У МОТОРНОЕ ПОЛЕ И ЗОНЫ ВИДИМОСТИ ЧЕЛОВЕКА

В.М. Рачек, М.Н. Вьюшина,
А.Е. Кривенко
Московский государственный горный
университет
МОТОРНОЕ ПОЛЕ И ЗОНЫ ВИДИМОСТИ ЧЕЛОВЕКА
В СИСТЕМЕ ОПЕРАТОР - ГОРНАЯ МАШИНА
У
чет эргономических требований при
проектировании оборудования определяет комфортность условий работы
оператора, что непосредственным образом сказывается на его физическом и
психологическом утомлении, скорости и
точности отработки действий по управлению оборудованием. Все это в конечном счете направлено на создание безопасных условий труда, повышение производительности и мотивацию к работе.
Рис. 1. Зоны досягаемости оператора крепи при работе в позе "сидя на пятках'
1 - оптимальная зона досягаемости; 2 - максимальная зона досягаемости
При подготовке к моделированию
в математической модели использовались чертежи комплекса КМ-138: монтажный, сборки крепи, перекрытия, основания, стоек, а также описание пульта
управления крепью. При эксплуатации
комплексов оборудования для подземной
добычи угля в числе эргономических показателей важное место занимают параметры рабочего пространства, опреде103
ляющие моторное и зрительное поля
оператора. В качестве примера нами
приводится анализ моторного поля оператора механизированной крепи очистного комплекса КМ-138 с использованием математической модели компьютерного фантома [1]. Рабочее пространство
по горизонтали ограничено
стойками
крепи. В математической модели они
рассматриваются как набор цилиндрических поверхностей. Ширина рабочего
простран-ства, в котором может располагаться оператор без учета подвижности рук, равна расстоянию между рядами
стоек. Положение оператора в рабочем
пространстве определяется его антропометрическими параметрами [2,3]. Длина
руки мужчины колеблется от 0.71 до 0.84
м. При захвате органа управления она
сокращается до 0.583-0.713 м соответственно. Для управления крепью оператор
должен находиться не далее 0.55-0.7 м от
пульта управления в зависимости от размеров тела.
Высота рабочего
пространства
оператора крепи (рис. 1) определяется
мощностью пласта за вычетом толщины
перекрытия и основания и величины
подштыбовок.
В расчете принят пологий пласт
мощностью 1.73 м. В выбранных условиях высота рабочего пространства составила 1.29 м. При такой высоте можно
работать в позах "стоя на четвереньках",
"стоя на колене с присаживанием на пятку", "сидя на корточках", "сидя на пятках" [ 3].
При работе в позах "стоя на колене", "сидя на пятках" и "сидя на корточках" (т.е. с вертикальным корпусом) размеры и форма оптимальной зоны досягаемости аналогичны позе "стоя". Максимальную зону досягаемости несколько
ограничивают вынесенные вперед ноги
оператора. Поэтому в нижней области
максимальной зоны досягаемости обычно не располагают органов управления и
средств индикации, т.к. они будут ограничивать свободу движения оператора и
не застрахованы от непреднамеренного
включения или случайной поломки.
Для позы "стоя на четвереньках"
оптимальная зона досягаемости аналогична позе "стоя согнувшись", но в данном случае оптимальная и максимальная
зоны моторного поля оператора ограничены снизу опорной поверхностью, т.е.
основанием крепи.
Проекция зоны на сагиттальную
плоскость (т.е. плоскость симметрии тела
человека) определяется следующим образом [3]:
1. Ближняя нижняя точка - плечо
параллельно корпусу, локоть
прижат к телу, предплечье перпендикулярно корпусу.
2. Ближняя верхняя точка - предплечье поднято вверх на 45°
3. Дальняя нижняя точка - рука
выпрямлена и кисть находится
на линии продолжения предплечья в положении 1.
4. Дальняя верхняя точка - рука
выпрямлена и составляет с туловищем угол 135°.
При работе стоя на четвереньках,
одна рука чаще левая, играет роль опорной.
Границы зон моторного поля оператора были определены путем расчета
кинематических цепей математической
модели [1]. Результаты расчета показали,
что пульт управления расположен выше
оптимальных зон досягаемости для любой из возможных рабочих поз и только
в положении "стоя на колене" нижняя
часть пульта (примерно 100 мм от нижнего края) находятся в оптимальной зоне. остальная часть пульта управления
попадает в максимальную зону досягаемости. На рис. 1 показан пример расположения зон моторного поля оператора с
длиной руки 0.76 м при работе в позе
"сидя на пятках".
Наиболее эффективный контроль
за приборами и органами управления
достигается при их размещении в оптимальной зоне видимости и досягаемости.
С использованием компьютерного фантома оператора на основании математи104
ческого моделирования [1] была произведена оценка зон видимости оператора
механизированной крепи очистного комплекса.
Имеющаяся модель рабочего пространства была дополнена информацией
о расположении пульта управления и
средств индикации на рабочем месте. В
зависимости от их расположения выделялись зоны рабочего пространства, в
которых оператор должен четко различать объекты. Одной из таких зон является верхняя часть пульта управления
крепью.
Основные параметры
рабочего
пространства: высота, ширина, протяженность, формы ограничивающих поверхностей - остаются такими же как при
определении зон моторного поля.
Рис. 2. Нормальная зона видимости оператора крепи при работе в позе "сидя на пятках "
ная линия зрения направлена вниз и оператор вынужден держать голову поднятой для достижения нормального обзора
рабочего пространства. При этом статически напряжены мышцы затылка и быстро наступает утомление.
В данном случае анализ рабочего
пространства выполнен по условиям
нормальной видимости. Зона нормальной видимости ограничивается конической поверхностью, образующая которой
вращается в верхней полуплоскости под
углом 30° к нормальной линии зрения. В
нижней полуплоскости угол плавно увеличивается до 40°.
В математической модели зоны
видимости считаются продолжением кинематической цепи головы [1].
Зрительное поле можно рассматривать как конус с направляющей сложной формы. Различают зоны четкой,
нормальной и, ближе к границам, плохой
видимости и зоны нормального различения цветов [3]. Для удобства при конструировании принято считать, что зоны
видимости ограничены коническими поверхностями. В качестве оси зоны видимости используется нормальная линия
взгляда, идущая от переносицы перпендикулярно линии, соединяющей центры
зрачков вниз под углом 15° к горизонтальной плоскости.
При работе с вертикальным корпусом такое направление соответствует
минимальному напряжению мышц затылка. Если работа выполняется в положении стоя на четвереньках, то нормаль105
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Результаты расчета показали, что
пульт управления целиком располагается
в пределах зоны нормальной видимости.
Для обзора всей рабочей зоны оператор
вынужден поворачивать голову на угол
до 25° от сагиттальной плоскости. Удержание головы в этом положении вызывает статическое напряжение мышц шеи и
затылка, что следует считать неудовлетворительным.
На рис. 2. показаны границы нормальной видимости при работе оператора с пультом управления.
1. Выошина М.Н., Жура В.П., Кривенко
А.Е. Математическая модель человека в системе
"оператор - горная машина". Горный информационно-аналитический бюллетень. № 4, 1996,-с.
91-93.
2. Антропометрический атлас. Методические рекомендации. М.: ВНИИТ, 1977.
3. Инженерная психология в применении
к проектированию оборудования. П./р. Ломова
Б.Ф., Петрова В.И. М.: Машиностроение, 1971.
© В.М.Рачек, М.Н.Вьюшина,
А.Е.Кривенко
106