VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Введение

В технологической системе возделывания сельскохозяйственных культур химическая защита растений от сорняков, вредителей и болезней имеет приоритетное значение. Основным и наиболее перспективным методом внесения гербицидов является опрыскивание. Наряду с основными средствами механизации внесения химических средств защиты растений (ХСЗР), всё более широкое применение находят малогабаритные опрыскиватели. Преимущественно их используют в труднодоступных местах, на посевах малой площади, на опытных делянках, в процессах селекции и первичного семеноводства, на приусадебных участках, в садово-парковом и ландшафтном строительстве и т.д.

Однако конструктивно-технологические исполнение и параметры известных малогабаритных штанговых опрыскивателей не в полной мере отвечают требованиям безопасности и охраны труда оператора при их эксплуатации. В процессе использования опрыскивателей оператор испытывает большие физические нагрузки, отрицательное воздействие пестицидов, значительные физические нагрузки и быструю утомляемость, обусловленные неравномерным распределением центра тяжести опрыскивателя. Как следствие, совокупность всех этих вредных и опасных факторов оказывают негативное влияние на состояние здоровья, трудовую деятельность оператора, а также результативность технологического процесса и объемов работ. По данным Роструда, от 5 до 15% всех профессиональных заболеваний в сельском хозяйстве связаны с использованием средств механизации, конструктивные параметры которых не вполне соответствуют антропометрическим характеристикам работающих.

Одним из направлений в области создания, эксплуатации и обслуживания малогабаритных штанговых опрыскивателей, удовлетворяющих требованиям и правилам по охране труда оператора, может стать разработка комплекса организационно-технических мероприятий, в том числе, основанной на анализе элементов операционно-технической схемы технологической операции по внесению ХСЗР, научно обоснованных конструктивно-технологических решений и эффективных организационных и гигиенических мероприятий.

В связи с вышесказанным, исследования направленные на разработку нового малогабаритного штангового опрыскивателя, выполненные с учетом антропометрических данных и на основе требований эргономики, являются актуальными. Основные этапы работы выполнены на кафедре БЖД на производстве и СКТБ Орловского государственного аграрного университета.

Данная тематика выполняется в рамках темы “Проведение научных исследований и разработка организационных мероприятий и комплекса технических средств для улучшения условий труда операторов средств малой механизацииселекционно-семеноводческого процесса в растениеводстве” плана мероприятии НИР ВНИИ социального развития села ФГБОУ ВПО “Орел ГАУ”.

Глава 1 Информационное обеспечение по направлению

исследования

Для качественного внесения средств химической защиты растений (ХСЗР) на участках малой площади с успехом могут быть использованы малогабаритные штанговые опрыскиватели на велосипедном шасси. Конструктивное исполнение таких опрыскивателей к настоящему времени достаточно хорошо известнои подобные вопросы рассматривалось в изданиях: «Техника для селекции и семеноводства», «Опрыскиватели и оборудование для распыления», «Машины для механизации селекционно-семеноводческих работ в овощеводстве»[1-3]. Велосипедные опрыскиватели, предлагаемые такими брендами как:Wintersteiger (Австрия), EvroPulve (Франция), ООО «Зерноочистка» г. Воронеж (Россия) и др., включают жесткую раму, опирающуюся на одно колесо, систему распределения рабочей жидкости в виде горизонтальной штанги с установленными на ней полевыми наконечниками и гидравлическую систему, давление в которой обеспечивается цилиндром высокого давления 3 бар (воздух, азот, углекислый газ), электрическим компрессором или гидронасосом, приводимым в действие двигателем внутреннего сгорания (рис. 1).

Однако, одним из главных конструктивных показателей существующих разработок, определяющих критерии удобства и безопасности использования малогабаритного опрыскивателя тачечного типа, является соответствие его конструкции допустимым условиям труда оператора. При использовании малогабаритных опрыскивателей, использующихся при внесении пестицидов, на оператора действуют вредные и опасные производственные факторы, которые могут привести к травмированию, временной потере работоспособности, развитию профессиональных заболеваний, а также к снижению эффективности выполнения технологической операции.

Оставляя пока в стороне несосмненное отрицательное влияние токсичных веществ, защите персонала от которых посвящено уже немало работ и чему в данной комплексной работе также отводится должное внимание, остановимся на факторах, обусловливающих напряженность труда операторов штанговых опрыскивателей. Так, например, одноколесная схема шасси, обеспечивающая хорошую маневренность опрыскивателя и возможность использования его при обработке культур с различной шириной междурядий, не вполне отвечает оптимальным условиям труда оператора.

В работах, представленных ранее [4,5], было предложено решение задачи уравновешивания момента сил, создаваемых весом штанги опрыскивателя в рабочем положении в поперечно-вертикальной плоскости. Разработка уравновешивающего механизма, представляющего собой отклоняющуюся корзину, вынос которой обеспечивает равенство моментов сил механизма и штанги, при различных уровнях рабочей жидкости в гидробаке опрыскивателя (рис. 2), позволила значительно уменьшить напряженность труда оператора, связанную с вынужденной необходимостью постоянного преодоления односторонней боковой нагрузки.

Вопрос снижения утомляемости оператора, за счёт уменьшения нагрузки на рукоятках опрыскивателя может быть решён оптимизацией длины рукоятей.

Рассмотрим схему сил, действующих на опрыскиватель в продольно-вертикальной плоскости (рис. 3).

Как видно, расположение векторов сил, относительно точки опоры (т. О), позволяет расссматривать схему опрыскивателя в качестве рычага 2-го рода.

На опрыскиватель действуют направленная вертикально вниз сила F тяжести, определяемая массой конструкции опрыскивателя и сила G, направленная вертикально вверх и вызываемая действием оператора, стремящегося удержать стойку штангираспределительной гидросистемы в вертикальном положении.

По условию равновесия статической системы:

∑Mxy=0 (1)

Момент силы F, действующей на расстоянии l₁, относительно точки опоры, равен произведению силы на плечо:

Mf=F∙l1 (2)

Аналогично для силы G:

MG=G∙l2 (3)

В положении равновесия системы, относительно т. О:

MF+ MG=0

-F∙l1+G∙l2=0 (4)

Следовательно, сила Gуравновешивается силой F, с учётом плеч l₁ и l₂:G=F∙l1l2 (5)

Из формулы (5) следует, что уменьшение нагрузки на оператора, можно достигнуть пропорциональным увеличением плеча силы, действующей на рукоятки. Так, например, если l₂=3∙l₁, то при l₁=1 м и F=100 Н, G≈33 Н.

С другой стороны, увеличение до определённых пределов расстояния,между горизонтальными проекциями оси вращения колеса и рукояток, может способствовать снижению манёвренности опрыскивателя. Последнее особенно нежелательно, учитывая небольшую ширину межделяночных дорожек на опытных посевах, приусадебных и дачных участках, личных подворьях и т.д.

Также, значительный интерес в отношение обеспечения комфортных условий труда, может представлять оптимизация геометрических характеристик положения и формы рукояток опрыскивателя.

Из анализа литературных источников, посвященных эргономике произведенных процессов [6,7], очевидно, что основными предпосылками, определяющими геометрические параметры приспособлений и устройств на рабочем месте оператора средств малой механизации, являются антропометрические данные человека. Согласно ГОСТ 12.2.049-80 [8], антропометрическими признаками называются количественно выраженные соматические характеристики человека, отражающие его внутривидовые вариации строения и закономерности развития (рис. 4). В таблице приведен перечень эргономических размеров тела человека и их статистические параметры, необходимые для расчетов линейных параметров элементов рабочих мест для работы в положении стоя.

Очевидно, что наиболее удобным положением рукояток ручного колесного орудия, предназначенного для перемещениятяжестей, является положение, при котором кисти рук работника находятся в нижнем положении.

Даже незначительный подъем кистей рук, при сгибании их в локтевом суставе, будет обусловлен быстрой утомляемостью работника. С учетом изложенного можно выдвинуть гипотезу о том, что высота расположения рукояток опрыскивателя в рабочем положении, должна определяться ординатой фаланговой точки (поз. 3 на рис. 4 и в таблице). Однако при этом следует учесть, что антропометрические признаки, приведенные в таблице, даны для статического положения стоя. В действительности же, ордината фаланговой точки будет определяться также углом α наклона тела человека, при перемещении им ручного орудия (тачки).

Вследствие того, что со стороны работника на ручное орудие оказывается толкающее усилие, тело человека при перемещении груза будет наклонено вперед по ходу движения на угол α=5…15º. Следовательно, фактическая ордината фаланговой точки должна определяться формулой:

hф= yф∙cosα (6)

где h_ф – фактическая ордината фаланговой точки работника при перемещении орудия;

у_ф- табличная ордината фаланговой точки;

α- угол наклона тела человека в динамике.

Так как табличное значение ординаты фаланговой точки для мужчин равно 77,3 см, искомая ордината положения рукоятки опрыскивателя равна

h_ф= 77,3 ∙ cos 15º = 77,3 ∙ 0,966 ∙10 ^-2 ≈0,75 м

Ширина хвата рукоятей тачки определяется исходя из наибольшего поперечного диаметра туловища (поз. 16 на рис.4), равного для мужчин 51,16 см.

При перемещении опрыскивателя, работник не должен испытывать скованность телодвижений. Кроме того, при выполнении технологической операции, для удержания штанги в горизонтальном положении, от оператора требуется постоянное балансирование рукоятками опрыскивателя. Снижениюзатрат энергии на выполнение этой задачи будет способствовать увеличение плеча приложения усилия на рукоятках, относительно оси симметрии опрыскивателя в горизонтальной плоскости.

Учитывая изложенное, необходимо внести поправку при обосновании величиныразмаха рукояток.

У большинства промышленновыпускаемых простейших устройств для перемещения грузов, ширина хвата рукоятей находится в пределах 550…650 мм. В любом случае, ширина размаха рукояток более 700 мм обусловлена значительным напряжением мышц рук. Следовательно зависимость, определяющая ширину хвата рукояток может быть предложена в виде:

Bp=k∙dт(7)

где d_т- наибольший поперечный диаметр туловища, определяемый в соотвествии с ГОСТ 12.2.049-80 (d_т=51,16);

k- коэффициент, учитывающий возможность свободного перемещения тела и снижения утомляемости, вследствие балансировки опрыскивателя (k=1,27).

Таким образом, находим оптимальную ширину хвата рукояток опрыскивателя: В_р=51,16∙1,27∙10^-2≈0,65 м.

Немаловажными факторами являются форма, габариты, а также свойства материала, из которого изготовлены рукоятки опрыскивателя.

Параметры кистей рук, как и других элементов, относящихся к человеческому телу и его частям, являются антропометрическими характеристиками. Значит, обоснование рациональной формы рукояток, с которыми взаимодействуют руки оператора должно базироваться на известных положениях одного из прикладных разделов эргономики – хиротехники [9].

Как известно, последний изучает закономерности формообразования рукояток инструментов и органов управления, соотвествующее строению руки человека и его трудовым двигательным процессам. Основополагающими признаками хиротехники являются следующие [10]:

- напряжение при работе с инструментом должно быть минимальным;

- конструкция инструмента и рукоятки должна максимально учитывать характер движений человека;

- давление при сжимании рукоятки должно распространяться на возможно большую площадь соприкосновения;

- форма рукоятки должна предохранять руку от повреждений, материал должен быть гигиеничным и долговечным;

- нельзя придавать рукоятке форму, которая допускает удержание рукоятки только одним способом.

Рациональная форма рукоятки зависит от напряжения, в котором прикладывается основное рабочее усилие.

Эргономические размеры (антропометрические признаки).

Положениестоя [8]

№ п/п

Размер тела

Пол

Х

P₅

P₉₅

Высота над полом:

1

Верхушечной точки (рост)

М

175,69

5,62

166,44

184,94

Ж

163,69

5,74

154,24

173,13

2

Плечевой точки

М

146,34

5,52

137,25

155,42

Ж

135,99

5,48

126,97

145,00

3

Фаланговой точки

М

77,30

3,85

70,96

83,64

Ж

73,12

3,35

67,60

78,63

4

Пальцевой III точки

М

66,81

3,68

50,75

72,87

Ж

63,47

3,20

58,21

68,73

5

Глаз

М

163,74

5,33

154,65

172,84

Ж

152,55

5,65

143,25

161,84

6

Линии талии

М

107,89

4,60

100,33

115,46

Ж

101,97

4,19

95,08

108,86

7

Локтя

М

108,32

4,82

100,41

116,23

Ж

101,04

4,21

94,12

107,97

8

Подъягодичной точки

М

80,74

4,12

73,96

87,52

Ж

74,89

4,19

67,99

81,97

9

Длина кисти

М

18,79

0,87

17,36

20,22

Ж

16,84

0,80

15,55

18,15

10

Длина стопы

М

26,61

1,18

24,67

28,55

Ж

23,92

1,05

22,19

25,64

11

Бидельтоидный диаметр

М

45,76

2,25

41,63

49,23

Ж

41,16

2,11

37,70

44,63

12

Вертикальная досягаемость рук

М

221,91

8,28

208,29

235,53

Ж

204,71

7,92

191,68

217,75

13

Размах рук

М

178,17

6,75

167,07

189,27

Ж

163,95

7,51

151,60

176,30

14

Размах рук, согнутых в локтях

М

93,48

3,68

87,42

99,54

Ж

87,01

3,80

80,76

93,26

15

Передняя досягаемость рук

М

84,90

4,00

78,32

91,48

Ж

78,94

3,77

72,74

85,14

16

Наибольший поперечный диаметр туловища

М

51,16

3,10

46,11

56,48

Ж

46,84

3,12

41,70

51,97

17

Наибольший переднезадний диаметр туловища

М

24,54

2,03

20,68

31,16

Ж

24,23

2,04

20,86

27,59

В нашем случае, трудовые движения оператора выполняются руками с усилием, в направлении перемещения опрыскивателя вниз. При этом, управление клапаном давления гидросистемы, с помощью рычага на рукоятке, обусловливает соответствующий вид её захвата. Некоторые способы захвата рукояток показаны на рис. 5 [11].

В отношение предлагаемой работы, наибольший инстерес представляют силовые цилиндрический захват и захват-крючок. Первый применяется при захвате крупных рукояток и образован всей поверхностью ладони и пальцев. Большой палец противостоит остальным и может касаться среднего или указательного или не доходить до них. Второй – используется при приложении тянущих усилий к рукоятке. Такой захват образован внутренней стороной II-V пальцев. Большой (I) палец может не участвовать в захвате или «подстраховывать» остальные.

Таким образом, оптимальной формой рукоятки опрыскивателя можно считать некоторую «усреднённую» конфигурацию, выполненную на основе известных форм (рис. 6), использующихся для приложения продольных усилий.

Введение в конфигурацию рукоятки такого элемента, как подпальцевые вырезы позволит обеспечить фиксацию руки для исключения её проскальзывания, а также более полное использование контактной площади, при передаче усилия в продольном направлении.

Длина рукоятки и диаметр её обхвата также будут определяться антропометрическими характеристиками.

Так, при среднестатистической ширине кисти руки взрослого мужчины 90…100 мм (12), минимальная рабочая длина рукоятки должна находиться в пределах 100…110 мм.

Предельные диаметры обхвата одной ладонью находятся в промежутке от 190 до 580 мм.

Применение рукояток малого диаметра нежелательно из-за уменьшения размеров «пятна контакта» при передаче нагрузки. Это будет способствовать режущему действию рукоятки на II-V пальцы рук оператора. Увеличение диаметра рукоятки приводит к смещению хвата в сторону окончаний пальцев, менее способных воспринимать усилия.К тому же, момент силы тяжести, которому противодействуют мышцы-сгибатели пальцев, возрастает из-за увеличения плеча этой силы. Установлено[13], что для руки взрослого мужчиныоптимальный диаметр обхвата рукоятки округлой формы равен 30…40 мм.

Наконец, материал рукояток должен быть таким, чтобы оказывать максимально комфортное воздействие на руки оператора. Эластичный и упругий материал будет способствовать перераспределению нагрузки по всей площади контакта. Шероховатость поверхности увеличит трение и снизит вероятность соскальзывания руки в неблагоприятных условиях (увлажнение, загрязнение). В то же время, материал рукояток не должен вызывать аллергических реакций.

Теоретические предпосылки изложенные в настоящей статье будут положены в основу разработки эргономического обоснования конструкции малогабаритного штангового опрыскивателя тачечного типа.

а) б)

Рисунок 6 - Рациональные формы рукояток для работы инструментом «на себя» (а) и «от себя» (б)

Заключение

Решение вопросов, связанных с обеспечением безопасности и улучшением условий труда в сельскохозяйственном производстве в настоящее время имеют приоритетное значение. Современный агропромышленный комплекс интенсивно развивается, при этом используются информационные технологии и системы, направленные на ускоренный обмен информацией в сфере, интересующей меня как соискателя, а именно «Охрана труда в АПК».Следует отметить, что с развитием информационных систем и технологий, значительно уменьшились усилия направленные на поиск литературных источников для написания диссертации, рефератов и т.д.

Работа по тематике моей диссертации «Улучшение условий труда оператора малогабаритного штангового опрыскивателя путём оптимизации его эргономических характеристик и совершенствования комплекса организационных мероприятий» основана на анализе литературных источников, представленных в научной электронной библиотеке, электронных каталогах и журналах. В результате отбора информации был найден материал, на основании которого проведены эксперименты, переработан статистический материал, а также выполнен ряд задач, направленных на обеспечение улучшений условий труда и повышение безопасности оператора малогабаритного штангового опрыскивателя.

Данный реферат подготовлен на основании статьи: «Обоснование некоторых эргономических показателей малогабаритного штангового опрыскивателя тачечного типа»[14].

Список литературы

1.Техника для селекции и семеноводства [Электронный ресурс] // http://www.wintersteiger.ru

2. Опрыскиватели и оборудование для распыления [Электронный ресурс] // http://www.EuroPulve.com

3. Дринча В.М. Машины для механизации селекционно-семеноводческих работ в овощеводстве [Текст] / Л.В.Павлов, С.А. Павлов, В.М. Дринча Ю.Ф. НекипеловА.З. Перелюбский, Н.Ф. Турищев, В.Г. Панкратов, В.Л. Павлов, П.Н. Токарев, С.А. Родимцев // Справочное пособие. – М., 2005. – 168 с.

4.Яндутова К.И., Родимцев С.А. Улучшение условий труда оператора малогабаритного штангового опрыскивателя // Охрана труда 2011 год. Актуальные проблемы и пути их решения/ Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции 28-29 апреля 2011 года, изд. Орел ГАУ, 2011, с. 128-138

5.Проданова А.А., Яндутова К.И., Родимцев С.А. Улучшение условий работы оператора малогабаритного штангового опрыскивателя//Особенности технического оснащения современного сельскохозяйственного производства/ Cборник материалов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых 24-25 апреля 2012 года, изд. Орел ГАУ, 2012, с. 407-412.

6.Крылов А.А. Эргономика [Текст] / Крылов А.А., Суходольский Г. В. / Учебник. - Л.:ЛГУ, 1988. – 184 с.

7. Мунипов В.М. Эргономика: человекоориентированное проектирование техники, программных средств и среды [Текст] / Мунипов В.М., Зинченко В.П.// Учебник. — М.: Логос, 2001. — 356 с.: ил.

8.ГОСТ 12.2.049-80 ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономические требования.

9. Стадниченко Л.И. Эргономика: Учебное пособие [Текст] /Стадниченко Л.И.// Учебное пособие. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2005. - 167 с.

10. Хиротехника[Электронный ресурс] // Google – «Хиротехника»

11.Зинченко В.П. Основы эргономики [Текст] / Мунипов В.М., Зинченко В.П.// Учебник. — М., 2001. –260 с.: ил.

12. Henry Dreyfuss. Designingforpeople., Allworth Press, 2003

13. Drury C.G. Handles for manual materials handling, 2002// Applied Ergonomics, Vol.11, No.1, p. 35-42.

14. Родимцев С.А., Шапенкова А.А, Патрин Е.И. Обоснование некоторых эргономических показателей малогабаритного штангового опрыскивателя тачечного типа// статья в печати.

Код для цитирования: Скопировать