CC BY
42
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И МЕЖДУНАРОДНЫХ СТАНДАРТОВ ПО НОРМАМ И МЕТОДАМ ОЦЕНКИ ВИБРАЦИИ НА КОЛЕСНЫХ МОБИЛЬНЫХ МАШИНАХ
М.В. ПОДРУБАЛОВ, ассистент каф. сопротивления материалов МГУЛ
Выбор типового возбуждения от профиля пути для проведения испытаний мобильных машин с целью их тестирования на соответствие допустимому уровню вибрации на сиденье человека оператора обусловлен многими отечественными и международными стандартами [1-6]. Поэтому при построении натурных или расчетных экспериментов по исследованию вибро-нагруженности колесной машины выбор из этих стандартов методики, наиболее адекватно отражающей реальные условия эксплуатации, например в лесопарковой зоне, является весьма актуальной.
1. ГОСТ 12.2.140/ГОСТ Р 50863 Тракторы малогабаритные, мотоблоки и мотокультиваторы. Общие требования безопасности (1).
В данном стандарте указаны общие положения и сделана ссылка на допустимые пределы воздействия вибрации, передающейся от опорных поверхностей к телу человека по ГОСТ 12.1.012.
Допустимые уровни определены в третьоктавных полосах частот среднеквадратическими значениями (СКЗ) ускорений по трем направлениям (горизонтально-продольном, горизонтально-поперечном и вертикальном) для времени воздействия от 30 минут до 8 часов. Расчет допустимого уровня вибрации Ut в зависимости от времени непрерывной работы оператора t предложено выполнять по ГОСТ 12.1.012. по формуле
Ut = U480 -V480/1;
где U480- допустимое значение параметра вибрации на сиденье оператора для длительности воздействия 480 мин (8 часов).
2. Стандарт ИСО 2631-95. Руководство по оценке воздействия общей вибрации на тело человека.
Указывает допустимые пределы воздействия вибрации, передающейся от
опорных поверхностей к телу человека в частотном диапазоне до 80 Гц. Условия, характерные для эксплуатации тракторов и другой мобильной техники, в том числе легковых машин, полностью попадают под действие стандарта.
Пределы указаны для использования в соответствии с тремя общепризнанными критериями, обеспечивающими комфорт, эффективную работу, здоровье и безопасность. Пределы называются «Порог снижения комфорта», «Граница снижения производительности труда от усталости», «Предел воздействия (сохранения здоровья и безопасности)». Допустимые уровни определены в третьоктавных полосах частот СКЗ ускорений по трем направлениям (горизонтальнопродольном, горизонтально-поперечном и вертикальном) для времени воздействия от 1 минуты до 24 часов. Этот стандарт является, очевидно, первоисточником по отношению к вышеприведенному в п.1.
3. ГОСТ 12.2.019. Тракторы и машины самоходные сельскохозяйственные. Общие требования безопасности.
Хотя этот стандарт более позднего выпуска, в нем можно увидеть существенные недостатки:
- стандарт практически не связан с СТ ИСО 2631-95. В нем отсутствуют такие определяющие моменты, как три предела воздействия вибрации и время воздействия вибрации;
- зачем-то введено и в то же время не раскрыто понятие «основная операция», которое может входить, на наш взгляд, лишь в стандарт по методам оценки вибрации машин. Поэтому стандарт мало пригоден для выбора критерия качества при испытаниях и расчетах машин по оценке вибрации на сиденье оператора;
- допустимые СКЗ вертикальных ускорений на сиденье оператора для различ-
98
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
ных тракторов отличаются друг от друга, что противоречит международным стандартам. Очевидно, разработчики предполагали, что на тракторах различных классов и типов будут работать операторы с различной восприимчивостью к вибрации. Это неосуществимо в условиях реального с.-х. и лесопаркового производства;
- регламентируются только СКЗ вертикальных ускорений, что также не соответствует международным стандартам. Нормы по горизонтально-продольной и поперечной вибрациям даны лишь как рекомендуемые.
4. Стандарт ИСО 5008-2004. Сельхозтракторы и машины. Измерение вибрации тела водителя.
Рекомендует проводить испытания по оценке вибрации на сиденье оператора при движении холостым ходом на двух искусственных фонах (ординаты приведены), правая и левая колеи которых отличаются друг от друга: ровная колея длиной 100 м (скорость трактора 12 км/ч), неровная -длиной 35 м (скорость 5 км/ч).
Отклонение скорости допускается в пределах ±5 %. В этой части стандарта сомнительным является то, что при испытаниях трактора холостым ходом давление воздуха в шинах должно быть среднеарифметическим в рекомендуемом изготовителем диапазоне величин. Это приведет к повышенной жесткости шин и росту вибрации по отношению к правильному варианту.
Кроме того, методика измерений, которую указывает стандарт, предусматривает проведение испытаний в типичных для каждой машины условиях эксплуатации с возможной регистрацией профиля грунта и его спектра. Однако нормировка полученных оценок ускорений по отношению к вышеприведенным фонам отсутствует. Нет также указаний по выбору «типичного» фона и соответствующей ему скорости движения.
В стандарте обязательна регистрация и оценка СКЗ виброускорений на сиденье в трех направлениях. Этот стандарт соответствует Британскому стандарту 4220.
5. Стандарт СЭВ 3472-81. Охрана труда. Машины и тракторы сельскохозяйс-
твенные и лесные. Методы измерения параметров вибрации на рабочем месте.
По нему обязательна регистрация и оценка СКЗ виброускорений на сиденье оператора в трех направлениях на следующих фонах: искусственных фонах СТ ИСО 50082004 на холостом ходу; искусственных фонах, имитирующих грунтовую дорогу 240 м и агрофон 120 м (ординаты приведены) на холостом ходу; на транспортной операции при движении по грунтовой дороге со скоростью 12 км/ч. Нормировка полученных оценок ускорений по отношению к какому-либо фону также отсутствует. Допусков на скорости не приводится. Колеи совпадают. Это является качественным противоречием по отношению к искусственным фонам СТ ИСО 5008-2004 и самому же себе, регламентирующему те же фоны для испытаний. Кроме того, при движении трактора по фонам без сдвига поперечные ускорения будут возникать только вследствие несимметричности динамической системы трактора и неидентичности профилей по разным колеям, обусловленной строительными допусками. Поэтому уровень этих ускорений не будет соответствовать уровню, который бы мог возникнуть при несовпадении ординат правой и левой колеи (что присуще свойству реальной местности), и требование рассматриваемого стандарта по оценке поперечной вибрации на искусственных фонах с одинаковыми колеями является необоснованным.
6. ГОСТ 12.2.2.002. Техника сельскохозяйственная. Методы оценки безопасности.
Хотя во введении стандарта утверждается, что он полностью соответствует СТ СЭВ 3472-81, из дальнейшего можно видеть, что такое соответствие отсутствует.
Стандарт регламентирует проведение испытания тракторов по оценке только вертикальной (пункт 2.2.15.10) вибрации на сиденье оператора на следующих фонах :
- искусственные треки (фоны) - для колесных универсально-пропашных тракторов (УПТ) класса 0,6-2 и колесных тракторов общего назначения класса 3-5. Однако в отличие от СТ СЭВ и ИСО ординаты
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 2/2009
99
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
искусственных фонов не приводятся. Ссылки же на то, что параметры типового микропрофиля (табл. 2 стандарта) каким-либо образом связаны с аналогичными параметрами того или иного искусственного фона, также нет;
- в типичных условиях эксплуатации. Например, для указанных выше типов колесных тракторов определено транспортное движение по грунтовой дороге со скоростью 15±2 км/ч (УПТ и общего назначения) и стерне со скоростью 8-10 км/ч (общего назначения). Стандарт предписывает проведение регистрации профиля фона, на котором проведены испытания, и расчет СКЗ высот неровностей этого фона в диапазонах частот первых четырех диапазонов октавы (0,88-1,4; 1,4-2,8; 2,8-5,6; 5,6-11,2 Гц). Неясно, по какой колее необходимо регистрировать профиль и нужно ли усреднять ординаты по правой и левой колеям. Стандарт регламентирует приведение (нормировку) полученных при испытаниях оценок СКЗ ускорений на сиденье по формуле
о * = о (о * / о ); (1)
l iv zi zi 4 /
*
где о . и о . - оценочное и измеренное при испытаниях СКЗ виброускорения в i-ом диапазоне частот, м/с2; о *, о - СКЗ функции высоты неровностей типовых фонов по стандарту и измеренных при испытаниях в i-м диапазоне частот, см. Обоснования такой нормировки в литературных источниках не найдено. Формула (1) неверна с позиции статистической динамики. Корректным является выражение
о* = Jf f) ff $. (2)
где S*c (f)- измеренная при испытаниях спектральная плотность вертикальных ускорений на сиденье;
H* (f ), H* (f )- спектральные плотности вторых производных функций возбуждений от типового фона по стандарту и измеренных во время
испытаний при регламентированных скоростях движения тракторов. Только при условиях практического совпадения или эквидистантности кривых нормированных спектральных плотностей вторых производных возбуждений от эталонных и реальных фонов в каждом октавном диапазоне можно преобразовать формулу (2) в выражение, более простое с точки зрения инженерного применения и понимания (хотя теоретически получение оценок и расчетные методы остаются прежними)
о* = о(о*/ о*1); (3)
где ой, о*. - СКЗ второй производной функции возбуждения (возбуждений по ускорению) от типового фона и измеренных при испытаниях в каждом диапазоне частот при регламентированной скорости движения.
Таким образом, анализ рассмотренных стандартов показал их методологическую противоречивость по отношению друг к другу. При использовании этих стандартов невозможно обеспечить однозначность получения результатов расчетов и испытаний колесных машин и малогабаритной техники по оценке вибронагруженности и воздействия вибрации на оператора и возможность их корректного сравнения.
Библиографический список
1. ГОСТ 12.2.140-97/ГОСТ Р 50863-96 Тракторы малогаборитные, мотоблоки и мотокультиваторы. - М.: Изд. стандартов, 1997.
2. Стандарт ИСО 2631-78. Руководство по оценке воздействия общей вибрации на тело человека. - М.: Сборник стандартов, 1997.
3. ГОСТ 12.2.019-86. Тракторы и машины самоходные сельскохозяйственные. Общие требования безопасности. -М.: Сборник стандартов, 1997.
4. СТ ИСО 5008-2004.Сельхозтракторы и машины. Измерение вибрации тела водителя. - М.: Изд. стандартов, 2004.
5. СТ СЭВ 3472-81 Охрана труда. Машины и тракторы сельскохозяйственные и лесные. Методы измерения параметров вибрации на рабочем месте. - М.: Сборник. стандартов, 1997.
6. ГОСТ 12.2.002-91 Система стандартов безопасности труда. Техника сельскохозяйственная. Методы оценки безопасности. - М.: Изд. стандартов, 1991.
100
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009
