Нелегкий труд оператора-водителя мобильных машин и оборудования сопровождается вибрацией, снижающей производитель-ность и приводящей к профзаболеваниям. Общая вибрация, как результат механического воздействия человека с внешней средой, является на протяжении всей биологической эволюции важным экологическим фактором. Формирование физиологических и патологических сдвигов со стороны различных систем организма, частота и степень выражения этих нарушений зависят от эргономических данных рабочего места и особенностей человека. В процессе работы карьерных экскаваторов и буровых станков машинисты подвергаются интенсивным вибрационным воздействиям. Вибрации возникают как от взаимодействия рабочих органов машины со средой, так и от внутренних процессов возбуждения вибраций, сопровождающих работу агрегатов и механизмов. В этих условиях у машинистов, длительное время работающих на карьерных экскаваторах и буровых станках, возникает вибрационная болезнь, ведущая к потере трудоспособности и инвалидности.
Исследования [1] показали, что к профессиям очень высокого риска относятся водители большегрузных автомобилей; к профессиям высокого риска - машинисты конвейеров обогатительного производст-ва, к профессиям умеренного риска - машинисты конвейеров окомкова-ния. При анализе заболеваемости рабочих установлено, что группам риска по стажу работы у машинистов буровых установок являются стажевые группы от 5 до 20 лет, у машинистов экскаваторов- 11-20 лет, у водителей большегрузных автомобилей от 1 до 10 лет.
Снижение уровня вибрации рабочих мест и улучшение их эргономических характеристик позволит решить одну из важнейших проблем улучшения условий труда и сохранения здоровья рабочих. Уровень и частотный спектр вибрации на рабочем месте водителя зависит от профиля дороги, скорости движения, уровня вибрации двигателя, подвески шасси и кабины и, наконец, сиденья водителя. Так, например, уровни вибрации сидений машинистов экскаваторов ЭКГ-8И, ЭКГ-4, 6Б в карьере Лебединского горно-обогатительного комбината (г. Губкин, Белгородской обл.) превышает допустимые на 2…10 дБ в диапазоне частот 2…16 Гц. Спектральные характеристики входных возбуждений рабочих мест операторов показывают, что колебательная энергия карьерных машин сосредоточена на нижнем краю частотного диапазона и имеет характерные пики (табл.1)
Таблица 1. Анализ спектральных характеристик входных возбуждений рабочих мест операторов карьерных машин в карьере Лебединского ГОКа
| Машины | Наиболее вибронагруженные направления | Частоты характерных пиков (Гц) |
| Автомобили | Вертикальное и поперечное | 2;4 |
| Автосамосвалы М-200, НД-1200 | Продольное и поперечное Вертикальное | 0,12…0,13 1,75;2,5…3;4;5;5,6 |
| Бульдозеры | Все направления равномерно | 0,12;4…5 |
| Станки шарошечного бурения СБШ | Вертикальное и поперечное | 1,1;4;18 |
| Экскаваторы ЭКГ-4,6Б | вертикальное | 4;20 |
| Экскаваторы ЭКГ-8И | поперечное | 8 |
Во многом влияние вибрации на человека зависит от ее спектрального состава. Известны области частот, в которых уровни вибрации могут сказываться на выполнении производственных операций. Так частота 4…5 Гц является резонансной областью для человека, работающего стоя, 11 Гц - сидя. Частоты вибрации, соответствующие наиболее часто непосредственно наблюдаемым вредным явлением приведены в табл.2. Интенсивность вибрации, вызывающей отмеченные явления, зависит от структуры объекта, его массы, продолжительности воздействия.
Таблица 2. Симптомы и области частот вредного воздействия вибрации на человека.
| Симптомы действия вибрации | Частота (Гц) |
|---|---|
| Укачивание | 0,1…0,5 |
| Основные резонансы тела | 8…13 |
| Затруднение дыхания | 1…7 |
| Вредное влияние на зрение | 0,7…14 |
| Нарушение речи | 6…8 |
| Вредное влияние на сердечно-сосудистую систему | 4…4000 |
| Ухудшение координации рук, непостоянство давления ступни на опору | 1…2 |
| Ухудшение качества работы человека-оператора, максимальное отвлечение внимания | 0,5…14 |
| Нагревание тканей, разрушение клеток | 1000 и более |
В последнее время широкое распространение получила тенденция применения в качестве таких систем стальных тросов (канатов). Объясняется это рядом неоспоримых преимуществ тросовых систем. По структуре стальной трос является одним из наиболее подходящих материалов, используемых в качестве виброзащитных систем:
- - рабочие отрезки троса обладают требуемой несущей способностью и большим демпфированием;
- - при широкополосном и случайном возмущении не имеют резонансных зон;
- - через них можно передавать значительные статические нагрузки без заметного снижения виброзащитных свойств;
- - в процессе нагружения они испытывают деформации изгиба, кручения и сжатия;
- - хорошо противостоят вибрационным и линейным перегрузкам;
- - выдерживают многократные удары высокой интенсивности;
- - тросы не подвержены воздействию температуры, влажности, радиации и агрессивных сред.
Аналитическое описание физических свойств каната затруднено, так как он представляет собой сложную структуру, обладающую свойством конструктивной анизотропии. Трудно учесть эффекты при сложном нагружении упругих элементов, сильное влияние оказывает условие заделки концов и взаимное расположение отрезков троса.
В известных конструкциях тросовых виброизоляторов упругие элементы представляют систему коротких криволинейных или Г-образных стержней, выполненных из отрезков стального торса с закре-пленными или свободно скользящими концами, которые помещены в опорные элементы, состоящие из замкнутых контуров или восьмиобразных петель.
В целом виброизоляция площадок осуществляется введением упругодемпфирующих связей между опорной плитой и вибрирующей поверхностью. Однако если предположить, что центр инерции операто-ра жестко связан с площадкой и имеет шесть степеней свободы, то та-кие системы очень чувствительны к положению центра масс.
Наличие в системе промежуточных масс, звездочек, цепей и других элементов резко усложняет конструкцию. Учитывая то, что указанная площадка рассчитана на массу оператора около 70 кг, применения указанных схемных и конструктивных решений для объектов массой 300 кг и более представляется проблемной. В случае электроуправления машиной, что характерно для карьерных экскаваторов и буровых станков, рассмотрим виброизоля-цию пола кабины, на котором устанавливается сиденье машиниста и электроконтролеры (рис.1). Здесь отсутствуют внеопорные механиче-ские связи, возникающие в случае, когда имеются механические ры-чажные или тросовые проводки от рукояток управления к рабочим ор-ганам машины. Гибкие электрокабели при переходе с рамы машины на виброизолируемый пол образуют петли, практически исключающие влияние на работу виброизоляции.
Общая схема, виброизоляции представлена на рис.1. Машинист находится в кабине 1. Он сидит на виброзащитном сиденье 2. Руки машиниста манипулируют контроллерами 3 двух электропультов 4, расположенных с обеих сторон сиденья. Сиденье 2 и электоропульты установлены на виброизолированном полу 5. Виброизолированный пол 5 установлен на четырех тросовых изоляторах 6, которые крепятся к основанию 8 кабины 1. Электрокабели 7 электропультов 4 образуют гибкие петли, не влияющие на работу виброизоляции.
Применение тросовых виброизоляторов обусловлено их простотой, надежностью, долговечностью и дешевизной. Тросовые виброизоляторы обеспечивают необходимые динамические характеристики виброизоляции. Для их изготовления могут быть использованы тросы, бывшие в употреблении.
Рис.1
Рис. 2
Виброударозащитная площадка (рис. 2) [2] предназначена для защиты от ударов и вибраций, возникающих при работе на подвижных объектах и при транспортировке. Она состоит из опорной рамы 1, платформы 2, втулки 3 и 4, сегментов 5, упругих элементов (пружин) 6. Сущность изобретения заключается в том, что площадка содержит прямоугольную опорную раму и расположенную внутри нее прямоугольную площадку для установки объекта защиты. Они соединены отрезками стальных упругодемпфирующих тросов. Эти тросы проложены вдоль площадки так, что концы этих тросов заведены через неподвижные сегменты, которые закреплены вертикально с наружной стороны опорной рамы. Затем заведены на сегменты, расположенные горизонтально, и соединены с упругими элементами, установленными на наружных сторонах опорной рамы.
В Губкинском институте МГОУ совместно с АТУ ЛГОКа разработан макет виброзащитной тросовой платформы согласно патенту [2] . Проведенные на макеты экспериментальные исследования показали высокую эффективность платформы. Уровни виброускорения на рабочем месте оператора были снижены в 3-4 раза по сравнению с виброускорением на основании.
Список литературы:
1.Аверин В.А. Автореферат дис. на соискание уч. степени канд. мед.
Наук., Москва, 2001, 20с.
2. О.И. Мансуров. Виброударозащитная площадка.
Патент на изобретение № 2190132 от 27 сентября 2002 г
Сухоносенко А.А, Женевский Д.А.
Научный руководитель: д-р техн. наук, проф.
Рыбак Л.А.
Губкинский институт (филиал)
Московского государственного открытого университета