнорршга Г.М., Луизова A.B., Степанова H.Ú., Kenneth F., Chironis tí. Р. а др.

При составлении модели автором ставились задачи выбрать величину освещенности для эффективного выполнения операций по управлении экскаваторов, найти зоны освещения наружных пространств, обосновать новый критерий -нормированную величину освещенности забоя и плоскость ее измерения, получать аналитические зависимости освещенности рабочих пространств от расположения СП при меняющейся конфигурации забоя я составить алгоритм решения на ЭВМ.

Вшгалов Б.Г.]. установил закономерности изменения количества информации, получаемой машинистом по зрительному каналу. Наиболее существенные ее изменения отмечаются при возрастании яркости рабочей зоны до 1,2 что соответствует освещенности, при разработке полезных-ископаемых с коэффициентом отражения 0,05-0,6, равной 75-6лк /I/.

. Не существует единого мнения о требуемой величина освещенности рабочего пространства , обеспечивающей эффективное управление экскаватором. Горнодобывающие компании США предпочитают иметь освещенность зона работы экскаватора равной 54лк.

На основании наших исследований предлагается за норму принять освещенность зоны обьекта различения, равную 75лк, а величину ее определять из выражения

E=lE-u/n. . (2.1)

где E-l- освещенность в* L-й точке вдоль проекции проекции оси стрелы ка участив от 1/3 до 2/3 наибольшего радиуса черпания в плоскости,перпендикулярной линии взгляда машиниста; t\-количество точек измерения.

Предлагаемые зоны освещения наружных рабочих пространств» например, карьерного экскаватора (рис.2Л), учитывают особенности информационного взаимодействия человек:! и машины. Выделены нормируемые зоны обьекта различения S4 ц Sa , зонн, обеспечивающие остановку экскаватора при повороте в случае экстренного тормоме-ния Б&и Ч,, а такха зона обслуживания вокруг экскаватора на расстоянии зрех мэтров

KennethF. предложил методику расчета освещенности рабочих пространств экскаваторов с помощью ЗКЛ. Расчет проводился в горизонтальной плоскости на уровне стодню; экскаватора. При таком подходе не учитывается технология проведения горных выработок, когда конфигурация забоя и отвала изменяются по г.ере их разработки. Принимаем следующие качальниз условия: расчет проводится для условных плоское то i: С,'Г. и Б (рис.2.1), прачек плоскость С монет пгр:;л~

Рекомеыдуег.ке освещенности нарулнях рабочих пространств карьерных экскаваторов

где ¿£ -ширина транспортного средства;к)-скорость вращения поворотной платформы,рад/о; -время обнаружения помеха ц принятия решения; %-время торможения, с.

Освещаемые поверхности забоя экскаватора ЭИ 20.¿0

Рис.2Л

-"а угсияе сгоянка; М-аапленная? Ь-взргикэльиая''

лельно смещаться вверх и вниз; за освещенность точки принимаются горизонтальная, вертикальная и перпендикулярная линии зрения машиниста плоскости; точка нацеливания светового прибора (CII) находится на пересечении оптической осп СП с плоскостью хунормируемая освещенность наружных рабочих пространств должна соответствовать норкам, предложенным автором в Д/.

Автором в ДО/ получена зависимость освещенности рабочих пространств в трех плоскостях от расположения СП в пространстве

г J V _Зш^Л__.

tr>irifo [(^-Хп^УгУ^ + Ш3" Мг ' .

г . ir 3jjn (lJj - Un)_ jfe .

^o.lf [(Xi-Xn^^yj-ynJ^Hf,]5'2 1 Mz ' С ..- ' V Ef.ijn Rijn Kq .

Luri(fer Zn * IT'

P - (Ki-XnK^i-Kr) ^СЛ-ЦпКШ-Уг) ♦ ZnZr M

Kijn 1(Хг"г)'г + (У]-Уг)г + 2^

гдз i( - коэффициент запаса; Xi.Ui -координаты расчетной точка,щ R¡jn -расстояние от п -го СИ до плоскости,перпендикулярной линии зрзпия машиниста, u;3¡)fl - сила света п -го прожектора г,9 ;ХП,УП. Еп - координаты СП, г.;Хг.Яг.2г • координата глаза магошиста, м.

По отдельным формулам, прхшедбии»; в /ю/> рассчитываются уста рассеяния и кординаты точек нацеливания.

Цодзль дает возможность проводить проектирование освощепности решать задачу оптимизации количества а мест расположения СП, сформулировать требования к СП для вагающих экскаваторов (иэлз сообразно использовать СП с углом рассеивания в вертикальной' плоскости порядка 100° и осзвой силой света 100-200к.кд), проводить перенастройку CII.ьЪ'пвиснмооти от изменения ко'н^ягураьяи забоя.

Расчет освещенности рабочих пространств экс1.аватора Эы 20.20 с помощью подложенной модели показал, что для обеспечения uopw-роааняой осрещенноста достаточно установить 23 про-двкгора вместо 38. Точность предттиноК модели составляет 20$.

2.2. Информационное взаимодействие ылакняота с объектами набл.одешая

На основании разработанной Кавуном ¿j.H. теории геометрических принципов узрмообразоюния визуального пространства автором в совместно;, с ни:., работе j 1Д/ доказана возмогаюсть ев применения для о!»шзсторог, Апторогд по картинам круговой обзорности прэдло->«тод оцешд обзорности яз кабины /5,6 /• 00зор;ось :си с усдо-жу.! точкя зрения. li ^:- он-

роса машинистов на экскаваторах разного типа определены объекты преимущественного и Периодического наблюдения из кабшш. За меру обзора каждого объекта наблюдения принимаем коэффициент обзора KjOj , изменяющийся от 0 до I. Обзор объектов наблюдения виража-етоя поверхностью, линией или 'углом. Каздое выражение более точно определяется соответственно проекциями - равновеликой, эквидистантной а конформной. Коэффициент обзорности с рабочего места машиниста запишется в виде дроби, в числителе которой коэффициент максимального обзора объектов преимущественного наблюдения, а в знаменателе - объектов яериодичеокого наблюдения /g /: i^n- (KlMOW KU (KiMO)n„ * n-m

где KiHO s Sjn(1-2m)XL (KiM0j)/(n-m)~m ;

n.m - количество заданных я невидимых объектов наблюдения; KjMOj -'лучший обзор из точек в пределах физиологически рациональной позы.

Для построения плоских картин круговой обзорности составлена программа на языке ФОРТРАН для ЭШ РДР. Ввод данных с ортого-. нального чертежа экскаватора а объектов наблюдения проводитоя о помощью дигитайзера, а построение обзорности о помощьк^графопостро-ителя. Результат построения картины круговой обзорности экскаватора ЭКГ-20 и определения коэффициента обзорности праведен на рио. 2.2. "

3. ПССЯВДОВАНШ 1МВРАЩЖНЫХ ШЖАЗАШВЙ" ЭКСКАВАТОРОВ ;

Вибрационные по!Шзатели можно разбить на вибрационные характеристики (EL), которые влияют на комфорткоегь условий работы машиниста, а'параметры вибрации, которые характеризуют источники вибраций и могут использоваться для вибродаагаостяки.

Теоретическую основу исследовании составляют труды: Генки--на М.Д., Гуяовского В.В., Жиаотовского А,А,,Заоядко A.A., Иэлла-кот P.A., Ляпунова В.Т., Пановко Г.Я., Попкова В.И., Потемкина Б.А., Санэва A.B., Суворова Г.А., Трегубова В.А., Фролова К.В., Бендата Да., Пирсона А. и др.

Большинство исследователей коцшк экскаваторов (Трегубой В. А., Лысенко Д.Л., Чарьев В.И. а др.) рассматривают вибрация только сиденья машиниста в одной вертикальной ялоскостя, нз анализа- . рун источники и пути распространения вибрации. Нормирование вибраций проводится по допустимым значениям спзктроь на сиденье а аа рукоятках управления, я не по корректированному значению еиброускорзяяя.

Опоеделение обзорности из кабаны дагропоызтряя-ио >1003411, ояределение_точки 51Р -по

•г ран спою? блок

Цераодичеокого наблюдения сК:Ш)Г7аГ1=и,62: гусеницы К^Ь КвОг-ОД: ' т пе» пульты КиЦ,.=Х, К (3=1; ч, ,, _

барабан -Г, У *

подход транспорта адь=0,55, К,Д =0,26 0.0 0.0 0.0 ¿кандастантная проекция: 12

^ЛЯиЛЧАЯб! <гЛ ПД

экскаватора ЭКГ-20 ИСО 5353-78

уп.(К;И0)пР о,&5 4 к (К;М0)г.Е? ■ 0,62 4 0-гг>

К.МО ((К;моуГп-т)-т

П - заданные объекты - невидимые объекты

От

-- ✓ СИ-

о.-правая гусеница; 2-барабан; 3-левая гусеница; 4 -ковш; 5-стрела; 6-верхняя кромка забоя; 7-автотрансдорт; 8-пульты управления; а-стекла.

В литература нет сопоставима данных по вибрациям рабочих мест отечественных и зарубежных экскаваторов, по эффективности средств ваброзащиты, по влиянию вибраций на долговечность работы световых приборов. Фирма "Брюль а Къер" (Дания) впервые наработала вибродаагяоютчаскиё-критерия на экскаваторе "Марион"201М. При исследовании. вибраций ставились следующие задачи: разработать методы определения Нл и влияния вибрации на срок службы оветовых приборов; определить источники вибраций и пути распространения их в 3-х парном пространстве к сиденью машиниста ; определить возможность нормирования вибраций по корректированному значению виброускорений; создать банк данных по Ж экскаваторов и по основным источникам вибраций для целей вибродиагностики; предложить меры по снижению вибрации в источника и воздействующих на человека.

Вибрации сиденья машиниста имеют случайный характер, поэтому существующие стандарты по измерениям нельзя применить. С участием автора разработаны методы измерения я нормирования таких процессов . /12,13,4/. Измерение и анализ вибропроцесоов проводили аппаратурой фирм "Брюль и Къер" (Дания), "Робогрон" (ГДР) д Са Эо Ай (ША) (рио.3.1.). Влияние источников вибрации на ВХ. рабочего места машиниста определяли о помощью передаточной функции. Влияние вибраций на долговечность работы СП определяли с помощью разработанного автором устройства, устанавливаемого на виброотендчВЭДС-400 /I/.

Автором исследованы экскаваторы ЭКГ-5А, ЭКГ-20, ЗГ-Ш', 'ЗГ-20А, ЭШ 20.90, ШН 40.85, "Мяриоа"201М, "Марион"204М и РН-2300Чфирма " "ларша^гер").' " ' . ■•• -

Исследованиями Криворожокого ГРИ, ПО "йкорский завод", Московского НИИ гигиены труда им. Ф.Ф.Эрисмана, ЦНИИПП (г.Березовский), БНИИТБчермет (гЛелябинок) установлено, что основными частотами, на которых на&людаютоя повышенные вибрации сиденья машиниста, являются октавы 2,4,8 й КГц. Поэтому результаты наших доследований после статистической обработка приведены в этих же октавннх поло- . сах частот /3,1/.

На основании исследований вибрации сиденья в трех плоокоотях одновременно на экскаваторах разного типа установлено новое язление-существанность влияния вибрация сиденья в горизонтальном направлении на условия работы машиниста, которые на некоторых чаототах являются определяющими (рис.3.2, табл.3.1). Источником повышенных горизонтальных вибраций сиденья.кожет быть любой элемент кабины лрй совпадении собствзнянх форм его колебаний о вынужденным вибрациями. Из разных экскаваторах проявление этой об*ей закономер-

Регистрация а анализ вибрационных дроцессов

ВД/вабропреобразователь; 2635-дредус1Ш1тэль; 2110-анализатор; ЫТ-арогршаш мастер-трзнд (мониторинг); \</Р -программа анализа переходных процессов; $ХРЕРТ -экспертная программа

Анализ спектральной плотности мощности ц в 1/3 октавных полосах частот

2107-анализатор; Здб/окт - фильтр с затуханием ЗдБ на октаву

Анализ в реальном масштабе времени, коррэляцаонной и передаточной функций, кепстра и продифтрованяого спектра

2607 7502

7003 2034 ¿308

26П7 75ГТ2

2о07-усилитель; 7502-цифровое запоминающее устройство; 2П34- 2-х канальный анализатор; 23Л8- 2-х координатный самописец

Рис.3.1

Уровни ааброускорений элементов кабины экскаваторов л окгавных полосах частот

Рис. 3.2

Точка измерения вибраций: В2-балка; ВЗ-поддержавающая конструкция или кабина; М-основание сиденья; Ш-овдвнье л- осд х по огрела; о - ось у; о - ось 2

Таблица 3.I

СКЗ аиброокоростл, м/с и корректированный значения вяброускореняя сиденья

кашниста при цакллчной работе экскаватора

Тин экска-ьаторг, Ось Среднегео! к. метрические 4 частоты 8 октавных полос 10 31,й , Гц 63

¿ЬГ-оА* X 0,35-1,12 0,40-1,00 0,25-1,00 0,14-0,40 0,06-0,34 0,02-0,17 0,11-0,20

\г а 0,27-0,50 0,42-1,12' 0,45-0,7» 0,11-0,7= 0,08-0,32 0,02-0,20 0,12-0,30

г. 0,30-0,Ь4' 0,32-0,71 0,18-0,84 0,03-0,60 0,06-0,26 0,02-О',13 0,17-0,42

ЭКГ-20 X 0,08 0,22 ' 0,34 0,25 0,08 '0,05 0,06-0,14

У 0,07 0,24 0,38 0,20 0,12 0,06 0,04-0,14

г 0,08 0,22 0,30 0,18 0,18 0,03 0,24-0,26

ЭШ 20.90 X - 0,09-0,22 0.08-0,17 0,05-0,13 0,09-0,12 0,02-0,03 0,03

У - 0,08-0,32 0,07-0,22 0,05-0,08 0,05-0,19 0,02-0,05 0,03-0,04

2 - 0,17-0,25 0,11-0,35 0,07-0,31 0,03-0.12 0,01-0,05 0,08-0,16

Марион 20Ш X 0,60 0,75 0,38 0,67 ' 0,30 . 0,17 0,03-0,08

У 0,38 0,63 0,47 0,60 0,27 0,10 0,03-0,10

г 1,41 1,66 1,12 0,89 0,71 0,56' 0,13-0,35

х - забой не соответствует требованиям ОСТ 24.072.11-80

ности происходит на разных частотах и направлениях (табл.3.1). На многих экскаваторах вибрации балки и поддерживающей'кабину конструкции меньше вибрации кабины и сиденья.

KpoMj влияния конструктивных факторов, на вибрации сиденья влияют качество забоя, профессиональные навыки машиниста, тип и состояние механизмов, а также наличие автоматических систем сни-яения динамических нагрузок. Автором получены в /1/ количественные характеристики таких воздействий на человека.

При оптимизации конструктивных решений защиты машиниста от вибрации необходимо учитывать собственные формы колебаний всех элементов кабины. Расчет собственных форм колебаний, с использованием метода конечных элементов, я вяброизоляцял рабочего места проводится с помощью прикладных программ "Виза" * на ЭШ ¿С1050 и ПЭВМ, адаптация которых для условий экскаваторов проведена в ' нашей совместной работе с автораки.

В результате исследований автором выявлено противоречие в нормировании вибраций по ГоС'Г 12.I.012-73 /14/. Величина корректированного значения виброускорения в два с 'лишним раза более жестко, ло сравнению с нормой в октавных полосах частот, регламентирует допустимые вибрации. Во вновь разработанном наш стандарте /4/ принят новый критерий - величина интегральной оценки сиденья,равная 0,04 м/с'2. '

Автором создан банк данных по Ы отечественных и зарубежных экскаваторов, по вибрациям основных механизмов и электрического оборудования, по эффективности виброизоляции преобразовательных агрегатов шагающих экскаваторов /15,16/, насосно-генераторного агрегата на гидравлических э-окавйторах /17,18,19/, компрессора /17/ и поста управления /20/ на экскаваторе ЭКГ-20, сиденья и .всей кабины. Банк данных служит основой нового проектирования.

Улучшения обслуживаемости экскаваторов можно достичь за счет введения технического обслуживания по состоянию, основанного на фиксации изменений виброакустачеоках параметров по мере вы- . хода оборудования из строя. Автором установлена связь вибрационных-параметров механизмов и машин с работой ах отдельных элементов... Так,в вибрационном спектре механизма вращения экскаватора Срио-. 3.3) идентифицированы частоты, которые вызывающая работой под-шиников, зубчатого зацепления и оборотов Еала.-у-

«Пакет программ "Виза" (Засэдко A.A., Карпухин ¿i.A., Куха-

релка 8.Д. rf др.)// пакеты' прикладных программ. Итоги я ари-кетш.я. -Новосибирск'' . * Каука . Сибирское .съделешв.'

Диагносяическае спектры Ш э ко шла тора ЭКГ-20 №19

Рас.3-3

МВР13Ш83-83Г ЧАСТ:23,13 • ПРДК: 3,013 ЗНЛЧ:0,174 /2.4=1, боГц-

МВР13КЗЛ73-73Г ЧАСТ;6,25 • • ПРДК:0,834 ЗШЙ: 1,311 Л.=1,8^Гц

Ш>13КШ163-63Г ЧАСТ:7,5' ' ПРДК:1,02 3HA4:Ü,223 а=1,84Гц ■

¡vil3PI3K3II23-23Г ЧАСТ:16.25 П?дК:2,307 ЗНАЧ:0,166 П=1,76Гц

о — ШУТРВННЕЕ НЖЬЦО

шщшшш

Jí 20Э7730

О-ОБОРОТНЫЕ ДВИГАШЯ д- ЕОКОШВ падосы ЧАСТ:122,5 ПРДК:16.34 ■ ЗНАЧ:0,285 м OTíQ:6,25 «

д- ЗУБЧАТОЙ ЗАЩШЁЩ; I СТШйЬ.Ш I

о - наружное кааъцо

шдцШНИКа ¡к 2097730

Установлено /I,2l,2¿/, что виброскорость, виброускорение, спектральная плотность мощности (СИМ), корреляционные функции, кепстр, лдфтрацая а форма волны могут быть использованы в качеот-вз информационного параизтра.

Для экскаваторов ¿jT-SA, ¡áj ¿0.90, ЭЫ 40. ей и ЭГ-12 получены информационные частоты вибрации 'основных механизмов в 1/3 ок-тавных полосах частот л пределах от 2 до 4000Гц и величины их при анализе с 2 до 12700Гц /¿I/.

Автором реализована* компьютерная технология анализа и хранения информационных спектров /22/. Такая технология позволяет предсказывать неожиданные-поломки и выявлять неисправности на ранних стадиях их развития. Получена база данных в ШШ и базовые линии в информационных полосах частот механизмов и машин экскаваторов 3íiT-5A а ¿лГ-20.

С участием автора разработан ряд магнитоупругих преобразователей момента /¿3/,и Дзвиятовым С.Д. доказано, что они сникают динамические нагрузки а механизмах. Исоледованы механизмы с пониженной виброактивностью,

О доглощь» специального стенда /I/ выявлена зависимость вибрации на срок службы, применяемых на зкокаваторах, световых приборов (СП) ÍI3P-400 а ПШ-IúQú о лампами ртутно-'кварцевой ДРд-400 и галогенной КГ ¿¿0-1000-5'со'отвэтотванно. Срок службы ламп зависит от конструкции крепления горелки внутри колбгД направления ■ приложения вибрации, величина вибрации й опособа виброизоляции СП. Долговечность лампы KT-220-IÚ00-5 при действии вибраций более чем в 10 раз ыеньые, чем' ламп 'ДРЛ-400.

На экскаваторах ¿KT-2Q экспераментайьно установлено, что ре-зинокордная виброизоляция поста управления, начиная о октавнои полосы аГц, более э¡¿¿активна, чем конические прузшы, канатные й ре-з'инометаллические виброязолягоры /3/. Эффективность виброизоляцая сиденья проверяли по разработанной автором методике /24/. Из семи испытанных сидений и подвесок наиболее эффективна в вертикальной плоскости, начиная о 1/3 октавы 4Гц, подвеска экскаватора ЗлГ-5А, серийно изготавливаемая в ]10"/ралмшл", Пассивные формы-виброзащиты эффективны при частотах более 4Гц. Снижения вибраций в октавах 2 и 4Гц можно добиться, применяя более жесткие поддзрзсдваюиде конструкции или используя активную ваброзаадту.

Дня сшивная вибраций на резонансных частотах усовершенст-. вована кинстдуишя ваброизоляцаа кабин-экскаваторов <ík 20,уо и ЭШ 4Q.06C. Разработана пространственная ваброаэоляция ра¿очэго

места на экскаваторе ЭКГ-5А.

Экспериментально получены количественные характеристики дефективности ваброизешшдд следующих источников вибрации: компрессора на экскаваторах ЗГ-12, ЭКГ-20, Ш 20.90, насоса на экскаваторах ЭШ 2Ü.90, ЭГ-12А, .31-20, BÜ-75, преобразовательно!^ агрегата на экскаваторах.ЭИ 20.90.и'311 40.85, вентилятора на экскаваторе ЭКГ-5А /1,17,21,15,16',18,19,25/,' а также панелей в шкафах с тирис-торными прёобраз0аа:£елшя"экокаватора ЭКГ-20. В результате исследований проведена оптишзавдя конструкций систем ваброизоляции.

Автором исследована вдброактивность различных кодификаций механизмов подъема, напора, поворота на всех типах экскаваторов и получены достоверные данные для выбора механизмов с пониженной виброактйвноотыо.

Улучшения EX экскаваторов можно добиться путем: -пространственно! шброизоляция рабочего места на виброактивных машинах;

-применения механизмов с пониженной виброактивностыо: планетарных редукторов в механизме поворота экскаватора ЭКГ-5А;ко~ созубых зацеплений в обеих парах редуктора механизма подъема и ременной передача в механизме напора эксказатора ЭКГ-20; безре-дукторных механизмов вращения на шагающих экскаваторах; -виброязолявди и демпфирования источников вибрации; -применения локальных систем автоматического управления приводами, сникающих динамические нагрузки; улучшения профессиональной подготовки машинистов с использованием тренажеров; улучшения качества подготовки забоя.

В результате исследований вибрационных показателей разработаны методы определения Ш. (ОСТ и ГОСТ), установлена существенность влияния горизонтальных вибраций на условия работы машиниста,обоснован новый критерий - величина нормируемой интегральной оценки вибрации сиденья, установлена связь вибрации с долговечностью работы СЕ, получена база данных по вибрационным показателям оборудования и эффективности средств виброзащиты, позволяющая оптимизировать выбор схамншс решений при новом проектировании по минимуму вяброакусмчзского воздействия на человека.

4. ИСШЕДОВйШ Ш7М01ЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСКАВАТОРОВ

Шумовые показатзли включают в себя шумовые-характеристики (ЫХ.) я аумовые параметры отдельных источников шума. .

Теоретическую основу касладоятыН по шуму составляй-? труды Боголепова К.И., Забороэа Б.И., Иванова Н.М., Клвкияа П.Л., Ков-, ригина СЛ., Лагунова Л. Ф., Мунива А.Г., Нит&рЭЁЛ A.C., Ос то-

Рассадиной ¡¡.'J., Седова U.U., Тартаковсшх'о Б.Д., идина ¿.л., ¿естфаля Шл<5и n.j., Крегвра.Я., Лаиона л,, -к**дцшка Г., Детерсона Б., Цдаата П.," iloyua ¿.Д., Прайза А., лакла ш., LiBatmte Г. и др.

ii3E3CTau исследования кл. стройтально-дорошых кашш Иванова H.H., экскаваторов непрерывного действия Гуяовокого i.ß., карьерных экскаваторов Казакова В.А. Некоторые сведения до Lu экскаваторов представлены в грудах Заборова В.И., Ж-тотовского A.A. и др.

Ни в одном исследовании не рассматривалась роль структурной составляющей звука на шумовую картину экскаватора. Сопоставимые значения ЬА отечеств.;шшх л зарубежных экскаваторов отсутствуют. Нет в литературе данных о вкладе источников иума в шл экскаваторов.

1дуы на экскаваторах ¿аностоянлы*!, колосшщьля во времени, поэтому в качестве kv экскаваторов приняты эквивалентные (по энергии) уровни звука на рабочем касте машниста в в контрольной точке (к.т.) в окружающей срзде.

> Lu. определяется по специально разработанному о участием автора методу /¿6,4/. Впервые введено понятие прадставигельного значения кл и метод его определения /¿6/.

Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА, отечественных и зарубежных экскаваторов приведены в табл.4.1.

Таблица 4.1

Тан экскаватора В ка'бцае ß к.т. кузова В окрузаю-_._ила шигуорьл щеп среде

Jiil-OÄ Ш 77

ЗкГ-20 77 95 73

ЗУ 20 .'90 73 '»9 67

öiil 40.83 73 100 66

<11-12 77 IÜ4 71

ЗГ-12А 78 IÖI 73

dl-^O 74 93" 69

I000ÖK оЗ 94 79

79 95 dO

76 -

"¡.АЛ.иИ'^ОС,, 77 112 ,82

Pri-2300 ' 74 95 ' 70

^коабркмоытально получена уроьдд звукоаого давления в активных лолооох частот в кабанз, в к.т. кузова, в о*гру*жцрй среде и основных иш на экскаваторах ЭКГ-j... ЗКГ-iO, ЗМ 20.¿0, ЗУ 40.SS,

ЭГ-12, ЭГ-12А, ЭГ-20, Э113 100.100, РН 2300, ЮООСК, РН-75, "Марион" 20Ш и 204М. Исследовано влияние кавдого ИШ /27/ и элементов кабины /28/ на шум в кабине.

Вклад структурного звука в акустическое поле' кабины определяли методом "прозвучиваная", который отличается от метода, используемого Ивановым Н.И. На магнитофон записывали шум в кабине и вне ее при работе экскаватора. При поиощи. нескольких громкоговорителей, расположенных вне кабаны неработающего экскаватора, задавали звуковое поле,адекватное полю при работающей машине. Вклад структурной составляющей определяла как разность между шумом в кабине, измеренным при работающей и неработающей машине. Вклад структурной составляющей в общий, шум кабины составляет на экскаваторах ЭКГ-5А - 3-4 дБА, ЭГ-20 - 12-13 дБА, ЭШ 20.90 при работе ЫП - 3 дБА, ЭШ 40.85 при работе насосов шагания - 8 дЕА /I/. Из-за структурного шума, излучаемого кузовом, уровень звука в окружающей орэде экскаватора ЭГ-12А на б дЕА выше, чем у экскаватора ЭГ-20.

• Полученные ШХ. источников шума в октавных-и 1/3 октавных по-лооах частот на вовх экскаваторах, в том числе зарубежных, является исходной базой для выработки диагностических критериев при разработке информационного обеспечения по улучшению обслуживаемости экскаваторов.

При модернизации и ооздании новых карьерных экскаваторов автором предлагаются меры для снижения шума /17, 21, 15, 18, 38, 19/, а некоторые конкретные результаты этих мер приведены в табл. 4.2.

4.1. Энергетический метод расчета шума в кабина машиниста

Кабина машиниста расположена относительно источников шума на разных экскаваторах различно, поэтому могут преобладать источники прямого или структурного шума.

На примере экокаватора ЭКГ-5А, рассмотрим более сложный случай, когда надо учитывать прямой а структурный цум.

Существует инженерный метод расчета воздушного шума, проникающего в кабину экскаватора, предложенный Казаковым. В.А., Нуриевым Г.М. а Ивановым Н.И. Наши исследования экскаваторов /17,29/ показали, что доля структурного иума, излучаемого в кабину во время работы маанны,велика и должна учитываться при расчетах.

Таблица 4.2

Ш экскаватора

ЭЮ>20

Сншение цума экскаваторов

' ИсточМхПГ средство сйшашш шума

ЭКГ-5А

ЗКГ-20 ЯКГ-5А 3U~2Q.90" ЗЫ 40.85

Редуктор Ivilí о косозубш зацепле-низм: в I ступени

в I и II ступенях Ременная передача в Ш

_Гдуш!1тель_в_С0__________

Плане тарный редуктор.поворота

Соловой тиристорный привод Устранение отверстия в кабане ц уплотнение двери Вентиляторы на кровле кузова

Лвошюе остекление на левом боkobo;,; и лобовом стеклах

"ПЗнйжёнйё шума, ДНА

В кузове 6 В кузове 12 В окружающей среде 10

В кабине_4__

В кабине при реверсах 3-5 В кузове 4

В кабине 2-6 Структурного, В кабине 4

В кабине от Ш З-о

Изменение вентиляции электрических

•машин /За/ ...............

Дибронзоляция насосов шагания и их герметизация

Изменение вентиляции электрических

машин ¿36/_____________

Виброизоляция болтов крепления кабаны

Ре зиноме талличе ские трубопроводы

йг2аждеше_НГА____________

Панели "сэндвич"

Стекла "триплекс" вместо "сталинита"

_В_кабнна 6 _

В кабине 10

_В_кабине 6 Структурного, В кабине 2 В кузове 6 _В_К£Эове 10_ Структурного, Панелей до 8

Структурного, В кабине до 7

ЛКГ-20

Все экскаваторы

Исследования!..» автора /17/7 ^а^О/ доказано, что вибрационные и акустические поля конструкции и объемов мощных экскаваторов ь'ояно рассматривать как диффузные. В условиях диффузных полей целесообразно использовать энергетический подход для оценка реакции возбуждающихся систем и определении параметров вибрации и щупа.

Основополагающим принципом энергетического Подхода является выполнение закона сохранения энергии.в данной совокупности систем независимо от того, такое количество связей имеется кеж-ду оистемака. Уравнение баланса энергии записывается следующим образом /х ¡х

Чв^^внЕ^Иу^-^Е]). (4.1)

гдеЦ8к -энергия, поступающая в системы от внешних источников; ?1ви -коэ(Хицдент внутренних потерь 1-й системы; средние коэффициенты потерь вследствие связи; Е-^ -полный поток энергий из системы в систему; с»; -текущая угловая частота.

• Статистический энергетический иетод дает усредненные в заданных полосах частот оценка способности возбуждения, структурной пгродачя энергии и излучения для различных конструкций. Для расчета ожидаемой шукноотя необходимо знать величины входной энергии внешних источников, коэффициенты потерь и модальные плотности систем экскаватора,

Основше источники шума и распределение звуковых энергий представлены на ряс. 4.1. При составление уравнения баланса энергий приняты следующие допущения.

1. Энергия, пзредавааиая от источников вибраций экскаватора к кабане, распространяется по обшивке кабины равног:ерно.

2. Рассматривается только вклад изгибных волн в распространение энергии, т.к. влияние продольных и сдвиговых волн не существенно дал частот } =10 2/Ь. В настеы случае толщина материала

не превышает 0,021/., а в /29 / показано, что основной вклад отруктурно.1 составляющей в акустическое поле калины экскаватора ЗКГ-5А вызывается частота™ до октавы ЮООГц.

3. Суцесгвует слабая связь ¿«аду улругиги модами ограждения кабаны н акустический юдагл еа объема в виде выражения

: и>ь«Евп , (4.2)

л ¡Лунин А.Т., Ефзмив Б.Ы,, Кудасова Л.Я. и др. .Авиационная -акустика. В 2-х ч. 4.2. Йум в салонах пассажирских самолетов, /Иод ред. А.Т.Муняна.-К.: Маанноотроение. 1386.-284о.

Источники шума экскаватора Э107—5А

Рас. 4Л

где дсточшжи аума -вентиляторы; 1„г-цреобразоватздыш£

агрегат; ¿.^.-механдзг. подъем;-»ханши поворота; Кя -кондашонер; -ьлхбшзк напора; -¡..ехышзм передвижения; Ч,-ЗЕукоьая энзргпл, теряемая кузовом дра взаимодзпствии его ре-зокг.ноних г.од с "рззояа1ЮКЕ1-л"1.:ода'-.л ограждения; Щ^Ч/ -звуковая энергия, нервдавазиая из систем 3 и 4 "нерезонансншз" модами • а кабину;\гУ!|,-потерн звуковой энергии в ограждении и в кабине; ^'^(л.Чч -звуковая энергия , излучаемая ограждением в кабину,_в кузов и в охрунащук среду соотаетственно;Щл \у3

-звуковая знергия( воздушный шум) от кондиционерамеханизма "напора, механизма закрьчзытя днизд ковша, механизма перемещения л ку&ошкэс вентиляторов соответственно, передаваемая ¿.о воздуху ьпе кузога, Я,,ел,е9 -коэффициенты звукоизоляции соответствующих частей кабины.

где Цех -энергия, передаваемая в еддядцу времени через ограждения кабины от ьнеинзго источника ¡'^н -коэф&ицизнт потерь за счет поглощения на охлаждениях кабины; £вн -энергия внутреннего объема . кабины.

Из модели звуковых полей (рио.4.1) составляем уравнение ба-ланоа энергии дал кабаны по формуле (4.1), приняв, что

, , .etp.

где Wisx t¡ Wisx -энергия от прямого и структурного шума соответ-. стленно. '

Исследования шумовых характеристик экокаваторов /27 / показали, что некоторое источники излучения иума кали по величине, или по продолжительности воздействия,и их можно не учитывать при •. расче.тах, К таким источникам относятся механизм хода, головные блоки, структурный щум,излучаемый кузовом в окружающее пространство, механизм закрывания днища ковша, воздушный шум кузовных вентиляторов.

Поэтому энергиями W*,W¡,,VI¡s,W^,VAi можно пренебречь. Величины Wtt,W8,fWja учитываются при определении функции взаимодействия.

После некоторых преобразовании баланс энергии можно записать:

Ч«'=WM*W« + Wtt . ' (4.3)

Вклад прямого звука учтем на последней стадии расчета. Для однородного п -го участка прямоугольного ограждения кабины.согласно Мунину А.Г, и 36

, , - ¿T&CjSnqycocp,)?^ ,,г

щ - -—г—=--

1 f-lUiÍAÜl

где Su -площадь ti -го элемента ограждения, 9<j{Uq).) -внешняя нагрузка - средний модальный коэффициент потерь п -

го элемента на излучение и полный соответственно; pn, hn - плотность и толддна элемента;jj(cj) - функция взаимодействия г - й мода с внешним полок нагрузки,

Функция взаимодействия определяется согласно /**/. * I.D. Pope, D.C. Rcnni»on, C.M.WUU* and W.H.MoyES BevElopment and Validation of Preliminary anaitUcal models far aircraft interior naise"prediction-Mrnal of sound and vibrotlon(i9M)82l4), w-Ш. » » l.d.pope and 3.£.WUbi. Bond-limited power now into Enclosures. -OASA,тм, N4,octobtr 1977, p.906-911.

Величина визинеУ нагрузки upa некоторых допувриоях наедена автором в работе /30 / в виде аналитического выражения. Поело некоторых преобразовании и допущения, что нерезонансные моды гало влияют на дзлучеига, яолучш оуи;.араую энергию, излучаекуп во внутренний объок хабшш!

ц2=гТЕ—;г~ё---ц—..

где п„ -модальная плотность п -го элемента; - входной шл-педоно п - злзг.зпта; Шп - удельная масса элеьента; Sn -ило-зддь рассматриваемого элемента ограждения; Vnvv.n -коэсУпидент потерь на излучение; -полни;.! хсоэ^ниект лотзрь; ц. -количество эле1:онтов;<7>-усргднан,..ая лб полосе частот л ггз доверхно-стл Л.Г. |уакип взаимодействия fz[u) ?.оает быть

оценона

?De jn,M = l,(m)+-Г2(т)+Г3 (m)

I, (m) = (2jfm KoLtn)"1 С CL(K„Lm + mT) - Ci(rnJT- K0Lm)], I2(m} = (2K(,Ln,r' [Si (K'aL,n+ mTD-si (пйГ-^иЯ (4 5) x (m)= i [lM-ircos(KoU!]/[{m'jT)2-(K0Lrnf],eOTK0L™^m'ir • J [ 0, ecnuKjU^ml Здесь Lm - соотвотстэувдзЗ размер элемента ограэденяя; К0 -волновое чпело; Ci.Sl -щ/нкид:; интегрального косинуса и синуса.

КоэфТгздЕзитн паодвс нотзрь я потерь на излучение для конструкция огр<шенйя кабины определяли экспериментально. В ревзр-верашмаог. шглазняп на спзидяльно разрабогаяьоп стенде- /31 / азсткс заьрзтаяла лоаяэдувкув панель л нозбуздали белшл юут&ы нрд лопо-.чд ы:братора.

Уравнение баланса знзрпи га mi вид

V^w = Wai + W4»+ Wa3 + Wa/, ,

гДвЧи.Цг -энзргаа, воглощаепая в Iti2- полупространствах ровор-бзрацпонлогэ ш озршм; W43,Wm -энергия, теряемая в панели и заделке аз-з., лкутрзннлх потерь я ..-следствие излучения в реверба-озцпоияое гга;.зрение. Согласно PopeL.il. н Wllby З.Е.

ctc<PZ>S НгЧ2= ; с„ . где S - ii'K.rr.vy. г:ов;рхностд {огжядеяая.

Эпзргсд Wa} ;?й:сэдг.тоя согласно / к / поодз подстановки величиН;- знутрзмззго ооноегмиззння нанзли Wi3^SaM?B„ w ,

н АЛ. Pric? and M.lCrockc-r. Sound Transmission through Double Panels Using staltsticai ¿nergy Analysis. - vol.47 №3(Part 1). March 1970р.Ш-693

где Sa - спектральная плотность вдброу с коре ния, усредненная по поверхности панелями - коэффициент внутренних потерь.

Энергия является постоянной величиной стенда и

определяется экспериментально во веек частотно« диапазоне и вводится в конечные результаты s виде поправки.

Подводимую к панели энергию можно определять двумя путями:

WePx = So Mft/w ■ FV COS?.

где fr-iM+Wn ~ коэффициент полного сопротивления панели; F и V -оила и скорость колебаний панели соответственно; cosy определяется из нормированной функции корреляции между силой и скоростью.

После преобразования получим:, otnS<Pa> .

•Z™. ~ 2ро CoFVCOSy

Это ооотноаение экспериментально определено дая.воех

элементов ограждения кабины экскаваторов и некоторых новых для экскяваторостроения конструктивных элементов (табл.4.3). Рекомендуется для ограждения кабин использовать материал типа сэндвич и триплекс.

Таблица 4.3 Отношение Юlg,Н.И'А" элементов кабины Наименование Октавные полосы частот, Гц

материала 125 250 500 1000 2000

I 2 3 4 5 6

Сталь, 1ш -. -26 -20 -21 -21

Сталь, 2мм - -29 -13 -20 -24

Сталь, 2мм о

ребрами -18 -16 -10 -13

Сталь,2т о ' *

ребрами а

демпфир. - - -20 -20 -14 -23

Ст&ль, 3мм - -19 -16 -16

Сталь,Сум -36 -28 -26 -17 -II

Сталь, Юкм -30 -26 -18 -24 -28

2- .слоинкй

оэндзач.ббмл -33 -30 -27 -

Сарл.лое ог-

рэжд.ка бйны - -¿г) -23 -18 -20

Продолжение табл. 4.3

I 2 3 4 5 6

Сталинит, 6мл _ -29 -17 -12 -8

Триплекс , -37 -25 -18 -16 -17

Фанера, 6мм -28 -20 -16 -17 -14

Рдфяенка -31 -22 -18 -15

Авторов ирадяочи^кспврд! ентаяьш-1 метод определения внэпней нагрузка, ¡зоздепстнуюцен на каблну, й'броцрзобразо-вагели устанавливали у лоточника рябрагвк и на 'основания кабины. Одновременная запись сигнала в двух точках и )беаботка с пог'осдао анализ агора 2034 позволила, ирчгенял быстрое преобразование Фурье, получить сгак-гпгльиу» плотность $ХХ(Я , как Оурье - образ коррэ,лдкао!кхи 'Т-унпуш СххСО / л /

5хх(»Ло,х(Т)е-1иТаТ,

Гдв схх ст> = ^УхШ-мпш.

Аналогично ¿ычисл.'птся вяаю чая стктрзл^ная плотность Т) , где >'{[) -реализация входного воздействия источника вибрации, рэашш конструкции т .входное воздэйстлае.

Дчя жие;;ноЛ скотз! ы спектральные характеристика ^ жестко связаны иерздаточяол ^уякпией, годуль которой определяется из зцр&геяля

1НШ!=1

Предноягаиая »¿годика диет возможность определить иа работаю-■иег.- экскашторз вгапд кдддого источника по зшивда нагрузку, а »поле оптирования получать оеличчнуФ^(ц>).

На отдельно последуоной кабане, прикладывая вибратор о дчтч идаи силы к месту крзилэнлл кабины к корпусу экскаватора л задавал азп.рзякно ¡и дзыстгую-цег. экскаваторе вибрации,-получили с ¡ю-'Э'ьэ передаточных функций виброскорости отдельных кг>нсг,руптгшн1зс элементов каблш( рис.4.2 ).

легэд'^'пя энергия в за.жйутом обьеке кабины по Мунину

(4,6)

* Бзядат ¿и., айрол Л. Нрикчаднол лнагаз случайных дананх: Г/ер. с и игл.- Ч»: Кио, 2Эо9,- 540с.

Методика определения внешней, нагрузки и структурного шума ■

Рис.4.2

1- точка измерения и приложения вибраций х- точка из;..ера ния шбрац.ш

— пигп

где 5 - срздшы коэКивдент поглощения, - площадь поверхности внутрзлпзго объема кабины; £0 -плотность воздуха; С0 - скорость звука в воздухе; < Р> - усредненное по объему звуковое давление в полосе д<о.

Потери энергия л ограждениях кабины согласно Неск1 К

Ч,»ы|м„<У>^,И| (4.7)

где М„ - пасса отдельных элементов кабш-ш; V - средняя по элементу виброскорость.

Для случая, когда кдбгоокорооть элбынтой к.чбниы определяется экспериментально, входную эюрглю ъчхшо записать;'

\^хр = о)1:мп<у>;. ' (4.8)

Пм

Поело подстановки зз (4.3) ьг,рц"сеши (4.4), (4,6), (4.7) ц (4,8) рзизипк п некоторых пр.!образована?, получили величину'звукового даялзшш пиутцл кабина, усредненную по объему и полосе застои", от юзлС],отрйя структурного звука

Г д. _ ^г^у^пп, ;мл.п £.Л

а 5ка5 • '

Точность расчета структурной ооотааядшОД звука для кабины экскаватора ЭКГ-5& з окгавшх полосах частот 125, 250, 500 я 1000Гц аш.оняится от1 до ЗдБ.

Энзрлю от прл!.ого звука югдао записать б виде урод— но;; звукового давяешш (УЗД) б кабане;

где 1-р'| - октавачЛ уровень звуковой мое-нооти, создаваемый I -им яотопндкок з кузове источлпкл прямого шума;

П( - вжа прямого ыуга. кузова;К,,К»,К» - :;йэф'_'-:шиенты зру-коизоляши ооотвтсйзузз'дхгс частей кабины; «¿8 -коэффициент звукопоглощения воздуховода коядашовзрг.

Суг,...арные УЗД л кабане от ярякого я структурного звука

й,«. =Гк«.+ гоц^52- . гЗг Р„ = 2-105 Па,

Так как но^шровиняе аука па рабочем месте машиниста

пророчится в ли .;е эквивалентного (по энергии) уровня звука, то о.юдптся коррекция по частоте й временя действия пума для каждого источника по п.;рзстны.; 1шра*?енияк.

л результате яослудорянл!: пумовпх показателе* зкекаьато-

ров предложены методы определения Ж, (ОСТ и ГОСТ),-обнаружено новое явление - существенность влияния структурной составляющей шума на комфортность работы машиниста и предложен экспериментально-аналитический метод расчета шума в кабинах экскаваторов, создан банк, данных по liiX отечественных и зарубежных экскаваторов, а также по шумовым параметрам источников шума, предложены средства снижения шума и определены численные значения эффективности этих мер.

Шум в кабине самого шумного экскаватора ЭКГ-5А в результате реализованных автором мер снижен с S5 до 80 дБА, а на экскаваторе ЭКГ-5В до 70 дЕА.

5. Модель кабины по шкроклшату

Исследования микроклимата основывагагоя на трудах Афанасьева Р.Ф., Богословского В.Н., Зворыкина M Д., Карепова В.А., Каспа-ровв A.A., Кожемякина A.A., Мухина O.A., Руденко Р.Н., Хайнац-, кого Г.Ф., Черкеза В.М., Банхиди Л., Бернаха Р.Я., Фангера П.О. и др.

. Предыдущие исследования на учитывали особенности работы мощных экскаваторов:

" при перемещении экскаватора изменяется величина интенсивности оолнэчной радиации;

показатели комфортности в кабине экокаватара должны быть более высокие, чем нормы строительной теплотехники, из-за уникальности машин я тяжелых внешних условий их работы;

оредотва улучшения микроклимата'должны иметь запасы по теплу и холоду.

Экскаватор при работе совершает повороты, что изменяет положение кабины относительно солнца и продолжительность воздействия инсоляции в зависимости от технологических особенностей разработки месторождения. По нашим оценкам влияние этого фактора на комфортность машиниста по микроклимату достигает 20%,

В результате исследований автора и Груздевой H.H. /1,32/ обобщены нормативные и литературные данные. Предлагается в качестве показателей комфортных условий в кабине принять следующие: температура воздуха в кабаке, °С, зимой - 20, летом 24; относительная влажность воздуха, %, зимой не менее 40, летом не более 75; скорость движения воздуха, и/а, зимой - 0,3-0,4, летом 0,30,5; вертикальный и горизонтальный перепад температур, °С, не более 4; избыточное давление в кабине, Па, не менее - 5; разность ыезду температурой воздуха в кабине и температурой внутренних по-

вэрхностеГ., °С, ио более - А; допустимая температуря подаваемого в кабину воздуха, °С зпчоЗ прл подало б шзпрзвлеяп; окон, по более - 60, прр поярче в шяраг л сипи лог но болео - 50, летом, не менее - 15; допустимая текпекэтгрз нагрева внутренних огрокдонпй но высоте более 0,5 и, °С,35; цопустпшП перепад температур наружного и внутреннего воздуха при ковдгцяояпрованаи°С - 8; физическая тяжесть работе кагюяпста, категория- Пэ, Ш; коэффициент теплосопро-тивления одездп мапхнкста, пе более - летом 0,6КЛ0, зимой 0, ЭКЮ; индекс РГ-.ТУ по КС0 7730-84 +0,5.

Особенностью работ» экскаватора в карьерах к. разрезах явлпкхг-сл частые отключеипя электрического пптанкя, что сгпззпо о прока рением взрпг-шпе работ, переключением кобелек п пр. Лвторсм экспериментально получено /21/, что х-рекя прогрева кабгп серг."нпх пксклео-тороз ПО "Урзлмзп" до уотокоге^ясЛся температур:! составляет 4-5 часов. Для ускорения прогрора каблш приникаем коэй&гпгоп? запаса по теплу рзвнш 1,5. Аналогичный зато по холоду равен 1,2. Наши опенки прпнкг.'аемнх запасов теплопкогзводогедьностп огопптедей кабг.и за-Р'.'бек!кк строк?елмю~дого"-:,шх маскн /I/ дали такие результаты: бульдозер KamatSU - 2,2 раза, экскаватор Kato -1,2 раза, самосвал Manirus-Г, 7 раза.

Создание оптимального микроклимата в кабине мзпяняста возможно при вгаолнеяиа следувлкх кготерсев:

.для зкмп I,5Gpttnax?QC0?Qpi 60/о> У? 40;t

длл лета I,2'Qp2max?Q¡í?Qp2 75^2 'f? 40$,

где Qco - подаваемое тепло от отопи?»ля; Qp,max ; йргтах - расчетные максипалт-'ннз теялопотерг к. юплопосгуплипкл соответственно; Gp« ; Gps - рзоистяно теплопогевп г» тсплоясступлоящ для разлечиш: температур пярул.яего воздуха соответственно; Q« - количество холода, по-дпваокого в кабину.

Существующие «сточгкп теплотехнического расчета помещений не учитнвают особенности рабогн экскаваторов, пе содерчеат методик выбора средств улучшения ппкрокляиата и не достаточно корректно проводят оценку комфортности состояния человека в кабине.

Задаемся, что кабиш состоит из i -го количества слоев ограхде-шг: любого штеркапэ, и то?- числе л многослойных огрзкдений из стоила. Угол наклона стекол ясопзгольпиЯ. "srsixf слоями могут бить воздуш-ннз прослойки. Направление ос:: полет бить любым относительно поло менял солнга.

Лля как,л,ого огвзядзчия яч вежпену янтопспвпостя солнечной ра-чгпmr.i:v>v)"'> сполнее значение яря допущении, что в каждом полотен.-,; этокачатор язлояулея определенное для данной технология отра-

ботки забоя время при поворотах на заданный угол от шбрзиного направления. | ■ Расчет теплопоступленяй и теплопотерь /1,33/ в кабяну проводили согласно алгоритмам, составленным для теплового \рис. 5.1) и холодного времени года. Составлены алгоритмы для выбора отопитоля и определения комфортности состояния машиниста. Задача решается на ПЭВМ в режиме диалога:

От количества подаваемого воздуха, его температури, скорости и направления подачи внутри кабины зависит выполнение условий комфортности.

Выработку критериев проводили путем исследований на двух макетах кабин экскаваторов «зГ-12 и унифицированной кабины, выполненных в масштабе 1:1, и на кабинах акскашторов ЭКГ-5А, ЭНГ-20, ЭГ-12А, ЭШ 20.96, ЕН-75, Ш-2300.

Во время опытов изменяли количество, скорость, направление подачи воздуха и тип выходных решеток. 2а критерий допустимой скорости подачи воздуха в кабину принято такое значение, при котором скорости около машиниста не превышают норм.

В результате исследований на макетах получены следующие рекомендации:

в кабинах о отрицательным углом наклона лобового стекла скорость движения теплого воздуха при. подаче его сверху в сторону окна не должна правшать 8 м/с, а при подаче снизу - 3 м/с;

при подаче теплого воздуха в виде стелющейся по полу струи максимальная скорость воздуха не должна превышать 0,6 м/с;

об^ем подаваемого холодного воздуха через перфорированный потолок при суммарной площади выходных отверстий 0,038 м и высоте мекду панелью и потолком 0,2 м не должен превышать 350 м3/ч.

Для устранения озоновых дыр в атмосфера земли сокращается выпуск хладонэ, основного носителя в кондиционерах. Автором на экскаваторах ЭКГ-5А и ЭГ-12 установлены системы охлаждения воздуха, работающие на.осноЕв аффекта Пельзье. Исследования показали, что термобатареи 041.! эффективно работают при относительной влажности до 40л и температуре воздуха 37-39°С. При относительной влажности 80!? и температуре наружного воздуха 25°0 получено снижение гемператури в кабине экскаватора ЭКГ-5А с 30°С до 2?РС,

Задача создания оптимального микроклгмата в кабине экскаватора из-за наличия большого количества критериев i/.ожег быть эффективно реизко с применением ыпкроЭЕМ. Автором разработан« злгортлт решонук задачи.

С целью повтавзяпя чистоты подаваемого б кабану создуха автором

Pao. 5.1

предложена конструкция самоочищающегося фильтра /34/. Фильтр установлен на экскаваторе ЭКГ-8И комбината "Ураласбест". Наше устройство /35/ уменьшает запыленность в кузове шагающих экскаваторов.

Основываясь на работах Фангера /к/, находим обобщенный показатель комфортности по микроклимату ШУ. В аналитическое выражение подставляются измеренные по отдельны!.: методика!.; величины тендера тури воздуха в кабине', влажности, скорости движения воздуха, радиационной температуры, а такяе количество тепла, выделяемое машинисток, д теплоизоляцию одежды. Автором предложена упрощенная методика определения комфортности пут/, опроса машинистов /5,6/.

Адекватность модели кабины по микроклимату проверялась экспериментально для каждой составной ее части.

Тепловой расчет кабины в основном определяется средним -коэффициентом теплопередача. Расчетное значение коэффициента теплопередачи для кабины ЭКГ-5А составляет 2,41 Вт/и2 °К, а экспериментально определенный - 2,75 Вт/к2 °К. Те ке величины для кабины ЭШ 20.30 равны 1,88 и 2,12 Вт/м2 соответственно. Расчет занижает коэффициент на 12$. Для повышения точности модели величину коэффициента теплопередачи можно брать из экспериментальных данных.

Экспериментальная проверка точности расчета теплопроизводитель-ности источников улучшения макроклимата показала, что до теплу она составляет 15$. Получена удовлетворительная сходимость результатов определения щжтерия РшУ расчетным путем и методом опроса.

На основе установленной зависимости работы машиниста от величины интеноивностд солнечной радиация разработана математическая модель кабины по микроклимату, предложены показателя комфортности условий в кабине, усовершенствована методика тепло гехоческого расчета кабин, предложены оредетва улучшения микроклимата, в алгоритмы их работы.

Оценку комфортности кабины по микроклимату предлагается проводить по интегральному показателю ШУ. Предложенную модель использовали при проактированда кабин экскаваторов ЭГ-10 и ЭГ-15 и модернизации кабины экскаватора ЭКГ-5А.

ЗАЬЛШЗНИВ

Йзлоаенаке результаты исследований научного обоснования технических и технологачеоках решений позволили автору решать крупную научную проблему, ашзду» важное народнохозяйственное и социальное

*£анхяда Л. Тадловой микроклимат помещений: Расчет комфортных параметров по теплооадщениям человека:' Пер. с венг . В.Ы.Беляева; Под ред. В.И.Прохорова и А.Л.Наумова. М.: Стройпздат, 1981. - 248 с.

значение, заметающуюся в систематизации взаимосвязей системы Ч9С ,

установлении связи свойств управляемости, обитаемости, обслуживаемости и освапваегюотя с уровнем качества окскзю торов, установлении связи комфортности работы машиниста с пространственным характером вибраций сиденья, со структурной составляющей шука и с величиной интенспЕностп солнечной радгащш при подвнкности экскаватора, установлении связи освещенности рабочих пространств с расположением слотов!): приборов и менявшейся конфигурации забоя, устанопле-шш связп егбрац."ошшх параметров механизмов и машин с работой гх отдельных элементов,

Осногкиз ваучнио и практические результаты заключаются з следующем :

1. Яолучепн характерно! тш взаимосвязей структура эргоиогтчес-и л л показателей скотами Ч таюгочТячякз для данных окскаеа торов, яозголквпко трансформировать структурную схему в систему ЧЕС, и предложена ксицвптуо дыш коаеяь такой системы.

2. Уомкорледа связь скойсяв управляемости, обитаемости, обслуживаемости и освапваелости экскаваторов с уровнем их качества, заключающаяся л пнборе эргономических показателей, создании методов их определения и внработки критериев эргономической оценки экскаваторов, при этом улучшена теория эргономической квалиметрил эскавзторов,

3. Разработана теория информационного обеспечения управления экскаватором, включающая аналитическое описание характеристик освещенности рабочих пространств с учетом изменения конфигурации забоя,(обоснование новнх критериев по нормам освещенности \норма увеличена с 10 до 75 лк;, введение нового интегрального показателя - освещенность зонн объекта различения в плоскости перпендикулярной линии взгляда машиниста, с помощью методов компьютерной графики предложена оценка обзорности с рабочего места машиниста, разработан ряд мзгнигоупругпх преобразователей момента, которые мояно использовать для снижения динамических нагрузок и для информации о нагруженпссти основных механизмов. Модели освещенности и обзорности выполнены с помощью ЗВМ, Б результате работы оптимизированы конструкции кабин, рабочих мест оператора я систем освещения.

4. С учетом всех эргономических требований ешолнэнн эргоди-зайнерскве разработки макетов унифицированной кабины гидравлических экскаваторов в масштабе 1:1, модернизированной клбмш экскаватора ЭКГ-5А в масштабе 1:6 р рабочих мест оператора к ним; разработан ряд ТЗ на кабинн и комплектующие к ним.

5. й:г.псрпмептзльно установлено, что вибрации элементе'? кпбк-

ни имеют пространственный характер. Обнаружено новое явление -существенность влияния горизонтальных вибраций на условия работы машиниста. На всех экскаваторах определена роль отдельных элементов кабины на распространение вибрации а преобладающие частоты. Расчет виброизоляции и собственных форы колебаний при 3- .мерном вяброполе проводится на ПЭВМ с помощью прикладных программ "ВИЗА". Установлена связь вибрационных параметров механизмов и машин с работой их отдельных элементов. В результате заложены основы вибродиагностики экскаваторов путем мониторинга оборудования и использования базы данных с помощью компьютерной технологии для технического обслуживания по состоянию.

Установлено, что вибрации уменьшают срок службы световых приборов.

Предложены различные способы сншиния вибрации и экспериментально определены их эффективности. Введен новый критерий оценки вибрации на рабочем месте - корректированное значение виброускорения 0,54 м/с .

'6. Экспериментально установлено новое явление - существенность' влияния структурной составляющей шума на общий шум в кабине машиниста. Предложен статистический энергетический катод расчета шуга в кабане, учитывающий структурный и прямой шум. Составлена модель звуковых полей и экспериментально определен вклад кавдого источника в шум кабины, в результате чего упрощено уравнение баланса энергий. В отличиз от существующих методов расчета (Л.Поуп, И.Вал-би, А.Г.Ыунин) величину внешней нагрузки предлагается определять экспериментально или аналитически, а коэффициенты потерь - экспериментально.

Получена база данных по Ш. экскаваторов и отдельных механизмов. Предложены средства уменьшения тука. Проведены конструктивные изменения кабин, маот а способов установки шумного оборудования.

7. Установлена связь комфортности работы машиниста по показателю микроклимата с изменением величины интенсивности солнечной радиации при перемещении экскаватора. С учетом этого разработана математическая модель кабины по микроклимату, включающая усовершенствованный метод теплотехнического расчета кабин,, показателя

комфортности условий работы в кабине, выбор средств улучшения микроклимата, алгоритмы цх работы а интегральную оценку комфортности кабин. Модаль реализована т 1ЮШ и применяется при прозк-?ировз!шп к кода рнизаши; кабин экс на па торов.

8. Разработаны «моды эргономических испытаний карьерных,

иагаювдх л гидравлических экскаваторов, шторш учитывают специфику работы машш а карьерах. Часть методов утверждена в воде трех стандартов, используемых заводами изготовителями.

9. Практическая деятельность автора отражена в слэдуюпщх проектах экскаваторов производственной программа ПО "Уралмаы"

ЭКГ-20 - самый мощный отечественный карьерный экскаватор с тиристоршм. приводом и возможностью установки магкитоупругих датчиков 2 системах управления и лкфоркашш, а также эргономически проработанной кабиной (улучши обзор забоя и СОИ, применена ноЕан система управления, вибропзолпроватшй пост управления, система обогрева яабат о гдушгвлзм иука и др.). Изготовлено 20 машин;

ЭКГ-5Л - сорцйный карьерный экскаватор с изменениями в конструкции, позволившими снизить шум с 95 до 80 дБА, с новым ¡[рослом, кондиционером, (изготовлено 2000 пзвпн). Модернизированная Кабина в Карагайохом руднике комбината "Магнезит" увеличивает производительность экскаватора на 11$. Модернизировано В экскаваторов; разработано техническое задание на модернизацию кабина;

ЭКГ-5.2В - карьерный экскаватор-с активным зубьями ковша и средствами сишхеняя пума, что снизило шум до 70 дБА. Изготовлено 2 машины;

ЭНГ-Ш - серийный экскаватор производства ПО "Ижорский завод'', на котором установлен самоочищающийся фильтр для подачи воздуха в кабину (комбинат "Ураласбасг" - I машина);

ЭЫ 20.90 - серийный шагающий экскаватор с улучшенной системой освещения рабочей зоны. Изготовлено 35 машин; принята к внедрению вибронзоляцкя кабины;

ЭГ-12, ЭГ-12А, ЭГ-20 - головные образцы самых мощных в СССР гидравлических экскаваторов с конструкциями кабин, отвечающими требованиям эргономики;

ЭГ-Ю, ЭГ-15, ЭГ0-8, ЭГО-4 - проекты гидравлических экскаваторов с новой кабиной (самоочищающийся фильтры, материал ограждения типа "Сэндвич", оптимальные зоны обзора).

10. предложены пути совершенствования технологии изготовления элементов экскаваторов ( ограздения кабины и кузога, самоочищающийся фильтр, очистка канатов, система охлаждения электрических машин, установки порошкового подаротушения и др.).

11. Экономический эффект от выполнения программы по созданию ряда унифицированных кабин составляет 394,'л тыс.рублей. Экономический эффект от применения экскаватора ЭКГ-5А с модернизированной

касшой составляет 45,5 тыс.рублей на I экскаватор. Годовой экономический эффзкт от внедрения системы охлаждения воздуха в кабине ыашпшюта в комбинате "Ураласбаот" составляет III тнс.рублей. Все расчеты проведем по ценам до I апреля 1991 г.

'Основные результаты диссертации изложены в следукядих работах:

1. Головин B.C. Эргономика горнорудного оборудования.- U.: Недра, lb at). - 1вЗо.

2. особенности проектирования больших эргатических систем горного оборудования /В.С.Головин // Тяжелое машиностроение.-

- 1991.- Л т.- G. 10-11.

3. Головин B.C. Эргономические показатели мощных экскаваторов: Обзор,-Ы.: Шй'МШтяаьшш, Iad7.-36с. (Горное оборудование. Сэр. 2; 7).

4. ГОСТ 12.2.130-Э1.ССБ1. Экскаваторы одноковшовые. Обида требования безопасности и эргономики рабочего места машиниста и методы их контроля.

й. Головни B.C., Головин З.П., Кочнева O.h. К методике эрго-яошчэскои оценки экскаваторов /шЫтя&кащ 1Ю"Урая1.аш".- Свердловск, 1УЮ.- Iöo. -Леи. в ШйИТдПтяхмап 19У0г., & 561-Twl SO.

6. Разработка мзгодики эргономической оценка экскаваторов: Отчет о ШР /Научно-исследовательский конструкгорою-технолога-ческип институт тяжелого машиностроения (Шитяжмаш): руков. B.C. Головин .- Мш&> работ 547-Й9, & ГР 01890012073. ши, 02.90 047234.--Свердловск, 1W39 -ьОс.

7. Исследование и разработка унифицированной каоины карьерою экскаваторов с улучшзвныыа эргономачеокш характеристикам: Отчет о diffi /Научно-исследовательскаи конструкторско-техкологичес-киа институт тяжелого машиностроения (НйИтякмащ): руков.B.C.Головин.

- Ыифр работы 529-80, № ГР 80011768; анв. & 02.ВЗ 00I8IÖ2.-Свердловск. - 1982. -71с.

й. 11ро1шшлеш1ые испытания по определению энергетических.показателей экскаватора 3KT-2Ü //Разработка и внедрение быстродействующих электроприводов в горной промышленности: Сб.науч. тр. Свердловского горного института. -Свердловск, 1984.Соавторы Бессонов И.В., Розенцваиг A.B.

9. Установка порошкового похаротуиения. /В.С.Головин, Я.Н. Груздева, Д.^.Дузь.- Заявка Иг 4911046 /12 (0I472I); Приоритет Io.02.yl; Положительное'реиениз от 27.09.91.

10. Расчет освещенности забоя мощных экскаваторов на ЭШ // Светотехника.- I9ü7. -Л д.- C.I9-2I. Соавторы Гордеев S.A., Зимина ii .А.

Л1. Кавун u.U., Тернов С.А., Головин B.C., Бабаева С.А. Пост-' роение круговой обзорности из кабины экскаватора о помощью дМ/ ¡Шяяхшл Ш "Уралкаш". -Свердловск, I9ba.-8ci - Деп. в'ШМШ-тяюаш I6.01.yU, }, 538-Ты-ьО.

12. Головин B.C., Скрг.пова Н.М. Методики регистрации и обработки результатов измерений вибрационных параметров экскаваторов /НШтяямаш ПО "Уралмаш". - Свердловск, 1985. - 15 с. - Деп. в ЩШТШтяжшш 28.04.8S, }} I644TM. • <

13. ОСТ 108.072.03-84. ССБГ. Вибрацконные характеристики одноковшовых экскаваторов. Нормы и методы контроля .-Л., 1984.

14. Головин B.C., Кононенко A.B. Стандарты безопасности труда по шуму и вибрации//- Безопасность труда в .промышленности. -.1981. № 6.- 0.53-54.

15. Инструментальные испытания и исследования шагающего экскаватора fö I 311 40.85 в ПО "Востсибуголь": Отчет о НИР /Научно-исследовательский конструкторско-технологический институт тяжелого машиностроения \НИИгяжыаш): рукоз. В.С.Головин. - Шифр работы • 506-79, В ГР 01830016625; инв. й 02830028636. - Свердловск, -1982. - 93 с.

16. Головки B.C., фурсов С.Н. Сравнение расчетных и экспериментальных методов определения параметров пространственной вмбро-задиты ,j Тезисы всесоюзной конференции по вибрационной технике. Телави. - 1984. - С. 221.

17. Исследование эргономических характеристик серийных экскаваторов: Отчет о НИР /Научно-исследовательский нонструкторско-тех-нологический институт тяжелого машиностроения ^НШтянмашл руков. В.С.Голоеин. - Шфр работы 531-83, 1Ь ГР 0183000484. Инв. 02.86 027384. - Свердловск. - 1983-85. - в 4-х кн. - 518 с.

18. Эргономические исследования экскаватора ЭГ-12; Отчет о НИР /Научно-исследовательский конструкторско-технологическиГт институт тяжелого машиностроения'\НИИтягшаш/: руков. В.С.Голоеин. - Шифр работы 501-3-78, !h ГР 78013634. - Свердловск, - 1979. - 46 с.

19. Испытания и экспериментальные исследования головного образца гидравлического экскаватора ЭГ-12А: Отчет о НИР /Научно-исследовательский конструкгорско-технологическяй институт тяжелого ' машиностроения \.НК:тягиаш;: руков. В.С.Головин. - Шифр работы 514-83, .'.5 ГР 01839000480; инв. 15 02870052355. -Свердловск. - 1987.- 97 с,

20. A.c. 783517 М.Кл.3, Г16Г 13/02. Вкбропзолпронаиная площадка /А.В.Рудаченко, Ю.Г.Падукоь, Н.В.Махапог., В.П.Мгжеев, В.С.Головин,

A.В.Толкачев, - Опубл. 30.11.80. Бш. JS 44-2с.

21. Улучшение эргономических характеристик машин и оборудования ПО Tpriwam": Отчет о НИР /Ноучно-кослсдовательский конструкторско-техяологкчесягяпстптут т'г-гслого ?'зп!;ноогроенпя кИЖ'тяялпш/: руков

B.С,Головин. - U3'4p работ»: 546-66, К' ГР .01860033502. Пик. 02.8.9С 033Л32.- Сгордлонск. - 1987-83. - в 2-х кн. - 305 с.

22. Головин B.C., Скрдпова H.lto. йибродиагностика оборудовгшия ыощных экскаваторов // Тезисы докладов Ы Всееоазнои научно-технн-ческоп конференции.- Ашиш Новгород,-ГЭа1.- СЛУ2.

23. кагнцтоуиругие язиэратели крутящего ыэ^ента на валах механизмов экскаваторов //Известия ВУЗов. Горный журнал,-197У -jf- 11, G.106-110. Соавторы Девинтоа С.Д., Цямбратов Г.Я,

24. Головин B.C., Ыугалов ».¡vi. Исследование эффективности виброизоляций сидении на вибростенде ШДС-400.-М.: /ШиТЭИгямшш, 1У88. -fie. (Горное оборудование). Сер.2; Вш.В,

25. Головин B.C., Зотов В.А. О еншезшш уровнен вибрации в кабине управления и на платформе экскаватора ЗГ-I?. //Тсзиоы докладов Второго Всесоюзного научно-технического сэшнара.-Свердловск.-Т978.

- С.Bd.

ОСТ 24.00fi.T3-Ö4. CUbT. Liy^oBue характеристики одноковшовых экскаваторов. Лояуст;п.ше значения и ¡..етода контроля.- м.,1у64.

- 17с.

27. Головин и.о., Каик C.<i>. Щукоше характеристика одноковшовых экскаваторов 1Ю"Уралглаш" /Ши1тя.й.лш Н0"Урал1>аи".-Свзрдаовск, Iööfi.- 22с. -Jíen. в 1 ШиТШтялиаа 15.08.86, й Т646Ш.

28. Головин Л.п., Ълик С.о. Исследования вдброакустяческого поля кабины экскаватора ЭКГ-5А /ШИтяяыаы ПО "Уралмаш" -Свердловск, TSBB. - Юс.-Jíen. в ПШШТаИтяжад 26.12.87, 5-т 88.

29. Головин B.C., üuiK С.«. К вопросу о вкладе структурной составляющей в акустическом ноле кабшш экскаваторов /ШшЪШлАШ Ш "Урадь,au".-Свердлове к, ТУ87,- 5с. - Леи. в 1иШТ0Итяймаы. ТТ.Т2.87, В 208ВШ.

30. Головин B.C., £пик fi.tf. Энергетический подход к оценке структурного шука, црошкащего в кабину экскаватора, /НШтяяалаы, iTü "Уралкащ". - Свердловск, Т990г. - ТОс. - Язп. в. ПШй'ЙИтяжкаш 90. JS üBT-m 90.

31. Способ исследования потерь энаргии при колебаниях образцов листовых материалов / Н.О.Головин,. С.Ф.&шк.-Заяака й 4674954; Приоритет 0o.U4.8d; Положительное реиеиие от 28.02.91.

32. Головин B.C., Груздева H.H. Нормализация воздушной ерзды в кабане экскаватора /ВДнтяяеьхш ПО "Уралмш". -Свердловск, 1У86.

- 15с. Дед. а (ШЖШтяшаа 18.09.86, Jé Г763Ш.

33. исобенности теилоиого расчета кабин /Н«0.Головин, H.a. Груздева //Расчеты и исследования обогатительного оборудования. Сб. научн.тр. Hiii'LiiíbTiíiALla. Иод рзд. Ю.А.Муизешека.- М., 1985,-С. 145-iü¿.

4ö"

34. Фильтрующий злекенг. Едалин В.Н., Изшденов Ю.А., Кашеч-кйя П., Богданов В.А., Голован B.C. Заявка JE 4337032/26 от I.I2.87. Положительное ранение от 24.11.88.

35. A.c. I4I8245, В66В 7/12, Устройство для очистки стальных канатов /В.С.Головин и С.Н.Фурсов. - Опубл. 23.08.88. Вол. № 31. -2 с.

36. A.c. I40III9, В 02Г 9/08. Кузов экскаватора /B.C.Голован и Н.Н.Груздева. - Опубл. 07.06.88. Бкш. 'JS 21.

37. Головин B.C. О возможности формализации концептуальной модела зргатичеоких систем методами теории технических систем (НИИтяжмаш ПО "Уралмаш". - Овердаовок, I99Q, - 7 с. - Деп. в ЦНИИТЭИтяжшш 20.11.90 № 697 ТМ-90.

38. Звукоизоляционная панель транспортного средства. /В.С.Головин, С.Ф.Блик. - Заявка Jt 4767536/П (148667); Приоритет 12.12.89; Положительное решение от 27.06.90.

39. Головин B.C. Учет эргономических факторов при разработке тренажеров для машинистов экскаваторов/Тезисы докладов XX.III областной научно-технической конференции .-Пермь. - 1989. - С .14.

•40. Способ воостановления реологические свойств огнегасящего порошка. Головин B.C., Дуаь Л.В., С|фшова Н.М. Заявка № 4941737/ 32 от 03.06.91. Положительное решение от 04.01.92.

".....'¿нШ Щ