12 Безопасность работ при эксплуатации строительных машин и механизмов
12.1 Обеспечение устойчивости строительных машин
На строительных объектах используют самые различные виды строительных машин и механизмов. Большинство строительных машин по своим техническим и эксплуатационным свойствам можно отнести к средствам повышенной опасности. В первую очередь к таким средствам относятся подъемно-транспортные, землеройные, дорожно-строительные машины, оборудование для получения и хранения сжатых газов, оборудование заводов по изготовлению железобетонных изделий и строительных материалов. В основном эксплуатация строительных машин происходит при неблагоприятных условиях производственной среды. Анализ производственного травматизма в строительных организациях показывает, что около четверти несчастных случаев происходит при эксплуатации строительных машин.
Основными опасными и вредными производственными факторами, с которыми встречаются при эксплуатации строительных машин являются:
действие механической силы;
возможность поражения электрическим током;
неблагоприятные факторы производственной среды (микроклимат, шум, вибрация, запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, тепловое излучение и т.п.);
повышенные физические и нервно-психические нагрузки;
несоответствие оборудования рабочего места требованиям эргономики.
У обслуживающего персонала строительных машин могут возникнуть профессиональные заболевания, к которым относят:
1) хронические отравления, возникающие в результате применения токсических материалов, при транспортировании цемента и извести, приготовлении бетона, работе с хлорированными растворами, при изготовлении красок;
2) глухота, вызванная шумом при работе камнедробильных установок, пневматического инструмента;
3) виброболезнь, вызванная вибрацией при укладке и уплотнении бетона с помощью вибраторов и виброукладчиков;
4) морская болезнь, возникающая при работе в кабинах башенных кранов при больших колебаниях башни и стрелы;
5) ослабление зрения из-за недостаточного освещения рабочего места;
6) простудные заболевания, обморожения, а также перегрев организма.
Действие механической силы может проявляться в следующей форме: наезд на людей, опрокидывание машины, травмирование рабочих движущимися конструкциями, частями и деталями, падения с высоты, обрушение грунта и т.д.
Машина может быть источником повышенной запыленности и загазованности в кабине и снаружи, повышенных уровней шума и вибрации. Если в машине используется электрический ток, то могут появиться условия для возникновения электротравматизма. Возможность поражения электрическим током возникает также при работе строительных машин у линий электропередач.
Причинами, обуславливающими опасное и вредное действие указанных факторов на людей, являются:
конструктивное несовершенство машин;
недостаточная прочность, надежность и устойчивость;
ошибочное или недисциплинированное поведение работающих при эксплуатации машин.
В процессе эксплуатации безопасность машин поддерживают рядом технических и организационных мероприятий:
1) использованием машин и оборудования в соответствии с ППР, техническими нормами и другими документами, определяющими их технику безопасности;
2) определением и ограждением опасных зон;
3) обеспечением надежности;
4) обучением и инструктажами рабочих;
5) выполнением принятого порядка допуска к самостоятельной работе на машинах;
6) проведением технического надзора за объектами Ростехнадзора;
7) внедрением передового опыта по эксплуатации машин.
При установке передвижных, свободностоящих строительных машин и механизмов должна быть обеспечена их устойчивость, как при работе, так и в нерабочем состоянии.
Устойчивость любой строительной машины является необходимым условием безопасной ее эксплуатации. Устойчивость стационарных машин (растворо- и бетоносмесителей, дробилок, сортировок и др.) обеспечивается за счет правильной их установки на надежное основание в строго горизонтальном и вертикальном положениях. При необходимости последние крепят к фундаментам с помощью болтовых соединений (анкеров).
Одной из достаточно частых причин несчастных случаев при эксплуатации грузоподъемных, колесных и гусеничных строительных машин является потеря ими устойчивости – опрокидывание.
По теореме Вариньона из теоретической механики известно, что твердое тело может быть устойчивым (находится в равновесии), если сумма моментов всех сил относительно возможной опоры опрокидывания О будет равна нулю, т.е. ∑ М0=0; Из этого уравнения следует, что сумма моментов сил опрокидывания ∑ Мопр относительно опоры О, стремящейся опрокинуть машину, должна быть равна удерживающему моменту сил ∑ Муд относительно той же опоры, т.е. ∑ Мопр=∑ Муд.
Применительно к строительным и дорожным машинам к опрокидывающему моменту относится действие следующих сил: реакция грунта на режущую грань рабочего органа для землеройных машин, масса поднимаемого грунта (для грузоподъемных машин), динамические нагрузки на рабочем органе машин, воздействие ветра, сила инерции масс груза и машины, силы от уклона пути и др.
Удерживающий или восстанавливающий момент, который возвращает машину в устойчивое положение равновесия, включает действие сил от массы этой машины и противовеса.
Применяя теорему Вариньона к устойчивости строительных и дорожных машин, допускается исключать действие сил в связи с деформацией конструкции машины и податливостью основания (фундамента), на котором работают эти машины. В случаях, когда эта деформация велика, а податливость основания может возрастать, подобное допущение не разрешается.
Поскольку определить точно значение опрокидывающего момента часто не представляется возможным из-за непредвиденных (аварийных) нагрузок, в практике применяют коэффициент запаса устойчивости Ку, представляющий собой отношение момента удерживающих сил относительно ребра опрокидывания к моменту опрокидывающих сил:
Во всех случаях значение коэффициента устойчивости должно превышать единицу. Этот показатель позволяет оценить устойчивость машины при проектировании, исследовать влияние на устойчивость различных эксплуатационных факторов и обосновать требования техники безопасности. Устойчивость любой строительной машины является необходимым условием ее безопасной эксплуатации.
Устойчивость башенных кранов принято определять для следующих условий эксплуатации:
при действии груза (грузовая устойчивость);
при отсутствии груза (собственная устойчивость);
при внезапном снятии нагрузки на крюке;
при монтаже и демонтаже;
при погрузке (выгрузке) и при испытаниях крана.
В соответствии с нормативным документом РД 22-166-86, принятым вместо отмененного ГОСТ 13991-81, при определении устойчивости башенных кранов, коэффициент запаса устойчивости принимают не постоянным, а рассчитывают с учетом области применения, надежности крана, случайных отклонений нагрузки и ветра от нормативных значений, а также в зависимости от условий работ.
Таким образом, должно выполняться неравенство: Кп*Мопр≤Ку.р.Муд.; где Кп – коэффициент перегрузки; Ку.р. – коэффициент условий работ.
Основными факторами, приводящими к потере устойчивости башенных кранов, являются:
1) перегрузка кранов;
2) воздействие ветровой нагрузки, превышающей расчетную;
3) неудовлетворительное состояние рельсовых путей;
4) динамические воздействия на кран (например, резкое торможение).
Для обеспечения устойчивости башенных кранов при эксплуатации проводят следующие мероприятия:
не допускают подъем грузов больше нормативных;
выбирают нормативную высоту подъема груза и вылета стрелы;
правильно устраивают балластную призму подкранового пути;
не допускают работы людей в опасной зоне и надежно ограждают ее.
При оценке устойчивости колесных и гусеничных строительных машин необходимо учитывать особенности их эксплуатации (неподготовленная поверхность, на которой приходится работать машинам, возможные значительные уклоны, просадка грунта под опорами).
В соответствии с нормативными документами РД 50-233-81 для колесных и гусеничных машин определяют горизонтальную статическую устойчивость с номинальным грузом, устойчивость на наклонной площадке и динамическую устойчивость.
В качестве количественных показателей устойчивости приняты:
момент устойчивости;
угол устойчивости;
максимальная статическая нагрузка на рабочее оборудование;
момент и угол запаса устойчивости;
угол крена.
Для проведения полной оценки устойчивости машин составляют обобщенную математическую модель, представляющую собой систему дифференциальных уравнений, число которых соответствует числу учитываемых степеней свободы. Решение такой математической модели позволяет найти численное значение реакций системы и установить допустимые границы ее безопасной работы. Эти границы должны быть приведены в техническом паспорте и инструкции по эксплуатации машин.