Эргономические свойства и их показатели

Система человек – машина – среда (СЧМС) влияет на эксплуатационные свойства машин и, в частности, на их комплексный показатель – П_Т, которая зависит от эргономических показателей (Эргономика – наука о взаимодействии человека и машины), определяющих удобство и лёгкость управления машиной, показателей среды, в которой находится оператор (водитель), технической эстетики и показателей безопасности движения машины.

Длительная работа машины с полной П обеспечивается только тогда, когда не будут превышены возможности человека, управляющего этой машиной. Требования к конструкции машины должны учитывать анатомо-физиологические особенности человека.

Приближённо оценить удобство и лёгкость управления машиной можно следующими эргономическими показателями:

- физиологическими (силовые и скоростные возможности человека);

- психофизиологическими (возможность слуха, зрения);

- антропометрическими (компоновка рабочего места водителя);

- гигиеническими (условия жизнедеятельности и работоспособности человека в кабине).

Эти эргономические показатели должны рассматриваться в общем комплексе.

Физиологический комплексный показатель– состоит из единых показателей соответствия машины силовым, скоростным и энергетическим возможностям человека.

Для экономного расходования силы мышц и предупреждения преждевременного наступления усталости оператора необходимо организовать работу так, чтобы не выходить за пределы постоянной работоспособности, характеризуемой расходом энергии за смену.

Трудоёмкость управления работой машины можно оценить по числу включений рычагов за единицу времени, по усилиям на рычагах и длинам их хода, что определяет величину работы А, затрачиваемой на управление в единицу времени.

где Р – усилие на рычаге, кгс;

l– длина хода рычага, см;

n– число рычагов;

m– число включений рычага.

В процессе труда за смену расходуется на производительную работу более 8400 кДж. Работа считается лёгкой , если затрачивается до 2100 кДж, средней трудности– 2100…4200 кДж, выше средней– 4200…6300 кДж, тяжёлой – 6300…8400 кДж, особо тяжёлой – 8400…10500 кДж.

Усилия, прикладываемые водителем к рычагам и педалям, должны находиться в установленных пределах. Из-за перегрузки человека П снижается, увеличивается число ошибок, снижается коэффициент использования энергоресурсов машины, возрастает процент заболеваний.

Согласно единым требованиям безопасности к конструкции С и ДМ, усилия на рычагах не должны превышать 20…60 Н, на педалях 80…120 Н.

Коэффициент напряжённости управления для водителя определяют по формулам с использованием экспериментальных значений:

где А_Ф - действительная работа за смену, Дж;

А_Н – нормированная работа за смену, Дж;

S_i– среднее усилие на i-м рычаге (педали), Н;

l_i– путь, пройденный рычагом (педалью), м;

n_i– число включений за рабочую смену;

t_i– время на одно включение (выключение), с.

При нормированной работе средней трудности человек расходует 4200 кДж.

Наиболее сложно управление одноковшовым экскаватором, где приходится выполнять до 4310 включений за 1 час работы. На бульдозере 1000, на автогрейдере – 600.

Облегчение управления этими машинами может быть достигнуто путём применения пневматических, гидравлических и электрических систем управления.

Надо стремиться к уменьшению числа рукояток, усилий на их включение и уменьшение числа движений машиниста, т.е. необходимо стремиться к применению автоматического и полуавтоматического управления.

Психофизиологический комплексный показатель эргономических свойств состоит из единичных показателей соответствия машины зрительным и психофизиологическим возможностям человека.

Важным условием повышения производительности СДМ является хорошая обзорность РО и фронта работ с рабочего места водителя.

Удобство обзора зависит от конструкции кабины, площади её остекления, расположения и конструкции пульта управления и сидения машиниста.

Обзорность с рабочего места водителя рассматривается с 2-х позиций:

- на тяговом режиме с точки зрения уменьшения потерь производительности;

- на транспортном с точки зрения повышения безопасности движения.

Остеклённость кабины характеризуется коэффициентом:

где F_K– площадь контура машины в плане,

F_C– площадь невидимой зоны.

Хорошая обзорность, если к_обз = 0,25…0,35.

При работе на бульдозере машинист в настоящее время не видит нижней части отвала, вследствие чего не может контролировать толщину срезаемой стружки и объём перемещаемого грунта. Не может он также следить и за работой лебёдки, т.к. окно в задней стенке не обеспечивает достаточного поля зрения. Поэтому целесообразно устанавливать зеркало, которое позволяет вести наблюдения за ходом зарезания отвала и наполнения его грунтом.

Антропометрические показатели характеризуют машину и элементы её конструкции, которые должны обеспечить рациональную и удобную позу, правильную осанку, оптимальное расположение рук на рычагах управления с учётом формы и массы тела человека и его частей в статике и динамике.

Этот показатель состоит из единичных показателей: соответствие машины (кабины) размерам человека, форме тела и распределению его массы.

Они определяются наложением макета человека на схему рабочего места в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Коэффициент, отражающий удобство расположения органов управления в кабине (компоновку):

где S_Ф– самая удачная компоновка;

S_H– фактическая компоновка.

Комплексный гигиенический показатель оценивается следующими единичными показателями: вентилируемости, температуре, влажности, давления, запылённости, радиации, шума и вибрации.

Должны быть предусмотрены:

1. Нагревательные устройства (Температура не должна быть меньше 5 ⁰С при неработающем двигателе, и температура снаружи – 60 ⁰С. При работе температура на уровне пола должна быть не ниже 15 ⁰С).

2. Кондиционеры.

3. Кабины с повышенной герметичностью.

4. Глушители шума от отработанных газов, улучшена звукоизоляция кабины, двигатель установлен на амортизаторы.

5. Переднее стекло должно иметь стеклоочистители и обдув тёплым воздухом зимой.

6. Кабина должна иметь виброизоляцию, специальное сидение, исключить вибрацию рычагов и педалей.

7. Доступ к механизмам и силовой установке без выхода на открытый воздух (экскаваторы, стреловые краны).

8. Прожекторы и противотуманные фары.

Коэффициент, отражающий гигиенические показатели:

где L_Н– самое удачное сочетание гигиенических показателей;

L_Ф– фактическое сочетание гигиенических показателей.

В итоге комплексный показатель эргономических свойств:

Эргономика предполагает не только приспособленность машины к человеку, но и человека к машине. Это определяется развитием навыков, совокупность которых характеризует квалификацию рабочего, от которой зависит степень реализации эксплуатационных свойств машины (расход топлива, П, надёжность и т.д.).

Лекция 3

Основы надёжности машин