11.Органы управления

К органам управления относятся детали машин, приборов, инструментов и другого оборудования, посредством которых человек (оператор) управляет машинами и другим оборудованием. При проектировании, конструировании и применении этих органов управления необходимо исходить, прежде всего, из следующих принципов.

Форма органов управления, точнее захватных частей инструментов и ручных приспособлений, должна быть обусловлена физиологическими особенностями строения отдельных частей человеческого тела и соответствовать, как функциональным требованиям, предъявляемым к данному инструменту (оборудованию) в целом, так и требованиям, предъявляемым к части инструмента (оборудования), за которую оператор держит инструмент во время работы. Использование органов управления должно быть удобным и не вызывать различных деформаций руки. Материал органов управления должен соответствовать гигиеническим требованиям и быть приятным на ощупь. Форма захватываемых частей органов управления должна соответствовать анатомическому строению руки, не перегружать мелких мышц кисти или предплечья; необходимо исключить форму ручки или рукоятки, пригодную только для одного способа держания или захвата инструментов (органов управления), а предусмотреть возможность несколько изменять положение руки во время работы с данными органами управления.

Уже давно доказано, что захватные части органов управления круглого сечения, например рычаги управления, не годятся для универсального использования при работе в различных положениях. При такой форме рычагов управления требуется обязательный зрительный контроль при изменении положения рычага, поскольку сами мышцы руки не обладают достаточной способностью различать нужные положения. При наличии рукояток круглой формы необходимо крепко сжимать инструмент или орган управления, особенно пальцами. Чтобы изменить положение рычага, требуется приложить большое усилие, крепко сжимая при этом круглую рукоятку, что может вызвать при частой работе с таким инструментом или органом управления искривление пальцев и даже деформацию руки. Работа с рукояткой круглой формы меньших размеров, особенно на органах управления, требующих значительных усилий, может способствовать появлению различных патологических деформаций и болезненных ощущений руки, в частности ладони.

В тех случаях, когда оператор очень часто или большую часть рабочего времени манипулирует с рычагом управления, рекомендуется обращать особое внимание на оформление (придание формы) рукоятки рычага. Работа пальцев при манипулировании с рычагом управления будет гораздо эффективнее, если форме рукоятки придать правильную оптимальную, а не круглую форму. Рука в таком случае без участия органа зрения будет выполнять наряду с рабочими движениями и их контроль.

Фасонная (захватная) часть органов управления должна быть решена с учетом манипулирования в положении сидя, если оператору приходится чередовать работу в положениях сидя и стоя. Манипулирование органами управления должно быть простым.

Детали органов управления конструируются таким образом, чтобы они размещались в зонах удобной досягаемости оператора, чтобы последний мог легко (без напряжения) перевести рычаг из одного положения в другое только движением руки, без наклона или поворота корпуса. При большом количестве одинаковых органов управления их расположение должно обеспечивать легкость различения отдельных деталей для исключения всевозможных ошибок. Оптимальные сила, скорость и точность, требуемые при манипулировании органами управления, не должны превышать пределов способностей оператора, обслуживающего данное оборудование.

При размещении органов управления должна обеспечиваться наглядность их расположения, чтобы в критической ситуации, например при аварии, в случае опасности оператор смог автоматически выполнить необходимые операции. Поэтому целесообразно добиться соответствия конструкции и формы органов управления двигательным реакциям человека, а органы управления, для манипулирования которыми предполагается быстрая реакция, располагать как можно ближе к оператору, т. е. в наиболее удобной зоне досягаемости рук.

Органы управления должны размещаться в удобной для человека зоне при наличии рабочего положения корпуса. Этим обеспечивается оптимальная досягаемость конечностей до расстояния 70 см от глаз оператора (зона хорошей досягаемости), чтобы при манипулировании органами управления не возникло нежелательно больших силовых моментов. Сила, требуемая для преодоления этих моментов, должна соответствовать при изменении положения (переключении) рычагов мускульному напряжению конечностей, участвующих в манипулировании. Манипулирование органов управления должно оптимально соответствовать силовому направленному импульсу конечностей. Рабочие движения конечностей при манипулировании органами управления должны по возможности выполняться в горизонтальной плоскости (т. е. предпочтительнее «вперед—назад», чем «вверх — вниз»), чтобы избежать излишнего усилия на преодоление собственного веса конечностей (особенно при манипулировании несколькими органами управления, например управляя прессом).

Чтобы правильно разместить органы управления, необходимо учитывать функциональные особенности и способ управления, значение каждого из них и степень важности в процессе управления, их количество, частоту применения и очередность манипулирования; функционально связанные органы управления размещаются один возле другого, в частности органы управления, связанные с некоторыми элементами оборудования (инструментов, станков) или с определенным производственным процессом, например органы управлен ия, относящиеся к работе шпинделя, или органы управления, связанные с выключением; важнейшие органы управления, например аварийные, стоп и т. д., необходимо разместить в зоне хорошей видимости и досягаемости, органы управления рекомендуется группировать с учетом их функционального назначения (по типу управления) в зависимости от частоты и очередности манипулирования (например, в зависимости от технологического процесса); часто используемые органы управления должны выделяться размером, внешним видом и располагаться вблизи оператора, в зоне, наиболее удобной досягаемости; расположение органов управления по отношению к оператору должно быть в зависимости от положения оси органа управления в пространстве или на части производственного оборудования.

Количество органов управления или устройств (приборов) должно быть минимальным в соответствии с функциональным назначением системы.

Система органов управления должна быть такой, чтобы обеспечить ее функционирование во всех предполаг аемых благоприятных и неблагоприятных производственных условиях.

От правильного выбора типа органа управления зависит надежность и безопасность функционирования системы управления. У станков (оборудования) классического типа преобладают органы ручного управления; современное оборудование оснащено преимущественно органами управления, функционирующими на основе переключения электрических и других энергетических цепей (нажимными поворотными кнопками, размещенными на панелях). Выбор типа органа управления зависит от переключающего усилия, точности установки, диапазона регулирования, быстроты переключения (включения или выключения), степени точности регулирования или настройки, возможных положений переключателя.

Конструкция органов управления должна быть такой, чтобы оператор мог производить нужную операцию управления только одним способом перемещения этого органа, исключая иные способы.

Сила, необходимая для управления оборудованием, должна соответствовать направленному силовому импульсу конечностей (рук, ног) человека на орган управления и находиться в допустимых пределах способности человека обслуживать данное оборудование, т. е. приложить силу для остановки оборудования, приведения его в исходное положение и преодоления инерции движения (единицы измерения — ньютон (Н) или ньютон-метр (Нм) для вращающегося оборудования). Величина силы обусловлена прежде всего следующими факторами: положением тела человека (стоя, сидя, устойчивость тела); положением конечностей (согнутое или вытянутое); направлением движения и силы, положением органа управления, которым человек должен манипулировать (отталкивание, притяжение, движение над головой и т. д.); эффективностью движения; формой и размером захватной части управления (при манипулировании органами управления диаметром менее 15 или более 50 мм требуется большее мускульное напряжение); физическими возможностями человека (возраст, конституция, рост, вес тела, пол и т. д.).

Оптимальная величина силы, которую должен приложить оператор в течение всего рабочего времени для управления оборудованием, является исходной величиной при конструировании органов управления. Эта величина составляет 10—15% максимальной силы (последняя не должна приниматься за основу при конструировании органов управления).

Если мускульная сила, необходимая оператору для управления оборудованием, снижается и лежит ниже допустимых минимальных границ, то ухудшается точность манипулирования органами управления и возникает опасность непредвиденной остановки агрегата. Информация о величине силы, прилагаемой оператором, и оптимальной величине силы, требуемой для функционирования оборудования, получается методом обратной связи.

Для быстрого и точного манипулирования органами управления рекомендуется использовать ручные приспособления. Когда требуется большое усилие при переключении органов управления, целесообразно применять ножные приспособления (педали). Манипулируя руками, можно обслужить значительно большее число органов управления, чем при манипулировании ногами.

Конструкция органов управления должна быть рассчитана так, чтобы они сохраняли установленное положение с помощью механического фиксатора или соответствующего приспособления для предотвращения самопроизвольного освобождения или переключения, например при тряске, а также одновременного включения несовместимых по функциональному назначению режимов управления или манипулирования посторонними лицами (для этих целей органы, управляющие включением электрических цепей, должны быть надежно изолированы). Когда при манипулировании органами управления достигается критическое положение, должны возникать большие силовые моменты, на преодоление которых потребуется большее мускульное напряжение.

При конструировании кривошипных рукояток, маховиков и штурвалов необходимо предотвратить возможность излишнего, самопроизвольного, быстрого и опасного вращения в автоматическом режиме или в режиме работы в ускоренном темпе.

Конструкция органов управления должна рассчитываться таким образом, чтобы обеспечить оптимальную эксплуатацию и точное выполнение требуемых операций. Так называемые холостые ходы должны быть сведены к минимуму и не влиять на точность и надежность управления (настройку, регулировку, отсчет). Должны обеспечиваться хорошая видимость и наглядность положения индикаторов органов управления.

Необходимо достичь взаимного соответствия направления и последовательности движения органов управления, частей агрегата и стрелок индикаторов. Расположение осей органов управления и направления движений этих органов должны быть такими, чтобы направление движения каждого из них совпадало с направлением движения и функциональным назначением той части машины, прибора, которую данный орган управления пускает в ход (если, например, снижение температуры зависит от размера струи воды, то за исходное принимается понижение температуры, а не размер струи воды). Одинаковые типы органов управления должны обеспечивать один и тот же эффект (стоп, пуск и т. д.) управления, если направление манипулирования совпадает (исключение составляют ручные и ножные тормоза на транспортных средствах). Данное положение особенно важно на тот случай, если, например, действия оператора или управляемой детали могут привести к аварии.

Необходимо обеспечить связь органов управления сих функциональными особенностями, чтобы оператор мог легко, быстро и надежно узнать, на какое значение (величину) соответствующего параметра или на какую функцию настроен каждый орган управления. В зависимости от способа управления и функциональных особенностей органы управления могут различаться по типу, форме, размеру, цвету, размещению и наглядности.

Органы управления и связанные с ними индикаторы должны быть для хорошей видимости и наглядности окрашены в определенный цвет или иметь соответствующие форму и расположение. Основные органы управления, обеспечивающие безопасность работы (которыми пользуются в аварийных ситуациях), должны быть различимы визуально и на ощупь.

Следует монтировать ручные органы управления, позволяющие манипулировать рукой предпочтительно «вперед — назад», а не «влево — вправо», «по кругу» или «вверх — вниз».

Для очень точного регулирования или арретирования целесообразнее использовать поворотные кнопки (поворотные ручки, головки).

Чтобы быстро выключить (затормозить) соответствующие элементы оборудования в случае их поломки, рекомендуется пользоваться кнопкой «Стоп». При ее использовании не должно выключаться оборудование, обеспечивающее безопасность работы, например электротормоз, электромагнитные зажимы, механизм обратного движения ножей, освещения и т. д.

Необходимо помнить правило: направление движения каждого органа управления должно совпадать с направлением движения той части машины, прибора и т. д., которую данный орган управления пускает в ход, и направлением движения стрелок индикаторов;

а— при перемещении (установке) органов управления слева направо, снизу вверх, от себя, вверх или вправо от положения оси органа управления возникают следующие ассоциации движение органа управления приближается или приблизится к предельному положению [увеличение мощности скорости погрузка захват детали, включение (пуск) перемещение детали, инструмента оборудования вправо вверх, вперед по отношению к оператору от —∞ до +∞), б — при перемещении стрелки справа налево, сверху вниз, на оператора вниз или влево от положения оси органа управления возникают следующие ассоциации движение органа управления удаляется от цели или цель удаляется от органа управления (уменьшение мощности скорости, разгрузка, перенос детали выключение (остановка) перемещение детали, инструмента, оборудования влево, вниз, назад по отношению к оператору от +∞ до — ∞]; исключение для включения главного рубильника электросети требуется переключить рубильник <на себя»; → движение стрелки, — — —→ движение шкалы; 1 — если перемещение (вращение) невелико и угол перемещения управляемого органа от нулевого положения незначителен, то в данном случае можно принимать во внимание непосредственно движение (установку) органа управления.

На машинах и оборудовании обычно используются следующие органы управления: рычаги, кривошипные рукоятки, рукоятки-воротки, маховички и штурвалы, поворотные кнопки (ручки, головки), нажимные кнопки, перекидные рычажные переключатели, педали.

Быстрая ориентация на панелях и пультах управления требует хорошего различения органов управления (визуально или на ощупь), в том числе в относительно неприемлемых условиях. Различение зависит от формы органов ручного управления (показаны формы захватных частей ручек, кнопок, переключателей и т. д., которые можно надежно различать на ощупь, без зрительного контроля); размера органа ручного управления; на ощупь можно различить с точностью до 09% органы управления, отличающиеся друг от друга по размеру не менее чем на 1/4 (приведены рекомендуемые размеры для надежного различении двух органов управления одинакового типа); цвета; в целях функционального различия по цвету рекомендуется применять основные цвета (желтый, оранжевый, красный, синий, зеленый, белый, черный) для органов управления, их отдельных деталей или фона; обозначений; для различения положений и функционального назначения органов управления используются шильдики, содержащие знаки, символы, надписи и т. д.; размещения органов управления (удобно размещение органов управления по вертикали, способствующее быстрому различению и установке).