Эргономика автотранспорта

По некоторым зарубежным данным, водители автомобилей должны работать при более низких температурах (15... 17 °С в зимний период экс­плуатации и 18...20 °С в летний) при относительной влажности воздуха 30...60% и скорости его движения 0,1 м/с. Кроме того, перепад температур наружного воздуха и внутри кузова в летний период не должен превышать 10 °С. Разность температур внутри ограниченного объема кузова во избе­жание простудных заболеваний человека не должна превышать 2...3 °С. Допустимый предел относительной влажности воздуха 30...70%. Для обеспечения комфортных условий рекомендуемая скорость движения воз­духа для зимних условий 0,15 м/с, для летних - 0,25 м/с, но не более 0,4 м/с. Рекомендуемая кратность обмена воздуха в небольших помещениях 20.. .30, а подача воздуха не менее 30 м /ч на одного человека.

В зависимости от условий работы для обеспечения комфортных ус­ловий температуру в зимний период можно принимать при легкой работе 21 °С, умеренной 18,5 °С, тяжелой 16 °С.

В настоящее время микроклиматические условия на автомобилях и тракторах регламентированы. Так, температура воздуха в кабине (кузове) в летний период не должна быть выше 28 °С, в зимний (при наружной тем­пературе -20 °С) - не менее 14 °С. В летнее время при движении автомоби-

         Ля со скоростью 30 км/ч перепад между внутренней и наружной темпера­турой воздуха на уровне головы водителя не должен быть более 3°С при наружной температуре +28 °С и более 5 °С при наружной температуре +40 °С. В зимнее время в зоне расположения ног, пояса и головы водителя сле­дует обеспечить температуру не ниже +15°С при наружной температуре -25°С и не ниже +10°С при наружной температуре -40°С.

Влажность воздуха в кабине должна быть 30.. .70 %.

Подвод свежего воздуха в кабину должен быть не менее 30 м7ч на одного человека, скорость движения воздуха в кабине и салоне автомобиля 0,5... 1,5 м/с.

Предельная концентрация пыли в кабине (салоне) не должна превы-шать 5 мг/м.

В кабине трактора в теплый период года температура воздуха не должна превышать для всех зон 28 °С при относительной влажности 40...60 %. При этом в теплый период года (температура наружного воз­духа +10 °С и выше) для зон с расчетной средней температурой в 13 ч дня самого жаркого месяца до 25 °С температура воздуха в кабине не должна превышать 28°С. Для зон с расчетной средней температурой воздуха в 13 ч дня самого жаркого месяца 25...30 °С температура воздуха в кабине не должна превышать 31 °С, а для зон с расчетной средней температурой воз­духа в 13 ч дня самого жаркого месяца свыше 30 °С температура воздуха в кабине не должна превышать 33 °С.

Перепад температур в кабине трактора не должен превышать 3 °С, а относительная влажность воздуха - 60 %. В районах с повышенной влаж­ностью допускается увеличение относительной влажности на 10 %.

          В периоды года с температурой наружного воздуха ниже 10 °С тем­пература воздуха в кабине должна быть не ниже 14 °С.

Направление и скорость движения воздуха в кабине должны регули­роваться. Скорость движения воздуха в зоне дыхания водителя (оператора) не должна превышать 1,5 м/с.

Средневзвешенная температура всех внутренних поверхностей ка­бины трактора (за исключением поверхностей стекол и панели, располо­женной под щитком приборов) должна быть не выше 35 °С.

Устройства системы вентиляции должны создавать в закрытой каби­не избыточное давление не менее 10 Па.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочих зон салона и кабины автомобиля и трактора регламентируются ГОСТ Р 51206-98 для автомобилей и ГОСТ 12.2.019-86 для тракторов, в частности: оксид углерода (СО) - 20 мг/м ; оксиды азота в пересчете на NO2 - 5 мг/м ; углеводороды суммарные (CnHm) - 300 мг/м ; акролеин (С2Н3СНО) - 0,2 мг/м3.

Паров бензина в салоне и кабине автомобиля не должно быть больше 100 мг/м3.

Температурный режим в кабине (кузове) может быть ориентировоч­но рассчитан по уравнению теплового баланса, согласно которого темпе­ратура воздуха в кабине (кузове) остается постоянной:

Еа=о,

Где Qi - поступления теплоты в кабину от различных источников. В большинстве случаев

Ха=&+а»+бНпо+бд.+аР+бго+ао+йи=о. (9.I>

Таким образом, тепловой баланс кабины (салона) определяется ря­дом факторов, основными из которых являются: количество людей в каби­не (салоне) и количество теплоты Q4, поступающей от них; количество те­плоты, поступающей через прозрачные ограждения бп0 (главным образом от солнечной радиации) и непрозрачные ограждения бшо \ Количество теп­лоты, поступающей от двигателя Q№, трансмиссии бтр, гидрооборудова­ния бго s электрооборудования Q30 И вместе с внешним воздухом QB3, по­даваемым вентилятором. Следует отметить, что слагаемые теплового ба­ланса, входящие в уравнение (9.1), следует учитывать алгебраически, т. е. с положительным знаком при выделении теплоты в кабину и с отрицатель­ным при ее отводе из кабины.

Очевидно, что условие теплового баланса (9.1) выполняется в том случае, если количество теплоты, поступающее в кабину, равно количест­ву теплоты, отводимому из нее.

Температурные условия и подвижность воздуха в кабинах автомоби­лей и тракторов обеспечиваются системами отопления, вентиляции и кон­диционирования.

В настоящее время существует большое число систем вентиляции и отопления кабин и салонов автомобилей и кабин тракторов, отличающихся компоновкой и конструкцией отдельных узлов. Наиболее экономичной и широко применяемой на современных автомобилях системой отопления является система, использующая теплоту водяного охлаждения двигателя. Совмещение систем отопления и общеобменной вентиляций кабины по­зволяет повысить экономичность всего комплекса устройств обеспечения микроклимата в кабине в течение года. Системы отопления и вентиляции отличаются в основном расположением воздухозаборника на наружной

       Поверхности автомобиля, типом применяемого вентилятора и его распо­ложением относительно радиатора отопителя (на входе или на выходе из радиатора), типом применяемого радиатора (трубчато-пластинчатый, трубчато-ленточный, с интенсифицированной поверхностью, матричный и др.), методом управления работой отопителя, наличием или отсутствием обводного воздушного канала, рециркуляционного канала и т. д.

          Забор воздуха снаружи кабины в отопитель производится в месте минимальной запыленности воздуха и максимального динамического дав­ления, возникающего при движении автомобиля. В грузовых автомобилях и тракторах воздухозаборник располагают на крыше кабины. В воздухоза­борнике устанавливают водоотражательные перегородки, жалюзи и крыш­ки, приводимые в действие изнутри кабины.

Для обеспечения подачи воздуха в кабину и преодолений аэродина­мического сопротивления радиатора и воздуховодов используется венти­лятор осевого, радиального, диаметрального, диагонального или другого типа. В настоящее время наибольшее распространение получил двухкон-сольный радиальный вентилятор, так как он имеет сравнительно малые размеры при большой производительности.

Для привода вентилятора применяют электродвигатели постоянного тока. Регулирование частоты вращения электродвигателя и соответственно рабочего колеса вентилятора производят с помощью двух - или трехсту­пенчатого переменного резистора, включенного в цепь питания электро­двигателя.

           От конструктивного и технологического исполнения теплопередаю-щей поверхности радиатора зависят производительность теплоты отопите­ля и его аэродинамическое сопротивление. Для повышения эффективности теплоотдачи от радиатора усложняют форму его каналов, по которым дви­жется воздух, применяют различные турбулизаторы.

Решающую роль в эффективном равномерном распределении темпе­ратур и скоростей воздуха в кабине играет воздухораспределитель. Насад­ки воздухораспределителя выполняют различной формы: прямоугольной, круглой, овальной и т. д. Их размещают перед стеклом ветрового окна, вблизи стекол дверей, в центре панели приборов, у ног водителя и в других местах, определяемых требованиями к распределению приточных воздуш­ных потоков в кабине. В насадках устанавливают различные заслонки, по­воротные жалюзи, управляющие пластины и т. д. Привод к заслонкам и поворотным жалюзи чаще всего располагают непосредственно в корпусе.

Воздуховоды к воздухораспределителю изготовляют из тонколисто­вой стали, резиновых шлангов, гофрированных пластмассовых труб и т. д. В некоторых автомобилях в качестве воздуховодов| используют детали ка­бины, полость щитка приборов. Однако такое выполнение воздуховодов является не рациональным, так как не обеспечивается герметичность и уве­личиваются потери.

Безопасность движения автомобиля и качество выполнения техноло­гического процесса тракторным агрегатом в значительной степени зависят

           От надежной и эффективной защиты ветрового стекла от запотевания и об­мерзания, что достигается равномерным его обдувом теплым воздухом и подогревом до температуры выше точки росы. Такая защита стекла конст­руктивно проста, не ухудшает его оптических свойств, но требует увели­чения производительности системы вентиляции и высокой теплоемкости стекла. Эффективность струйной защиты стекла от запотевания определя­ется температурой и скоростью воздуха на выходе из насадка, располо­женного перед кромкой стекла. Чем выше скорость воздуха на выходе из насадки, тем меньше температура в зоне стекла отличается от температуры на выходе из насадки.

Компоновка системы вентиляции и отопления зависит от конструк­ций автомобиля (трактора), кабины, отдельных узлов и их размещения.

В отличие от автомобильных систем отопления и вентиляции в тракторах большее внимание уделяется очистке, поступающего в кабину воздуха. Это связано с тем, что при выполнении тракторным агрегатом технологического процесса (обработка почвы) вокруг кабины трактора создается облако пыли. Около кабины сельскохозяйственных тракторов весной и осенью преобладает пыль минерального происхождения с части­цами размером 1...5 мкм при концентрации вблизи от очага образования до 1400 мг/м при пахоте, посеве озимых и яровых культур, культивации и бороновании. При этом на транспортных работах запыленность воздуха около кабины трактора значительно ниже.

Поскольку нас интересует концентрация пыли и ее дисперсность не­посредственно в месте забора обрабатываемого воздуха системой отопле­ния и вентиляции в кабину, важной является информация о результатах замеров, характеризующих распределение ее в облаке, охватывающем ка­бину. Экспериментальные исследования, выполненные ФГУП НАТИ на тракторе Т-150К, показали, что запыленность воздуха на уровне нижней части кабины с ее боковых сторон достигает 185 мг/м, спереди -180 мг/м, а сзади - 280 мг/м. Запыленность воздуха на уровне крыши кабины со-ставляет уже 48 мг/м, а на расстоянии 0,5 м от верха крыши кабины 36 мг/м. Из других данных, полученных на основе испытаний различных машин, включая гусеничные тракторы, следует, что в передней части крыши кабины (в месте размещения воздухозаборника системы отопления и вентиляции) на различных видах работ кратковременная экстремальная расчетная концентрация пыли составляет до 150 мг/м, а расчетная средняя может быть принята равной 50 мг/м3.

Таким образом, в качестве расчетной при выборе и оценке эффек­тивности работы устройства для очистки обрабатываемого воздуха от пы­ли в системе отопления и вентиляции кабины можно принять начальную концентрацию пыли - минимальную 50 мг/м и максимальную 150 мг/м при ее дисперсном составе, характеризующимся размером частиц пыли 5 мкм и менее. При этом отметим, что частицы такой высокодисперсной пы­ли, являясь носителями остаточных в почве вредных примесей (гербицидов, пестицидов, минеральных удобрений и др.), способны проникать глу­боко в легкие человека и накапливаться в них с вытекающими отсюда не­гативными для него последствиями.

     Другие вредные примеси в обрабатываемом воздухе, например, ок­сид углерода, имеют место или при неудачном расположении среза вы­хлопной трубы двигателя относительно воздухозаборника устройства кон­диционирования воздуха и утечках выхлопных газов в тракте, или при вы­полнении специальных технологических операций. Снижение концентра­ции оксида углерода в воздухе кабины, в первую очередь, обеспечивается известными конструктивными мерами, а вопросы защиты от других агрес­сивных веществ требуют специальных мер.

           В настоящее время получили распространение устройства для искус­ственного охлаждения воздуха, поступающего в кабину (кузов) Это - кон­диционеры. По принципу действия кондиционеры подразделяются на фре­оновые или парокомпрессионные, с воздушной холодильной машиной, термоэлектрические и испарительные.

Автоматическое управление режимом работы отопителя некоторых автомобилей (тракторов) производится изменением расхода воды или воз­духа через радиатор отопителя. При автоматическом регулировании за счет изменения расхода воздуха параллельно радиатору выполняют обвод­ной воздушный канал, в котором устанавливают заслонку с приводом от электродвигателя.

          Как уже отмечалось выше, важное место в системе вентиляции ка­бины (кузова) автомобиля и особенно трактора, из-за особенностей усло­вий работы, занимает очистка вентиляционного воздуха от пыли.

           Самым распространенным способом очистки вентиляционного воз­духа в кабинах является его фильтрация в фильтрах из картона, синтетиче­ских волокнистых материалов, модифицированного пенополиуретана и др. Однако для эффективного использования таких фильтров, отличающихся небольшой пылеемкостью, с меньшим числом технических обслуживании необходимо снижать концентрацию пыли на входе в фильтр. Для этого на входе в фильтр устанавливают пылеотделители инерционного типа с не­прерывным удалением уловленной пыли для предварительной очистки воздуха.

Основные принципы обеспыливания вентиляционного воздуха осно­ваны на использовании одного или нескольких механизмов осаждения час­тиц пыли из воздуха: инерционный эффект отделения и эффекты зацепле­ния и осаждения. Инерционное осаждение осуществляется при криволи­нейном движении запыленного воздуха под действием центробежных и кориолисовых сил. На поверхность осаждения отбрасываются такие час­тицы, у которых масса или скорость значительны и они не могут следовать вместе с воздухом по линии потока, огибающей препятствие. Инерционное осаждение проявляется и тогда, когда препятствиями являются элементы заполнения фильтров из волокнистых материалов, торцы плоских листов инерционных жалюзийных решеток и т.д.