9.4. Разработка конструкций мобильных средств технического сервиса по биоэргономическому подобию
9.4.1. Обоснование новой конструкции передвижной стойки для технического обслуживания машинно-тракторных агрегатов
При проведении своевременного диагностирования сельскохозяйственных машин необходимо особое внимание уделять не только конструкциям измерительных приборов, но и вспомогательному оборудованию. Так стойка для перемещения диагностического оборудования должна быть устойчива при её перемещении и удобна в эксплуатации. При этом в конструкции уделяется внимание не только устойчивости самой стойки, но и человека.
Всякое положение биологического тела человека это процесс колебательного характера. Точка общего центра тяжести (ОЦТ) тела при статическом положении испытывает колебания в диапазоне 2…3 см, вследствие кровообращения, лимфотока, дыхания, мышечного тремора биологического тела – это управляемый процесс. Человек может изменять устойчивость своего тела за счет варьирования факторов устойчивости, которыми являются:
1. Величина площади опоры. Это площадь, заключенная между граничными точками опоры.
2. Высота расположения точки ОЦТ. Чем ниже точка ОЦТ тела, тем более устойчиво тело.
3. Прохождение линии тяжести. Линия тяжести является перпендикуляром, который опущен из ОЦТ тела на площадь опоры.
4. Величина углов устойчивости. Угол устойчивости – это угол, образованный линией тяжести, и линией, соединяющей ОЦТ с краем площади опоры. Угол устойчивости – это динамический фактор устойчивости, он соединяет в себе три предыдущих – статических. Чем больше углы устойчивости, тем более устойчиво тело в данном направлении.
5. Коэффициент устойчивости тела – характеризует способность тела сохранять устойчивость при действии опрокидывающей силы при перемещении стойки.
Применительно к рассмотрению взаимодействия стойки с человеком при её перемещении необходимо ограничиться первыми тремя факторами – величине площади опоры, высоте расположения центра тяжести и прохождении линии тяжести. Рассмотрим понятие «устойчивость» с позиций использования при перемещении объектов системы технического сервиса.
Все движения для живых организмов подчиняются законам классической механики. Поэтому с точки зрения механики перемещение стойки к месту её функционального применения представляет собой физическое явление, сущность которого проявляется во взаимном механическом силовом взаимодействии физических объектов друг с другом. На рис. 9.15 схематически изображена фигура человека в устойчивом, статическом положении.
Рис. 9.15. Схема действующих сил на человека в устойчивом, статическом положении
В данном случае, при перемещении стойки, должно соблюдаться постоянство устойчивого положения. При этом вся система находится в равновесии. Площадь опоры SОП максимальная или близка к таковой.
Вектор силы тяжести G направлен по центру опорной площадки, при этом выполняется следующее условие:
(9.18)
где RA = RB - G/2;
m = 0 – степень подвижности системы.
В этом случае система находится в равновесии – положение устойчивое.
На основе проведённых исследований была спроектирована стойка для перемещения диагностического оборудования (Патент України на винахід №79913, «Стійка для переміщення діагностичного обладнання») – (рис. 9.16).
Рис. 9.16. Перемещение стойки в мобильном средстве технического сервиса
Особенность данной стойки заключается в конструкции подвижных рычагов для перемещения диагностического оборудования, позволяющих уменьшить физическую нагрузку на человека, который её эксплуатирует при подъёме либо опускании на уклоны до 40 градусов, при диагностике автомобилей либо тракторов, как в стационарных пунктах ТО, так и на мобильных средствах технического сервиса (рис. 9.16).
Это условие обеспечивается за счёт рычагов с помощью которых осуществляется сохранение горизонтальности станины при опускании стойки с лестницы и подъёме.
Рычаг состоит из вала 1, втулок рычага 2, втулок станины 3, болтов 4, опорной скобы 5, пластины-повода рычага 6, опорного подшипника 7, корпуса рычага 8 и ручек рычага 9 (рис. 9.17). Работает она следующим образом. При опускании передвижной стойки с мобильного средства по лестнице необходимо ослабить болты на пластине-поводе и перевести рычаги в заднее удобное положение, при условии, что рабочий стоит сзади и будет спускать стойку. После этого болты необходимо затянуть.
Если необходимо поднять стойку, рычаги переводятся вперёд, перед этим предварительно ослабив болты. После того как перемещены рычаги в удобное для человека положение вновь необходимо зажать болты и переместить тележку в мобильное средство ТО и диагностики.
Рис. 9.17. Рычаг перемещения стойки
При конструировании как стойки для перемещения диагностического оборудования, так и других органов управления машинами и механизмами, учитываются усилия человека. Так, например, сила сокращения мышц человека колеблется в широких пределах, а номинальная величина силы кисти составляет 450-650 ньютонов (Н). Усредненная сила сжатия, которая составляет 450-500 Н, была использована в конструировании данной стойки при условии, что масса приборов будет колебаться от 10 до 15 кг на одну полку при перемещении на наклонную поверхность от 15 до 40 градусов.
Сохранение равновесия биологического тела рабочего со стойкой снижает его утомляемость, простои и травмированность рабочего. Данный метод оценивания взаимодействия человека с машиной при техническом сервисе с биоэргономической точки зрения даёт возможность проектировать машины нового поколения на более высоком уровне с использованием физиологических данных человеческого фактора. Использование достижений эргономики при проектировании техники и условий её функционирования повысит содержательность и привлекательность труда, сохранит здоровье и создаст условия, благоприятствующие всестороннему развитию человека. Таким образом, эргономика обеспечивает проектирование рабочих процессов с механической стороны, тогда как решение проблем управления и контроля решает биомеханика человека.
9.4.2. Обоснование новой конструкции пункта технического осмотра и технического обслуживания
Агропромышленный комплекс непрерывно оснащается новыми, более мощными высокопроизводительными тракторами, комбайнами, автомобилями, водополивной техникой, оборудованием для животноводческих комплексов и другими сложными сельскохозяйственными машинами. Их надёжное техническое состояние в большей степени зависит от уровня технического обслуживания и текущего ремонта, проводимых на дилерских предприятиях либо на технических отделениях фермерских кооперативов. При этом доминирующее количество всех видов технических воздействий на ТО и ТР приходится на дилерские предприятия, так как они работают непосредственно с заводами-изготовителями сельскохозяйственной техники, а их время реагирования составляет не менее 24 часов с момента поступления заявки.
Установление необходимого количества передвижных средств ТО является важным условием правильной организации технического сервиса МТП, обеспечения полного и своевременного удовлетворения заявок на ТО и устранение неисправностей сельскохозяйственной техники.
При выборе передвижных средств технического сервиса придерживаются принципа необходимости выполнения объема работ в интервале времени наиболее интенсивного использования машин с учетом допускаемых отклонений по их периодичности обслуживания. Качество проведения ТО обуславливается выбором средств, с помощью которых можно выполнять все операции по обслуживанию машин в соответствии с нормативно-технической документацией и технологией ТО.
Основные факторы, оказывающие влияние на выбор средств ТО, сводятся к следующим: количественный состав и структура парка машин по маркам; годовая загрузка машин и неравномерность их использования; структура и рассредоточение материально-технической базы ТО для проведения определенного вида работ; характер специализации и структура организации ТО и ремонта машин в аграрном формировании и на районном уровне.
Однако, учитывая особенности сельского хозяйства, нельзя использовать типовые конструкции передвижных средств ТО, потому что специфика ведения сельского хозяйства предполагает ведение простых и при этом унифицированных конструкций. При этом, особое внимание в конструкции уделяется пространственной организации рабочих мест мастера-диагноста.
Для изучения параметров характеризующих пространственную организацию конструкции, в данном случае – «контейнера» изучались: источники вредных и опасных производственных факторов в системе технического сервиса; возможности выполнения всех необходимых движений и перемещений для эксплуатации оборудования при выполнении работ; возможности обзора элементов рабочего места; наличие ступенек и лестниц; удобство размещения средств управления по отношению к рабочему месту; устранение возможности ненужного выключения любого средства управления; повреждение одежды и обуви, а также их загрязнения во время работы.
В результате разработан передвижной пункт технического осмотра и технического контроля (Патент №79885, «Пересувний пункт технічного огляду і технічного обслуговування») – (рис. 9.18, 9.19, 9.20, 2.21, 9.22). Он содержит контейнер 1 в котором размещено оборудование линии технического контроля ЛТК-10У-СП-17 2, шкаф электрический 3, эстакады 4, двери эстакады 5, три сквозных люка 6, створки крыши 7, опоры, которые регулируются 8, операционный отдел 9, двери операционного отдела 10, кондиционер 11.
Рис. 9.18. Передвижной пункт технического осмотра и технического обслуживания в транспортном положении, вид сбоку
Высота помещения операционного отдела (рис. 9.13) составляет 1990 мм, что соответствует основным антропометрическим расчётам среды и оборудования для мужского тела.
Под контейнером шарнирно закреплены четыре колеса 12 с осями 13 на четырех гидроцилиндрах 14. Передняя ось колес имеет шкворневой поворотный круг 15 и подпружиненное дышло 16. С обеих сторон контейнера размещены четыре выносных опоры 17. Каждая из выносных опор имеет шарнирное соединение 18 с рамой контейнера, обойму 19, гидроцилиндр вывешивания 20 со штоком 21 и подпятником 22.
Рис. 9.19. Передвижной пункт технического осмотра и технического обслуживания, вид сзади
На контейнере сбоку операционного отдела установлен гидрораспределитель 23 с шестью рычагами. Вспомогательные опоры, 24которые регулируются, имеют более длинные резьбовые стояки 25 для вывешивания на стойкость эстакад при проведении технического обслуживания.
Рис. 9.20. Передвижной пункт технического осмотра и технического обслуживания при проведении технического осмотра, вид сверху
В основу данной конструкции поставлено техническое задание – создание нового передвижного пункта технического осмотра и технического обслуживания с достижением технического результата – уменьшение количества транспортных и погрузочно-разгрузочных машин при перемещении передвижного пункта, а также расширение его технологических возможностей за счет технического обслуживания путем установления вспомогательных подъемно-транспортных устройств.
Рис. 9.21. Передвижной пункт технического осмотра и технического обслуживания при проведении технического обслуживания, вид сзади
Поставленное техническое задание достигается тем, что передвижной пункт технического осмотра и технического обслуживания имеет под контейнером шарнирно закрепленные четыре колеса с осями на четырех гидроцилиндрах, которые обеспечивают их перемещение в поперечной плоскости шарнирного соединения. Передняя ось колес имеет шкворневой поворотный круг и подпружиненное дышло, для удобного соединения со средством, которое транспортирует. С обеих сторон контейнера размещены четыре выносных опоры, которые предназначены для подъема и опускания контейнера при проведении, как технического обслуживания так и технического осмотра. Каждая из выносных опор имеет шарнирное соединение с рамой контейнера, обойму, гидроцилиндр вывешивания, со штоком и подпятником.
На контейнере сбоку операционного отдела установлен гидрораспределитель с шестью рычагами для регулировки гидроцилиндров четырех колес с осями, и гидроцилиндров вывешивания. За счет того, что выносные опоры перемещают контейнер в положение, которое отвечает проведению технического обслуживания, на эстакады и двери эстакады устанавливаются вспомогательные опоры, которые регулируются и имеют более длинные резьбовые стояки для вывешивания на стойкость эстакад.
Для удобного проведения технического обслуживания ходовой части грузовых автомобилей и колесных тракторов пол контейнера в зоне проведения технического обслуживания, а также двери эстакад имеют три сквозных люка.
Работает передвижной пункт технического осмотра и технического обслуживания следующим образом. В зависимости от выполнения технического осмотра или технического обслуживания он оснащается регулировочными 8, или регулируемыми опорами 24, с более длинными резьбовыми стояками 25.
С помощью четырех гидроцилиндров 14, что перемещают в транспортное положение, шарнирно закреплены четыре колеса 12 с осями 13, и шкворневой поворотный круг 15 с подпружиненным дышлом 16. Передвижной пункт перемещается к месту выполнения необходимых работ по техническому осмотру или техническому обслуживанию средством, которое его транспортирует. Рабочие с помощью гидрораспределителя 23 с шестью рычагами, который подключён к основной гидравлической системе средства, которое транспортирует, вывешивают четыре выносных опоры 17, имеющих шарнирное соединение 18 с рамой контейнера, обойму 19, гидроцилиндр вывешивания 20 со штоком 21 и подпятником 22 контейнер 1 в двух разных положениях.
Первое положение (рис. 9.20) – технический осмотр. Второе положение (рис. 9.21) – техническое обслуживание. Также с помощью двух рычагов гидрораспределителя 23, в зависимости от двух разных положений четырех выносных опор, четырьмя гидроцилиндрами 14 и шарнирно закрепленными четырьмя колесами 12 с осями 13 выставляют контейнер 1 на устойчивость.
Открывают створки крыши 7 и опускают двери эстакады 5 на четыре выносных опоры 17. До двух дверей эстакад 5 шарнирно устанавливают четыре эстакады 4. Эстакады 4 и двери эстакады 5 при проведении технического обслуживания вывешиваются на устойчивость с помощью вспомогательных опор 24, которые регулируются и имеют более длинные резьбовые стояки 25.
Технический осмотр и техническое обслуживание выполняют с помощью оборудования линии технического контроля ЛТК-10У-СП-17.2. Для удобного проведения технического обслуживания ходовой части грузовых автомобилей и колесных тракторов используются три сквозных люка 6, которые расположены в полу контейнера в зоне проведения технического обслуживания, а также на дверях эстакадах.
Таким образом, предложенная конструкция пункта технического осмотра и технического обслуживания позволяет уменьшить количество транспортных и погрузочно-разгрузочных машин при его перемещении, а также дает возможность расширения его технологических возможностей за счет технического обслуживания путем установления вспомогательных подъемно-транспортных устройств.
Внедрение данной конструкции передвижных средств ТО типа прицеп – передвижной пункт технического осмотра и технического обслуживания позволит своевременно выполнять все виды ТО и ТР первой и второй групп сложности отказов, а так же технических осмотров тракторов с тяговым классом до 2 и грузовых автомобилей. Это позволит повысить производительность труда при их использовании в аграрных формированиях в среднем на 20 % и при этом снизит затраты на себестоимость ремонтных воздействий и прохождения Государственного технического осмотра.
9.4.3. Обоснование новой конструкции передвижного устройства для технического обслуживания машинно-тракторных агрегатов
Среда, в которой работает человек, подразделяется на естественную, искусственную и смешанную. Для продуктивной работы в системе технического сервиса особенно в полевых условиях, с точки зрения эргономики, необходимо создавать смешанную среду: естественную и искусственную.
Для решения данной проблемы был разработан проект передвижного устройства для технического обслуживания машинно-тракторных агрегатов (рис. 9.22, 9.23).
В основу предложенной модели устройства было заложено техническое задание – обеспечение устойчивой работы как технологического оборудования, необходимого для выполнения сервисных работ с машинотракторным агрегатом, так и продуктивной работы персонала, в полевых условиях, при переменных климатических условиях (включая экстремальные условия - жару, холод и их резкие изменения). Это достигается путём установки защитного тента 1 с изменяемой площадью в котором установлен тягач 2 с грузоподъёмным механизмом на задней подвеске и соединённую прицепную платформу на которой смонтирован основной модуль 3 с технологическим оборудованием, а так же машинотракторный агрегат 4 который проходит ТО.
Рис. 9.22. Общий вид тента с двухскатной крышей
Поставленные две эргономические задачи (пространственная организация рабочего места в полевых условиях и минимизация влияния погодных факторов среды) получили своё решение в том, что защитный тент обеспечивает изменение площади участка технического обслуживания для различных машинотракторных агрегатов с учётом проходов и размещения технологического оборудования за счёт складок 7, которые размещены в верхней части крыши и боковых стенках тента, а так же восьми вертикальных сборочных и четырёх горизонтальных стоек с изменяемой длиной.
Изменение площади участка рассчитывается по формуле:
FД= ×(FПТО+FМТА), (9.19)
где FПТО – площадь устройства для технического обслуживания машинно-тракторных агрегатов;
FМТА – площадь машинно-тракторного агрегата;
– коэффициент, который учитывает рабочие зоны, проходы и проезды.
По прибытии устройства технического обслуживания к месту своей дислокации с площадки 5 снимается тент 6, две горизонтальных сборочных стойки 9 с направляющими 10 и фалы для натяжения тента 11, которые размещаются по периметру плоскости участка технического обслуживания, который определяется по формуле(9.19).
Рис. 9.23. Машинотракторный агрегат, проходящий осмотр под тентом
Две горизонтальных сборочных стойки 9 с направляющими 10 переводятся в вертикальное положение. Тент 6 раскладывается на стойки 9 и натягивается с помощью крепления фалов 12 и фалов для натяжения тента 11. Причем тент может раздвигаться на разную ширину, в зависимости от ширины машино-тракторного агрегата 4, с помощью двухскатной крыши со складками 7 которые расположены в верхней части, а также ее фиксировать за счет направляющих 10. Устройство 16 для отвода выхлопных газов устанавливается на выхлопную трубу и отводится на максимальную высоту сквозь тент 6, что обеспечивает легкий пуск тракторного тягача 1 и всех его приводов в тенте 6. Спереди и сзади тент 6 имеет проёмы 13 для заезда и выезда машинно-тракторного агрегата 4 и две занавески 14 для его защиты.
Перед тем как выполнять техническое обслуживание спереди тента 6 занавеска 14 отводится в бок для заезда машинно-тракторного агрегата 4. После его заезда занавеска 14 закрывает проезд 13, что обеспечивает выполнение сервисных работ в защитной зоне. Персонал использует рабочие зоны, проходы и проезды, которые учтены в формуле FД= ×(FПТО+FМТА) и своевременно выполняет сервисные работы.
После выполнения сервисных работ машинно-тракторный агрегат 4 выезжает через второй проезд 13 перед тем своевременно отводится вторая занавеска 14 (на рисунке не показано).
Таким образом, предложенное мобильное устройство технического обслуживания позволяет обеспечить стойкую и эффективную работу технологического оборудования, необходимого, для выполнения персоналом сервисных работ с машинно-тракторным агрегатом, который нуждается в осмотре, при выполнении полевых работ, в переменных климатических условиях.
Создание мобильного устройства технического обслуживания позволяет рабочему при проведении сервисных работ в условиях резко изменяемого климата не снижать продуктивность труда за счёт самостоятельного изменения той среды, в которой он хочет работать, не причиняя вреда своему организму.
Контрольные вопросы
1. Что такое биоэргономика?
2. Кому принадлежит основная роль в системе «ЧМС»?
3. Раскрыть сущность схемы структуры биосистемного анализа рабочего органа почвообрабатывающей машины на основе коэффициента адаптационной наработки?
4. Каким основным показателем характеризуется взаимосвязь производительности и усталости?
5. Что такое биокинематические пары и цепи?
6. Каким выражением характеризуется продуктивность системы «ЧМС»?
7. Каким условием характеризуется постоянство равновесия системы устойчивого положения человека при перемещении объекта?