Лекция 8 требования безопасности к конструкции машин и оборудования

Тема: Место художника-конструктора в общем процессе создания машин. Требования технической эстетики к создаваемым машинам. Требования безопасности к конструкции машин и оборудования.

Как уже отмечалось, художественное конструирование получило свое развитие в традиционной системе инженерного проектирования.

Техническое (инженерное) и художественное конструирование образуют единый процесс и преследуют общую цель - создание общественно целесообразных промышленных изделий, удобных в эксплуатации, технически современных, экономичных и красивых.

Но в задачах инженерного и художественного конструирования имеются и существенные различия.

Инженерное конструирование сложных современных машин ведется главным образом по законам технической целесообразности, дающей оптимальное решение, прежде всего их рабочей функции и технико-экономическим характеристикам. Станок по техническим качествам должен быть высоко производительным, транспортные средства должны обеспечивать максимальные объемы перевозки грузов при минимальных эксплуатационных затратах и т.д.

В художественном конструировании главный акцент делается на взаимоотношения изделия и человека, причем созданные изделия должны наилучшим образом удовлетворять человека в процессе их использования. Когда дизайнера приглашают принять участие в создании новой модели автомобиля, в его обязанности не входит разработка двигателя и шасси - эту задачу решает инженер.

Дизайнер проектирует кузов, его внутреннее оборудование, органы управления, приборную панель - то, что составляет предметную среду человека, ведущего машину или сидящего в ней в качестве пассажира.

Дизайнер проектирует особенности формы и расположения рулевого колеса, рычага переключения передач, педалей сцепления, тормоза и газа, шкал индикаторов, но не в соответствующие механизмы, подчиняющиеся приказам водителя, и не чувствительные датчики индикаторов.

При создании новой модели радиоприемника или телевизора проблемами его чувствительности, изобретательности, снижения помех и повышения разрешающей способности экрана занимаются инженеры. Дизайнер проектирует корпус, шкалу, форму ручек, указатели – все то, что необходимо для наилучшего использования уже имеющихся электронно-оптических эффектов.

Подобное разделение труда между традиционным инженером и дизайнером имеет место при проектировании самых различных устройств, используемых человеком в быту, на производстве, в общественных местах, во время учебы, отдыха и развлечения.

В каждом случае художник – конструктор должен знать, на какого потребителя рассчитано проектируемое изделие, каковы тенденции совершенствования этого изделия в будущем. Чрезвычайно важен такой анализ для изделий, подлежащих экспорту. Своеобразие условий мирового рынка, специфика страны, в которую направляется продукция, вносит в работу художника-конструктора дополнительные требования, которые он должен принимать во внимание.

Разработка художественно-конструкторского проекта начинается с ознакомления с проектным заданием и так же как в техническом проектировании подразделяется на проектные стадии.

1 стадия – художественно-конструкторское предложение - соответствует эскизному проекту в техническом проектировании. На этом этапе художник-конструктор проводит предварительные исследования будущего изделия на основе данных социологии, типологии, эргономики и др. наук, изучает конструкцию материалы и технологию изготовления, определяет требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию, разрабатывает 2-З эскизных варианта первоначальных компоновок в графике и объеме. Ведь на этапе компоновочных поисков, когда закладываются основы технического и композиционного решений изделия, художник-конструктор должен проявить свою техническую осведомленность, отчетливо представляя себе конструктивные и функциональные связи элементов изделия.

Здесь же решаются вопросы, относящиеся к расположению вспомогательных механизмов, расположению пульта управления, защитных устройств, продумываются внешние формы машины и отдельных его узлов, последнее может повлиять на расположение определяющих и вспомогательных механизмов. На весовую характеристику, а также на технологию изготовления основных корпусных деталей.

2 стадия — художественно-конструкторский проект - соответствует техническому проекту. Художник-конструктор производит окончательную компоновку и проверяет принятые решения на модели или макете. Необходимо отметить, что методика макетирования и моделирования принята многими проектными бюро и благодаря этому создано немало эстетически полноценных изделий.

На этом же этапе производится разработка сложных поверхностей, выбор конструкционно-отделочных материалов и оформление проекта.

3 стадия — рабочее проектирование. Она несколько отличается от стадии рабочих чертежей в техническом проектировании тем, что включает и авторский надзор за изготовлением, испытанием и доводкой опытного образца. На этом этапе художник-конструктор разрабатывает чертежи элементов промграфики, пультов, пунктов и деталей внешнего оформления изделия.

Требования технической эстетики к создаваемым машинам. Разновидности дизайна

Теоретической базой художественного конструирования является техническая эстетика - наука, определяющая пути достижения выразительности промышленных изделий. Она разрабатывает принципы и методы художественного конструирования машин, вооружая тем самым художника-конструктора необходимыми знаниями, приемами и методами работы над конструкцией для воплощения в нее социально-функциональных, эргономических и эстетических требований, т.е. требований технической эстетики.

Следует различать несколько разновидностей (или методов) промышленного дизайна, Из них первый, почти классический - метод индуктивный, т.е. дизайн, идущий от изделия к системе, в которой это изделие функционирует.

Предположим, дизайнеру дано какое-то изделие (бетоносмеситель, штукатурный агрегат, станок) и поставлена задача: сделать его красивее и удобнее для человека, удобнее в процессе эксплуатации. Это главная и определяющая цель промышленного дизайна. Но есть и ряд сопутствующих целей: так сконструировать изделие, Что бы его легче было производить, удобнее ремонтировать, проще транспортировать, выгоднее продавать. Однако, разумеется, главное - эксплуатационные удобства.

Одним из главных проблем в строительно-дорожном машиностроении сегодня является проблема повышения’ качества выпускаемых машин и оборудования и очень важную роль в этом призваны сыграть художники-конструкторы. Проектируемые ими изделия должны быть полезными, удобными и красивыми. Каждое изделие должно рассматриваться как сумма таких свойств, которые важны для человека,- потребительских свойств. При этом главный акцент должен быть сделан на целесообразность или полезность изделий, т.е. прежде всего на их социальную полезность. Это значит, что они должны облегчить человеку труд, делать труд более производительным, легким. Это означает, что красоту вещей человек способен оценить только в процессе непосредственного их использования. Так, например, машина или станок, которые хорошо отвечают назначению и обеспечивают высокую производительность при хорошем качестве продукции, но при этом производят сильный шум, утомляющий и угнетающий рабочего, не могут быть восприняты им как красивые, даже в том случае, если их формы и цветовое решение будут совершенно безупречными.

Здесь, необходимо помнить, что при определении требовании технической эстетики к изделию нужно в равной мере учитывать как условия их использования (удобство, красота, окружающая среда), так и условия производства, т.е. технико-экономические требования. Это и рациональное решение конструктивной схемы, и использование современных материалов, и учет местных особенностей производства.

Необходимым звеном в проработке общих требований к создаваемым машинам является их экспертиза на основе всестороннего изучения выпускаемых аналогов и сравнения их с лучшими зарубежными образцами. Определив тенденцию их развития можно сформулировать круг требований, которые следует предъявить будущему изделию.

В результате выявления требований технической эстетики к создаваемой машине определяется направление и ход конструирования.

Требования безопасности к конструкции машин и оборудования.

Вопрос о безопасной для жизни людей работе с орудиями и машинами был и остается актуальным на протяжении всей истории развития техники.

Общие требования безопасной работы машин были выработаны машиностроителями и стали использоваться в новых моделях и конструкциях машин в начале ХХ столетия. В основу этих требований была заложена идея, что конструкция машины должна исключать все возможные несчастные случаи при работе даже абсолютно неквалифицированного и не умеющего логически мыслить человека. Однако, практический опыт показал несостоятельность этих требований, так как их исполнение приводило к значительному усложнению и удорожанию машин, а несчастные случая имели место по-прежнему.

В силу этого подход к безопасному конструированию машин вскоре изменился. Современные требования безопасности предусматривают создание безопасной техники, предупреждающей и исключающей случайности в нормальном протекании рабочего процесса, обязательное обучение рабочего правилам безопасной работы на машине, а также разработку надежных средств защиты операторов. Безопасность машины и производственного оборудования обеспечивается правильным выбором принципов его действия, кинематических схем, конструктивных решений (в том числе форм корпусов, сборочных единиц и деталей), параметров рабочих процессов, использованием различных средств защиты. Последние по возможности должны вписываться в конструкцию машин и агрегатов.

Возможности машины обеспечить безопасные и благоприятные условия труда работников, занятых управлением машины и участвующих в сооружении объекта на строительной площадке, называют социальной приспособленностью машины.

Это свойство машины рассматривается в виде совокупности более простых свойств: безопасности, эргономических, эстетических и экологических.

Безопасность машины различают активную, пассивную и послеаварийную.

В понятие «активная безопасность» включается комплекс эксплуатационных свойств, способствующих предотвращению аварийных ситуаций. К этим свойствам относят: динамические и тормозные качества. Устойчивость против заноса и опрокидывания, обзорность, обеспеченность сигнализацией и приборами, предупреждающими о возможных критических ситуациях. Надежность и долговечность элементов, разрушение которых может привести к аварийной ситуации, обеспеченность световой и звуковой сигнализацией при взаимодействии с другими участниками рабочего процесса, а также автоматическими устройствами безопасности и блокировки.

Способность резкого увеличения скорости машины определяется ее динамическими свойствами. Это качество иногда необходимо, чтобы выйти из аварийной ситуации. Улучшить динамические свойства можно, уменьшив массу машины, повысив запас мощности двигателя и увеличив его крутящий момент.

Тормозные свойства машины характеризуются временем торможения и тормозным путем, наличием рабочих, аварийных и стояночных тормозов, уровнем запаса тормозного момента, характеристиками тормозной системы прицепных агрегатов.

Потери устойчивости в поперечном направлении при работе мобильных машин возникают чаще всего при действии боковых сил. Такими силами могут быть: центробежная сила при движении машины на поворотах или при вращении поворотной платформы у экскаваторов и кранов: боковая составляющая веса машины при поперечном движении по уклону; боковая составляющая внешней нагрузки (бульдозер, автогрейдер). Эти силы могут вызвать боковое скольжение или опрокидывание машины. Возможны также потери устойчивости и в продольном направлении.

Устойчивость машины может быть повышена путем обеспечения рационального соотношения ширины колеи к продольной базе, понижением высоты центра тяжести, благоприятным размещением горизонтальных и вертикальных шарниров крепления рабочего органа, наличием устройств изменения базы по ширине.

Одним из важных свойств активной безопасности является обзорность, под которой понимается возможность машины по обеспечению видимости оператором рабочих органов и окружающих их участков рабочей среды. Для мобильных машин, взаимодействующих с другими машинами, обзор должен быть круговым. Это обеспечивается увеличением проемов окон, уменьшением числа и ширины перемычек, установкой внутренних и наружных зеркал.

Предупреждению аварийных ситуаций способствует наличие сигнализации и приборов, информирующих машиниста об отказах отдельных систем управления чрезмерных нагрузках и др. (световые сигналы о нарушениях в тормозной системе; указатели грузового момента у кранов; звуковые сигналы о достижении опрокидывающего момента или угла наклона машины, близкого к предельному состоянию).

Безопасности взаимодействия машин на строительной площадке способствует оснащение машин звуковой и световой сигнализацией, а также средствами радиосвязи.

Машины и механизмы должны быть снабжены автоматическими устройствами безопасности и блокировки, предохраняющими их от перегрузок, например, муфтами предельного момента конечными выключателями, ограничителями грузоподъемности устройствами, исключающими запуск двигателя при включенной передаче и самопроизвольного включения передач, автоматическими ограничителями положений ит.п.

Под понятием «пассивная безопасность» подразумевается свойство, которое при возникновении аварийной ситуации исключает или хотя бы снижает травмы экипажа. Данное свойство можно улучшить, обеспечив надлежащую жесткость и прочность конструкции кабины; установку конструкции, защищающей кабину от внешних нагрузок; применение безосколочных стекол; предотвращение самопроизвольного открывания дверей; отсутствие внутри кабины выступающих частей с острыми кромками и углами; наличие предохранительных ремней; установку защитных решеток на окнах и др.

«Послеаварийная безопасность» характеризуется возможностями быстрого выхода или эвакуации людей из аварийной машины, а также характеристиками пожарной безопасности, которая обеспечивается соответствующим размещением и надежной герметизацией топливных баков и топливных коммуникаций. В верхней части кабины размещают аварийный люк.

Свойства эргономики отражают соответствие конструкции машины гигиеническим условиям жизнедеятельности и работоспособности человека, а также его антропометрическим, физиологическим и психологическим качествам. От них в значительной мере зависят удовлетворенность трудом, здоровье и работоспособность машинистов. Эти же свойства оказывают влияние на напряженность труда машинистов, а следовательно, на безопасность работы.

Эстетические свойства машины (внешний вид, оформление конструкции, кабины, кожухов и окон кабины; внешняя и внутренняя окраска) формируют эмоции работников и влияют на их работоспособность.

Экологические свойства машины характеризуют возможности по ограничению загрязненности воздуха пылью, выхлопными газами и другими вредными веществами и по ограничению внешнего шума.

Поступление в воздух того или иного вредного вещества зависит от технологического процесса и степени совершенства самой машины и оборудования. Пыль образуется при дроблении и размоле, транспортирований измельченного материала, механической обработке, при перемешивании и различных компонентов бетонов и растворов и т.п. Большое количество вредных веществ попадает в атмосферу с отработавшими газами. Кроме того, к загрязнителям атмосферы относятся и вредные физические воздействия на нее, одним из которых является шум. Он может оказывать воздействие на человеческий слух.

Забота об охране природной среды и чистоте воздушного бассейна является одной из важнейших общегосударственных задач.

Большое значение в этом вопросе имеет стандартизация. Она позволяет принять действенные меры по повышению технического уровня и упорядочению разработки нормативно-технической документации по безопасности труда.

В зависимости от характера и назначения изделия в стандартах излагаются конкретные требования безопасности к конструкции: устройство ограждений подвижных и опасных элементов. Блокировка включений при нерабочем и аварийном положениях; фиксация и крепление подвижных органов при ремонте в нерабочем состоянии и при транспортирований. Обеспечение ограничителями хода и концевыми выключателями подвижных элементов машины, системами сигнализации и др.

Также приводятся требования по обеспечению на объекте стандартизации санитарно - гигиенических условий, отвечающих действующим нормам (вентиляция, освещение пылеподавление, снижение шума, вибрации и т.д.), а также требования электро-, пожаро - и взрывоопасности.

Основная литература: [1] (стр.80-124)

Контрольные вопросы:

1. Задачи эргономики. Базовые эргономические требования к рабочему месту оператора.

2. Инженерная психология, ее задачи. Принципы компоновки пульта управления.

3. Требования безопасности, предъявляемые к конструкции машин и оборудования.