CC BY
32
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 616-008.615
А.И. Бондаренко
канд. техн. наук, доцент, кафедра автомобиле- и тракторостроения, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»,
Украина
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СТЕПЕНИ УТОМЛЕНИЯ ОПЕРАТОРОВ-ВОДИТЕЛЕЙ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ ТРАНСМИССИЙ
Аннотация. Выполнена количественная оценка степени утомления операторов-водителей колесных тракторов с механической (Case IH Magnum 255, Deutz-Fahr Agrotron X720 и ХТА-200 «Слобожанец») и c бесступенчатой гидрообъемно-механической трансмиссией (Fendt 936 Vario) по частоте сердцебиения, по методу Аки-оши Китаока и содержанию лактата (молочной кислоты) в крови при выполнении вспашки и транспортных работ.
Ключевые слова: трактор, трансмиссия, гидрообъемно-механическая трансмиссия, утомление.
A.I. Bondarenko, Kharkiv polytechnic institute, Ukraine
QUANTITATIVE ESTIMATION OF DEGREE FATIGUE OF OPERATORS-DRIVERS OF THE WHEELED
TRACTORS WITH DIFFERENT TYPES OF TRANSMISSIONS
Abstract. The quantitative estimation of degree of fatigue of operators-drivers of the wheeled tractors is executed with mechanical (Case IH Magnum 255, Deutz-Fahr Agrotron X720 and KhTA-200 «Sloboganets») and with a hydrostatic mechanical transmission (Fendt 936 Vario) on frequency of palpitation, on the method of Akyoshy Kytaoka and maintenance of laktata (milk acid) in blood at implementation of ploughing and transporting works.
Keywords: tractor, transmission, hydrostatic mechanical transmission, fatigue.
Гидрообъемно-механические трансмиссии (ГОМТ) в последнее время стали неотъемлемой частью многих транспортно-технологических, лесотехнических, строительно-дорожных, а также сельскохозяйственных машин.
Однако, несмотря на достаточно большое количество трудов ученых, посвященных созданию и исследованию ГОМТ для самоходных машин [1-4], на данный момент вопрос психофизической нагрузки операторов-водителей колесных тракторов как с ГОМТ, так и механическими трансмиссиями в процессе выполнения разнообразных технологических операций практически не изучен.
Основная цель работы состоит в количественной оценке степени утомления операторов-водителей колесных тракторов Fendt 936 Vario, Case IH Magnum 255, Deutz-Fahr Agrotron X720 и ХТА-200 «Слобожанец».
Для достижения поставленной цели необходимо определить степень утомления операторов-водителей колесных тракторов с механической трансмиссией и ГОМТ по частоте сердцебиения, по методу Акиоши Китаока и содержанию лактата (молочной кислоты) в крови при выполнении вспашки и транспортных работ, провести сравнительный анализ полученных результатов.
Утомление бывает эмоциональным, физическим и умственным [5]. Оно зависит от выполняемой работы. Работа оператора-водителя соединяет все три вида утомления, потому что при ней физическая деятельность протекает на фоне умственного и сильного эмоционального напряжения. Больше всего оператор-водитель устает эмоционально. В некоторых ситуациях от оператора-водителя нужны поспешные действия, которые близки к границе психофизиологических возможностей, и это вызывает быстрое переутомление.
Существенное влияние на степень утомления операторов-водителей колесных тракторов осуществляет не только тяговый класс, мощность, назначение трактора, вид выполняемых работ, а
также и тип трансмиссии. Определим степень утомления операторов-водителей колесных тракторов с механической трансмиссией и ГОМТ по частоте сердцебиения, по методу Акиоши Китаока и содержанию лактата (молочной кислоты) в крови. Данные методы были избраны для исследования, поскольку не требуют никаких сложных приборов и дополнительного оборудования.
Во время нагрузки происходят многочисленные изменения в сердечно-сосудистой системе. Все они направлены на выполнение одного задания: позволить системе удовлетворить увеличенные потребности (потребность в кислороде активных мышц резко растет, используется больше питательных веществ, ускоряются метаболические процессы, потому растет количество продуктов распада), обеспечив максимальную эффективность ее функционирования. Частота сердечных сокращений - наиболее простой и наиболее информативный параметр сердечно-сосудистой системы. Измерение его включает определение пульса, как правило, в области запястья или сонной артерии.
Пульс измеряют по частоте ударов сердца за 1 минуту. Можно посчитать пульс, просто положив палец на запястье или на сонную артерию на шее. Частота сердцебиения в состоянии покоя (когда оператор-водитель абсолютно расслаблен) является важным показателем уровня физического развития. Нормальный пульс должен быть в пределах от 60 до 90 ударов в минуту. Если оператор-водитель - спортсмен или в хорошей физической форме, то пульс может быть несколько реже, что свидетельствует о более производительной работе сердца.
Для каждого человека во время физической и эмоциональной нагрузки нормальным может быть разное значение частоты пульса. В данном случае правильнее говорить о целевой зоне частоты сердцебиения. Находится она где-то между нормальным пульсом в спокойном состоянии и тем состоянием, когда сердце вот-вот «выскочит из груди». Принято считать, что целевая зона сердцебиения находится в пределах от 50% до 85% максимальной частоты, на которую способно сердце человека. При входе в эту зону начинает выступать пот, учащается дыхание.
В процессе исследования измеряли пульс операторов-водителей в начале рабочей смены и через каждые 4 часа, вплоть до окончания рабочего дня. Через каждые 4 часа с помощью пульсометра измерения выполнялись два раза подряд для повышения точности (больше не имело смысла, потому что оператор-водитель начинал волноваться, и частота сердцебиения поднималась искусственно; для расчетов брались средние значения). После чего, учитывая возраст оператора-водителя, вычисленную для него целевую зону, измеренные показания пульса до эксперимента и текущие значения, высчитывался процентный показатель степени усталости (отличное состояние будет отвечать усталости эквивалентной 0%, необходимость восстановления будет характеризоваться 100% усталостью). Измерения происходили на протяжении двух дней (первый день - пахота, второй - транспортные работы). Функции операторов-водителей выполняли люди, которые постоянно работают на данной технике. Результаты исследований сведены в таблицу.
Японским психиатром Акиоши Китаока предложен достаточно простой способ определения степени усталости человека. Суть метода заключается в изучении специальных иллюстраций [5]. Если кажется, что изображение полностью статично, человек бодрый. В случае появления ощущения, что картинка медленно двигается, изменяется - время устроить небольшой отдых, а если движение интенсивно - необходимо срочно оставить работу и хорошо отдохнуть. Фактически, благодаря этому методу, степень усталости (состояние человека) оценивается по следующей шкале: отличное состояние - 5; удовлетворительное - 3; необходимо восстановление - 1. Если предложенную шкалу перевести в процентные показатели, то отличное состояние будет отвечать усталости, эквивалентной 0%, удовлетворительное - 50%, необходимость восстановления будет характеризоваться 100% усталостью.
В процессе исследования в начале рабочей смены и через каждые 4 часа, вплоть до окончания рабочего дня, оператору-водителю демонстрировались 5 различных случайных ил-
люстраций из всего набора, после чего выставлялась оценка, характеризующая степень усталости, которая в дальнейшем переводилась в процентные показатели. Измерения происходили на протяжении двух дней (первый день - пахота, второй - транспортные работы). Результаты исследований сведены в таблицу.
Усталость, в основном, происходит в результате накопления в крови так называемых «токсинов усталости». Токсины «усталости» - понятие собирательное. В медицине под этим термином имеется в виду целая группа веществ, которые являются промежуточными или побочными продуктами обмена. Эти вещества образуются в организме в результате интенсивного и длительного труда. В первую очередь, это лактат (молочная кислота) и пировиноградная кислота - побочные продукты окисления глюкозы и гликогена в организме.
Лактат (молочная кислота) - одна из немногих групп токсинов, концентрацию которых в крови человека можно измерять в полевых условиях.
Для измерения уровня содержания лактата (молочной кислоты) в крови во время физической нагрузки берут кровь из мочки уха или кончика пальца. Исходя из полученного анализа, можно сделать вывод о состоянии человека. Концентрация лактата (молочной кислоты) при нагрузке коррелирует с развитием усталости.
Содержание лактата в крови человека в спокойном состоянии должно быть ниже 1 ммоль/л, а при интенсивной мускульной работе оно может возрасти в 5-10 раз. Референсное значение - менее 2,4 ммоль/л.
В процессе исследования степени утомления в начале рабочей смены и в конце рабочего дня измеряли содержание лактата (молочной кислоты) в крови операторов-водителей с помощью прибора Accutrend Plus. Для этого брали небольшое количество крови (0,01-0,05 мл) из кончика безымянного пальца руки на тест-полоски «аккутренд лактат». Измерения производили на протяжении двух дней (первый день - пахота, второй - транспортные работы).
Определив максимально возможную концентрацию лактата в крови каждого оператора-водителя после тяжелых физических нагрузок, содержание лактата в начале рабочей смены, установив показания в конце рабочего дня, выяснили процентный показатель степени усталости после окончания 12-часового рабочего дня. Результаты исследований сведены в таблицу 1.
Таблица 1 - Систематизированные результаты степени усталости операторов-водителей после окончания 12-часового рабочего дня, %
Трактор Способ определения процентного показателя степени усталости
По частоте сердцебиения По методу Акиоши Китаока По содержанию лактата (молочной кислоты) в крови
Рабочий день 1 Рабочий день 2 Рабочий день 1 Рабочий день 2 Рабочий день 1 Рабочий день 2
«ХТА-200 Слобожанец» 71,3 61,1 90,0 90,0 76,5 74,3
«CaseIH Magnum 255» 36,3 34,9 60,0 60,0 48,3 51,9
«Deutz-Fahr Agrotron X720» 39,9 37,7 60,0 70,0 51,7 52,0
«Fendt 936 Vario» 30,2 32,9 50,0 50,0 40,0 46,2
Выводы
1. По результатам экспериментальных исследований степени усталости операторов-водителей колесных тракторов было установлено, что в момент окончания 12-часового рабочего дня по частоте сердцебиения, по методу Акиоши Китаока и содержанию лактата (молочной кислоты) в крови меньше всего уставшим оказался оператор-водитель трактора «Fendt 936
Vario», немного больше него - на 2,0 - 10,0% (в зависимости от выполняемых операций и метода определения степени усталости) устал оператор-водитель трактора «Case IH Magnum 255», на 4,4 - 20,0% устал оператор-водитель «Deutz-Fahr Agrotron X720», а наиболее уставшим - на 28,1 - 41,1% оказался оператор-водитель «ХТА-200 Слобожанец».
2. Разница в результатах степени усталости операторов-водителей тракторов «Fendt 936 Vario», «Case IH Magnum 255», «Deutz-Fahr Agrotron X720» и «ХТА-200 Слобожанец» объясняется, в основном, типом трансмиссии, сложностью системы ее управления и психофизическими нагрузками трактористов при этом.
3. Путем экспериментальных исследований степени усталости операторов-водителей колесных тракторов с ГОМТ и разнообразными механическими трансмиссиями выполнена количественная оценка эргономичности исследуемых тракторов и подтверждено, что за счет использования ГОМТ в колесных тракторах сельскохозяйственного назначения наблюдается упрощение управления тракторами и повышение их эргономичности.
Список литературы:
1. Самородов В.Б., Абдула С.Л., Гудзь С.П., Забелышинский З.Э. Бесступенчатый механизм поворота гусеничных тракторов ХТЗ // Новости Академии инженерных наук Украины. Инженерные проблемы АПК. Спец. вып. - Киев: НТУУ, 2006. - № 1 (28). - С. 29-32.
2. Щельцын Н.А., Фрумкин Л.А., Иванов И.В. Современные бесступенчатые трансмиссии сельскохозяйственных тракторов // Тракторы и сельхозмашины. - 2011. - № 11. - С. 18-26.
3. Самородов В.Б., Бондаренко А.И. Тенденции и перспективы применения в автомобиле- и тракторостроении бесступенчатых гидрообъемно-механических трансмиссий // Автомобильный транспорт. - 2012. - № 30. - С. 13-22.
4. Айтцетмюллер Х. Функциональные свойства и экономичность тракторной и специальной техники с трансмиссиями VDC // Механика машин, механизмов и материалов. - 2009. -№ 1 (6). - С. 20-24.
5. Самородов В.Б., Бондаренко А.И. Анализ степени усталости операторов-водителей современных колесных тракторов // Вестник НТУ «ХПИ». Серия: «Автомобиле- и тракторостроение». - 2014. - № 8 (1051). - С. 14-25.
