CC BY
0И.Г. Тимофеева, канд. техн. наук, доц. кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности» Восточно-Сибирский государственный технологический университет
УДК 658.382.3.631.2
КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ФАКТОРОВ В СИСТЕМЕ «ЧЕЛОВЕК-МАШИНА-ВНЕШНЯЯ СРЕДА» ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВИБРООПАСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В статье приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований факторов условий труда на виброопасных технологических процессах в системе «человек-машина-внешняя среда» с использованием основных положений системного подхода.
Ключевые слова: условия труда, ручной инструмент, вибрация, вибротравма, система, факторы.
I.G. Timofeeva, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
COMPLEX ANALYSIS AND FACTORS SYSTEMATIZATION IN THE SYSTEM "MAN-MACHINERY-EXTERNAL ENVIRONMENT" WHEN USING HAZARDOUS VIBRATION TECHNOLOGY
The results of theoretical and experimental studies of working conditions factors at hazardous vibration processes in the system "man-machinery-external environment" considering the guideline of a systematic approach.
Key words: working conditions, hand tools, vibration, vibrotrauma, system, factors.
Ручные машины ударного действия являются наиболее распространенными средствами малой механизации, которые позволяют механизировать любую технологическую операцию, выполняемую вручную. В промышленности используются универсальные и специализированные ручные машины. Они повышают производительность труда в 6 - 8 раз в сравнении с ручным трудом. При внедрении в эксплуатацию в среднем 7 - 8 машин высвобождают одного работающего.
Ручные машины используются в различных отраслях промышленности: в строительстве при разработке каменистого и мерзлого грунтов, разрушения асфальтовых и бетонных дорожных покрытий, кирпичной кладке, в машиностроении, металлургии, на транспорте. С их помощью выполняют операции: обрубка и очистка отливок, удаление брызг металла и шлака после электродуговой сварки, обработка труднодоступных мест металлоконструкций и др.
В технологическом отношении они являются универсальными, так как используются при выполнении разнообразных операций. Тенденция развития такова, что внедрение ручных машин в промышленность будет сохраняться, т.к. они недороги в изготовлении и эксплуатации, ускоряют технологические процессы, повышают качество изготовляемой продукции, снижают трудовые и энергетические затраты, позволяют реализовать технологии, которые без вибрационной техники практически невозможны.
Анализ использования машин ударного действия показал, что они являются наиболее виброопасной техникой. До 90% находящихся в эксплуатации машин, в различных отраслях производства, остаются виброопасными, следовательно, использование ручных машин в промышленности неизбежно приводит к повышению вероятности возникновения опасной ситуации, что, в свою очередь, влечет за собой рост виброзаболеваемости.
Введение мониторного контроля за состоянием условий труда определяет необходимость рассмотрения производственного процесса как сложной социально-технологической системы, позволяющей научно обосновать уровень вибробезопасности труда, определить характеристики системы «человек-машина-внешняя среда» с учетом вредного воздействия на организм человека факторов производственного процесса и их вляние на безопасность труда.
Статистика несчастных случаев за период с 2003 года по 2008 год показала, что 70% виброзаболеваний возникает в результате использования ручных машин ударного действия, т.к. с ростом интенсивности работы ручной машины возрастают уровни передаваемой вибрации на руки оператора. Кроме этого, основной причиной низкого уровня безопасности труда, при использовании вибрационной техники, является возникшее несоответствие между увеличением использования машин ударного действия и весьма несовершенной традиционной системой средств, методов и мероприятий по улучшению условий труда.
Большое значение придается улучшению условий труда потому, что они представляют собой производственную среду. От состояния условий труда зависит уровень работоспособности человека, результаты его работы, состояние здоровья, отношение к труду.
Проведенный системный анализ факторов условий труда позволяет рассматривать вибротравму как результат взаимодействия единой, взаимосвязанной системы «человек-машина-внешняя среда». В данной системе исследованы опасные и вредные производственные факторы условий труда на основе сопоставления фактических результатов исследований с установленными гигиеническими требованиями.
Основным критерием условий труда рабочих виброопасных профессий является уровень воздействующей вибрации, но кроме вибрации условия труда осложнены и другими вредными факторами, которые усугубляют неблагоприятное влияние вибрации и приводят к возникновению и развитию вибротравматизма.
Систематизация и анализ факторов, влияющих на уровень безопасности труда, позволили выявить основные факторы, характеризующие состояние рабочего в технологическом процессе: статическое напряжение мышц (С), усилие нажатия на рукоятку (У), физическая нагрузка (Б), неудобная рабочая поза (П), стаж работы (А), давление воздуха в магистрали (Р), виброскорость инструмента (V), уровень шума (1о), время работы ручной машины (Т), частота собственных колебаний инструмента (1), освещенность (Е), запыленность (К), температура окружающей среды (1;о), барометрическое давление (ро).
Подсистема «человек» представляет наиболее сложную биологическую составляющую. Опасность отрицательного воздействия на здоровье работающих определяется постоянным, в процессе работы, напряжением мышц. Исследования показали, что при работе с ручными машинами ударного действия на ладонную поверхность правой руки действует отдача инструмент-возвратный удар, для преодоления которого требуется значительное статическое напряжение мышц. Наиболее интенсивная вибрация передается на левую руку, расположенную непосредственно на корпусе инструмента или на вставном приспособлении, менее интенсивная - на правую руку. С увеличением степени напряженности мышц, при увеличении частоты колебания ручной машины, происходит ослабление передачи вибрации на организм человека.
Величина усилия нажатия на рукоятку, которое рабочий оказывает на инструмент, является одним из основных факторов, влияющих на уровень передаваемой вибрации. При работе с ручными машинами осевое усилие нажима на рукоятку достигает до 40 кг, в процессе утомления оно снижается до 15-18 кг. При рубке в положении молотка горизонтально или вертикально максимальное усилие, которое в состоянии создать работающий, 18-23 кг. При увеличении силы нажима на рукоятку уменьшается частота колебания, происходит ослабление передачи вибрации на тело человека.
Выполняемые работы с использованием ручных машин относятся к тяжелой категории работ, при которых требуются физические усилия. Показателем физической нагрузки являются работоспособность и производительность труда. При исследовании рабочих виброопасных профессий наблюдалось снижение работоспособности к концу рабочего дня, соответственно, уменьшение величины усилия на инструмент, что является причиной повышения уровня колебательной скорости.
Анализ фактора «неудобная рабочая поза» в подсистеме «человек» показал, что с использованием ручных машин выполняются операции в труднодоступных местах. При этом рабочие находятся в положении стоя, в вынужденном согнутом положении, прибегают к помощи ног и корпуса тела. Рабочая поза постоянно меняется и физиологически не фиксируется, а также не имеет утвержденных нормативов. Основной позой человека считается естественная поза «стоя» или «сидя», которая характеризуется наименьшими энергетическими затратами по сравнению с производными от них позами. В качестве количественной характеристики данного фактора за единицу измерения принята относительная величина, которая принимает значение от 0 до 1. Естественная поза, когда рабочий не чувствует неудобства при выполнении работ, соответствует значению «0». При выполнении операций в труднодоступных местах рабочий постоянно меняет положение тела. Количественный показатель позы человека невозможно измерить, на основе наблюдений принято допущение, что значение, равное 0,50, является нормативным, т.е. среднее значение между удобной и неудобной позой человека. Положение тела рабочего является важной характеристикой рабочего места и усугубляющим фактором воздействия вибрации на организм человека.
Стаж работы с виброопасным инструментом непосредственно влияет на возникновение вибротравматизма. Из 100 человек, работающих с ручным инструментом до 3 лет, 12% имеют различную степень нарушения в патологии вибротравматизма, работающие более 5 лет - 8%, при стаже работ от 10 до 15 лет - 38% и работающие более 15 лет - 42% . Срок развития патологии составляет от 3 до 8 лет. Результаты исследований, выполненных на предприятиях Республики Бурятия, показали, что более 10 лет работают 22% рабочих от общей численности, около 5 лет - 34%, 3 лет - 28% и менее 1 года - 16% рабочих. Раннее развитие вибрационной болезни наблюдается у лиц виброопасных профессий в возрасте
более 40 лет, а также у лиц моложе 20 лет. Ручные машины имеют средневысокочастотную вибрацию 35-125 Гц и более, которая вызывает различную степень отклонений в состоянии здоровья.
Подсистема «машина». Применяемые пневматические инструменты ударного действия являются машинами, создающими вибрацию и относящимися к виброопасной технике. «Машина» - это орудие труда, посредством которого осуществляется производственный процесс. При этом существует тесная связь взаимодействия человека и машины. К факторам подсистемы «машина» относятся основные источники повышенной опасности. В качестве основных опасных и вредных факторов рассматриваются следующие: давление воздуха в магистрали, виброскорость инструмента, уровень шума, время работы ручной машины, частота собственных колебаний инструмента.
Пневматические машины ударного действия работают под воздействием сжатого воздуха. Для обеспечения технологического процесса требуется соответствующая мощность, работа единичного удара и непрерывное поступление сжатого воздуха. Давление воздуха в магистрали должно составлять 5 атм. Данный «машинный» фактор влияет на качество выполняемой операции, производительность труда и производственный травматизм. Значения фактора меняется в пределах от 4,8 до 5,4 атм. (согласно проведенным исследованиям). На вероятность возникновения виброзаболеваемости не оказывает существенного значения.
При использовании ручных машин зарегистрированы высокие уровни колебательной скорости по всему спектру частот с преобладанием в диапазоне от 8 до 500 Гц. Резонансные частоты органов человека находятся в пределах от 5 до 30 Гц, которые наиболее опасны для возникновения вибропатоло-гии.По данным исследований, ручные машины создают вибрацию с высокими уровнями в области низких частот (8-32 Гц). Диапазон изменения уровня колебательной скорости составляет от 114 до 120 дБ и расположен в областях частот от 8 до 1000 Гц. Эквивалентно-корректированные значения виброскорости составляют от 127 до 136 дБ, при нормативной величине 112 дБ. Анализ уровней виброскорости в октавных полосах частот выявил превышения предельно допустимых значений вибрации на 15-24 дБ (в 1,4-3,6 раза). Причинами повышения уровня колебательной скорости являются: снижение величины осевого усилия, изменение физико-химических свойств обрабатываемого изделия, увеличение степени шероховатости поверхности. Также величина вибрации возрастает при изношенности и неисправности машины, отсутствии средств виброзащиты. При увеличении интенсивности колебаний возникают изменения, приводящие к развитию профессиональной патологии - вибрационной болезни.
Виброактивная машина является источником интенсивного шума. Характер шума - высокочастотный. При обработке пневматическими рубильными и клепальными молотками интенсивность шума достигает 115-128 дБ в диапазоне 800-4000 Гц. Работа пневматических трамбовок сопровождается высокочастотным шумом с уровнями 106-114 дБ. Разница между допустимыми уровнями шума ручных машин и фактическими значениями достигает 10 дБ и более.
Фактор «время работы ручной машины». Хронометражная оценка использования машин ударного действия позволила выделить оперативное время за рабочий день и суммарную продолжительность операций, сопровождающихся контактами рабочих с источниками локальной вибрации. Результаты анализа показали, что время выполнения рабочих операций составляет 52-73% рабочего времени; подготовительно-заключительные операции - 20-45%; остальные работы - 10%. При работе с виброинструментом, отвечающим требованиям норм по вибрационному воздействию, продолжительность одноразового непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы, входящие в данную операцию, не должна превышать 10-15 мин. Фактическое время контакта с пневматическим виброинструментом составляет от 210 до 250 мин. за смену. Общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарным нормам, на протяжении смены не должна превышать 2/3 длительности рабочего дня. Как отмечено выше, уровни виброскорости превышают допустимые нормы, во всем диапазоне частот, в 2-4 раза. В соответствии с нормативными требованиями суммарное время ограничивается в зависимости от величины превышения санитарных норм. По результатам проведенных исследований, установленное суммарное время работы с ручными машинами за рабочий день должно составлять 80-100 мин., т.к. величина виброскорости превышает нормативное значение на 5-11 дБ.
Усугубляющим воздействие вибрации ручных машин является фактор «частота собственных колебаний инструмента». При увеличении частоты собственных колебаний инструмента возрастает уровень вибрации. При работе ручных машин ударного действия происходят колебания сложной траектории, т.е. периодический обратимый импульсный удар, характер которого обусловлен конструкцией ручной машины. Импульсный удар возникает при взаимодействии внутренних и внешних сил в замкнутой системе оператор - ручная машина - вставной инструмент - обрабатываемый объект. Значения вибрации имеют линейную зависимость от частоты собственных колебаний инструмента. Одним из источников, вызывающих вибрацию, является движение конструктивных элементов машины, перемещение звеньев механизма, которые порождают динамические реакции, передающиеся по конструкции машины. Вибровозбуждение возникает в результате несоостности элементов конструкции машины, техноло-
гии производства и эксплуатации, недостаточной или неадекватной жесткости деталей, неуравновешенности деталей, сверхнормативных зазоров в сочленениях деталей, соударения деталей машин, износа рабочей части инструмента в результате длительной эксплуатации.
На оптимизацию трудовой деятельности и безопасность труда человека оказывает влияние «внешняя среда».
Основными факторами данной подсистемы приняты следующие: освещенность, запыленность, температура окружающей среды, барометрическое давление. Нормативное значение освещенности для средней точности работ, средней характеристики фона, малого контраста составляет 150 люкс. Фактическое значение освещенности на рабочих местах составляет 120-130 лк, что ниже нормативной величины.
Профессиональной вредностью при выполнении работ с использованием ручных машин является образование и выделение в воздух рабочей зоны пыли. Исследования показали, что концентрация пыли на рабочих местах превышает на 10-12% предельно допустимую величину.
К усугубляющим факторам воздействия вибрации на организм человека относится температура окружающей среды. Длительное и интенсивное воздействие тепла или холода оказывает влияние на функциональное состояние организма, приводит к нарушению защитных механизмов и развитию патологического состояния. При работе с ручными машинами имеет место охлаждение рук отработанным воздухом и холодным металлом корпуса машин, в данных условиях понижается общая сопротивляемость организма к развитию заболеваний. Кроме того, исследования показали, что практически на всех рабочих местах отмечается несоответствие температуры окружающей среды в холодный период года санитарно-гигиеническим требованиям. Нормативное значение температуры воздуха для данной категории работ на постоянных рабочих местах составляет 15° С. Температура воздуха ниже регламентируемой на 2-5° С.
Фактор «барометрическое давление». Давление воздуха равномерно распределяется по всему телу и уравновешивается давлением газов, содержащихся в крови.
В Республике Бурятия климат резкоконтинентальный, пределы изменения атмосферного давления составляют от 710 до 750 мм рт.ст. Нормативное значение атмосферного давления для данного климата составляет 720 мм рт.ст. Колебания величины атмосферного давления воздуха негативно отражаются на состоянии здоровья рабочих, а также на трудовом процессе.
Исследование и анализ факторов, характеризующих условия труда лиц виброопасных профессий, является неотъемлемой частью оценки производственной безопасности, которые в совокупности и представляют условия труда на производстве.
Проведенный комплексный анализ факторов системы «человек-машина-внешняя среда» показал, что работающие с пневматическими ручными машинами подвергаются воздействию локальной вибрации в сочетании с усугубляющими факторами «человеческими» и «внешней среды», фактические значения которых не соответствуют нормативным.
Библиография
1. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - М.: Изд-во стандартов, 1994.
2. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - М.: Изд-во стандартов,1988.
3. ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. - М.: Изд-во стандартов, 1983.
4. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования. - М.: Изд-во стандартов, 1990.
5. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. - М.: Изд-во стандартов, 1995.
Bibliography
1. GOST 12.0.003-74 SSBT. Dangerous and harmful production factors. Classification. - M.: Standards Press, 1994.
2. GOST 12.1.005-88 SSBT. General hygiene requirements for air of working area. - M.: Standards Press, 1988.
3. GOST 12.1.003-83 SSBT. Noise. General requirements for safety. Moscow: Standards Press, 1983.
4. GOST 12.1.012-90 SSBT. Vibration safety. General requirements. - M.: Standards Press, 1990.
5. SNiP 23-05-95. Natural and artificial lighting. - M.: Standards Press, 1995.
