Эргономические основы безопасности деятельности операторов машинно-тракторных агрегатов

По данным Всероссийского НИИ охраны труда в системе АПК сейчас около 70% выпускаемых тракторов, комбайнов, других сложных сельскохозяйственных машин и оборудования для земледелия и животноводства не соответствуют государ­ственным стандартам по параметрам безопасности. Так, от­сутствие кондиционера в кабине трактора в условиях жаркого климата (Средняя Азия, Северный Кавказ, Казахстан, Поволжье, юг Украины) повышает температуру на рабочем месте на 15 – 20°C в сравнении с температурой окружающего воздуха [32]. Если температура окружающего воздуха +30°C, то в кабине она составит величину в +45°; +50°C. По У. Вудсону, Д. Кановеру, допустимый максимум температуры в 50°C допустим в течение одного часа и намного превышает уровень температуры (18°C), благоприятный для умственной и физической деятельности человека [33].

Проведенные в октябре 1990 г. – апреле 1991 г. с участием федерации профсоюзов АПК СССР в шести союзных республиках социологические исследования среди механизаторов показали, что более 80% из них не удовлетворены условиями труда, особенно тяжелыми условиями работы в кабинах [32].

В результате неблагоприятных условий жизнедеятельности механизаторов на производстве и в быту (после ненормированной рабочей смены, начинается вторая смена в своем подсобномхозяйстве до 24 часов, а в 6 часов утра снова подъем) средняяпродолжительность жизни их по стране – 45 лет.

Риск погибнуть механизатору на производстве примерно такой же, как у летчика-истребителя. Из 5065 человек, получивших травму с летальным исходом, в системе АПК СССР в 1989 г. 30% механизаторов [34].

По данным Управления охраны труда Минсельхозпрода России (зам. начальника Вовк А.Н.) ежегодно в хозяйствах и предприятиях системы АПК погибает на производстве около 3000 человек, из них 32% – трактористы-машинисты, 19% – водители.

Социально-экономическая напряженность в сельском хозяйстве, текучесть механизаторских кадров во многом зависит от условий труда, быта, обитаемости тружеников села. В настоящее время нехватка механизаторских кадров по странам СНГ составляет 350 000 человек. Это ухудшает использование техники и затрудняет проведение экономических реформ на селе.

В этой связи задача совершенствования условий труда, повышения эффективности использования машинно-тракторных агрегатов (МТА) и обеспечения безопасности деятельности механизаторов выдвигает необходимость комплексной оценки МТА и среды обитания операторов с учетом требований эргономики.

В курсе «Безопасности жизнедеятельности» различают несколько аспектов (профессор Русак О.Н.) [35]: мировоззренческий, физиологический, психологический, социальный, воспитательный, эргономический, медицинский, технический и др.

Рассмотрим эргономический аспект на примере пахотного агрегата с трактором Т-4А.

Учебное пособие составлено по материалам научных исследований, проведенных авторами в совхозе «Белозерский» Курганской области и на полигоне Урал НИИС НАТИ.

Эргономика и ее предмет. Выступая на I Всероссийской конференции по НОТ в 1921 г., психолог В.Н. Мясищев предложил назвать науку о труде эргологией [36]. Представитель польской делегации, выступая на I Международной конференции ученых и специалистов стран – членов СЭВ и СФРЮ по вопросам эргономики (1972 г.), сообщил, что в 1957 г. польский естествоиспытатель В. Ястшембовский издал работу под названием «Черты эргономики, т. е. науки о труде». Эта работа была издана в еженедельнике «Природа и промышленность» (№ 29, 1957 г.). Ястшембовский писал: «Под понятием эргономики, происходящем от греческого слова ergon (труд) и nomos (принцип) понимаем науку о труде, т. е. об использовании человеком его сил и способностей, приданных творцом».

Ведущие ученые нашей страны в области эргономики доктор психологических наук В. Зинченко, академик АПН СССР А. Леонтьев, член-корреспондент АПН СССР Б. Ломов, кандидат психологических наук В. Мунипов писали: «Эргономика изучает функциональные возможности и особенности человека в трудовых процессах с целью создания таких условий и методов и такой организации трудовой деятельности, которые делают труд высокопроизводительным и вместе с тем способствуют всестороннему духовному и физическому развитию человека, обеспечивают комфорт и безопасность работающего, сохраняют его здоровье. Предметом эргономики является трудовая деятельность человека, а объектом исследований – система «человек – орудие труда – производственная среда». Это определение эргономики было принято I Международной конференцией ученых и специалистов стран-членов СЭВ и СФРЮ по вопросам эргономики [37].

Основная практическая цель эргономики, как отмечалось на конференции, – научная организация труда. Главная задача эргономики – разработка совместно с другими научны­ми дисциплинами обшей теории деятельности человека в ус­ловиях современного производства.

Современное состояние эргономических исследований. Сос­тояние и перспективы эргономических исследований в странах СЭВ обсуждались с 28 июля по 1 января 1972 г. в Москве на I Международной конференции ученых и специалистов стран-членов СЭВ и СФРЮ по вопросам эргономики. В ра­боте конференции приняли участие 600 человек. От каждой страны были сделаны проблемные доклады, дающие представления о состоянии научных исследований по эргономике. Так, болгарские специалисты уделили большое внимание организационным основам эргономических исследований.

ВВенгрии эргономикой занимаются, прежде всего, психологи труда. На предприятиях, в транспортных организациях работают лаборатории психологии труда, где определяется профессиональная пригодность рабочих, проводятся исследования по комплексной оптимизации рабочих мест.

В Польше на многих фабриках и заводах работают коллективы эргономистов в составе врачей, психологов и инженеров. Цель их деятельности – совершенствование существующих условий труда. Польские специалисты подготовили коллективную монографию, в которой даются эргономические основы повышения эффективности труда. Автор первой главы профессор Я. Рознер показал, что эффект может обеспечить многофакторная оптимизация труда, составляющая суть эргономики [38]. Польские специалисты считают, что учет человеческого фактора особенно важен при составлении проектного задания. В пояснительной записке к заданию рекомендуется дать описание всех рабочих движений человека-оператора.

Румынские специалисты также подчеркивают необходи­мость учета эргономических требований на стадии проектирования. Основным критерием рациональности конструкции, считают они, должен стать эргономический аттестат.

В Чехословакии эргономические исследования проводятся в медицинских, технических и сельскохозяйственных вузах, проектных организациях и на производстве.

Следует отметить, что в сельском хозяйстве европейских стран эргономических исследований проводится еще недостаточно. Так, на I Международной конференции эргономическим принципам конструирования сельхозмашин было посвящено лишь одно выступление специалистов из ГДР. Авторы исследовали уровень шума, запыленность, обзорность в различных системах кабин тракторов.

На зачаточное состояние эргономических исследований в сельском хозяйстве указывал член-корреспондент ВАСХНИЛ В. Тихонов [39].

М.И. Виноградов писал, что вынуждено согнутые позы свойственны значительной части сельскохозяйственных работ, но исследования по рациональной организации рабочих поло­жений при сельскохозяйственном труде почти не проводились.

И. Ванек (ЧССР) физиологическую рационализацию рабочего места и позы работающего считает важнейшей пробле­мой в сельском хозяйстве [39].

Б. Вюнш (ГДР) отмечает, что вопросы рационального ос­вещения рабочего места не используются как существенный фактор повышения производительности труда. На трудности проведения эргономических исследований в сельском хозяйст­ве указывал академик А.А. Летавет, что из-за этого задача создания оптимальных условий труда на современных сель­скохозяйственных машинах не решена. Так, по данным А.П. Семенова все еще в значительном количестве в эксплуа­тацию поступают машины и механизмы, создающие при ра­боте высокие уровни шума и вибрации, загрязняющие воз­душную среду. Управление машинами нередко осуществляется при неудобных позах, ценой больших усилий при высоких скоростях рабочих операций.

Требования эргономики. Учитывая большую социальную значимость эргономических исследований, научным советом по проблеме «Охрана труда» было проведено Всесоюзное сове­щание «Конструирование машин, механизмов и оборудования с учетом физиологических и гигиенических критериев эргономики». В докладах отмечалось, что эргономика сельскохозяй­ственной техники развита слабо и при проектировании машин конструкторы не учитывают требования эргономики. Так, ис­следования, проведенные Е.Я. Улицким и В.Н. Козловым, показали, что параметры рабочего места серийного трактора ДТ-75 не удовлетворяют самым элементарным требованиям эргономическим.

По данным главного конструктора ХТЗ профессора В.П. Кощуба, при проектировании нового трактора Т-150 с целью улучшения условий труда учтены требования эргономики, однако завод начал выпуск Т-150 без окончательного «добро» государственной комиссии (не был установлен воздухоохладитель).

«Жесткая машина, жара, пыль, закрыть двери никак нельзя,спаришься. За смену выматывает вконец» – такова харак­теристика нового трактора механизаторами.

На основании литературных источников с учетом ГОСТ 16456-76 и ГОСТ 12.2.049-80 нами дана схема требований эргономики к посту управления трактора и эргономических показателей качества (рис. 6).

 

Рис. 6. Схема требований эргономики кпосту управления машинно-тракторного агрегата

 

Гигиенические требования обеспечивают соблюдение норм метеорологической среды и микроклимата и ограничивают воздействие отрицательных факторов внешней среды.

Антропометрические требования определяют соответствие поста управления антропометрическим свойствам человека. Они обеспечивают рациональную позу и оптимальную зону расположения рычагов управления. Физиологические и психо­физиологические требования определяют соответствие поста управления биомеханическим свойствам человека и особен­ностям функционирования его органов чувств.

Психологические требования определяют соответствие поста управления психологическим особенностям человека (восприятие, память и т. п.).

Требования эргономики все больше внедряются в отечественные и зарубежные стандарты, что приводит к повышению производительности труда и его экономии. Так, по данным польских ученых, если бы учитывались все требования эргономики при проектировании и организации рабочих мест, то производительность труда увеличилась бы в целом на 20% по народному хозяйству.

Зарубежные фирмы с целью повышения производительности сельхозмашин, сохранности здоровья механизаторов и создания комфортных условий труда в последние годы используют при создании новых тракторов рекомендации эргономики, которые находятся на стыке дизайна, технической эстетики и техники безопасности. Появился даже термин «эргономический модерн», т. е. эргономика на самом высоком уровне [40].

Фирма «Массей Фергюсон» выпускает новые кабины для тракторов серии МГ-300, мощностью от 100 до 110 л. с. Уровень шума составляет 82 дБ. Кабина отличается хорошей обзорностью, имеет широкие двери. Опросы фермеров в США показали, что удобства доступа в кабины рассматривают как важнейший фактор при выборе трактора – 46% опрошенных и как существенный критерий – 34%.

На многих моделях тракторов США, ФРГ, Англии, Франции комфортабельные кресла полностью регулируются в зависимости от роста и массы водителя. Предусмотрены на кресле удобные подлокотники. Рулевое колесо регулируется по высоте. Имеется двухскоростной вентилятор, а также подогреватель воздуха. В кабине устанавливаются солнцезащитные стекла.

Перспективные направления по разработке новых образцов кабин трактора за рубежом связаны с поисками принципиально новых форм агрегатирования, создания кабин-капсул. На новых тракторах «Интрах» применяются одноместные кабины каркасной конструкции с центральным расположением сидении и высокой организацией поста управления.

Фирмой «Катерпиллер» на тракторе «Челенджер-85» для слежения за рабочими параметрами тракторов устанавливаются дисплейные системы, которые регулируют не только работу основных систем тракторов, но и его производительность.

Следует отметить, что выпускаемые нашими заводами трактора «Беларусь», ЮМЗ, комбайн «Дон-1500» имеют неплохие эргономические показатели, однако Норвегия, заку­пая в нашей стране трактора, тут же их усовершенствует. Так, для обеспечения лучшей обзорности и безопасности работающему ставят на трактор зеркала заднего вида увеличенных размеров, рулевую колонку переделывают в наклон­ную для уменьшения напряженности мышц шеи и спины водителя.

За счет усовершенствования трехточечного механизма задней навески операцию присоединения рабочих орудий к трактору стали проводить из кабины трактора, что исключает несчастные случаи.

Таким образом, учет требований эргономики при проектирований, эксплуатации, модернизации и ремонте сельхозтехникии использование положительного зарубежного опыта в этомнаправлении позволяет повысить эффективность применения машин, снизить травматизм механизаторов.

Теоретические предпосылки эксплуатационно-эргономической оценки МТА. Исследования и разработки по эргономической оценке продукции изделий, машин проведены во многихинститутах и организациях бывшего СССР: ВНИИстроймаше, ВНИИмаше, Гидрорудмаше, ВНИИПТмаше, ЦКБ велостроения, НИИ транспортного машиностроения, ВНИИОТ (г. Орел), ВЦНИИОТ, ЛТА.

Однако результаты научных работ в области машиностроения не дают единого решения проблемы оценки системы оператор – агрегат – среда в специфических условиях сельского хозяйства.

Вопросу оценки МТА посвящены работы В.П. Горячкина, В.С. Свирщевского, Ю.К. Киртбая, Г.В. Веденяпина, М.П. Сергеева, В.И. Виноградова, Н.П. Полканова, Д.Н. Саакяна, других ученых-эксплуатационников. Однако большинство авторов при классификации показателей оценок не учитывают среду обитания операторов МТА.

Значительный вклад в развитие методов оценки условий труда механизаторов внесли специалисты медико-биологического направления. Вместе с тем оценки, предлагаемые ими, предполагают раздельное определение показателей условий труда, что ограничивает широкое применение медико-биологических оценок при конструировании сельхозмашин и тракторов.

В связи с этим нами сделана попытка теоретически разработать методику эксплуатационно-эргономической оценки (ЭЭО) машинно-тракторных агрегатов [41].

Исходя из принципов теории систем, за методологическую основу эргономической оценки МТА берется система основных эргономических показателей качества по ГОСТ 16456-76. Все исходные показатели эргономической оценки подразделены на три группы: 1) гигиенические; 2) антропометрические; 3) физиологические и психофизиологические (рис. 7).

Рис. 7. Дерево оценки качества МТА. Комплексные показатели критерия качества К:

П – показатель полезности: ПЭ, ППТ, ПА, ПТ, ППП – соответственно эргономический, производственно-технический, товарно-ассортиментный, технический, патентно-правовой защиты; Э – технико-экономический показатель; СЗ – заводская себестоимость; ПЗУД. – приведенные удельные затраты; ПКЭ, П'КЭ, П''КЭ – гигиенический, антропометрический, физиологический и психофизиологический показатели

 

В первую группу вошли показатели, характеризующие среду обитания операторов: температура воздуха, уровень шума, ускорение низкочастотных случайных колебаний (НСК), концентрация пыли, загазованность.

Обобщение научных данных по влиянию факторов условий труда на организм человека показало, что большинство авторов на первое место ставят санитарно-гигиенические условия рабочего места. Так, по данным Е.Я. Улицкого, В.Н. Козлова, возможными причинами поражения различных органов или систем организма человека являются микроклимат, шум, толчковообразные колебания, загазованность, запыленность. Таким образом, первую группу исходных показателей ЭЭО следует считать основной.

Во вторую группу вошли показатели, характеризующие соответствие поста управления антропометрическим свойствам человека: рациональность рабочей позы, оптимальность зоны расположения рычагов управления. По мнению ведущих физиологов, эти показатели тяжести труда относятся к факультативным (неосновным). Однако, по данным В.Н. Козлова, вынужденная поза механизаторов приводит к профессиональным заболеваниям (искривление позвоночника и т. д.), поэтому правомерно их считать основными и включать в систему исходных показателей.

В третью группу вошли показатели, характеризующие соответствие поста управления физиологическим и психофизиологическим свойствам человека: усилия, прилагаемые к органам управления, интенсивность воздействия на органы управления, мощность работы с преимущественным участием плечевого пояса, устойчивость и концентрация внимания, про­пускная способность зрительного анализатора. Показатели третьей группы относятся к показателям высшего уровня, так как отражают влияние среды на физическую и умственную работоспособность операторов, поэтому включение их в систему исходных показателей комплексной эргономической оценки также необходимо и правомерно.

Эргономические показатели качества (по ГОСТ 16456-76), характеризующие психофизиологическую способность операторов (быстрота восприятия информации, быстрота усвоения информации), нами не включены в систему исходных показателей, во-первых, потому, что показатели умственной работоспособности уже в какой-то мере отражают влияние среды на психологические функции организма операторов, во-вторых, из-за сложности определения этих показателей в производственных условиях. Выбранная система исходных показателей, конечно, не в полной мере отражает все многообразие связей в системе оператор – агрегат – среда, но в некоторой степени может быть дополнением к системе основных групп показателей, образующих дерево оценки качества МТА (рис.7). Из общего числа комплексных показателей, входящихв это дерево, нас интересует эргономический показатель. С учетом главной задачи работы сделана попытка теоретически разработать методику эксплуатационно-эргономической оценки МТА, т. е. обосновать последовательность (алгоритм) расчета комплексного эргономического – показателя уровня качества поста управления МТА.

Анализ методов определения комплексных показателей позволил установить, что в сельском хозяйстве разработаны методы обобщенной комплексной оценки уровня использования МТА, машин и агрегатов. Однако предлагаемые методы не учитывают показателей, характеризующих приспособленность поста управления к оператору, возможность функционирования системы оператор – агрегат – среда.

В соответствии с ГОСТ 16431-76 «Качество продукции, показатели качества и методы оценки уровня качества продукции» при оценке качества продукции применяются следующие методы: балльный, органолептический, социологический, экспертный, а также комплексный и смешанный. Возможно применение данных методов и при определении эргономических показателей качества промышленных изделий с использованием опыта количественного расчета отдельных показателей [42]. В связи с этим предлагается определять эргономический показатель качества (ПЭ) поста управления МТА комплексным методом с использованием нахождения средней геометрической величины из суммарного показателя и одного из частных показателей, получившего низкую оценку

, (1)

где ПЭ; ПА; ППФ – обобщенный гигиенический, антропометрический, психофизиологический показатели качества поста управления; Пmin – показатель минимального уровня; К1; К2; К3 – коэффициенты весомости.

Обобщенный гигиенический показатель качества ПГ определяется с учетом методики комплексной оценки МТА, разработанной на кафедре ЭМТП Челябинского агротехнического университета профессором Л. К. Аблиным.

Алгоритм предлагаемого метода следующий:

1. Выбирается система исходных показателей гигиенической оценки МТА.

2. Принимается система нормирования показателей за эталонный (базовый) вариант.

3. Определяется по каждому показателю его относительная оценка (уровни yij)в виде частного от деления его фактического значения xсрij на нормированное (эталонное) xнij.

4. Матричным методом определяются коэффициенты весомости исходных показателей.

Учитывая, что с помощью матричного метода получаем статистический «вес» (долю) абсолютного значения в сумме абсолютных значений всех показателей без учета того, как влияет тот или иной показатель на организм оператора, предложено определять коэффициент весомости Bij по выражению:

, (2)

где τэкij – допустимая экспозиция (время ежедневного безвредного и безопасного пребывания человека в рабочей зоне) по i-му показателю условий труда, ч.

Допустимая экспозиция – правомочный критерий оценки среды обитания, полученный Куб. НИИТиМ на основе широких экспериментальных исследований; определяется с помощью номограмм.

Эргономический показатель качества поста управления МТА, рассчитанный по выражению (1), войдет в соответствие с теоретическими предпосылками в систему показателей для определения комплексного критерия качества МТА. Кроме того, необходимо учитывать эргономическую оценку МТА при нормировании работ в сельскохозяйственном производстве.

Обобщение литературных данных по теме исследования, практика показывают, что условия труда операторов, эргономические качества гостов управления МТА не учитываются в полной мере при нормировании механизированных работ. Так, по данным профессора В.Н. Козлова, механизатор при работе на бороновании затрачивает больше энергии, чем при вспашке. Однако в типовых нормах это не нашло отражения. Более того, время отдыха при бороновании составляет 15 минут, при вспашке – 20 минут. Известно, что сменную производительность пахотного агрегата рассчитывают по формуле:

, (3)

где T0 – основное время работы в течение смены, ч; ω – чистая часовая производительность агрегата, га.

, (4)

где bР – рабочая ширина захвата, м; υР рабочая скорость, км/ч.

Основное время работы представляет собой время, которое затрачивается на выполнение рабочих ходов в течение смены и определяется из выражения

, (5)

где ТН.СМ – нормируемое время смены, ч; ТВ – вспомогатель­ное время смены, ч; ТОБС – время организационно-технического обслуживания агрегатов на загоне, ч; ТОТЛ время на отдых и личные надобности, ч; ТПЗ – время подготовительно-заключительной работы, ч.

Из всех составляющих времени смены нас интересует время на отдых и личные надобности. Методика разработки нормативов на отдых и личные надобности, предложенная НИИ труда, предусматривает на личные надобности 10 минут за смену, а время отдыха устанавливается в зависимости от факторов утомляемости (микроклимата, шума, вибрации и т. д.). Для каждого из указанных факторов устанавливается время на отдых в процентах от оперативного времени смены. Общее время на отдых за смену определяется по формуле

, (6)

где Рi – время на отдых, % от оперативного времени смены по i-му фактору.

Эту методику, как считает X.Г. Барам, ориентировочно можно признать пригодной для механизированных полевых работ, так как никаких материалов физиологических исследований в сельском хозяйстве нет. В связи с этим методика ГОСНИТИ и типовые нормы рекомендуют время на отдых механизаторам при вспашке назначать в виде двух перерывов по 10 минут в течение смены: через 2 часа после начала работы и за 1,5 ч до ее конца. Конечно, такой режим труда и отдыха не вполне приемлем, так как рекомендации НИИ труда основаны, главным образом, на исследованиях в промышленности.

Учитывая, что условия труда при работе на тракторах не совсем удовлетворительны, целесообразно увеличить время на отдых и рассчитывать его по следующему выражению

, (7)

где Т'ОТ – время на отдых по типовым нормам выработки (20 мин.); ПЭ – эргономический показатель качества поста управления пахотного агрегата.

Подставив значение ТОТ (7) в выражение (5) для основного времени и раскрыв скобки, получим

. (8)

Тогда формула для расчета производительности примет вид

. (9)

Внедрение научно обоснованного режима труда и отдыха механизаторов с учетом их физиологической работоспособности и эргономической оценки МТА будет способствовать стимулированию труда механизаторов и повышению его производительности.

Для подтверждения выдвинутых теоретических предпосылок нужны экспериментальные исследования. Порядок получения и обработки цифровой информации предусмотрен методикой экспериментальных исследований.

В качестве второго элемента объекта исследований системы оператор – агрегат – среда был принят пахотный агрегат на основе трактора Т-4А, который, являясь перспективным по классу тяги, используется неэффективно. Одна из причин этого – неудовлетворительные условия труда механизаторов. С целью совершенствования условий труда в качестве средств для частичной нормализации микроклимата была обоснована вентиляционная установка, изготовленная на базе вентилятора-пылеотделителя конструкции НИИ автоприборов. При исследовании обеспечивалась стабильность работы пахотного агрегата на одном поле с глубиной вспашки 22 – 27 см на почвах, характерных для Урала. Выбор времени года определяется сезонностью пахотных работ. В рядовых условиях эксплуатации длина, гона, характер поворотов определялись технологией обработки на данном участке. При проведении испытаний на УралНИИС использовалась тензолаборатория конструкции НАТИ на базе автомобиля ЗИЛ-157. Для оперативности в работе по эргономической оценке МТА в производственных условиях совхоза «Белозерский» была оборудована самоходная лаборатория охраны труда.

При подготовке к эксперименту учитывалось, что некоторые отечественные приборы не приспособлены для измерений в полевых условиях (чувствительность к вибрации, сетевое питание). В связи с этим сетевой электрический термометр переделан в батарейный, что позволило замерять тремор (дрожание рук) механизаторов в зависимости от утомления в полевых условиях.

Изменение электрической схемы рефлексометра дало возможность измерять не только реакции на свет и звук, но и частоту пульса механизаторов. Для отбора проб воздуха на запыленность была изготовлена насадка, которая устанавливалась на трубу воздухоочистителя. С помощью заслонки, управляемой из кабины трактора, регулировалось статическое давление в насадке, а значит и расход воздуха, проходящего через фильтр. Для определения расхода воздуха использовались протарированные ротометры электрического аспиратора ЭТП института гигиены им. Эрисмана.

Для определения ускорения низкочастотных колебаний на сиденье и полу кабины крепились шесть акселерометров тензометрического типа с пределом измеряемых ускорений до 2g, диапазоном измеряемых частот от 0 до 15 Гц и погрешностью измерений 2,5%. Запись осуществлялась при скорости протяжки ленты 16 см/с.

Измерение общего уровня и спектра шума проводилось шумомером RSJ фирмы RFT (ГДР) в соответствии с ГОСТ 12.4.095-80 и ГОСТ 12.2.002-91.

Для оценки влияния опытной вентиляционной установки на уровень шума и вибрации регистрировались виброскорость и виброускорение крыши кабины с помощью прибора ИШВ-1. В качестве датчика применялись вибропреобразователи Д-l3 и Д-28. Погрешность измерений шума, вибрации не превышала 0,5 дБ.

Определение влияния средств нормализации микроклимата на его показатели и физиологические эффекты тепловой нагрузки осуществлялось с помощью тепломера, термостанции, электротермометра, психрометра. Датчики тепломера, пред­ставляющие собой коробочки из органического стекла, внутрь которых помещена термопара (для измерения температуры), и термобатарея (для измерения теплового потока) наклеи­вались на отдельные точки тела (лоб, грудь, кисть, бедро, го­лень). Абсолютная ошибка измерения температуры участков тела составляла не более 0,5 °C, а относительная погрешность 5%. Перед началом испытаний и после их окончания проводи­лась тарировка аппаратуры. Для более надежной оценки ре­зультатов опыта широко применялись методы математической статистики при планировании и обработке эксперимен­тальных данных с использованием ЭВМ.

На основе разработанной методики и в соответствии с за­дачами исследований определены частные показатели для эр­гономической оценки МТА. Статистический анализ полевых опытов по оценке температуры среды позволил установить закон распределения случайной величины – температуры воздуха в кабине трактора Т-4А. Данные наблюдений согласуются с гипотезой о нормальном распределении генеральной совокупности с надежностью 0,95 (по критерию Пирсона хи-квадрат). По методике НАТИ определены виброшумовые характеристики поста управления пахотного агрегата.

Запись на осциллограмму случайных процессов колебаний пола и сиденья поста управления пахотного агрегата позволила определить ускорения низкочастотных колебаний и их статистические характеристики – корреляционные функции, спектральные плотности и эффективные частоты. Ускорения низкочастотных колебаний на транспортном и рабочем режимах на всем скоростном диапазоне превышают предел комфорта (0,25 g) и нормы «Единых требований...» (0,01 g).

Основной спектр энергии колебаний на сидении при вспашке приходится на диапазон частот f = 40...50 (1/с) (6...9Гц) (рис. 8). Ширина спектра частот ускорений с увеличением скорости трактора имеет тенденцию к увеличению. С целью определения исходных антропометрических, физиологических и психофизиологических показателей осуществлен анализ удобства управления и рабочей позы оператора с помощью киносъемки и графическим методом (табл. 5, 5а, рис. 9, табл. 6).

 

 

Рис. 8. Статистические характеристики процесса колебаний на сидении трактора Т-4А при вспашке (υ= 1,22 м/с):

а – корреляционная функция; б – спектральная плотность

 

На основе разработанной методики определены усилия и мощность внешней работы при пользовании рычагами управления. За смену физическая нагрузка составила 42 443 Дж. Наибольшая мощность имеет место при включении коробки передач (W = 10,8 Вт) и при крутом повороте трактора (W = 7,13 Вт).

В соответствии с общеметодическими предпосылками эргономической оценки МТА определен эргономический показатель качества поста управления пахотного агрегата. Численные значения исходных показателей для эргономической оценки определены в ходе эксперимента. В качестве эталонного (базового) варианта берется система нормированных и фоновых показателей. Сопоставимыми вариантами являются системы показателей, полученные при работе пахотного агрегата с серийным вентилятором и с предложенной вентиляционной установкой, а также системы показателей, полученной при работе трактора Т-4А с экспериментальным плугом (с комбинированными рабочими органами).

 

Т а б л и ц а 5. Эргономический анализ удобства рабочей позы оператора пахотного агрегата с трактором Т-4А

Вариант Описание вариантов позы Среднее число кадров, п Среднее время, с В % к общему времени
1. Рекомендуемая оптимальная (по Wisner)
2. Сравнительно-нормальная поза: посадка прямая, корпус прижат к спинке сидения, взгляд вперед 1,39 1,84
3. Статически вынужденная поза: корпус повернут на­право (30 – 40°); обзор через переднее окно; отрыв корпуса от спинки сидения 16,20 21,40
4. Статически вынужденная: корпус повернут направо (30 – 45°); обзор рабочей зоны посадки трактора 12,80 17,00
5. Статически вынужденная: корпус наклона вправо; голова в проеме окна 22,10 29,35
6. Статически вынужденная: корпус наклонен вперед и повернут на 30 – 45°. Обзор впереди трактора, левая рука на подлокотнике 2,64 3,50
7. Статически вынужденная: корпус наклонен вперед 0,50 0,61
8. Статически вынужденная поза: корпус повернут на­лево на 45 – 90°, обзор ра­бочей зоны позади трактора через левое плечо 6,60 8,70
9. Динамически вынужденная поза, повороты, наклоны 13,27 17,60
    Итого:     75,5   100%

 

 

Т а б л и ц а 5,а. Микроэлементный анализ процесса посадки оператора в кабину трактора Т-4А

Описание элемента Число кадров Время, с
Поднятие рук и обхват кромок дверного проема 0.420
Установка левой ноги на ступеньку 0,420
Поднятие правой ноги на гусеничную цепь и перемещение корпуса 0,672
Перемещение корпуса и левой ноги 0,576
Перемещение корпуса в кабину 0,966
Посадка на сиденье 0,420
  Итого: 3,474

 

Рис. 9. Схема оптимальной (по Wisner) рабочей позы

 

Коэффициенты весомости исходных показателей гигиенического показателя качества поста управления определены матричным методом с учетом допустимой экспозиции. Гигиенический показатель качества поста управления определен также на основе данных инженерно-психологической оценки условий труда операторов (для первого варианта П'Г1 = 0,605 и для второго П'Г2 = 0,810). По мнению экспертов, примене­ние вентиляционной установки улучшает гигиенический пока­затель качества на 20,5%, что близко к значению приращения ПГ, полученного комплексным методом (22,8% и соответствен­но 21,8%). Все это подтверждает правомерность применения методики комплексной оценки МТА для определения эргоно­мического показателя качества поста управления пахотного агрегата.

 

 

Т а б л и ц а 6. Биомеханический анализ

Описание позы Величина угла, град
α1 α2 α3 α4 α5 α6 α7
Правая нога на педали остановочного тормоза, правая рука на рычаге муфты поворота -10
Правая нога на педали муфты сцепления, муфта выжата -12
Управление понизителем, левая нога на упоре -32
Правая нога на педали остановочного тормоза, правая рука отвела «на себя» рычаг муфты поворота, правый разворот

 

На основе экспериментальных данных составлена карта эргономической оценки пахотного агрегата с трактором Т-4А. Эргономический показатель качества поста управления (с серийным вентилятором) находится на критическом уровне качества (Пэ = 0,242). Применение вентиляционной установки несколько улучшает его (рис. 10).

В соответствии с теоретическими предпосылками с целью установления взаимосвязи между эксплуатационными показателями МТА и условиями труда операторов сделан расчет вероятной сменной производительности (нормы выработки за 7-часовую рабочую смену на вспашке стерни на глубину 22 – 27 см трактором Т-4А с плугом ПП-6-35М).

Рис. 10. Карта – эталон эксплуатационно-эргономической оценки пахотного агрегата с трактором Т-4А

 

Получены номограммы для определения времени отдыха и сменной производительности пахотного агрегата с учетом эргономического показателя уровня качества поста управле­ния (рис. 11, 12).

С учетом динамики физиологических функций организма операторов пахотного агрегата был назначен и внедрен в совхозе «Белозерский» оптимальный режим труда и отдыха для механизаторов. Экономическая эффективность совершенствования труда, его условий (микроклимата) определена по методике НИИ труда.

Экономический эффект от улучшения использования пахотного агрегата за счет снижения температуры воздуха в кабине составил 342 руб. на один трактор (в ценах 1985 г.). С помощью методики комплексной оценки определено, что вентиляционная установка относительно совершеннее серийного вентилятора, так как ПГ2 = 0,778 > ПГ1 = 0,642. Несмотря на получение экономического эффекта, главным следует считать социальный эффект – сохранение здоровья механизаторов, повышение творческого характера их труда, что особенно важно в условиях рыночной экономики.

 

Рис. 11. Номограмма для расчета вероятностной сменной выработки пахотного агрегата с учетом ПКЭ

 

Рис. 12. Номограммы для определения отклонений температуры тела и частоты дыхания оператора:

ΔУв – отклонение температуры тела; ΔХа – отклонение температуры воздуха; ΔУ10 – отклонение частоты дыхания; ΔХ2 – отклонение температуры воздуха на уровне головы

Документ 1. МАТЕРИАЛЫ ЗАСЕДАНИЯ КОМИССИИ ЦК ПРОФСОЮЗА ПО ЗАЩИТЕ ПРАВ И ИНТЕРЕСОВ МЕХАНИЗАТОРОВ

 

(письмо от 13.10.92 г. № 4 – 3/598)

 

Для использования в практической работе доводим до Вашего сведения материалы заседания комиссии ЦК профсоюза по защите прав и интересов механизаторов, рассмотревшей на очередном заседании состояние травматизма и условия труда механизаторов.

В настоящее время на предприятиях агропромышленного комплекса работает 1 млн. 322 тыс. трактористов, 15 процентов от общей численности занятых на производстве. Ими обслуживается 1 млн. 371,1 тыс. тракторов и свыше 600 тыс. единиц другой сложной сельскохозяйственной техники.

В 1991 году на производстве погибло 1038 механизаторов, производственный травматизм среди них почти в 3 раза выше (КСМ = 6,5), чем в целом по сельскому хозяйству (КСМ = 2,2).

Основные причины травмирования:

-эксплуатация технически неисправных машин, отсутствие или неисправность блокировочных и ограждающих устройств – 22,3%;

-неудовлетворительная организация работ – 11,7%;

-нарушение работниками инструкций по технике безопасности – 10,9%;

-нарушение правил дорожного движения – 10,5%;

-недостатки в обучении и инструктировании работающих – 8,6%.

Почти каждый третий механизатор погиб при выполнении работы в состоянии алкогольного опьянения.

Как и раньше, работа механизаторов в весенне-летний период – полный световой день, по два-три месяца без выходных – приводит к повышению вероятности травмы. Как показало изучение условий труда механизаторов в Волгоградской, Курганской, Свердловской, Иркутской, Смоленской областях, Краснодарском крае, во многих хозяйствах переработка установленного законодательством максимума сверхурочных (120 часов за год) колеблется от 150 (Волгоградская область) до 450 часов (Курганская область). В ряде регионов, особенно где ощущается нехватка механизаторов, переработка компенсируется дополнительной оплатой, а не предоставлением дополнительных дней отдыха (Иркутская область).

Сложные условия труда вынуждают механизаторов к 50-летнему возрасту переходить на другую работу. Сейчас в хозяйствах недостает 80 тыс. механизаторов, а 236 тысяч человек, имеющих профессию механизатора, заняты на других производственных участках. Текучесть кадров составляет 7%, в том числе 85 тыс. человек ежегодно оставляют эту работу по собственному желанию, столько же по уважительным причинам, 12 тыс. человек освобождаются от работы за нарушения трудовой дисциплины.

Социологические опросы механизаторов, проведенные Орловскими НИИ охраны труда, показывают, что 17,3% уходят из-за низкой оплаты труда, 19,2% – работа тяжелая, утомительная, 12,5% – плохие санитарно-гигиенические условия, 11,5% – непрестижность профессии.

Оценка выпускаемой нашей промышленностью техники позволяет сделать вывод о том, что ее большинство (суммировано более 70%) не в полной мере отвечает требованиям безопасности, гигиены труда, является опасной для жизни и здоровья механизаторов и операторов, особенно при ее длительной эксплуатации.

Из-за отсутствия или ненадежности каркасов безопасности при опрокидывании тракторов ежегодно погибает 30 – 32% механизаторов, попавших в аварийную обстановку. Из-за ненадежности блокировки запуска двигателей тракторов под колесами и гусеницами ежегодно гибнет 110 – 120 человек, неогражденными карданными валами смертельно травмируется 55 – 60 человек. Эти цифры из года в год не снижаются. Ненадежны, неудобны и не обеспечивают безопасность ограждения приводов от вала отбора мощности трактора к прицепным машинам (кормораздатчикам КТУ-10, пресс-подборщикам ППР-1,6, косилкам, водораздатчикам) и как следствие эти механизмы эксплуатируются без ограждений. Продолжают выпускаться машины устаревших конструкций: тракторы Т-25А, К-701, Т-4А, Т-150К, Т-40М, комбайн КСК-100, картофелеуборочный комбайн ККУ-2А, при работе на которых механизаторы подвергаются чрезмерным динамическим и статическим физическим нагрузкам.

Так, усилия, которые необходимо за смену приложить к органам управления практически всех марок тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин, в несколько раз превышают допустимые пределы. Чрезмерные усилия требуются при выполнении в полевых условиях ремонта мощной сельхозтехники. Статистика свидетельствует: повышенные уровни шума, запыленности, загазованности, вибрации и неблагоприятный температурный режим, необходимость применения чрезмерных физических усилий ведут к росту хронических и профессиональных заболеваний и в первую очередь радикулиты, заболевания желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистые. За последние десять лет уровень профессиональных заболеваний на предприятиях АПК вырос в 1,5 раза.

По оценке самих механизаторов многие машины имеют низкую надежность, возрастают неудобства в техническом обслуживании. В кабинах серийно выпускаемых тракторов, по данным Саратовского НИИ сельской гигиены, содержание пыли превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) в среднем в 6 раз, при подборе валков – в 11 – 64 раза.

Содержание окиси углерода при движении агрегата по ветру и сильном встречном на рабочем месте механизатора достигает 50 мг/м3 (ПДК – 10 мг/м3).

Необходимо отметить, что ряд заводов продолжает выпускать машины в экспортном исполнении, в которых значительно улучшены все технические характеристики. Так, Харьковский тракторный завод поставляет за рубеж колесный трактор T-190 К-07С с комфортабельной кабиной и гидрообъемным рулевым управлением. Такие же примеры можно привести по Липецкому тракторному заводу и ряду других предприятий машиностроения.

Многие машины эксплуатируются без аккумуляторов, не выдерживаются сроки и виды ремонта, проведения технического обслуживания.

В связи с изложенным комиссия ЦК профсоюза считает необходимым активизировать на местах работу технической инспекции труда, просит направить в ЦК профсоюза до 1 декабря т. г. предложения и рекомендации по внесению изменений в конструкции машин, при эксплуатации которых происходит наибольшее количество травм. Обобщенные предложения будут направлены в правительство и на заводы-изготовители для принятия мер по улучшению условий труда механизаторов.

Заместитель Председателя ЦК профсоюза А.М. Бирюков

 

Документ 2. НЕ КАБИНЫ, А КАМЕРЫ ПЫТОК СТОЯТ НА НАШИХ МАШИНАХ. ПОЧЕМУ?

 

Проблема условий и охраны труда операторов сельскохозяйственных машин (да и водителей отечественных транспортных машин в целом) в настоящее время становится более актуальной, чем даже техническая отсталость конструкций агрегатов. Это связано с тем, что в условиях диктата цен начинается массовое использование устаревшей техники, включение в затраты на ее совершенствование главным составляющим заработной платы и соответственно снижение (резкое) остальных затрат.

На большинстве сельскохозяйственных самоходных комбайнов, тракторов, грузовых автомобилей условия труда рабочих не отвечают современным требованиям. Запыленность и загазованность превышает ПДК в десятки раз, температура в летний период превышает допустимую на 6 – 15 °C, а зимой ниже на 13 – 20 °C. В кабинах отсутствует эффективная теплошумоизоляция, стекла не имеют теплозащитных покрытий, нетсистемы надежной защиты оператора от травм и т. п. Операторы сельскохозяйственных машин, работающие в условиях высокой запыленности воздуха (Средняя Азия, Калмыкия), вынуждены пользоваться респираторами и защитными очками. При этом температура воздуха и поверхностей внутри кабины достигает +45...+50 °C. И, наоборот, в условиях низких температур (Сибирь, Дальний Восток) нет эффективной защиты от переохлаждения, обогреваемых сидений. Температура воздуха в кабине ниже допустимой даже при постоянно работающем двигателе.

Неблагоприятные факторы возникли не вчера. Они – следствие многолетнего невнимания к устройству кабин. Нет методов проектирования систем микроклимата и тепловой защиты кабин. Разработчиков ориентируют на однозначный выбор параметров в кабинах без учета физиологических особенностей труда рабочих и постоянно изменяющихся эргономических величин. При проектировании чаще всего используют решения, апробированные ранее на аналогах данного типа. Нет норм и правил, стандартов и методов проектирования кабин (типа СНиП), которые бы полностью исключили дискомфортную обстановку в кабинах.

Сейчас головная боль у проектировщиков – из-за отсутствия отечественного транспортного кондиционера, отопителя кабин для машин с ДВС воздушного охлаждения, системы защиты кабины от попадания пыли и проникновения солнеч­ной радиации. Если, например, в США изготавливается более 6 млн. фреоновых транспортных кондиционеров в год, то в бывшем СССР изготавливали 115 тыс. кондиционеров испарительного типа и около 5 тыс. кондиционеров с питанием от сети переменного тока (типа кондиционера «Баку»). Поэтому для создания приемлемых условий труда в кабинах зерноуборочного комбайна «Дон» был использован автомобильный кондиционер японской фирмы «Дизель-Кики». Отраслевые институты сельскохозяйственного машиностроения НАТИ и ВИСХОМ десятки лет сдерживали разработки транспортного фреонового кондиционера, проталкивая всячески кондиционеры испарительного типа ВИТ-400, ВИТ-600 и другие. Однако уже давно экспериментально доказано, что такой кондиционер приемлем только для сухого и жаркого климата, требует большого запаса воды, очищенной от солей и примесей, немалого расхода воздуха, полностью очищенного от пыли, имеет солидную массу и габариты.

Плачевный вид уже при сборке на заводах представляет герметичность и соответственно пылезащитность кабин, что связано с низким качеством проектирования и изготовления. На фирмах США «Джон Дир», «Фред» и других кабины тракторов и комбайнов делают по плазовым чертежам, т. е. в натуральную величину по шаблонам. При проектировании широко используется САПР, специальные программы ЭВМ, а в наших КБ основным инструментом проектирования остается чертежный кульман. С увеличением же энергонасыщенности и скорости движения машин увеличивается интенсивность воздействия их на почву и соответственно увеличивается запыленность воздуха в местах эксплуатации. Известно, что до 80% наших дорог не имеют твердого покрытия, поля засорены сорняками, ядохимикатами, гербицидами и пестицидами. Операторы в летний период до 76% своего рабочего времени дышат пылью и к 45 – 48 годам у них развиваются профессиональные болезни. Получается, что мы заранее укорачиваем их жизнь!

Только в кабинах некоторых тракторов (Т-25А, Т-30) применяют для защиты от пыли малоэффективный вентилятор-пылеотделитель, созданный более 30 лет назад. В современных системах вентиляции кабин зарубежных машин устанавливают фильтры из картона, иглопробивного лавсана, а для защиты от ядохимикатов применяют пенополиуретановые фильтры с начинкой из активированного угля или ионообменных смол. Наши отраслевые институты и КБ в этом направлении практически ничего не делают, хотя на том же «Ростсельмаше» испытывались эффективные ротационные пылеотделители и фильтры из пенополиуретана.

Еще горше тем, кто работает в северных районах. В кабинах уже при минус 5 °C наружного воздуха становится «прохладно», так как от систем отопления нет проку. Нужен отечественный малогабаритный автономный отопитель или водоподогреватель с использованием дизельного топлива, мазута, нефти, а также отопитель повышенной тепло производительности. Кабины машин с ДВС воздушного охлаждения практически не отапливаются. Применяемые на них отопители не выдерживают никакой критики. Эффективность систем отопления снижается негерметичностью кабин и проникновением большого количества холодного инфильтрационного воздуха, отсутствием многослойных теплозащитных стекол. В современных зарубежных системах отопления применяют сложные воздухораспределители, предусматривающие индивидуальный подогрев рук и ног оператора, боковых и задних стекол кабины, пола и сидений. Теплоизоляция кабин выполняется из высококачественного воздухопроницаемого пенополиуретана, стекла трехслойные, с электроподогревом. Эффективная система отопления важна в кабинах в условиях Севера не только для создания нормальных условий, но и для выживания человека в экстремальных ситуациях.

Помимо комфортного микроклимата, в кабинах должна быть создана атмосфера психологического комфорта. Рабочего должны окружать предметы и пульты, отвечающие эргономике и безопасности. Поездки на большие расстояния и работа в ночные смены воспринимаются операторами легче, если интерьер кабины выполнен эстетически интересно, если в кабине есть откидной столбик, холодильник, умывальник и даже газовая плита. Кабины зарубежных сельскохозяйственных машин насыщены электроникой, пробы имеют подсветку с использованием волоконной оптики, рулевые колонки отклоняются и регулируются по высоте. Зарубежные дизайнеры проектируют не отдельные элементы интерьера кабины, а целиком предметную среду.

В связи с этим можно отметить блеклость и невзрачность интерьера кабин наших машин. В отделку берется пластик или винилискожа только серых и темных цветов.

Одна из серьезных причин нашего отставания – это отсутствие методик проектирования и испытания систем, микроклимата и тепловой защиты кабин, отечественных измерительных приборов. Необходимы точные малогабаритные приборы с питанием от бортовой сети напряжением 12 – 24 В, работающих в условиях вибраций, запыленности воздуха и резких колебаний температур. Необходимы отечественные компактные электротермометры, электроанемометры, тепломеры, измерители солнечной радиации, расходов воды и воз­духа, запыленности и дисперсности пыли, шума и вибраций, освещенности и загазованности, а также физиологических параметров оператора. Отсутствие методик и приборов приводит к тому, что невозможно правильно оценить защитные свойства различных кабин.

Задача обеспечения охраны труда и создания нормальных условий для рабочих сельскохозяйственных машин требует объединения усилий дизайнеров, конструкторов, специалистов по аэродинамике, теплотехнике, измерительным приборам и главное требует какого-то решения в правительстве России.

Канд. техн. наук В. Хохряков (Журнал «Охрана труда и социальное страхование» № 11, 1992 г.).

 

Документ 3. НЕ САДИСЬ ЗА ЭТИ АГРЕГАТЫ. ОНИ ОПАСНЫ!