Авторефераты диссертаций >> Повышение безопасности и совершенствование оценки условий труда операторов мобильных колесных машин в агропромышленном производстве
где U – напряжение питания нагревательного устройства, В; Uб – бортовое напряжение машины, В; Рну – потребляемая мощность устройства, Вт; Рмакс.возм – максимальная мощность, которую позволяет реализовать электрическая часть мобильной машины, Вт.
После включения устройства происходит повышение температуры поверхности от начальной tнач до среднего значения требуемой величины 
. Затем она не меняется (tпов_ср = соnst). Так как нагрев поверхности до требуемых температур (рисунок 11) близок к линейному закону, то можно записать
(30)
где кt – коэффициент пропорциональности, °С/мин; – время нагрева, мин.
Таким образом, предложенные и обоснованные нагревательные устройства электрического типа с автоматическим регулятором температуры позволят обеспечить требуемые температуры поверхностей. Это улучшит показатели микроклимата в кабинах мобильных машин в переходные и холодный периоды года.
Повысить безопасность операторов можно и организационными мероприятиями. Так, ограничение скорости движения на мокрых дорогах с целью предотвращения гидроскольжения (аквапланирования) быстроходных колесных машин будет способствовать снижению числа и тяжести ДТП (снижению баллов В и величины ВУТсн). Ограничение скорости следует вводить по величине Vкр – критической скорости, при которой начинается гидроскольжение. Последнее может возникать в местах скопления воды, как правило, на несоответствующих требованиям дорогах, что характерно для сельской местности. Поэтому на основе выражений (10) и (11) можно записать условие повышения безопасности операторов
(31)
Как видно из условия (31), предотвращение гидроскольжения имеет важное значение, так как уменьшает величины оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных машин агропромышленного производства.
С определенными допущениями образование процесса гидроскольжения представлено на рисунке 12. При движении колеса по мокрой дороге длина пятна контакта шины с дорогой начинает уменьшаться (рисунок 12б). При достижении критической скорости Vкр колесо отрывается от опорной поверхности (рисунок 12в) и полностью «опирается» на воду (жидкость).
Учитывая, что в первый момент действия формирующей силы все жидкие тела проявляют упругость твердого тела, можно предложить схему гидроскольжения на основе глиссирования пластинки (рисунок 13).
С учетом рисунка 13 составим уравнение импульсов
(32)
где 
– конечная скорость – скорость жидкости в возникающей брызговой струе (|
| = Vд, м/с); 
– начальная скорость – скорость жидкости относительно пластины (|
| = Vд, м/с); t – малый промежуток времени, с; mж – масса объема жидкости за промежуток времени t, кг.
Масса жидкости mж плотностью найдется следующим образом
mж = ВпржVдt, (33)
где ВпржVдt – объем жидкости за промежуток времени t, м3; ж – толщина слоя жидкости, м; Впр – ширина протектора шины, м.
Проектируя уравнение импульсов (32) на ось ОХ и делая ряд преобразований с учетом равенства (33) и того, что |
| = |
| = Vд, получим выражение для определения гидродинамической выталкивающей силы Fгд
(34)
Угол наклона пластинки пл (рисунок 13) зависит от свободного rс и динамического rд радиусов колеса: 
. Тогда
(35)
Отсюда можно определить вертикальную составляющую гидродинамической выталкивающей силы 
. (36)
Зависимость (36) получена на основе схемы глиссирования пластинки в момент начала гидроскольжения. Поэтому вертикальная составляющая Fв равна по значению нормальной нагрузке на колесо Gк, а скорость Vд – скоростиVкр
(37)
Тогда с учетом системы (37) и выражения (36) можно определить Vкр
(38)
Для практических расчетов по формуле (38) вместо ж следует воспользоваться величиной толщины слоя жидкости над выступами шероховатости дороги 
. Если 
больше высоты выступов протектора Нпр, то будем считать, что шина «опирается» на воду по всей своей ширине. Если наоборот, то шина «опирается» на воду только выступами протектора. Тогда при 
ширина протектора Впр как бы уменьшается на сумму длин углублений в рисунке протектора (Впр – Lугл)
(39)
где Lугл – сумма длин углублений в рисунке протектора на отрезке, равном ширине протектора, м; lуглi – длина i-го углубления в рисунке протектора, м; n – количество углублений на отрезке, равном ширине протектора.
С учетом вышеизложенного и формул (38) и (39) можно составить систему для определения критической скорости гидроскольжения Vкр
(40)
Из графика (рисунок 14), построенного по системе (40) видно, что с увеличением толщины слоя жидкости на дороге 
критическая скорость Vкр уменьшается. Когда 
меньше высоты выступов протектора наблюдается резкое
повышение Vкр (рисунок 14, кривая 1), что способствует снижению числа ДТП.
Таким образом, по системе (40) можно рассчитать критическую скорость гидроскольжения и проследить влияние на нее нагрузки Gк, геометрических размеров шин, плотности и толщины слоя жидкости на дороге. С точки зрения безопасности движения система (40) будет полезна при разработке новых моделей шин, транспортных средств и устройств предотвращения гидроскольжения. Обоснованное ограничение скорости движения по значению Vкр на мокрых участках дорог позволит не допустить резкого ухудшения тормозных качеств, курсовой и траекторной устойчивости всех участников движения, что приведет к уменьшению числа ДТП.
Улучшение устойчивости также актуально при движении по сухим твердым опорным поверхностям. Для агропромышленного производства это имеет большое значение, так как тяжесть аварий с участием, например, автотракторных поездов на 30…60 % выше, чем у одиночных транспортных средств.
По мере износа гидромеханического рулевого управления трактора Т-150К ухудшается устойчивость его прямолинейного движения. Одна из причин – кинематическое несоответствие в блокированном приводе ведущих мостов. Такая ситуация (рисунок 15) наблюдается при выполнении транспортных работ с обоими ведущими мостами на твердых опорных поверхностях, чаще всего при движении трактора с малонагруженными или порожними полуприцепами и прицепами. В этом случае радиусы качения колес задней оси трактора из-за относительно невысокой нагрузки на нее, как правило, больше радиусов качения колес передней оси. Тогда окружные скорости задних колес должны быть выше, чем у передних. Поэтому задняя полурама трактора как бы подталкивает переднюю. При нарушении соосности полурам они начинают «складываться» ввиду разности их действительных скоростей как по модулю, так и по направлению. Разность скоростей передней 
и задней 
полурам способствует появлению скорости соединяющего их шарнира 
. Это увеличивает угол складывания с полурам, который обуславливает смещение трактора Асм от заданного направления движения.
Выравнивание радиусов качения передних и задних колес трактора путем установки рациональных давлений воздуха в шинах позволит снизить смещение трактора Асм от заданного направления движения. Это уменьшит вероятность возникновения аварийных ситуаций (баллы В) и напряженность трудового процесса оператора (баллы С) за счет снижения количества корректирующих воздействий (подруливаний). Станет ниже и ВУТсн. Тогда
(41)
Как видно из системы (41), снижение величины Асм имеет важное значение, так как уменьшает значения оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных мобильных машин агропромышленного производства.
Вопрос выбора рациональных давлений с точки зрения улучшения устойчивости прямолинейного движения непосредственно связан с вопросом снижения потерь энергии N при движении колесной машины.
(42)
где Рп, Рз – давления воздуха в шинах колес передней и задней осей, МПа; Рmах, Рmin – максимально и минимально допускаемые давления воздуха в шинах, МПа; Rzп, Rzз – нормальные реакции опорной поверхности, действующие на колеса переднего и заднего моста, Н.
Для получения связи параметров колеса и колесной машины с давлениями воздуха в шине воспользуемся формулой Е.А. Чудакова
(43)
где 
, 
– радиусы качения передних и задних колес в ведомом режиме, м; п, з – коэффициенты тангенциальной эластичности шин передних и задних колес, 1/Н.
При отсутствии кинематического несоответствия кроме равенств rкп = rкз и Мп = Мз наблюдается и равенство 
= 
. Тогда уравнение (43) примет вид
п = з. (44)
Равенство (44) показывает, что при отсутствии кинематического несоответствия коэффициенты тангенциальной эластичности шин переднего и заднего моста одинаковы. При этом коэффициент тангенциальной эластичности шины к зависит от нормальной реакции на колесо Rz и давления воздуха Рш в шине
(45)
где 
, 
, 
– характеристические константы для данной шины.
С учетом зависимости (45) равенство (44) примет вид
(46)
После преобразований соотношения (46) получим, что
(47)
С учетом выражений (42) и (47) найдем рациональные давления воздуха в шинах колес передней Рпр и задней Рзр осей, которые обеспечивают минимум потерь энергии при движении и улучшение устойчивости прямолинейного движения
(48)
На рисунке 16 построены линия 1 на основе системы (48) и линия 2 по существующему выражению. Они показывают, что с повышением реакции опорной поверхности на колесо величина рационального давления воздуха в шине возрастает. Но по абсолютным значениям между этими линиями имеется разница до 50 %, так как существующее выражение выведено из условия равенства радиусов качения колес в ведомом режиме. Поэтому оно не учитывает дополнительное изменение
радиуса под действием крутящего момента, подведенного к колесу, и имеет значительную погрешность. Совпадение наблюдается только при одинаковых реакциях опорной поверхности на передние и задние колеса.
Таким образом, улучшение устойчивости прямолинейного движения путем установки рациональных давлений воздуха в шинах на основе более точных расчетов по системе (48) является одним из организационных мероприятий по повышению безопасности операторов мобильных колесных машин. На основе системы (48) создана компьютерная программа (свидетельство Роспатента № 2000610907).
В третьей главе «Экспериментальные исследования и результаты внедрения организационных и технических мероприятий» представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных с целью проверки основных положений теоретических предпосылок.
Сравнительный анализ (таблица 7) значений классов условий труда, полученных на основе интегральной методики и посредством измерений и оценок производственных факторов, был проведен по поручению Министерства труда и социального развития РФ (письмо № 596-8 от 09.09.97 г.).
Таблица 7 – Фрагмент сравнительного анализа оценочных показателей
| Рабочее место | Класс условий труда | Совпадение | ||
| по нормативным документам | на основе методики интегральной оценки | по классу | по классу и степени | |
| Водитель автомобиля | 3.1 | 3.1 | да | да |
| Кладовщик | 2 | 2 | да | да |
| Наладчик КИПиА | 2 | 3.1 | нет | нет |
| Машинист резальных машин | 3.1 | 3.4 | да | нет |
Сравнение показало, что по классу условий труда совпадение составило около 94 %, по классу с учетом степени вредности – около 91 %. Иными словами, расхождения между результатами двух методов не более 10 %.
При этом КУТи учитывает влияние на него всех элементов системы Ч-М-С. Он определяется по величине производственно обусловленной заболеваемости работников, а значит приемлем как для стационарных, так и нестационарных рабочих мест, в том числе операторов мобильных машин. Целесообразно его применение в агропромышленном производстве, так как учитываются сезонные изменения условий труда (информация о заболеваемости собирается за целый год). Стоимость проведения работ с применением КУТи примерно в 1,5…3 раза ниже по сравнению с оценкой по действующему Порядку проведения аттестации рабочих мест.
Показатель КУТи, как и предложенный показатель КБ, может быть использован и для оценки эффективности мероприятий по охране труда. На основе класса безопасности КБ также возможно рациональное распределение операторов по мобильным машинам (таблица 8) с помощью разработанного алгоритма (таблица 6).
Эффективность рационального распределения операторов по шести тракторам подтверждается снижением оценочных показателей, подсчитанных до (
, 
) и после (
, 
) внедрения организационных мероприятий (рисунок 17).
Показатели КБ и КУТи могут оценить и эффективность технических разработок, которые также требуют экспериментальных исследований.
В формуле (20) для расчета начальной скорости полета частицы сыпучего материала на основе лабораторных исследований определен коэффициент kp, среднее значение которого составило 0,0023 Нс2/м2. Также найдены зависимости начальной скорости частицы Vн(0,4), Vн(0,5) и Vн(0,6) от расстояния S, на которое вылетает частица, при высоте точки вылета, соответственно, H = 0,4 м, Н = 0,5 м и Н = 0,6 м
(49)
(50)
(51)
Таблица 8– Показатели распределения операторов по машинам
| Колесная машина: трактор Т-150К | До внедрения мероприятий | После внедрения мероприятий | ||||||
| Квалификация оператора (КЛ), класс | Травмобезопасность (КТ), класс | Условия труда (КУТ), класс | Уровень безопасности (КБ), класс | Квалификация оператора (КЛ), класс | Травмобезопасность (КТ), класс | Условия труда (КУТ), класс | Уровень безопасности (КБ), класс | |
| инв. № 4568 | 1 | 2 | 3.1 | 1 | 3 | 2 | 3.1 | 3 |
| инв. № 687 | 1 | 2 | 3.2 | 2 | 3 | 2 | 3.2 | 3 |
| инв. № 0058 | 3 | 2 | 3.2 | 4 | 1 | 2 | 3.2 | 2 |
| инв. № 2228 | 2 | 2 | 3.1 | 2 | 2 | 2 | 3.1 | 2 |
| инв. № 026 | 2 | 2 | 3.1 | 2 | 2 | 2 | 3.1 | 2 |
| инв. № 14 | 3 | 2 | 3.3 | 4 | 1 | 2 | 3.3 | 2 |
