Повышение безопасности и совершенствование оценки условий труда операторов мобильных колесных машин в агропромышленном производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Повышение безопасности и совершенствование оценки условий труда операторов мобильных колесных машин в агропромышленном производстве

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (в агропромышленном комплексе)

На правах рукописи

Богданов Андрей Владимирович

Санкт-Петербург - Пушкин - 2010

Работа выполнена на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» ФГОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Горшков Юрий Германович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Пьядичев Эдуард Васильевич;

доктор технических наук, профессор Юрков Михаил Михайлович;

доктор технических наук, профессор Митрофанов Петр Георгиевич.

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет»

Защита состоится «___» ___________ 2010 г., в ___ час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 220.060.05 при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196601, г. Санкт-Петербург - Пушкин, Петербургское шоссе, 2, ауд. ______.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан «___» _____________ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор технических наук, профессор Т.Ю. Салова.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие агропромышленного производства (АПП) Российской Федерации непосредственно связано с ростом производительности и повышением безопасности труда. Это относится и к операторам мобильных машин. Подавляющее большинство мобильных машин в АПП снабжены пневматическими колесными движителями и используются на различных поверхностях: с малой несущей способностью (поле, пахота, размытые грунтовые и полевые дороги, снег и др.); с высокой несущей способностью (асфальтобетонные дороги, дороги с щебеночным и гравийным покрытием, сухие укатанные грунтовые дороги и др.).

Технологические машины (зерноуборочные и кормоуборочные комбайны и др.) в основном работают на полях. При выполнении транспортных работ на поверхностях с малой несущей способностью колесные машины распределяются следующим образом: тракторы - 60…65 %, автомобили - 35…40 %. На поверхностях с высокой несущей способностью: тракторы - до 40 %, автомобили - свыше 60 %. В зимнее время использование автомобилей доходит до 90 %. В целом на долю автомобильного транспорта приходится более 80 % перевезенных грузов в сельском хозяйстве. При этом вид и состояние опорной поверхности оказывают непосредственное влияние на безопасность труда оператора.

Особенности АПП затрудняют создание отвечающих требованиям условий труда, которые у операторов мобильной техники во многом зависят от состояния внешней среды, конструкции машины и др. Используемые в АПП колесные машины обычно служат более установленного срока и ограничены в системах активной и пассивной безопасности. Их движение осуществляется или по бездорожью, или по дорогам, которые в ряде случаев требуют ремонта. При этом наличие вредных и опасных факторов предопределяет производственно обусловленную заболеваемость работников, включая травматизм, в том числе и с летальным исходом. По данным ВНИИОТ (г. Орел) количество погибших операторов мобильных машин составляет около 50 % от всех погибших в агропромышленном производстве.

Обоснованное повышение уровня безопасности операторов невозможно без результатов оценки условий труда, дающей не только количественную информацию о состоянии условий труда, но и позволяющей определять наиболее «слабые места» для адресной реализации организационных и технических мероприятий по охране труда. Важна и оценка эффективности этих мероприятий.

Существующие методы оценки условий труда зачастую не учитывают такие важные показатели, как производственно обусловленную заболеваемость и квалификацию работников. Хотя известно, что производственно обусловленная заболеваемость непосредственно зависит от условий труда, а более квалифицированный работник допускает меньше ошибочных действий, повышая свою безопасность.

Все это свидетельствует о необходимости разработки показателей, которые смогут оценить уровень безопасности оператора не только с учетом производственных факторов, но и с учетом его квалификации и производственно обусловленной заболеваемости. Обоснование и внедрение организационных и технических мероприятий по охране труда на основе оценочных показателей позволят повысить уровень безопасности операторов колесных машин. Оценить экономическую эффективность этих мероприятий целесообразно на основе методики интегральной оценки, учитывающей связанную с производством заболеваемость работников.

Таким образом, исследование и совершенствование методов оценки условий труда и повышения уровня безопасности операторов мобильных колесных машин при выполнении технологических процессов в агропромышленном производстве является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель работы. Совершенствование оценки условий труда и повышение уровня безопасности операторов мобильных колесных машин агропромышленного производства за счет организационных и технических мероприятий.

Объект исследования. Процесс формирования безопасных условий труда оператора мобильной колесной машины агропромышленного производства.

Предмет исследования. Закономерности влияния организационных и технических мероприятий на уровень безопасности оператора мобильной колесной машины агропромышленного производства.

Методы исследования. В качестве основных методов применялись: логика научных исследований, элементы методов инженерных и эргономических исследований, методы оптимизации и рационализации, математического и физического моделирования, хронометражные работы и т.д. В результате были разработаны частные методики лабораторных исследований, испытаний машин и устройств. Все расчеты выполнены с использованием ЭВМ.

Научная новизна:

обоснованы показатель уровня безопасности операторов мобильных машин агропромышленного производства с учетом влияния на него каждого элемента системы «человек - машина - среда» и оценочный показатель условий и охраны труда на основе методики интегральной оценки, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников;

обоснованы и разработаны: автоматические устройства, повышающие уровень безопасности операторов при движении колесных машин на скользких несущих поверхностях; нагревательные устройства электрического типа с автоматическим регулятором температуры для поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины мобильной машины, улучшающие условия труда операторов в переходные и холодный периоды года;

разработаны математические модели: расчета критической скорости гидроскольжения (аквапланирования) с учетом основных факторов, влияющих на процесс гидроскольжения; определения рациональных давлений воздуха в шинах тракторов типа Т-150К, повышающих устойчивость прямолинейного движения;

установлена зависимость экономической эффективности результатов исследования на основе методики интегральной оценки условий труда.

Практическая ценность. Предложен показатель уровня безопасности (класс безопасности) операторов мобильных машин с учетом влияния на него каждого элемента системы «человек-машина-среда» (Ч-М-С). Он может использоваться для рационального распределения операторов по машинам. Также обоснован оценочный показатель условий и охраны труда (класс условий труда) на основе интегральной методики, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников. Данные показатели могут применяться для определения путей повышения безопасности операторов и эффективности мероприятий по охране труда. Обоснованы и предложены автоматические устройства для разбрасывания сыпучего материала и антиблокировочные системы, направленные на повышение безопасности операторов при движении и торможении колесных машин на скользких дорогах. Обоснованы автоматические электронагревательные устройства, которые в переходные и холодный периоды года обеспечивают оптимальные температуры поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины. Разработана математическая модель определения критической скорости гидроскольжения (аквапланирования). На ее основе возможно совершенствование колесных машин и ограничение скорости движения на покрытых водой участках дорог с целью снижения числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Предложена математическая модель расчета рациональных давлений воздуха в шинах тракторов типа Т-150К, при которых повышается устойчивость прямолинейного движения за счет снижения кинематического несоответствия. Установлена зависимость для определения экономической эффективности мероприятий по охране труда на основе интегральной методики, позволяющей учитывать производственно обусловленную заболеваемость работников, включая производственный травматизм.

Реализация результатов исследования. На стадии проектирования результаты исследований могут быть применены для определения рациональных параметров элементов системы Ч-М-С, повышающих уровень безопасности операторов мобильных колесных машин в АПП. Предложенные показатели могут быть использованы при совершенствовании нормативных документов по оценке условий и охраны труда. Обоснование работы автоматических устройств для разбрасывания сыпучих материалов, антиблокировочных тормозных систем, нагревательных устройств электрического типа позволяет создавать аналогичные конструкции. Разработанная математическая модель расчета критической скорости гидроскольжения дает возможность анализировать влияние основных факторов на сам процесс гидроскольжения (оптимизировать параметры колес и машин). Математическая модель определения рациональных давлений может служить основой для создания автоматических систем регулирования давления воздуха в шинах колесных машин.

На стадии эксплуатации возможно использование класса безопасности и класса условий труда для более объективной оценки уровня безопасности операторов мобильных машин в АПП и определения эффективности внедрения мероприятий по охране труда. Также возможно проведение организационных мероприятий на основе предложенного алгоритма по рациональному распределению операторов по мобильным машинам, технических мероприятий по оборудованию мобильных машин разработанными автоматическими устройствами. Для снижения вероятности гидроскольжения целесообразно на покрытых водой участках дорог устанавливать ограничительные знаки скорости движения, рассчитанной по предложенной математической модели. Установка рациональных давлений воздуха в шинах на основе разработанной математической модели позволит улучшить устойчивость прямолинейного движения тракторов типа Т-150К. Целесообразно оснащение тракторов системами регулирования давления в шинах непосредственно из кабины. Экономическую эффективность предлагаемых мероприятий по охране труда можно определять по предложенной зависимости на основе интегральной методики.

Внедрение. Предложенный оценочный показатель, определяемый посредством интегральной методики, рекомендован к использованию Министерством труда и социального развития РФ и Министерством сельского хозяйства РФ, а также Управлением по труду и социальным вопросам администрации Челябинской области при проведении аттестации рабочих мест по условиям труда (аттестация проведена более чем на 70-ти предприятиях). Предложенные на основе класса безопасности рекомендации по рациональному распределению операторов по машинам внедрены в АОЗТ «Чесменское» (Челябинская обл.). Устройство для разбрасывания сыпучих материалов внедрено в ООО «Рифейэнергомонтаж», ООО «Транспорт ЧТЗ» (Челябинская обл.) и др. Антиблокировочная система тормозов внедрена в ООО «Транспорт ЧТЗ». Электронагревательные устройства - в ООО «Подрядчик», ООО «Рифейэнергомонтаж» (Челябинская обл.), ООО «Головное специализированное конструкторское бюро ЧТЗ» (г. Челябинск). Рекомендации по ограничению скорости движения на мокрых дорогах используются Октябрьским ГУП по ремонту и содержанию дорог (Челябинская обл.). Рекомендации по использованию рациональных давлений воздуха в шинах тракторов внедрены в ООО «Матрикс Агритех», ООО «Подрядчик» (Челябинская обл.). Предложенная экономическая оценка по охране труда ведется в ООО ЦОТ «Эксперт-Безопасность» (г.Челябинск). Материалы диссертации преподаются в ЧГАУ, КГСХА, КИнЭУ и включены в учебное пособие: Безопасность жизнедеятельности (Безопасность труда в сельскохозяйственном производстве). - Челябинск, 2008 (с грифом « Рекомендовано УМО вузов РФ по агроинженерному образованию»).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях ЧГАУ (г. Челябинск, 1990…2009 гг.), КСХИ (г. Кустанай, 1995…1996 гг.), ОСХИ (г. Оренбург, 1996 г.), МАДИ (Челябинское отд., 2004…2007 гг.), ЮУрГУ (г. Челябинск, 2004…2009 гг.), ВНИИОТ (г. Орел, 2000 г.), Всероссийском совещании «Проблемы реформирования отраслей социальной сферы и совершенствования управления охраной труда» (Москва, 1999 г.), конференциях по вопросам охраны труда Министерства сельского хозяйства РФ (1999…2000 гг.), заседании секции охраны труда Научно-технического Совета Министерства сельского хозяйства РФ (2000 г.), научной конференции СПбГАУ (г. Санкт-Петербург, 2008 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 45 работах, из них 15 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, получены три патента и два свидетельства на программы для ЭВМ.

На защиту выносятся:

обоснование показателя уровня безопасности операторов мобильных машин агропромышленного производства с учетом влияния на него каждого элемента системы «человек - машина - среда» и оценочного показателя условий и охраны труда на основе методики интегральной оценки, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников;

обоснование и разработка: автоматических устройств, повышающих уровень безопасности операторов при движении колесных машин на скользких несущих поверхностях; нагревательных устройств электрического типа с автоматическим регулятором температуры для поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины мобильной машины, улучшающих условия труда операторов в переходные и холодный периоды года;

математические модели: расчета критической скорости гидроскольжения (аквапланирования) с учетом основных факторов, влияющих на процесс гидроскольжения; определения рациональных давлений воздуха в шинах тракторов типа Т-150К, повышающих устойчивость прямолинейного движения;

зависимость экономической эффективности результатов исследования на основе методики интегральной оценки условий труда.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 213 наименований, и содержит 358 страниц машинописного текста, включая 92 рисунка, 52 таблицы, 39 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования по совершенствованию безопасности и оценки условий труда операторов мобильных колесных машин агропромышленного производства. Дана характеристика проблемы, сформулированы цель исследования, основные положения, выносимые на защиту, приведены научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В первой главе «Состояние проблемы и задачи исследования» освещены состояние травматизма и профзаболеваемости в агропромышленном производстве РФ, основные источники опасности в системе Ч-М-С, существующие оценочные показатели условий и охраны труда, а также ранее выполненные исследования по вопросам безопасности операторов мобильных машин.

Специфика условий труда операторов мобильных машин в АПП и неудовлетворительное состояние техники предопределяют высокий травматизм, который среди операторов примерно в 3 раза выше, чем в целом по отрасли. В отраслевой структуре профессиональной патологии их заболевания составляют около 55 %. Поэтому вопрос повышения уровня безопасности операторов мобильных транспортных и технологических машин агропромышленного производства весьма актуален.

Повышение уровня безопасности возможно путем внедрения обоснованных организационных и технических мероприятий на основе объективной оценки условий и охраны труда. Оценкой условий труда занимаются многие НИИ (ВНИИОТ, ВНИИМАШ, НПО ВИСХОМ и др.) и ВУЗы (СПбГАУ, КГСХА, ЧГАУ и др.). Результаты исследований представлены в работах Шкрабака В.С., Русака О.Н., Гальянова И.В., Митрофанова П.Г., Лапина А.П., Горшкова Ю.Г., Олянича Ю.Д. и других ученых. Введен оценочный показатель - уровень риска. Но до сих пор нет единого подхода для оценки функционирования системы Ч-М-С.

Оценка условий труда проводится и в рамках проведения аттестации рабочих мест. При этом оцениваются условия труда по гигиеническим критериям, травмобезопасность и обеспеченность работников средствами индивидуальной защиты.

Однако существующие оценочные показатели, как правило, не учитывают профессиональные качества человека-оператора, хотя уровень его квалификации может оказывать большое влияние на безопасность труда. Не придается значению и производственно обусловленная заболеваемость работников, характеризующая состояние условий труда. Поэтому требуются оценочные показатели, которые могли бы учесть влияние всех элементов системы Ч-М-С на уровень безопасности оператора мобильной машины в АПП. Эти показатели позволили бы наряду с количественной оценкой наметить пути улучшения условий и охраны труда, сделать вывод о соответствии квалификации оператора выполняемому технологическому процессу и др. Обоснование и внедрение организационных и технических мероприятий на основе оценочных показателей будет способствовать преодолению сложившегося неблагоприятного положения с безопасностью труда операторов.

Уровень безопасности операторов мобильных машин во многом определяется состоянием поверхности качения. В трудах Чудакова Е.А., Чудакова Д.А., Смирнова Г.А., Петрушова В.А., Шульгина Л.М., Горшкова Ю.Г., Немчинова М.В., Гуревича Л.В. и других ученых отмечается, что скользкие дороги повышают буксование и ухудшают тормозные качества колесных машин. Мокрые дороги могут привести к гидроскольжению (аквапланированию). Но вопросы устранения этих отрицательных явлений еще не достаточно изучены. Дальнейшего изучения требуют и вопросы повышения курсовой устойчивости колесных машин, улучшения показателей микроклимата в их кабинах, рационального распределения операторов с учетом их квалификации и технического состояния машин.

Организационные и технические мероприятия по охране труда требуют оценки их эффективности, в том числе и экономической. Экономический анализ подробно рассматривается в работах Шкрабака В.С. и других ученых. При этом экономический эффект от снижения связанной с производством заболеваемости операторов целесообразно определять на основе интегральной методики, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников.

На основании изложенного можно утверждать, что в настоящее время наблюдаются явные противоречия: с одной стороны, имеются оценочные показатели условий и охраны труда и предлагаются пути совершенствования безопасности операторов, с другой стороны, наблюдается значительный ущерб от производственного травматизма и заболеваемости операторов мобильных машин. В связи с создавшейся проблемной ситуацией возникает научно-техническая проблема - исследование и совершенствование методов оценки условий труда и повышения уровня безопасности операторов мобильных колесных машин при выполнении технологических процессов в агропромышленном производстве.

Анализ литературных источников и научных исследований позволяет выдвинуть следующую гипотезу: повышение уровня безопасности операторов мобильных колесных машин агропромышленного производства возможно за счет организационных и технических мероприятий на основе оценочных показателей условий труда.

На основе анализа приведенного материала определены следующие основные задачи исследования:

обосновать показатель уровня безопасности операторов мобильных машин агропромышленного производства с учетом влияния на него каждого элемента системы «человек - машина - среда» и оценочный показатель условий и охраны труда на основе методики интегральной оценки, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников;

обосновать и разработать: автоматические устройства, повышающие уровень безопасности операторов при движении колесных машин на скользких несущих поверхностях; нагревательные устройства электрического типа с автоматическим регулятором температуры для поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины мобильной машины, улучшающие условия труда операторов в переходные и холодный периоды года;

разработать математические модели: расчета критической скорости гидроскольжения (аквапланирования) с учетом основных факторов, влияющих на процесс гидроскольжения; определения рациональных давлений воздуха в шинах тракторов типа Т-150К, повышающих устойчивость прямолинейного движения;

дать экономическую оценку результатов исследования на основе интегральной методики, учитывающей производственно обусловленную заболеваемость работников.

Во второй главе «Теоретические предпосылки к повышению безопасности и совершенствованию оценки условий труда операторов колесных мобильных машин в агропромышленном производстве» дается обоснование предлагаемых оценочных показателей условий труда и мероприятий по повышению безопасности операторов.

Уровень безопасности оператора мобильной машины зависит от элементов системы Ч-М-С. Если элементы «машина» и «среда» в настоящее время более или менее исследованы, то элементу «человек» не уделяется должного внимания.

Основной характеристикой человека-оператора является уровень его квалификации, который раньше определялся тремя классами. Чтобы получить квалификацию того или иного класса нужно было не только иметь достаточные навыки управления машиной и стаж работы, но и определенный объемом знаний, в том числе по охране труда. При этом оператор первого класса (КЛ = 1) считался более квалифицированным, чем оператор второго (КЛ = 2) или третьего (КЛ = 3) классов.

Элемент «машина» в системе Ч-М-С может быть выражен через травмобезопасность рабочего места оператора. «Среда» - через состояние условий труда. Информация о травмобезопасности и условиях труда в соответствие с Порядком проведения аттестации рабочих мест должна иметься в картах аттестации организаций.

К первому (КТ = 1) и второму(КТ = 2) классу по травмобезопасности относятся, соответственно оптимальные и допустимые условия по данному фактору. Третий класс (КТ = 3) присваивается травмоопасным условиям.

Условия труда на рабочем месте оцениваются классами условий труда (КУТ). Первый класс - оптимальные условия труда. Второй - допустимые. В целом это безопасные условия труда (КУТ = 2). Третий класс - вредные условия труда. Он делится на четыре степени и обозначается КУТ = 3.1, КУТ = 3.2, КУТ = 3.3 и КУТ = 3.4. Четвертый класс (КУТ = 4) - опасные условия труда.

Таким образом, классы, характеризующие квалификацию работника, травмобезопасность и условия труда, могут быть использованы для определения общего уровня безопасности оператора мобильного средства - класса безопасности КБ. Для него предлагаются следующие уровни безопасности: КБ = 1 - наивысший, КБ = 2 - высокий, КБ = 3 - средний, КБ = 4 - низкий, КБ = 5 - недопустимый.

Квалификацию оператора, травмобезопасность и состояние условий труда для удобства определения класса безопасности целесообразно выразить через баллы, соответственно, А, В и С (таблицы 1…3).

Таблица 1 - Соответствие баллов А классности операторов

Классность, характеризующая квалификацию (КЛ)	1 класс	2 класс	3 класс
Баллы А, соответствующие КЛ	1	2	3

Таблица 2 - Соответствие баллов В классам по травмобезопасности

Классы по травмобезопасности (КТ)	1 класс	2 класс	3 класс
Баллы В, соответствующие КТ	1	2	3

В целом первый и второй классы - травмобезопасные условия (таблица 2). Поэтому имеет смысл их объединить и использовать один балл, например, В = 1

В = 1 при КТ = 1 или КТ = 2 (1)

Нужно учесть и то, что оператору трудно обеспечить допустимые условия труда. Это связано с особенностью агропромышленного производства. Так, характерное для сельского хозяйства движение машин по мягким грунтам (поле, бездорожье) повышает утомляемость операторов. Поэтому можно объединить условия труда с КУТ = 2 и КУТ = 3.1, а также условия труда с КУТ = 3.2…3.4 (таблица 3).

травматизм оператор мобильный колесный

Таблица 3 - Соответствие баллов С классам условий труда

Класс условий труда (КУТ)	2	3.1	3.2	3.3	3.4	4
Баллы С, соответствующие КУТ	1	2	3

Принимая баллы А, В и С равнозначными, найдем их среднюю величину Dср

(2)

Проанализируем выражение (2) с учетом таблиц 1…3 и условия (1). Наивысший уровень безопасности (КБ = 1) будет при А = 1, В = 1 и С = 1, то есть при наивысшей квалификации оператора, травмобезопасных и допустимых (или почти допустимых) условиях труда. В этом случае Dср = 1.

Высокий уровень безопасности (КБ = 2) будет при средней квалификации оператора, травмобезопасных и соответствующих КУТ = 2…3.1 условиях труда (А = 2, В = 1 и С = 1). При наличии вредных условий труда (КУТ = 3.2…3.4), но высоких квалификации и травмобезопасности (А = 1, В = 1 и С = 2) также будет КБ = 2. Тогда для двух вариантов сочетаний баллов А, В и С значение Dср = 1,33.

Средний уровень безопасности (КБ = 3) будет при низкой квалификации оператора, травмобезопасных и соответствующих КУТ = 2…3.1 условиях труда (А = 3, В = 1 и С = 1). При средней квалификации и вредных условиях труда (КУТ = 3.2…3.4), но высокой травмобезопасности (А = 2, В = 1 и С = 2) также будет КБ = 3. Тогда для двух вариантов сочетаний баллов А, В и С значение Dср = 1,67.

Низкий уровень безопасности (КБ = 4) будет при низкой квалификации оператора, травмобезопасных и вредных условиях труда (КУТ = 3.2…3.4). То есть при А = 3, В = 1 и С = 2 значение Dср = 2.

Недопустимый уровень безопасности (КБ = 5) независимо от квалификации оператора будет при травмоопасных (В = 3) и (или) опасных условиях труда (С = 3), когда эксплуатация машин не рекомендуется.

С учетом вышеизложенного и выражения (2) определим показатель КБ

Две верхние линии (рисунок 1), построенные по системе (3), показывают, что повышение квалификации операторов приводит к более высокому уровню безопасности. Плохое состояние мобильного средства (В = 3 и /или С = 3) приводит к недопустимому уровню безопасности (нижняя линия). График также подтверждает, что улучшение условий труда (баллы С) и травмобезопасности (баллы В) приводят к возрастанию уровня безопасности в целом.

Оценить условия труда операторов мобильных машин в АПП можно и с помощью разработанной НИИ труда методики интегральной оценки условий труда на основе норматива потерь рабочего времени от заболеваемости с временной утратой трудоспособности. Она позволяет выделять из всей нетрудоспособности работников ту, которая связана с производством - сверхнормативную (производственно обусловленную) заболеваемость. Производственно обусловленная заболеваемость служит «мерилом» состояния условий и охраны труда, так как их ухудшение приводит к возрастанию заболеваемости, и наоборот. Учитывая, что одним из направлений применения методики является аттестация рабочих мест, то в качестве оценочного показателя можно предложить класс условий труда КУТи, определяемый на основе интегральной методики (на основе производственно обусловленной заболеваемости). Градация КУТи была принята исходя из Руководства Р2.2.2006-05

 (4)

где ВУТсн - средняя производственно обусловленная (сверхнормативная) временная утрата трудоспособности (заболеваемости) работников структурного подразделения (рабочего места и др.), дней/год.

Показатель ВУТсн определятся на основе известных выражений

(5)

где ВУТф - средняя фактическая утрата трудоспособности работников структурного подразделения (рабочее место и др.), дней/год; ВУТн - средняя нормативная утрата трудоспособности работников структурного подразделения, дней/год;

(6)

(7)

где ВУТфi - фактическая утрата трудоспособности i-го работника, дней/год; ВУТнi - нормативная утрата трудоспособности i-го работника, дней/год; n - количество работников структурного подразделения (рабочее место и др.), чел.

Величина ВУТф определяется с листов нетрудоспособности работников и включает в себя производственно обусловленную ВУТсн и не связанную с производством ВУТн нетрудоспособности. Величина ВУТн есть не что иное, как «бытовая» нетрудоспособность. Она находится из справочника нормативной утраты трудоспособности по показателям работника: пол, возраст, уровень образования, стаж работы, семейное положение, наличие детей и детей до 14 лет. Разность между ВУТф и ВУТн исключает «бытовую» нетрудоспособность (5) при определении КУТи (4).

Показатель КУТи учитывает влияние на него всех элементов системы Ч-М-С, так как «биоприборами» выступают сами люди, организм которых четко реагирует на любые элементы условий труда. Если они неблагоприятны, то реакция организма человека проявляется в повышении связанной с производством заболеваемости.

Для определения зависимости КУТи от величины ВУТсн была сделана выборка из рабочих мест организаций, где оценка условий труда проводилась на основе интегральной методики и путем измерений и оценок производственных факторов. Классы условий труда и степень вредности определялись по результатам измерений и оценок (Руководство Р 2.2.2006-05). Сверхнормативная утрата трудоспособности работников рассчитывалась по формулам (5…7). Рабочие места, где достоверность измерений и оценок подвергалась сомнению, исключались из выборки. В таблице 4 приведен ее фрагмент, а на рисунке 2 показаны результаты сравнения.

Таблица 4. - Фрагмент сопоставления классов условий труда и производственно обусловленной (сверхнормативной) утраты трудоспособности

Рабочее место, профессия	Количество работников, чел.	Средняя сверхнормативная утрата трудоспособности ВУТсн, дн./год	Класс условий труда и степень вредности
Оператор комбикормового цеха	2	8,45	3.2
Зерносушильщик	3	3,57	3.1
Весовщик	3	-6,50	2
Водитель грузового автомобиля	2	8,80	3.2
Тракторист	2	9,00	3.2
Кузнец	1	22,10	3.4



Рисунок 2 - Зависимость класса условий труда и степени вредности от ВУТсн

Из рисунка 2 видно, что классам условий труда и степени вредности соответствуют определенные интервалы производственно обусловленной заболеваемости. Так как границы между интервалами «размыты», то использование математического аппарата позволило окончательно принять следующие интервалы (таблица 5).

Таблица 5 - Зависимость КУТи от ВУТсн

ВУТсн, дн./год	Класс условий труда и степень вредности КУТи
ВУТсн 0	2 (второй класс - допустимые /безопасные/ условия труда)
0 ВУТсн 6,00	3.1 (третий класс первой степени - вредные условия труда первой степени)
6,00 ВУТсн 12,25	3.2 (третий класс второй степени - вредные условия труда второй степени)
12,25 ВУТсн 18,75	3.3 (третий класс второй степени - вредные условия труда второй степени)
18,75 ВУТсн 25,75	3.4 (третий класс второй степени - вредные условия труда второй степени)
ВУТсн 25,75	4 (четвертый класс - опасные /экстремальные/ условия труда)

По данным таблицы 5 найдено уравнение регрессии

(8)

где у - значение, характеризующее класс условий труда и степень вредности.

На основе уравнения (8) построена кривая (рисунок 3). При этом интервалам от 0 до 1 по оси ординат соответствует КУТи = 3.1, от 1 до 2 - КУТи = 3.2, от 2 до 3 - КУТи = 3.3 и от 3 до 4 - КУТи = 3.4. Значениям y ? 0 соответствует КУТи = 2, а значениям y > 4 - КУТи = 4. Таким образом, график показывает (рисунок 3), что с повышением производственно обусловленной утраты трудоспособности значения класса условий труда и степени вредности возрастают (условия труда ухудшаются).

На основе выражения (8) и таблицы 5 составим систему для расчета КУТи

На основе системы (9) была разработана программа для ЭВМ (свидетельство Роспатента № 2000611049). Кроме КУТи она позволяет рассчитывать величины ВУТн, ВУТф и ВУТсн, общие сверхнормативные потери рабочего времени, выделять работников с КУТи ? 3.2 и др. Применение КУТи на основе методики интегральной оценки при проведении аттестации рабочих мест рекомендовано Департаментом условий и охраны труда Министерства труда и социального развития РФ и Министерством сельского хозяйства РФ (протокол заседания секции охраны труда Научно-технического Совета Минсельхоза России от 17 октября 2000 г., утвержден заместителем Министра сельского хозяйства РФ 8 ноября 2000 г.).



Показатель КУТи, как и класс безопасности КБ, может оценить и эффективность внедрения организацион ных и технических мероприятий по охране труда. При повышении безопасности оператора КБ стремится к единице

при (10)

Обеспечить КБ = 1 довольно сложно. Поэтому для операторов мобильных средств достаточно иметь высокий (КБ = 2) или средний (КБ = 3) уровни безопасности. Низкий уровень (КБ = 4) нежелателен, и совершенно недопустим КБ = 5. Для уменьшения значения КБ можно воспользоваться предлагаемой схемой (рисунок 4). Из нее видно, какие элементы условий труда влияют на снижение баллов А, В и С, а значит на повышение безопасности оператора.

Аналогичная ситуация с оценочным показателем КУТи. Нужно напомнить, что в соответствие с Руководством Р 2.2.2006-05 классы условий труда изменяются от 1 до 4. Причем первому классу соответствуют оптимальные условия труда. Тогда

КУТи 1 при ВУТсн 0. (11)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Иными словами, при улучшении условий труда (КУТи 1) снижается производственно обусловленная заболеваемость ВУТсн.

Исходя из выражений (10) и (11) показатели КБ и КУТи эквивалентны между собой, а наиболее безопасные условия труда будут наблюдаться при

(12)

Поэтому снижение баллов А, В и С (рисунок 4) также уменьшит КУТи.

Таким образом, подсчет КБ и КУТи по системам (3) и (9) вместе с анализом схемы (рисунок 4) позволит определить наиболее «слабые места» в системе Ч-М-С для последующей реализации мероприятий по охране труда.

При оценке эффективности этих мероприятий наиболее безопасные условия труда будут при значениях КБ и КУТи, близких к единице, что видно из условий (10), (11) и (12). Ряд организационных и технических мероприятий рассматривается далее.

Алгоритм проведения предлагаемых организационных мероприятий по повышению уровня безопасности операторов за счет их рационального распределения по мобильным машинам представлен в таблице 6.

Таблица 6 - Алгоритм рационального распределения операторов по машинам

№	Вид мероприятия	Примечания
1.	Проведение аттестации рабочих мест с целью определения класса условий труда КУТ и класса травмобезопасности КТ	В соответствие с действующим Порядком проведения аттестации рабочих мест по условиям труда
2.	Определение баллов В и С на основе КУТ и КТ	По таблицам 2 и 3
3.	Определение уровня квалификации (классности) оператора (КЛ)	По характеристикам уровня квалификации операторов
4.	Определение баллов А на основе КЛ	По таблице 1
5.	Расчет класса безопасности КБ на основе баллов А, В и С	По системе (3)
6.	Выделение машин, где КБ = 5, и запрет их дальнейшей эксплуатации	При КБ = 5 машины не участвуют в дальнейших расчетах до устранения (частичного устранения) вредных и опасных факторов
7.	Выделение машин, где КБ = 4, с целью повышения уровня безопасности	При КБ = 4 возможно устранение вредных и опасных производственных факторов и (или) закрепление за машинами операторов с более высокой квалификацией
8.	Рациональное распределение операторов по машинам с целью получения КБ = 1…3	Перерасчет разных вариантов распределения операторов по машинам по системе (3)

Когда мероприятия охватывают несколько машин, то для подтверждения их эффективности можно воспользоваться средними значениями КБ. Если после внедрения мероприятий средняя величина класса безопасности будет меньше средней величины класса безопасности до их внедрения , то можно считать мероприятия эффективными

(14)

где , - класс безопасности i-го работника до и после внедрения мероприятий по охране труда; n - количество работников.

Кроме организационных важную роль играют и технические мероприятия. Основной причиной для разработки систем активной безопасности послужило большое количество ДТП, связанных с низким сцеплением шин с дорогой. Эксплуатируемые в АПП колесные машины, как правило, не оснащены этими системами, хотя более 50 % ДТП случается в сельской местности. Поэтому проблема повышения сцепления шин с опорной поверхностью в АПП весьма актуальна. В связи с этим, ряд предлагаемых технических устройств направлен на повышение сцепных качеств колесных машин с опорной поверхностью, прежде всего, в наиболее экстремальных условиях, встречающихся в переходные и холодный периоды года.

Установка ошипованных шин в зимний период не всегда оправдана, так как они увеличивают тормозной путь на очищенных от снега усовершенствованных дорогах. Со временем часть шипов выпадает из протектора. Шины с шипами портят дорожное покрытие и повышают уровень шума в кабине, ухудшая условия труда операторов. Абразивный износ шипов снижает их сцепные свойства.

Однако хорошее сцепление шин с дорогой позволяет повысить тормозные качества и снизить буксование ведущих колес. Буксование, в свою очередь, приводит к повышению тяжести и напряженности труда (увеличение числа стереотипных движений, потока воспринимаемой информации, усложнение ее оценки и др.). В итоге ухудшается самочувствие оператора, возрастает его утомление, снижается работоспособность. Буксование может привести к заносу, нарушая устойчивость движения машины. Все это повышает вероятность возникновения ДТП.

Таким образом, улучшение сцепления шин с дорогой приведет к снижению буксования колес, оказывая положительное влияние на условия труда (баллы С) и травмобезопасность (баллы В), уменьшая ВУТсн. Поэтому на основе выражений (10) и (11) можно записать условие повышения безопасности оператора

(15)

где о - обобщенный коэффициент буксования колесной машины.

Как видно из условия (15), снижение буксования (о) имеет важное значение, так как уменьшает величины оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных мобильных машин агропромышленного производства.

Буксование ведущих колес может быть совместным и раздельным. Для снижения раздельного буксования используют самоблокирующиеся межколесные дифференциалы. Но они не нашли широкого применения в АПП, так как имеют довольно высокую стоимость и не всегда обеспечивают полную блокировку колес.

Повышение сцепления шин с дорожным покрытием возможно путем разбрасывания сыпучего материала (щебень, мелкий гравий и др.) на скользкую поверхность. На городские дороги и трассы его разбрасывают спецмашины. Но в сельской местности ввиду малой интенсивности движения они практически не используются. Поэтому в условиях АПП имеет смысл устанавливать устройства для разбрасывания сыпучих материалов непосредственно на эксплуатируемые машины.

В связи с этим, предлагается устройство для улучшения сцепных и тормозных качеств буксующих колес на скользких несущих поверхностях (устройство для разбрасывания сыпучих материалов). Для его функционирования применяется известный сравнитель угловых ускорений. Он учитывает наиболее встречающееся раздельное буксование, связанное с наличием межколесного дифференциала.

При попадании колеса на скользкий участок пути оно начинает буксовать. Если его угловое ускорение 10…25 с-2, то сравнитель угловых ускорений включает электродвигатель устройства для разбрасывания сыпучих материалов, который приводит в действие вал с крыльчаткой (рисунок 5). Сыпучий материал подхватывается лопатками крыльчатки и вылетает через направляющий желоб под буксующее колесо. Сцепление шины с дорогой увеличивается, и угловое ускорение колеса уменьшается. При < 10…25 с-2 электродвигатель отключается, и подача сыпучего материала прекращается.

Попадание частицы сыпучего материала под буксующее колесо зависит от начальной скорости полета частицы Vн, задаваемой лопаткой крыльчатки. Для ее определения рассмотрим основные силы, действующие на частицу (рисунок 5):

- сила, действующая от лопатки разбрасывающего устройства Fл

Fл = m a, (16)

где m - масса частицы сыпучего материала, кг; а - ускорение частицы, м/с2;

- сила тяжести Fт

Fт = m g, (17)

где g - ускорение свободного падения, м/с2;

- сила сопротивления воздушной среды Fw

Fw = kр Vн2, (18)

где kр - коэффициент пропорциональности, Н с2/м2.

Рассмотрим проекцию сил, действующих на частицу, на ось ОY

Fw sin -Fл sin - Fт = 0, (19)

где - угол между линией полета частицы и поверхностью дороги (максимальный угол между направляющим желобом и горизонталью), град.

После преобразований с учетом выражений (16…19), а также средней величины угла наклона направляющего желоба /2, получим

 (20)

где Н - расстояние между точкой отрыва частицы от лопатки крыльчатки до поверхности дороги, м; S - расстояние по горизонтали между точкой отрыва частицы от лопатки и точкой ее приземления на дорогу перед надвигающимся колесом, м.

Значение Vн необходимо знать для расчета диаметра, скорости вращения крыльчатки и других параметров устройства. При выводе выражения (20) были сделаны допущения. Они, наряду с аэродинамическими характеристиками частицы, учитываются коэффициентом kр, который можно найти экспериментально.

В диссертационной работе также рассматривается аналогичное устройство с приводом вала крыльчатки от ведущего колеса.

Таким образом, предложенные автоматические устройства для разбрасывания сыпучих материалов позволяют повысить тягово-сцепные и тормозные свойства в условиях скользких несущих поверхностей, ограничить буксование ведущих колес мобильных машин, улучшить устойчивость прямолинейного движения, уменьшить тяжесть и напряженность трудового процесса. Нужно отметить, что на устройство получен патент на изобретение № 2332308.

Повысить уровень безопасности операторов мобильных машин можно и применением антиблокировочных систем (АБС), не допускающих блокировку колес при торможении. Особенно на скользких дорогах блокированное колесо может привести к заносу и опрокидыванию транспортного средства. Существующие АБС, как правило, имеют достаточно мощный компьютер и относительно высокую стоимость, что делает проблематичным их использование в АПП. Хотя в сельской местности применение АБС весьма актуально по причине частого движения машин по бездорожью и довольно редкой чистки дорог зимой от снега и наледи.

Работа АБС прежде всего направлена на повышение устойчивости при торможении (снижение числа ДТП). Это оказывает положительное влияние на травмобезопасность (баллы В), уменьшая ВУТсн. Тогда на основе выражений (10) и (11) можно записать условие повышения безопасности операторов

(21)

где Аотнi = Аабсi/Асмтi - относительное смещение i-ой оси колесной машины при работе АБС; Аабсi, Асмтi - смещение центра i-ой оси машины от заданного направления движения при торможении, соответственно, с АБС и без АБС, м.

Как видно из условия (21), снижение заноса осей при торможении с АБС (Аотнi > 0) имеет важное значение, так как уменьшает величины оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных машин агропромышленного производства.

Для снижения заноса заблокированное при торможении колесо необходимо разблокировать. С этой целью в диссертации предлагается относительно простая АБС, не требующая бортового компьютера, что позволяет применять ее в условиях АПП даже на эксплуатируемой технике. Данная АБС работает «по блокировке» колеса. Поэтому наилучшие показатели, как и у АБС, работающей «по замедлению» колеса, будут наблюдаться на поверхностях с низким сцеплением. Но алгоритмы работы «по блокировке» и «по замедлению» в некоторых случаях приводят к сбоям при движении по неровным дорогам и являются причиной ошибок в работе АБС.

Поэтому предлагается второй вариант АБС с более предпочтительным алгоритмом работы - «по проскальзыванию» колеса (рисунок 6). В ней рассчитываются текущие значения коэффициента скольжения s и сравниваются с его предельным значением sпр, соответствующим максимальному коэффициенту сцепления. Если при торможении колеса превышается величина sпр, то логическое устройство подает напряжение на электроклапан, который открывает доступ тормозной жидкости в расширительную камеру (рисунок 7). Давление жидкости в тормозном цилиндре начинает падать, и колесо растормаживается, не дожидаясь полной блокировки. Когда коэффициент скольжения становится меньше sпр, то электроклапан обесточивается. Давление жидкости в тормозном цилиндре повышается. Если снова будет превышено значение sпр, то указанный цикл повторится. Это обеспечивает устойчивость движения и тормозную эффективность колесных машин даже в сложных и переменных условиях. Поэтому работающая «по проскальзыванию» АБС в большей степени подходит для условий сельского хозяйства.



Рисунок 7 - Принципиальная схема АБС: 1 - тормозной барабан; 2 - тормозная колодка; 3 - стяжная пружина; 4 - противопыльный колпачок; 5 - рабочий тормозной цилиндр колеса; 6 - щит;7 - трубопроводы; 8 - корпус электроклапана; 9 - катушка электроклапана; 10 - пружина электроклапана; 11 - сердечник соленоида; 12 - манжета; 13 - поршень; 14 - пружина; 15 - расширительная камера; 16 - обратный клапан; 17 - пружина клапана; 18 -отверстие для сброса жидкости; 19 - отверстие для подачи жидкости

Поступающие в логическое устройство АБС сигнал с педали тормоза обозначим через Х, от датчика действительной скорости - через Х1 (рисунок 6). Сигнал с логического устройства, подаваемый на электроклапан АБС, обозначим как Y.

При отсутствии усилия на педали тормоза (при движении или покое колесной машины) сигнал Х = 0. В этом случае сигнал Y = 0 (электроклапан обесточен). Если машина движется (Х1 = 1) и осуществляется торможение (Х = 1), то логическое устройство обрабатывает сигналы с датчиков действительной скорости движения машины и оборотов колеса для определения коэффициента скольжения s. Когда значение s начинает превышать предельную величину sпр, то логическое устройство подает напряжение на электроклапан (Y = 1). При растормаживании колеса значение s становится меньше величины sпр, и подача напряжения на электроклапан прекращается (Y = 0). Когда машина останавливается (Х1 = 0), но усилие на педали тормоза остается (Х = 1), то логическое устройство также не подает напряжение (Y = 0). С учетом этого запишем совокупность условий работы логического устройства АБС

(22)

Для определения величины s воспользуемся известными формулами

(23)

где Vsi - скорость скольжения i-го колеса, м/с; Vд - действительная скорость движения машины, м/с; Vкi - линейная скорость элементов беговой дорожки шины i-го колеса в зоне контакта шины с дорогой, м/с.

Vкi = кi•rкi, (24)

где кi- скорость вращения i-го колеса, 1/с; rкi- радиус качения i-го колеса, м.

Из равенства (23) определим величину Vкi

Vкi = Vд(1 - s). (25)

Исходя из формулы (25) и заменяя величину s на sпр, можно записать

если Vкi < Vд(1 - sпр), то Y = 1. (26)

На основе выражения (26) представлены зоны торможения с АБС и без АБС при sпр = 0,2, что для большинства скользких поверхностей соответствует максимальному коэффициенту сцепления (рисунок 8).

Совместное решение выражений (22) и (23) и (24) позволит обосновать работу АБС при заданном значении sпр.

Обоснование работы АБС (27) позволит обеспечить максимальные тормозные усилия без блокировки колеса. Совокупность условий (27) можно использовать и для АБС, работающей «по блокировке» колеса. Установка АБС на новые и эксплуатируемые мобильные машины в АПП будет способствовать сохранению их устойчивости при торможении и, следовательно, снижению числа ДТП при выполнении технологических процессов.

Условия труда операторов зависят и от других факторов, к одним из которых относится температура поверхностей tпов. В основном оператор контактирует с поверхностями кресла и пола кабины. В холодный период года их температура может быть ниже требуемой и даже отрицательная, а условия труда признаны как вредные (баллы С). Теплообмен с такими поверхностями приводит к охлаждению тела человека, повышая значение ВУТсн. Тогда на основе выражений (10) и (11) запишем условие снижения КБ и КУТи за счет поддержания оптимальных температур tопт поверхностей

(28)

Как видно из условия (28), обеспечение требуемых температур поверхностей в кабинах имеет важное значение, так как уменьшает величины оценочных показателей (КБ и КУТи) операторов колесных мобильных машин в АПП.

Обеспечить требуемые температуры можно с помощью электронагревательных устройств (накидок на поверхности). Проведенные нами эксперименты показали, что существующие устройства, как правило, не обеспечивают нормируемые температуры (даже при наличии регуляторов).

Например, температура поверхности в месте контакта человека и сиденья (рисунок 9) на седьмой минуте нагрева превысила максимально допустимую величину (26 С), а на двенадцатой - 30 С. Причем интенсивности нагрева поверхностей сиденья, спинки кресла и пола кабины различные.

Поэтому предложено нагревательное устройство электрического типа для сиденья и спинки кресла кабины (патент на полезную модель № 74222), включающее в себя две нагревательные части: для сиденья и спинки кресла. При этом каждая часть имеет свой регулятор температуры поверхности, обеспечивающий автономное питание от электрической системы мобильной машины (рисунок 10).

Предложен и более совершенный регулятор температуры поверхностей (патент на полезную модель № 74223). Он содержит (рисунок 11) датчик температуры, прикрепленный к центру поверхности нагревательного устройства и подключенный к логическому устройству, которое соединяется с управляющим элементом, включающим или выключающим питание от электрической системы мобильной машины. По достижению верхнего предела tвп температуры питание отключается, при падении до нижнего предела tнп - включается.

Тогда можно записать условие работы предложенного регулятора

(29)

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.

...