Содержание к диссертации
Стр.
Введение 8
Глава 1. Современное состояние вопроса и задачи
исследования 15
11. Травматизм и заболеваемость в сельском строительстве:
состояние и причины 15
Классификация, назначение, виды и типы отечественных и зарубежных строительных машин, применяемых в сельском строительстве 37
Парк строительных машин, используемых в сельском строительстве: состояние и перспективы развития 47
Причинно-следственный анализ производственного травматизма и заболеваемости операторов строительных машин... 58
Анализ требований к рабочему месту операторов строительных машин 81
Анализ условий труда операторов строительных машин 100
1.7. Выводы и задачи исследования 149
Глава 2. Теоретическое обоснование путей совершенство
вания условий и охраны труда операторов
строительных машин 155
Анализ методов и методологий оценки условий и охраны труда в человеко-машинных системах по работам отечественных и зарубежных специалистов 155
Энерго-энтропийный подход к анализу и оценке условий
и охраны труда операторов строительных машин 180
2.3. Анализ влияния информационного воздействия на формиро
вание пространства состояний в системе «оператор -
строительная машина - среда» и построение его информаци
онной модели 195
Анализ влияния энергетического воздействия на формирование пространства состояний в системе «оператор -строительная машина - среда» и построение его энергетической модели 214
Обоснование взаимосвязи степени тяжести опасного или вредного фактора подсистемы «оператор - строительная машина» с ее энергетическими характеристиками 231
Устойчивость и управляемость динамической системы «оператор строительная машина - среда» 243
Устойчивость и управляемость подсистемы «оператор - строительная машина» 244
Разработка обобщенного показателя оценки устойчивости системы «оператор - строительная машина - среда» и ее подсистем 261
2.7. Выводы 274
Глава 3. Моделирование динамической системы «оператор -
строительная машина - среда» и ее подсистем 277
Анализ рабочей позы оператора строительной машины 277
Теоретическое исследование распределения энергозатарат оператора при действии с рычагами управления 298
Теоретическое исследование распределения энергозатрат оператора при получении визуальной информации 325
3.4. Уравнения кинетической энергии, затрачиваемой
оператором при управлении строительной машиной 333
3.4.1. Уравнения кинетической энергии, затрачиваемой
оператором при действии с органами управления 333
4 3.4.2. Уравнения кинетической энергии, затрачиваемой
оператором при переносе взгляда 340
Выбор структуры динамической модели тела человека 341
Теоретическое исследование динамической модели человека в положении «сидя», участвующего в сложном движении 348
3.5. Моделирование вынужденных колебаний тела человека-
оператора при выполнении действий по управлению
строительной машиной 361
3.5.1. Уравнения динамической модели «1» 365
3.5.2. Уравнения динамической модели «2» 369
Уравнения динамической модели «3» 371
Математическая модель динамической системы «двухзвенника» 374
3.6.Выводы 376
Глава 4. Программирование пространственного движения
человека-оператора строительной машины при
выполнении целенаправленной деятельности 378
4.1. Программирование пространственного движения модели руки
оператора при выполнении целенаправленных действий
по управлению строительной машиной 379
Анализ расположения рычагов управления в кабинах строительных машин и рекомендации по совершенствованию эргономических параметров постов управления 388
Программирование пространственного движения модели зрительного аппарата оператора строительной машины при выполнении целенаправленных действий на получение визуальной информации 402
Анализ доступности визуальной информации из проектного
положения оператора строительной машины и рекомендации
по совершенствованию обзорных качеств кабин 418
4.5. Выводы 426
Глава 5. Результаты теоретических и экспериментальных
исследований способов и средств стабилизации
процесса раскачивания груза на канате
строительного крана» 428
5.1. Теоретические исследования процесса раскачивания груза на
канате строительного крана 432
5.2. Теоретические исследования инженерно-технических способов
и устройств, направленных на устранение процесса
раскачивания груза на канате строительного крана 453
Теоретическое исследование способа по устранению раскачивания груза 453
Теоретическое исследование устройства по успокоению раскачивания груза 474
5.3. Методика и результаты экспериментальных исследований 493
Задача и программа исследования 493
Объект исследования 494
Особенности обработки ограниченного числа опытов 496
Результаты расчетов геометрических и технических параметров опытного образца устройства для гашения колебаний груза подвешенного на канате строительного крана 499
Методика исследования колебательного процесса системы подвеса с грузом без использования осесимметричного гироскопического стабилизатора и с его применением 503
Методика экспериментальных исследований способа по уменьшению периода колебаний груза на канате строительного крана 510
Результаты экспериментальных исследований 515
5.4. Выводы 530
Глава 6. Инженерно-техническое обеспечение устойчивости
системы «оператор - строительная машина -среда»
при возведении строительных объектов АПК 532
6.1. Пути повышения эффективности и безопасности эксплуатации
строительных машин при возведении строительных объектов
АПК 532
6.2. Мероприятия по совершенствованию обзорных качеств
кабин и параметров микроклимата воздуха рабочей зоны 539
Конструктивные особенности кабин повышенной обзорности строительных машин 539
Исследование влияния конструктивных особенностей кабины башенного крана повышенной обзорности на показатель устойчивости системы «оператор - строительная машина -среда» 546
Мероприятия по обеспечению воздухообмена на рабочем месте оператора строительных машин 565
6.3. Мероприятия по солнцезащите оператора строительных
машин 569
6.4. Совершенствование эргономичности постов управления в
кабинах подъемно-транспортных машин 576
Конструктивное решение поста управления оператора подъемно-транспортного средства 578
Сиденье оператора строительных машин 584
Безопасное сиденье оператора подъемно-транспортных машин 589
Теоретическое исследование устойчивости системы «оператор-строительная машина - среда» на примере эксплуатации безопасного сиденья оператора строительных машин 597
6.5. Инженерно-техническое обеспечение безопасности и
эффективности грузоподъемных и стропальных работ 606
6.5.1. Устройство для гашения колебаний груза, подвешенного
на канате строительного крана 606
Обеспечение устойчивости подсистемы «оператор -строительная машина» за счет использования осесимметрич-ного гироскопического стабилизатора 614
Способ и устройство для гашения колебаний груза,
подвешенного на канате строительного крана 617
Анализ требований и устройств по строповке строительных конструкций 631
Конструктивные особенности и принцип работы нового устройства по строповке грузов 634
6.6. Выводы 645
Глава 7. Социально-экономическая эффективность
результатов исследований 647
7.1. Расчет ожидаемой социально-экономической эффективности
мероприятий, направленных на стабилизацию раскачивания
груза на канате строительного крана 648
7.1.1. Расчет окупаемости устройства для гашения колебаний
груза, подвешенного на канате строительного крана 653
Расчет эффективности строительно-монтажных работ при использовании новой конструкции стропа 657
Результаты использования технических способов и средств, направленных на обеспечение безопасности строительно-монтажных работ 657
Выводы 662
Общие выводы и рекомендации 663
Литература 669
Приложение А 707
Приложение Б 770
Приложение В 776
Введение к работе
Кризисное состояние экономики России, которое она испытывает в последние годы, не могло не сказаться на всех отраслях агропромышленного комплекса и на сельском строительстве в том числе, что, прежде всего, связано с резким сокращением капитальных вложений. Глубокий спад инвестиционной активности на селе практически парализовал работу проектных и научно-исследовательских организаций, на проектно-технологическую базу и научные рекомендации которых в свое время опирались как сельское строительство, так и все отрасли агропромышленного комплекса.
Сельский строительный комплекс более чем за тридцать лет своего суще
ствования впервые переживает столь критическое состояние, в которое он по
пал по вине непродуманности проводимых в стране реформ. Капитальные го
сударственные вложения в сельское хозяйство страны сокращены до крайнего
минимума. Если в целом по стране инвестиции в основной капитал с 1991 по
1998 годы сократились в 4 раза, то в агропромышленном комплексе (АПК) это
падение превысило 30 раз. За этот же период ввод жилья на селе уменьшился с
14,3 млн. кв. метров в год до 700 тысяч. Бюджетные намерения в части капи
тального строительства в АПК в сравнении с 1990 годом снизились почти в 300
раз, а отсутствие иных поступлений на капитальные затраты и собственных ис
точников у заказчиков поставили строительную отрасль в безвыходное поло-
жение [1, 2, 3]. За 1996-1998 годы в 30-ти субъектах Российской Федерации не
было построено ни одного детского сада, 10-ти - ни одной школы, в 37-ми -клуба, в 33-х - больницы. Практически совсем не велось производственного строительства на сельских территориях Севера и дальнего Востока [4]. Беспредел с ростом цен на энергоресурсы, диспаритет цен на потребляемую промышленную продукцию и продукцию села уничтожил собственные средства сельхозпроизводителей, перерабатывающих предприятий, направляемые на расширение производства, модернизацию, техническое перевооружение и ремонт
9 зданий. За годы реформ утеряно около половины основных фондов АПК, устарело и пришло в негодность большое количество техники, оборудования.
Неслучайно поэтому, каждая третья травма с временной потерей трудоспособности и каждая четвертая со смертельным исходом, происшедшая в народном хозяйстве страны, приходится на АПК России [5]. Важен и тот факт, что при общем снижении объемов строительства травматизм и заболеваемость в отрасли существенно не снижаются: по данным ВНИИОТ (г. Орел) за последние десять лет число пострадавших с летальным исходом в сельском строительстве составило более 2726 человек или около 9% от числа пострадавших во всех отраслях АПК, и это подтверждает информацию о том, что среди прочих отраслей АПК строительство по показателю травматизма стабильно занимает пятое место после растениеводства (23,2%), ремонта и технического обслуживания машин (18,1%), животноводства (16,2%) и пищевого производства (9,9%) [6, 7].
Наиболее травмоопасными видами работ, при выполнении которых погибли люди, являются непосредственно строительные, транспортные перевозки, погрузочно-разгрузочные работы.
Самыми травмоопасными источниками в строительстве, как и в других
отраслях АПК, остаются мобильные машины. При эксплуатации машин и обо
рудования по производству строительных работ погибло 253 работника [8]. На
работах с использованием башенных, мостовых и козловых кранов погибло 35
работников в основном в результате падения грузов на пострадавших и падения
самих работников с кранов [9]. Значительное число случаев смертельного травматизма зарегистрировано при падении на работников незакрепленных элементов строительных конструкций (115 человек из 253), а также при нарушении правил погрузки, разгрузки и крепления грузов (38 человек) [8].
Операторы грузоподъемных и транспортных средств по показателю травматизма входят во вторую десятку из 95 профессий различных отраслей производства АПК, что вызвано дорожно-транспортными происшествиями,
10 морально и физически устаревшим оборудованием [10]. Детальный анализ причин травматизма позволяет среди таких недостатков как неисправность опорно-поворотных устройств кранов, низкая трещиностойкость металлических конструкций, неисправность приборов и устройств безопасности выделить особо оттягивание груза от вертикали во время его подъема, защемление груза, обрыв каната, строповка и монтаж с нарушениями требований проекта производства работ, неисправное состояние сменного грузозахватного приспособления.
Основными причинами травмирования являются: нарушение организации трудового процесса (отсутствие контроля за проведением работ, нарушение трудовой дисциплины, отсутствие средств индивидуальной защиты, допуск к работе лиц, не имеющих соответствующей профессиональной подготовки); техническая неисправность строительных машин, стационарного и передвижного оборудования.
Среди общих причин: резкое снижение инвестиций на техническое перевооружение, правовой беспредел, низкая заработная плата, ослабление государственного и ведомственного контроля, несовершенство организационно-технических нормативов.
В условиях, не отвечающих санитарно-гигиеническим нормам, работают более 15% от общей численности работающих в строительной отрасли [11]. Растет уровень профессиональных заболеваний в связи с неудовлетворительными условиями труда на рабочем месте: операторы мобильных строительных машин работают в условиях повышенной запыленности и загазованности, повышенных уровней шума и вибрации, при низком уровне показателей обзорных качеств кабин, при недостаточной тепло-и звукоизоляции ограждающих конструкций кабины, несовершенных органов управления и рабочего места, при отсутствии средств связи и средств индивидуальной защиты. Такие условия труда не только влияют на состояние здоровья оператора, но и приводят к повыше-
нию утомляемости в течение рабочей смены, что часто является причиной аварийной ситуации на производстве.
Вопросы улучшения условий труда операторов строительных машин, применяемых в сельском строительстве, безопасности ведения строительно-монтажных работ являются актуальными и требуют специального изучения.
Всё вышеперечисленное свидетельствует о необходимости совершенствования службы охраны труда в сельском строительстве, прежде всего с позиций сохранения и назначения системы как механизма защиты интересов работающих, гарантии сохранения их жизни, здоровья, трудоспособности в процессе профессиональной деятельности, а также с целью эффективности сельскохозяйственного строительного производства.
Проблемы, направленные на обеспечение безопасности и высокой производительности строительно-монтажных работ, требуют глубокого анализа и научно-технического подхода к их разрешению.
Цель исследования - совершенствование условий и охраны труда в сельскохозяйственном строительстве за счет разработки и внедрения инженерно-технических методов и средств, обеспечивающих устойчивость системы «оператор - строительная машина - среда».
Объектом исследования являются условия и средства охраны труда операторов строительных машин, используемых в сельскохозяйственном строительстве и других отраслях АПК.
Научную новизну исследований составляют:
концептуальная теория оценки устойчивости человеко-машинной системы на примере системы «оператор - строительная машина - среда» с использованием энерго-энтропийного подхода и предложенный на ее основе критерий оценки устойчивости системы ОСМС и ее подсистем;
структурные динамические модели тела человека-оператора строительной машины и построенные на их основе математические модели, позволяю-
12 щие исследовать физические и психофизиологические возможности человека
при выполнении целенаправленной сенсомоторной деятельности;
разработанные имитационные модели для исследования эргономических параметров поста управления и параметров обзорности кабин операторов строительных машин;
теоретические положения по стабилизации раскачивания груза на гибком подвесе строительного крана;
- теоретические положения по обоснованию новых инженерно-
технических решений элементов кабин и их оснастки, направленных на обеспе
чение устойчивости динамической системы «оператор - строительная машина -
среда» и ее подсистем.
Практическую значимость диссертации представляют:
результаты анализа причинно-следственной связи условий и охраны труда операторов строительных машин, используемых при возведении объектов АПК, с травматизмом и профессиональной заболеваемостью;
результаты исследования параметров постов управления и обзорных качеств кабин строительных машин и рекомендации по совершенствованию этих параметров;
разработанные программы исследования энергетических затрат операторов строительных машин при выполнении двигательной и визуальной задач;
научно обоснованные и подтвержденные патентами РФ на изобретения методы и средства, обеспечивающие безопасность строительно-монтажных и грузоподъемных работ.
На защиту выносятся следующие основные вопросы: 1. Результаты анализа причинно-следственной связи условий и охраны труда операторов строительных машин, используемых при возведении объектов АПК, с травматизмом и профессиональной заболеваемостью;
2. Теоретическая концепция оценки устойчивости человеко-машинных
систем на примере системы «оператор - строительная машина - среда» (ОСМС)
на основе энерго-энтропийного подхода;
Критерий оценки устойчивости системы ОСМС и ее подсистем для оценки условий и безопасности труда операторов строительных машин;
Результаты теоретических исследований о корреляционной связи несчастного случая с энергоемкостью строительной машины;
Модель энергетического состояния подсистемы «оператор - строительная машина» системы ОСМС;
6. Структурные динамические и математические модели человека-
оператора строительной машины;
7. Программирование целенаправленной деятельности оператора строи
тельной машины при выполнении им двигательной и визуальной задач и ре
зультаты исследования параметров элементов постов управления и обзорных
качеств кабин строительных машин;
8. Теоретические обоснования нового способа и устройств, направлен
ных на стабилизацию колебательного процесса грузового подвеса строительно
го крана;
9. Новые инженерно-технические решения кабин строительных машин и
их оснастки, направленные на обеспечение устойчивости динамической систе
мы «оператор - строительная машина - среда» и ее подсистем;
10. Результаты научно-практических исследований, рекомендованных и ис
пользуемых в производстве и учебном процессе.
Основные материалы диссертации доложены на научных конференциях Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (СПбГАУ) и Ярославской государственной сельскохозяйственной академии (ЯГСХА) в 1996 - 2003 г.г.; в группе технического надзора открытого акционерного общества «Грузоподъемные машины» (ОАО ГПМ) г. Ярославля (1996-1998 г.г.); во Всероссийском научно-исследовательском институте охраны труда (г. Орел) в
14 1997-1998 тт.; в отчетах НИР, выполненных совместно с ОАО ГПМ «Грузоподъемные машины» (г. Ярославль) в 1997-1998 г.г.; представлены в материалах конференций Рязанской, Ивановской, Костромской сельскохозяйственных академий; в публикациях научно-производственного журнала «Техносфера» управления Верхнє - Волжского округа Госгортехнадзора России (г. Ярославль) в 2002 г., а также на международной научной конференции «Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК» (г. Ярославль) в 2003 г.; на международной научно-практической конференции «Межрегиональные проблемы экологической безопасности» (Украина, г. Сумы) в 2002 г.; оформлены в виде депонированных рукописей по материалам отчетов НИР во ВНИИТЭИагропрома (1998 г.).
Диссертация состоит из 7 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 416 наименований, 3-х приложений. Работа изложена на страницах 788 машинописного текста, содержит 162 рисунка, 92 таблицы.
