Социальные показатели эксплуатационных свойств
Структура социальных показателей качества эксплуатации или эксплуатационных свойств землеройных машин показана на рис. 1.3.
Безопасность машины — эксплуатационное свойство, обеспечивающее устранение или сведение к минимуму последствий аварийных ситуаций при транспортировании, осуществлении рабочих процессов, техническом воздействии на машину.
При несоответствии показателей этого свойства номинальным значениям или требованиям, приводимым в нормативных документах, велика вероятность аварии или катастрофы, приводящих к потере здоровья или жизни обслуживающего персонала, а также порче имущества или сведению эффективности работы машин к нулю.
Оценка уровня безопасности машины представляет собой совокупность процедур, включающих в себя выбор номенклатуры показателей, определение их значений для конкретной машины, сопоставление результатов со значениями, рекомендуемыми ГОСТом, и формирование соответствующих выводов.
Различают показатели активной и пассивной безопасности. Соблюдение требований и значений показателя активной безопасности обеспечивает низкую вероятность возникновения аварийной ситуации, а показатели пассивной безопасности создают благоприятные условия для устранения последствий аварийной ситуации.
Удовлетворение значений показателей безопасности нормативным требованиям является важнейшим условием при обязательной сертификации подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин.
Эргономические свойства (от греч. ergo — работа; nomos — закон) машин определяют удобство и легкость управления, влияют на общее состояние и работоспособность машиниста-оператора или водителя, определяют соответствие рабочего места показателям и параметрам конкретного человека.
В систему показателей эргономических свойств входят физиологические, психологические, антропометрические и гигиенические.
Физиологические показатели определяют соответствие машины силовым, скоростным, энергетическим, зрительным и слуховым возможностям машиниста-оператора (водителя).
Энергетические ресурсы организма человека расходуются на поддержание своей физиологической активности и на производительную работу. Физиологическая активность требует затрат энергии на кровообращение, дыхание, поддержание тела в необходимом положении, восприятие внешнего мира и т.д. На эти цели в вредней за сутки человек расходует 10 000 кДж (медицинская норма составляет 2 344,80 ккал/сут, или 9 848,16 кДж/сут). В процессе труда за смену расходуется дополнительная энергия. Работа считается легкой, если за смену затрачивается до 2 100 кДж, средней трудности — до 4 200 кДж, выше средней — до 6 300 кДж, тяжелой — 8 400 кДж, особо тяжелой — 10 500 кДж.
Перегрузка машиниста-оператора снижает производительность труда, повышает число ошибок и предрасположенность к заболеваниям. При увеличении часовых энергозатрат машиниста с 420 до 2 100 кДж/ч примерно в 4 раза снижается его производительность и в 8 раз увеличивается относительное число ошибок в процессе труда. Физиологическим показателем эргономических свойств машины является коэффициент напряженности управления Ки.у, который определяется по результатам испытаний системы управления машиной:
(1.1)
где Pi — усилие на i-м органе управления, определенное опытным путем, Н; Рiн — нормативное значение усилия на i-м органе управления, Н; т — число органов управления в кабине.
Значение коэффициента должно быть меньше единицы и стремиться к минимуму; если значение Кн.у > 1, то машина считается не прошедшей сертификацию и изготовитель обязан внести изменения в конструкцию системы управления.
Если машина имеет систему рулевого управления, то опытные и нормативные значения окружного усилия на рулевом колесе суммируются с соответствующими значениями на рычагах и педалях.
Согласно единым требованиям безопасности и эргономики к конструкции дорожных машин, усилия на рычагах не должны превышать 60 Н, на педалях — 120 Н, на рулевом колесе должны быть не более 115 Н.
Психологические показатели характеризуют соответствие рабочего места закрепленным и вновь формируемым навыкам человека, возможностям восприятия и переработки информации.
Пространственная структура рабочего места определяется тремя основными составляющими: устройством для размещения оператора; элементами, обеспечивающими получение необходимой для работы информации (сенсорным полем); органами управления (моторным полем). Возможность восприятия информации оценивается обзорностью ориентиров и объектов в окружающей обстановке, наблюдение за которыми необходимо для выполнения комплекса технологических операций, соответствующих назначению машины. Различают показатели обзорности в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Например, при управлении автогрейдером предъявляются следующие требования к параметрам обзорности. В горизонтальной плоскости необходимо видеть передние (управляемые) колеса; кромки отвала во всех положениях; бровки насыпи или канавы не далее 0,5 м от колес машины; поверхность грунта на продолжении заднего обреза машины не далее 5 м от оси машины. Кроме того, учитывая, что автогрейдер как колесная машина может двигаться в общем транспортном потоке, в вертикальной плоскости необходимо видеть дорожные знаки и светофоры на высоте 5 м с расстояния 12 м; сбоку на высоте 3,5 м; обочину дороги впереди и сзади на расстоянии не более 10 м; поверхность дороги впереди и сзади на расстоянии не более 10 м.
Степень обзорности фронта работы дорожной машины из кабины машиниста-оператора оценивают коэффициентом обзорности: в горизонтальной плоскости
(1.2)
где Ly H — число параметров горизонтальной обзорности, удовлетворяющих нормативным требованиям; Lо.г— общее число параметров горизонтальной обзорности; в вертикальной плоскости
(1.3)
где Ну.н — число параметров вертикальной обзорности, удовлетворяющих нормативным требованиям; Но.в — общее число параметров вертикальной обзорности.
Значения коэффициентов К£бз и К£бз должны быть равны единице. Если они меньше единицы, необходимо внести корректировку в остекление кабины или расширить пределы регулировки кресла. Передовые фирмы с целью увеличения радиуса обзора рабочей площадки выпускают экскаваторы и грузоподъемные краны с кабинами, способными автономно перемещаться (подниматься вверх и вперед) от 1 до 2 м.
Антропометрические показатели отражают соответствие рабочего места размерам, форме и распределению массы тела человека. Экспериментальный анализ показывает, что уровень работоспособности машиниста не менее чем на 15 % зависит от расположения органов управления.
Проблема формирования моторного поля машиниста-оператора заключается в обеспечении соответствия размещения органов управления антропометрическим и биомеханическим параметрам человека. Основное внимание уделяется сокращению числа управляющих движений. Органы управления подразделяются на основные и второстепенные.
Основные органы управления — это органы управления, часто ИЛИ постоянно используемые оператором. К ним относятся органы управления машиной (коробкой передач, тормозами, поворотом машины, подачей топлива и т.п.) и рабочим оборудованием.
Второстепенные органы управления — это органы управления, редко используемые оператором (переключатели освещения, стеклоочистителя, стартера, отопителя, кондиционера и т.п.).
В соответствии с требованием стандарта основные органы управления должны располагаться в зоне комфорта, а второстепенные — в зоне досягаемости.
Зона комфорта — это предпочтительные зоны расположения основных органов ручного и ножного управления, которые должны быть легко досягаемы рукой, согнутой в локте, и ногой, согнутой в колене, в положении сидя для операторов как высокого, так и низкого роста.
Зона досягаемости — это зоны расположения второстепенных органов ручного и ножного управления, которые должны быть досягаемы вытянутой рукой или ногой в положении сидя для операторов высокого и низкого роста; при этом допускается, что оператор может повернуться или наклониться вперед или в стороны.
Графическое изображение зон комфорта и досягаемости приведено на рис. 1.4.
На основе антропометрических показателей определяется коэффициент комфортности расположения органов управления
(1.4)
где Nком — число основных органов управления, попавших в зону комфорта; Nдoc — число второстепенных органов управления, попавших в зону досягаемости; п — общее число основных органов управления; т — общее число второстепенных органов управления. Значения Nком и Nдoc можно определить графическим или компьютерным совмещением в одинаковом масштабе кабины машины и кресла с силуэтом оператора, расположенного в позе сидя с Обозначением зон комфорта и досягаемости.
При правильном расположении органов управления значение Кком будет равно единице. Если оно окажется меньше единицы, Необходимо изменить регулировку кресла либо расположение органов управления в кабине. В современных машинах изменение Положения рулевого колеса, например, достигают либо регулированием оси наклона (автогрейдер ДЗ-122), либо применением телескопической рулевой колонки (автогрейдер ДЗ-98).
Гигиенические показателихарактеризуют уровни шума, вибрации, освещенности, температуры, влажности, запыленности, токсичности и другие вредные факторы, воздействующие на организм и здоровье человека-оператора.
Строительные и дорожные машины при работе являются источниками аэродинамического и структурного шумов. Аэродинамический шум создается системой газораспределения и охлаждения (вентилятор) двигателя. Структурный шум возникает в результате колебаний рамы, трансмиссии и облицовки, возникающих при работающем двигателе. В качестве нормируемых параметров шума на рабочем месте оператора, измеряемых в децибелах (дБ), приняты уровни звукового давления в октавных полосах со средними геометрическими частотами 31,5; 63; 123; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 9000 Гц. Для ориентировочной оценки шума допускается использовать уровни звука в децибелах по шкале А шумомера (дБА). Предельные и эквивалентные уровни звука соответствуют 85 дБА.
Вибрация, и вызванные ею механические колебания тела человека, могут привести к снижению работоспособности и изменениям в организме, влияющим на здоровье. Колебания частотой до 2 Гц могут вызвать морскую болезнь, наиболее опасны вибрации в диапазоне частот собственных колебаний человеческого тела (4... 8 Гц). Колебания в диапазоне 11...45 Гц могут сопровождаться функциональными расстройствами некоторых внутренних органов.
На машиниста-оператора действует общая вибрация от машины, передающаяся через пол кабины и сиденья, а также локальная вибрация через рычаги и педали управления. Установлены гигиенические нормы вибрации, которые определяют допустимые действующие значения колебательной скорости. Интенсивность вибрации характеризуется средними квадратичными значениями ускорения, которые нормируются в диапазоне частот 1...90 Гц, исходя из условий, обеспечивающих комфорт, производительную работу и безопасность для здоровья человека. Допустимые средние квадратичные значения ускорений вертикальных вибраций в диапазоне 4...8 Гц составляют 63 см/с2 — из условия безопасности для здоровья; 31,5 см/с2 — из условий обеспечения производительности труда; 10 см/с2 — из условий обеспечения комфорта.
Наряду с шумом и вибрацией на работоспособность машиниста влияет микроклимат в кабине (температура, влажность, скорость движения воздуха, вредные примеси, запыленность). Микроклимат в кабине дорожной машины регламентируется ГОСТ Р 12.2.011-2003.
Температура воздуха в кабине в теплый период не должна более чем на 3 °С превышать температуру наружного воздуха и должна быть в пределах 14... 28 °С при относительной влажности 40...60 % или не выше 26 °С при относительной влажности 60...80 %.
Устройство для подачи воздуха в кабину должно иметь регулирование, обеспечивающее подвижность воздуха на уровне груди машиниста не более 0,5 м/с при температуре воздуха в кабине 22 °С и не более 1,5 м/с — при более высоких температурах. Температура внутренних поверхностей кабины, кроме поверхностей стекол, должна быть не выше 35 °С.
Нормируется также содержание примеси в воздухе рабочей зоны оператора. В частности, установлена предельно допустимая концентрация (ПДК) пыли — 10 мг/м3, углекислого газа — 20 мг/м3, паров топлива — 100 мг/м3.
На основе гигиенических показателей эргономических свойств определяют коэффициент гигиеничности
(1.5)
где Lф, Lн — соответственно фактические и нормативные значения измерителей гигиенических параметров.
Обобщенный показатель эргономических свойств определяется как
(1-6)
где а1 ..., а5 — коэффициенты весомости соответствующих показателей, которые могут быть определены экспертной оценкой.
Экологические показатели характеризуют уровень воздействия на окружающую среду отрицательных факторов, возникающих при эксплуатации машин.
При выборе и определении этих показателей необходимо учитывать требования к охране окружающей среды. В большинстве высших учебных заведений технического профиля экологическая безопасность или схожие по названию и содержанию дисциплины выделены как отдельные учебные предметы, где они рассматриваются подробно.
Техническая эстетика — эксплуатационное свойство, характеризующее сочетание технических и художественных решений в конструкции машины с целью удовлетворения психологических и эстетических потребностей человека. Эстетические показатели отображают информационную выразительность, рациональность формы, целостность композиции, совершенство производственного исполнения.
В настоящее время техническая эстетика — наименее изученное эксплуатационное свойство, поскольку находится на стыке науки и искусства. Можно предположить, что влияние этого эксплуатационного свойства на эффективность работы машины будет осуществляться через повышение продуктивности работы машиниста-оператора, а также повышение конкурентоспособности.
Оценить показатели технической эстетики в настоящее время можно только на эмоциональном уровне методами экспертной оценки.