автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Улучшение условий и охраны труда операторов фронтальных погрузчиков агропромышленного комплекса за счет повышения устойчивости и эргономичности

На правах рукописи

Божанов Аркадий Александрович

УЛУЧШЕНИЕ УСЛОВИЙ И ОХРАНЫ ТРУДА ОПЕРАТОРОВ ФРОНТАЛЬНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ЗА СЧЕТ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ И ЭРГОНОМИЧНОСТИ

Специальность - 05 26 01 - Охрана труда (в агропромышленном комплексе)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел - 2007

003173399

Работа выполнена в Федеральном государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт охраны труда» г Орел, Орловском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Гальянов Иван Васильевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Чернышев Владимир Иванович, кандидат технических наук Пантюхин Александр Иванович

Ведущая организация - Брянская государственная сельскохозяйственная академия

Защита диссертации состоится « 14 » ноября 2007 г в «11 00 » на заседании диссертационного совета К220 073 01 по техническим наукам при Федеральном государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт охраны труда» по адресу 302025, г Орел, Московское шоссе, 120

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт охраны труда»

Автореферат разослан « У^» Ученый секретарь диссертационного совета, к т н

_2007 г

И А Хуснутдинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Фронтальные одноковшовые погрузчики используются в агропромышленном комплексе на погрузочно-разгрузочных, погрузочно-транспортных, землеройных, строительно-монтажных и других работах, выполняемых при помощи различного сменного рабочего оборудования, а также на планировке и выравнивании сельскохозяйственных полей

Все машины в агропромышленном комплексе, в том числе и фронтальные погрузчики, работают в сложных условиях Неравномерный рельеф полей, большие уклоны и подъемы, проседание грунта под колесами машин вызывают опасные моменты при работе, в результате которых погрузчик может опрокинуться В виду таких сложных условий работы необходимо более тщательно подходить к вопросу устойчивости фронтальных погрузчиков на стадии проектирования

Безопасность фронтального погрузчика зависит от большого количества факторов, в том числе и от ошибок, совершаемых оператором при выполнении погрузочно-разгрузочных работ Для уменьшения количества ошибок необходимо обращать внимание на эргономичность рабочего места

Эргономичность рабочего места оператора влияет на напряженность его работы, что в свою очередь оказывает влияние на количество ошибок, совершенных оператором во время работы

Улучшение показателей эргономичности позволит снизить утомляемость оператора и, как следствие, окажет положительное влияние на снижение травматизма среди операторов фронтальных погрузчиков Цель работы.

Целью диссертационной работы является улучшение условий и охраны труда операторов фронтальных погрузчиков Объект исследования.

Условия и охрана труда оператора фронтального погрузчика Предметом исследования является центр масс, статическая устойчивость, компоновка органов управления в кабине погрузчика

Параметры, определяемые при исследовании. Масса по осям, угол наклона погрузчика, расстояния до органов управления, углы наклона рычагов Научная новизна результатов исследования.

1 Выявлены причины несчастных случаев при опрокидывании фронтального погрузчика Причины позволяют целенаправленно разрабатывать технические предложения по улучшению условий и охраны труда

2 Усовершенствованы методы расчета центра масс и углов устойчивости фронтального погрузчика, которые позволят на стадии проектирования учитывать улучшения условий и охраны труда

3 Научные рекомендации по применению аутригеров, защищенных патентом Аутригеры позволяют повысить безопасность при выполнении отдельных операций технологического процесса

Положения, выносимые на защиту:

- результаты анализа источников и причин несчастных случаев операторов при эксплуатации фронтальных погрузчиков в АПК,

- результаты теоретических исследований условий безопасной работы операторов фронтальных погрузчиков, на примере ТО-1835-01 -00 (зависимости изменения положения центра масс от углов поворота стрелы и полурам, показатели статической устойчивости фронтального погрузчика),

- результаты научной оценки эргономичности параметров рабочего места оператора в кабине погрузчика;

- разработанные прикладные методики, инженерно-технические предложения (методика экспериментального определения предельных статических углов устойчивости, устройство (аутригеры) позволяющее обеспечить устойчивость фронтального погрузчика при работе)

Практическая значимость.

Практическая значимость состоит в том, что выявлены основные параметры, влияющие на положение центра масс и устойчивость погрузчика, дающие возможность еще на стадии проектирования, а затем и при эксплуатации обеспечить надежную устойчивость погрузчика, при этом снизить производственный травматизм на 8-10 %, улучшить условия труда за счет эргономичности в кабине оператора

Реализация работы. Полученные результаты исследования используются при проведении научно-исследовательских работ в ФГНУ ВНИИОТ и в учебном процессе Орел ГТУ Методики определения положения центра масс, устойчивости фронтального погрузчика, а также определения оптимальных эргономических параметров кабины, позволяющих учесть рост оператора, были внедрены на заводах по производству строительной техники ЗАО «Дормаш», ЗАО «Орел-Погрузчик»

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научной конференции «Транспортные системы Сибири» Материалы III Всероссийской научно-технической конференции (г Красноярск 2005г),

- заседании кафедры АС ДМ ОрелГТУ (2003-2007 гг),

- студенческих конференциях ОрелГТУ (2003-2006 гг),

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 6 научных статьях

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка используемой литературы, включающего 102 наименования и приложений Работа изложена на 190 страницах машинописного текста и содержит 146 страниц основного текста, 84 рисунков, 16 таблиц и приложений

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследования проблемы статической устойчивости фронтального погрузчика, работающего в АПК и необходимость улучшения эргономических параметров кабины оператора, изложены вопросы практической значимости результатов исследования

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» проведен анализ научных работ, посвященных определению статической устойчивости и конструктивным параметрам, оказывающим на нее влияние Выполнен анализ нормативно-технической документации по определению положения центра масс погрузчика, а также рассмотрены работы, посвященные изучению фронтальных погрузчиков в АПК, в частности, рассмотрены методы оценки параметров рабочего места и расположения рычагов и педалей

Анализ статической устойчивости фронтального погрузчика показал, что данной проблемой занималось большое количество исследователей Этой проблеме посвящены работы Л А Гобермана, К В Степаняна, А Ф Базанова, Г В Забегалова, В.С Лихачева, М С Корытова, С В Абрамова

Рассмотрены современные подходы к решению вопроса повышения предельных углов статической устойчивости фронтальных погрузчиков относительно различных осей опрокидывания

В результате анализа условий и охраны труда по параметрам рабочего места операторов было установлено, что данными исследованиями занимались ученые И В Гальянов, Е Я Улицкий, А И Гавриченко, В С Шкрабак, О П Русак, А П Лапин, Б Ч Рябцев, Ю Г Горшков и другие Исследователи рассматривали влияние опасных и вредных факторов в системе «Ч-М-С» на эффективность и качество деятельности человека, его работоспособность, физическое и психическое состояние

Анализ состояния вопросов показал, что выполненных другими авторами исследований, а также конструкторские разработки недостаточны для улучшения условий и охраны труда операторов фронтальных погрузчиков Для улучшения условий и охраны труда операторов фронтальных погрузчиков необходимо решить следующие задачи исследований

1 Провести анализ несчастных случаев операторов фронтальных погрузчиков в АПК России, выявить их причины и обстоятельства,

2 Провести анализ научных работ, посвященных статической устойчивости и эргономичности фронтальных погрузчиков,

3 Провести теоретические исследования и выявить условия безопасной работы оператора фронтального погрузчика типа ТО-1835-01-00 Выявить зависимости изменения положения центра масс от углов поворота стрелы и полурам погрузчика Обосновать показатели статической устойчивости фронтального погрузчика,

4 Разработать программу для ЭВМ по расчету положения центра масс, углов статической устойчивости фронтального погрузчика,

5 Оценить эргономичность параметров рабочего места оператора в кабине погрузчика типа Т0-1835-01-00,

6 Разработать технические решения и рекомендации по улучшению условий и охраны труда операторов фронтальных погрузчиков

Во второй главе «Теоретическое исследование безопасной работы фронтального погрузчика» обоснованы конструктивные параметры, опреде-

ляющие положение центра масс фронтального погрузчика и на основании этого разработана блок-схема для определения центра масс, рисунок 1

Рисунок 1 - Блок-схема определения центра масс фронтального погрузчика

Определение положения центра масс каждого элемента и погрузчика в целом производится по формулам

= = (i) Lm-

m, - масса отдельных звеньев, т,

Xj, у„ z, - координаты центра масс отдельных звеньев, относительно выбранной системы координат, м.

При свернутых полурамах погрузчика необходимо произвести корректировку положения центра масс в горизонтальной плоскости XY используя формулы 2, рисунок 2

Xl=-Ll cosa sina

X3=-L3 cosa F3 = Z,3 sma; где (2)

X6=-L6 cosa 76 = L6-sina

Li, L3, L6 - расстояние от вертикального шарнира до центра масс передней полурамы, погрузочного оборудования и груза в ковше соответственно, a - угол поворота полурам

Способность машины противостоять опрокидыванию характеризует ее устойчивость, которая, с одной стороны, зависит от конструктивных параметров машины, а, с другой стороны, от действий оператора, управляющего машиной Условно можно различать собственную и управляемую устойчивости машины Собственная зависит от конструктивных параметров машины и рассчитывается относительно осей опрокидывания на подъем, уклон и боковой, используя формулы 3

L —X х В-le

ап = arctg-^j— ay = arctg -, / = arctgгде (3)

ап - предельный угол на подъем, град;

ау - предельный угол на уклон, град,

у - предельный боковой угол, град,

Ь, х - соответствующие координаты центров масс, м,

1т- продольная база, м

Управляемая устойчивость зависит от действий оператора, направленных на сохранение устойчивости машины в критических ситуациях путем соответствующего изменения скорости движения или положения машины и ее рабочего оборудования Элементы машины, посредством которых оператор управляет устойчивостью, характеризуют «активную» безопасность машины, так как она реализуется через активные действия человека-оператора

Соответственно удобство расположения данных элементов в кабине оператора фронтального погрузчика играет одну из первоочередных задач для обеспечения безопасной работы оператора и машины в целом В целом человек-оператор как звено системы «Человек-Машина» характеризуется параметрами быстродействием, напряженностью деятельности и надежностью

При рассмотрении безопасности работы машины, в частности фронтального погрузчика, кроме конструктивных параметров, оказывающих влияние на устойчивость и безопасность в целом, необходимо также уделять особое внимание действиям оператора, которые зависят от характеристик сигнала, сложности задачи, условий и темпа работы, функционального состояния нервной системы, квалификации, утомляемости, а также от эргономических параметров элементов управления и других факторов

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» раскрываются теоретические и экспериментальные исследования, которые включают в себя

1 Исследование состояния травматизма, выявление причин и обстоятельств несчастных случаев операторов фронтальных погрузчиков, позволившее выявить причинно-следственные связи (данные ФГНУ ВНИИОТ г Орел) При исследовании применялись статистические и монографические методы,

2 Экспериментальное определение массы, центра масс, предельных углов статической устойчивости фронтального погрузчика предлагается производить на стенде, с помощью весовых платформ на тензодатчиках,

3 Экспериментальные исследования эргономических параметров посвящены проведению измерений рабочего места — кабины, органов управления, кресла, расстояния между органами управления и креслом, регулировки, на серийно выпускаемом фронтальном погрузчике ТО-1835-01-00 Результаты измерений сравнивались с данными ГОСТов 12 2 032 и 12 2 33, а также с антропометрическими

Рисунок 2 - Схема корректировки центра масс погрузчика

данными операторов. Результаты измерения оценивались и затем выполнялись расчеты регулировок параметров рабочего места.

4. Математическая обработка экспериментальных данных основана на принципах вероятностно-статистического подхода. А именно, для оценки совокупности результатов нескольких опытов использовалось среднеарифметическое значение (М); в качестве характеристики разброса значений - дисперсия (о2); для оценки существующего разброса, наряду с основным отклонением - коэффициент вариации (у); при большом разбросе результатов измерений - основное отклонение среднеарифметического значения (ш).

В четвертой главе «Результаты исследований и их анализ» проведен анализ травматизма, который показал, что за 10-ти летний период времени произошло 28 несчастных случаев со смертельным исходом и 8 несчастных случаев с тяжелым исходом, причем, как видно из диаграммы (рисунок 3) случаи травмирования регистрировались ежегодно, за исключением 1998 года.

Наибольшее число случаев травмирования работников АПК регистрировалось при выполнении работ по ремонту и техническому обслуживанию погрузчиков, а также при использовании их в животноводстве, строительстве и растениеводстве. Единичные случаи были зарегистрированы в пищевом, мясном и молочном производстве, а также при выполнении транспортных и лесозаготовительных работ (рисунок 4).

^ 15 # 10

ай

Ц,

ш

[И I

Пищевое ПрОШВМСТБОт.

молочное производство

трансг«рт Лесозаготовка

Мясное прзизводство_

□ смертельны

Ремонт и —те<овс^!»«з 30%

1902 1094 1ЭЙ6 1999 2301 Годы

Рисунок 3 - Распределение числа пострадавших работников АПК по годам и исходу трав-

Рисунок 4 - Распределение числа пострадавших в АПК по видам экономической деятельности

При эксплуатации погрузчиков погибли 17 операторов и 4 были тяжело травмированы, что составило 58,3 % от общего числа пострадавших за исследуемый период.

Анализ ситуаций возникновения несчастных случаев показал, что 69,4% случаев произошло в результате дорожно-транспортных происшествий, а именно, наездов, опрокидываний и столкновений, причем 63,9 % несчастных случаев закончились смертью пострадавших. Шестнадцать несчастных случаев (76,2 % от общего числа) с операторами также явились следствием дорожно-транспортных происшествий, из них 5 случаев произошли в результате опрокидываний погрузчиков, 10 - наездов погрузчиков на операторов. В результате опрокидывания погиб 16 - летний учащийся СПТУ. Таким образом, дорожно-транспортные проис-

шествия, а именно наезды и опрокидывания являются основной ситуацией травмирования операторов при эксплуатации погрузчиков.

Анализ материалов расследования показал, что основной причиной несчастных случаев со смертельным и тяжелым исходом при эксплуатации, ремонте и техническом обслуживании погрузчиков являются нарушения в организации трудового процесса (47,2 % от общего числа несчастных случаев), рисунок 7.

□ Нзрушшз оргашоащш трудового процесса

ВНеткправнскти погрузчика

□Опасные действия пострадавшею или другого лнца

Рисунок 7 - Основные причины несчастных случаев в АПК при эксплуатации и обслуживании погрузчиков

На основании анализа причин травматизма можно сделать вывод, что вопрос устойчивости фронтального погрузчика рассмотрен недостаточно и требует

Основными параметрами фронтального погрузчика при его работе, оказывающими существенное влияние на изменение положения центра масс, являются угол поворота полурам — (3 и угол поворота стрелы погрузчика - а, рисунок 8.

При расчете зависимости положения центра масс от угла а поворота стрелы в координатной плоскости Х2, за угол а=0° было принято транспортное положение стрелы. При этом максимальный угол поворота стрелы составляет 80°. Графики зависимости положения центра масс от угла поворота стрелы для различных углов полурам располагаются в одной системе координат, рисунок 9.

Анализ представленных данных показывает, что при увеличении угла поворота стрелы центр масс смещается по оси X в сторону передней оси погрузчика с одновременным смещением по оси Z, при этом графики имеют вид парабол. При соосном положении полурам и максимальном вылете стрелы вперед, достигается максимальное приближение центра масс к передней оси погрузчика, что значительно снижает угол устойчивости погрузчика в этот момент.

Зависимости положения центра масс от угла поворота стрелы погрузчика с грузом имеют такую же траекторию перемещения центра масс, что и без груза отличие состоит в том, что положение центра масс имеет большее смещение к оси переднего моста, что негативно сказывается на показателях фронтального погрузчика.

Расчеты и построение графиков зависимости положения центра масс от угла поворота полурам, в координатной плоскости ХУ, выполнялись с учетом того, что

дальнейшего изучения.

стрелы и полурам погрузчи-

при сворачивании полурам передняя полурама поворачивается относительно задней полурамы вправо на угол (3=0°-40°.

При повороте полурамы в противоположную сторону, значения будут симметричны.

ияорш 5 полурам

Рисунок 9 - Зависимость положения центра масс от угла поворота стрелы для различных углов полурам (погрузчик без груза)

График зависимости положения центра масс от угла поворота полурам для различных положений стрелы располагаются в одной системе координат, рисунок 10. Анализ полученных зависимостей показал, что центр масс погрузчика при сворачивании полурам смещается в сторону поворота полурам, при этом изменение по оси Ъ для каждого положения стрелы остается постоянным.

Максимальное смещение центра масс по продольной оси погрузчика достигается при угле полурам 40° и максимальном вылете стрелы.

Располагая координатами центра масс фронтального погрузчика для различных положений погрузочного оборудования и полурам, а также продольной базой, и определив предельные углы статической устойчивости погрузчика на подъем и уклон, можно сделать выводы:

- при установке фронтального погрузчика на подъем и увеличении угла сворачивания полурам наблюдается уменьшение угла устойчивости с грузом и без груза в ковше для всех положений погрузочного оборудования.

При этом минимальные углы статической устойчивости наблюдаются при максимальном подъеме ковша и находятся в пределах от 26,8° до 24,9° (без груза в ковше) и от 28,3° до 25,8° (с грузом в ковше), рисунок

И;

- при установке фронтального погрузчика под уклон и при увеличении угла складывания полурам угол устойчивости увеличивается, рисунок 12:

• Транспортное положение стрела

• Ма хсижат-нчй еапет стрлп»

• Махсималъннй подъем стрелы

Рисунок 10 - Зависимость положения центра масс от угла поворота полурам для различных положений стрелы (погрузчик без груза)

боковая устойчивость фронтального погрузчика с

увеличением угла сворачивания полурам уменьшается, при этом грузовая устойчивость доходит до опасного значения в 3°-4°, рисунки 13, 14.

5»

Г

Ь

-1 Транспортное

положение ковша - 2 Максимальный

вылет ковша -з Максимальный подъем ковша

Угол по гор о та рам, град

Рисунок 11 - Зависимость статического угла устойчивости на подъем без груза от угла поворота рам

g.36 £35

в 31

¡5 30

J

2

-к«*-

-1 Транспортное положение ко вив -2 Максимальный вылет ковша

~з Максимальный подъем ковша

Угол гомротарам, град

Рисунок 12 - Зависимость статического угла устойчивости под уклон без груза от угла поворота рам

-1 Транспортное

положение ковив

2 Максимальный вылет ковив

3 Максимальный подъем ковив

Угол поворота рсим. грлд

Рисунок 13 - Зависимость статического угла боковой устойчивости без груза от угла поворота рам

5 15

\

к V

V 2 \

'-J > ч

3

_-1 Транспортное

положение ковша

- 2 Максимальный вылет ковив

- з Максимальный подъем ковив

Угол по1орс1*р»Т|Т. град

Рисунок 14 - Зависимость статического угла боковой устойчивости с грузом от угла поворота рам

Полученные зависимости позволяют определить предельные углы статической устойчивости для различных вариантов компоновки фронтального погрузчика еще на стадии проектирования, что позволяет повысить безопасность оператора, а также сокращает затраты на производство.

Успешность работы оператора зависит от формы органов управления, их размещения относительно тела человека, удаленности друг от друга, направления и скорости перемещения. Учитывая наличие различных зон в пределах моторных полей оператора, органы постоянного использования следует размещать в пределах оптимальной зоны, а эпизодического - в пределах нормальной и максимальной зон, рисунок 15.

В результате оценки определены следующие зоны:

1 - зона для размещения наиболее ответственных органов управления (оптимальная зона);

2 - зона для размещения часто используемых органов управления (зона легкой досягаемости);

3 - зона для размещения редко используемых органов управления.

Анализируя компоновочную схему, предназначенную для работы оператора

фронтального погрузчика ТО-1835-01-00, в положении сидя, можно отметить, что

органы управления гидрооборудованием, штурвал, рычаг переключения передач располагаются в допустимой зоне. В зоне для нечастого использования расположены органы управления рабочим оборудованием, тумблеры и щиток приборов.

Рисунок 15 - Результаты оценки рабочего места фронтального погрузчика

При использовании ручных органов управления оператор наклоняется вперед на угол а, берет рычаг и перемещает его на себя на угол ср, рисунок 15.

Угол а наклона корпуса оператора

определяется по формуле

180^¿Г - -^в2 - [иж -

л1

где (4)

а - угол наклона корпуса тела человека в момент использования рычага, град;

2- расстояние в горизонтальной плоскости от спинки сидения до рукоятки рычага управления рабочим органом, мм;

а- длина руки в вытянутом состоя-Рисунок 16-Рабочая поза оператора в мо- нии от плечевого сустава до середины мент взаимодействия с органами управле- ладони ММ' ния машины

Ьпо - высота расположения плечевого сустава в положении сидя от пола кабины; Ьр - высота рукояти рычага от пола кабины.

Так как операторы, обслуживающие фронтальные погрузчики, могут быть различного роста, то, задаваясь антропометрическими значениями длины конечностей и соблюдая условия а=0, при фиксированной высоте кресла Ьпс=450 мм, строятся графики, по которым, зная рост оператора и высоту рычага можно рассчитать оптимальное расстояние до органа управления, рисунок 17.

Анализируя полученные графические зависимости, можно сделать вывод, что для операторов высокого роста при условии комфортного положения

расстояние до органов управления Z должно находится в пределах от 555 до 700 мм, для операторов второго среднего роста от 505 до 630 мм, для операторов среднего роста от 435 до 540 мм, для операторов низкого роста от 395 до 448 мм.

ZC-среднего, Z2C-BToporo среднего, ZB -высокого роста.

Влияние допустимых углов наклона рычага для операторов разного роста, рисунок 18, определяется по формуле

Рисунок 17 - Влияние высоты рычага Ьр на расстояние Ъ до места его установки для операторов различного роста 2Н-низкого,

(Z-tf)-180

л-К

(5)

Если угол рычага определяется конструкцией и местом расположения, то его высота расположения не должна превышать условий:

А„ =

(Z-cQ-180 п ■ <р

(6)

Z>d.

формула справедлива при а=0, 0<ip<90,

Нткий

Рисунок 18 - Влияние расстояния Z от места установки рычага до спинки сиденья при разной его высоте на угол наклона рычага <р ф1- 545 мм, <р2- 600 мм, (рЗ - 700 мм, ф4 - 790 мм

Для оптимального положения оператора недостаточно определить расстояние от спинки сиденья до органов управления, необходимо учитывать и положение плечевого сустава по высоте над полом кабины. Это условие характеризуется тем, что зачастую антропометрические размеры самого туловища от крестца до плечевого сустава у операторов разных ростов различны.

Высоту плечевого сустава определяем по формуле:

h„ = А + л/а2 — Z2

(7)

Подставляя полученные значения Ъ оптимальные для операторов разного роста получим значения оптимальных Ьп с для различных длин рычага Ьр.

Влияние расстояния Z до органов управления и высоты рычага управления Ьр на высоту расположения плечевого сустава оператора показаны на рисунке 19. Полученные зависимости позволяют выявить удобное расположение ручных органов управления и дать рекомендации по регулировке и изменению конструкции.

Для операторов низкого роста высота расположения плечевого сустава над полом кабины находится в пределах от 587 до 1005 мм; среднего роста - от 864 до 1173 мм;

а) б)

Рисунок 19 - Влияние расстояния Ъ до органов управления и высоты рычага управления Ь3 на высоту расположения плечевого сустава оператора низкого а) и высокого б) роста

второго среднего роста от 705 до 1199 мм; высокого роста от 952 до 1345 мм.

Графические зависимости угла наклона корпуса оператора а при Z=875 мм, hp=545 и Z=875 мм, hp=790 мм, показаны на рисунке 20.

2=875 мм, Ьр=545 мм 2=875 мм, Ьр=790 мм

Рисунок 20 - Значение угла а - угла наклона корпуса оператора

Оператор работает сидя, в силу этого антропометрические размеры тела должны учитываться при размещении ножных органов управления. Для комфортного положения оператора при нормальной посадке ноги должны располагаться в оптимальной для управления зоне. Рассмотрим частный случай, когда при работе бедро машиниста располагается под прямым углом к вертикали, рисунок 21.

Расстояние установки от точки подвеса педали до спинки сиденья находим по формуле

I = 1б+1г- бш Р -V а (8)

Принимая известные значения антропометрических размеров длин бедер и голени и находя значение а проекции педали, которое является неизменной величиной, строим графики зависимости расстояния I до педали от антропометриче-

J

ских размеров ног операторов разного роста, при угле в коленном суставе от 110 - 120 градусов.

Рисунок 21 - Параметры установки подвесной педали

При максимально допустимом угле в коленном суставе 120 градусов расстояние установки сиденья от органов управления находится в пределах от 832 до 1047 мм, рисунок 22, при угле равном 115 градусов - от 749 до 1007 мм; при угле равном 110 градусов - от 761 до 965 мм

а) б)

Рисунок 22 - Зависимость расстояния от спинки сиденья до места установки педали, для операторов различных ростов, при нормированном угле в коленном суставе 120-а) и 110-6) градусов

Измеренное расстояние в кабине фронтального погрузчика ТО-1835-01-00 от точки SIP до оси установки педали изменяется в пределах от 665 до 845 мм, в зависимости от регулировки сиденья. Измеренный диапазон соответствует антропометрическим показателям операторов низкого роста.

рВ- высокого роста, )5С - среднего роста, рн - низкого роста Рисунок 23 - Зависимость угла р в коленном суставе от расстояния / до оси подвеса педали для операторов различных ростов

Зная значения расстояний до установки педали и антропометрические размеры голени и бедра, угол сгиба коленного сустава определяем по формуле

/? = 90 + агсвш(^ ~ ^ ~ а) (9)

Зависимость угла /? в коленном суставе от расстояния I до оси подвеса педали для операторов различных ростов показана на рисунке 23.

В пятой главе «Экономическая эффективность результатов исследования» проведен расчет экономической эффективности от улучшения условий и охраны труда Она составила 2827325,4 руб на 1000 используемых фронтальных погрузчиков. Полученная экономическая эффективность является результатом увеличения времени эффективной работы оператора Она достигается за счет уменьшения времени простоя погрузчика в связи с утомляемостью оператора (коэффициент использования по времени увеличится с 0,8 до 0,85), улучшения условий труда и увеличения производительности труда оператора за счет повышения точности и четкости работы, уменьшения ошибок при выполнении технологических операций

Общие выводы

1 Задачи исследования выполнены в полном объеме в соответствии с поставленной целью

2 Проведенное исследование 102 литературных источника показало, что проблема улучшения условий и охраны труда операторов фронтальных погрузчиков изучена недостаточно На основании этого объектом исследования принято рабочее место оператора фронтального погрузчика

3. Анализ показывает, что несчастные случаи с операторами фронтальных погрузчиков происходят ежегодно, по разным причинам и обстоятельствам

С 1988 по 2002 год произошло 28 несчастных случаев со смертельным исходом и 8 несчастных случаев с тяжелым исходом Распространенными ситуациями несчастных случаев являются наезды, столкновения и опрокидывания, на которые приходится 69,4 % Причиной этого являются сложные условия и высокий тем работы, и, как результат, быстрая утомляемость оператора, низкая квалификация операторов, низкие показатели эргономики кабины оператора В совокупности с конструктивными недостатками фронтального погрузчика это приводит к большому числу совершаемых оператором ошибок во время работы

4 Разработаны методика и программа для ЭВМ, с целью определения центра масс, углов статической устойчивости с учетом углов поворота стрелы и по-лурам фронтального погрузчика Методика включает 6 параметров

5 Проведенные исследования по определению положения центра масс погрузчика ТО-1835-01-00, позволили выявить зависимости изменения положения центра масс от углов поворота стрелы и полурам фронтального погрузчика Анализ показал, что положение центра масс при максимальном вылете стрелы находится в опасной близости к оси переднего моста, без груза — 1200 мм, с грузом — 80 мм, что негативно сказывается на безопасности оператора

6 Обоснованы показатели статической устойчивости фронтального погрузчика Анализ полученных зависимостей показал что

при всех положениях погрузочного оборудования, при соосном и в сложенном на 40° положении рамы погрузчика статическая устойчивость обеспечивается с грузом и без груза и находится в пределах от 25° до 45° При этом в положениях «на уклон» относительно передней оси машины и «бокового угла», минимальные значения которых находятся в пределах 2°-5°, статическая устойчивость не обеспечена

7 С целью улучшения эргономических показателей кабины и предупреждения ошибок оператора была разработана математическая модель взаимосвязи размеров тела человека и параметров рабочего места оператора Модель включает пять показателей антропометрии оператора

8 Исследование расположения ножных органов управления позволило предложить математическую модель, включающую показатели антропометрии ноги оператора и параметры досягаемости (4 показателя), позволяющую более точно рассчитывать удобство расположения оператора В качестве критерия оценки удобства расположения выбран физиологический параметр — нормируемый угол в коленном и голеностопном суставе

9 Регулировки сиденья, удовлетворяющие потребностям операторов низкого, среднего и высокого роста должны находиться по горизонтали в диапазоне от 780 до 950 мм, против 665-845 мм установленном производителем фронтального погрузчика Остальные параметры сиденья остаются без изменения

10 По результатам исследования разработаны рекомендации по улучшению условий и охраны труда операторов фронтальных погрузчиков Рекомендации переданы для использования на ЗАО «Дормаш» (г Орел) и ЗАО «Орел-Погрузчик» (г Орел)

11. При улучшении условий и охраны труда по параметрам рабочего места, ожидаемая экономическая эффективность составит 2827325,4 руб на 1000 используемых фронтальных погрузчиков

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1 Божанов А А, Данилевич Д В Критерии статической устойчивости фронтального погрузчика // Транспортные системы Сибири Материалы III Всероссийской научно-технической конференции 24-25 ноября 2005 - Красноярск с 26-28

2 Божанов А А, Ушаков Л С Использование гидроударников в качестве рабочих органов на СДМ // Известия ОрелГТУ, Строительство Транспорт - Орел №1-2(9-10), 2006 С 61-65

3 Божанов А А, Гальянов И В Травматизм со смертельным и тяжелым исходом при эксплуатации самоходных погрузчиков в агропромышленном производстве РФ // Известия ОрелГТУ Строительство Транспорт - Орел, №1/13(529), 2007 -с 111-114

4 Божанов А А Определение центра масс фронтального погрузчика с шар-нирно сочлененной рамой [Текст] / А А Божанов // Вестник охраны труда, Орел ФГНУ «ВНИИОТ» Минсельхоза России -2007, №2 С 12-15

5 Божанов А А. Условия безопасной работы механизатора на фронтальном колесном погрузчике // Сельский Механизатор, Москва - 2007, №11 С 17

6 Патент РФ 64613 Аутригер подъемно-транспортной машины / А А Божанов, И В Гальянов, Н С Севрюгина // Опубл Бюл Полезная модель - 2007 -№19, С 545

Подписано в печать 9 октября 2007г Уел п л. 1 Тираж 100 экз. Заказ 126 Отпечатано в типографии ФГНУ ВНИИОТ 302025, г Орел, Московское шоссе, 120

Введение

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Общие сведения об условиях и охраны труда операторов фронтальных погрузчиков

1.2 Конструкции фронтальных одноковшовых погрузчиков и характеристики сменных рабочих органов. Гидравлические ударные устройства

1.3 Анализ устойчивости фронтального погрузчика

1.4 Метод определения положения центра масс по нормативно-технической документации

1.5 Совремешше методы оценки параметров рабочего места и расположения рычагов 33 Выводы. Цель и задачи исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА

2.1 Обоснование конструктивных параметров, определяющих положение центра масс фронтального погрузчика

2.2 Определение углов статической устойчивости фронтального погрузчика

2.3 Теоретическое обоснование влияния действий оператора на устойчивость фронтального погрузчика 51 Выводы по главе

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа экспериментальных исследований

3.2 Методика анализа причин и обстоятельств несчастных случаев

3.3 Методика экспериментального определения массы, центра масс, предельных углов статической устойчивости фронтального погрузчика

3.4 Методика оценки расположения ручных и ножных органов управления в кабине фронтального погрузчика ТО-1835-01

3.5 Методика обработки результатов измерений 71 Выводы по главе

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1 Анализ несчастных случаев при эксплуатации погрузчиков

4.2 Разработка программного обеспечения для расчета параметров фронтального погрузчика

4.3 Влияние изменяющихся при работе конструктивных параметров погрузчика на положение его центра масс

4.4 Влияния конструктивных параметров погрузчика на статическую устойчивость

4.5 Результаты оценки расположения ручных органов управления в кабине фронтального погрузчика на соответствие требованиям эргономики

4.6 Результаты оценки расположения ножных органов управления в кабине фронтального погрузчика на соответствие требованиям эргономики

4.7 Использование результатов исследования для разработки инженерно-технических предложений по предотвращению несчастных случаев 133 4.7.1 Устройство для поддержания фронтального погрузчика во время работы с гидроударником 13 3 Выводы по главе

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЕВ 140 Общие выводы и рекомендации 143 Список использованных источников 146 Приложения

Фронтальные одноковшовые погрузчики используются в агропромышленном комплексе на различных погрузочно-разгрузочных, погрузочно-транспортных, землеройных, строительно-монтажных и других работах выполняемых при помощи различного сменного рабочего оборудования, а также на планировке и выравнивании сельскохозяйственных полей.

Все машины в агропромышленном комплексе, в том числе и фронтальные погрузчики, работают в сложных условиях. Неравномерный рельеф полей, большие уклоны и подъемы, проседание грунта под колесами машин вызывают опасные моменты при работе, в результате которых погрузчик может опрокинуться. В виду таких сложных условий работы необходимо более тщательно подходить к вопросу устойчивости фронтальных погрузчиков.

Во время выполнения погрузочно-разгрузочных работ оператор с помощью ручных и ножных органов управления выполняет большое количество операций. Операции технологического процесса могут совершаться как по отдельности, так и одновременно. При этом оператору необходимо следить не только за индикаторами на панели управления, но и за выполняемым рабочим процессом, а также за окружающим погрузчик пространством, что говорит, о необходимости постоянно находится в собранном состоянии и осуществлять контроль за совершаемыми действиями.

Безопасность фронтального погрузчика зависит от большого количества факторов, в том числе и от ошибок совершаемых оператором при совершении погрузочно-разгрузочных работ. Для уменьшения количества ошибок необходимо обращать внимание на эргономичность рабочего места.

Правильность расположения всех органов управления на рабочем месте оператора, влияет на удобство пользования ими, что в свою очередь оказывает влияние на напряженность работы, и как следствие на количество возможно совершенных оператором ошибок.

Улучшение показателей эргономичности позволит снизить утомляемость оператора и как следствие окажет положительное влияние на уровень травматизма среди операторов фронтальных погрузчиков.

Цель работы. Целью диссертационной работы является улучшение условий и охраны труда операторов фронтальных погрузчиков.

Объект исследования. Условия и охрана труда оператора фронтального погрузчика.

Предметом исследования является центр масс, статическая устойчивость, компоновка органов управления в кабине погрузчика.

Параметры, определяемые при исследовании. Масса по осям, угол наклона погрузчика, расстояния до органов управления, углы наклона рычагов.

Практическая значимость. Практическая значимость состоит в том, что выявлены основные параметры, влияющие на положение центра масс и устойчивость погрузчика, дающие возможность еще на стадии проектирования, а затем и при эксплуатации обеспечить надежную устойчивость погрузчика, при этом снизить производственный травматизм на 8-10 %, улучшить условия труда за счет эргономичности в кабине оператора.

Реализация работы. Полученные результаты исследования используются при проведении научно-исследовательских работ в ФГНУ ВНИИОТ и Орел ГТУ. Методики определения положения центра масс, устойчивости фронтального погрузчика, а также определения оптимальных эргономических параметров кабины, позволяющих учесть рост оператора, были внедрены на заводах по производству строительной техники ЗАО «Дормаш», ЗАО «Орел-Погрузчик».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научной конференции «Транспортные системы Сибири» Материалы III Всероссийской научно-технической конференции (г. Красноярск 2005 г.);

- заседании кафедры АСДМ ОрелГТУ;

- студенческих конференциях ОрелГТУ;

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 5 научных статьях.