Может ли один грузчик за смену разгрузить фуру муки: считаем энергию, нагрузку на позвоночник и нормы

Фура муки — это 20 тонн, или 400 мешков по 50 кг. Восьмичасовая смена, поделённая на 400 мешков, даёт 72 секунды на мешок, и на вид это посильно. Посчитаем задачу тремя способами: сколько энергии тратит человек, что в это время происходит с его поясницей и что говорят нормы. Ответы получаются разные, и в этом весь интерес.

Условия задачи

Полуприцеп длиной 13,6 м, мешки уложены штабелем от пола до уровня груди. Мешок надо снять, донести до поддона на складе в 12 метрах и положить. Грузчик — мужчина весом 80 кг, тележки нет.

Цикл в 72 секунды раскладывается так: 12 секунд с мешком на плече, 10 секунд обратно налегке, остальное время — снять мешок, положить его и перевести дух.

Расчёт 1. Энергия: один человек справляется

Школьная формула A = m x g x h даёт смешной результат. Поднять мешок на метр — это 50 x 9,81 x 1 ≈ 490 Дж, а вся фура — около 196 кДж, или 47 ккал. Это примерно 14 г муки из той же фуры.

Но формула считает работу над грузом, а человек тратит энергию на всё сразу: на ходьбу, на собственный корпус, на удержание мешка. Для ходьбы с грузом есть эмпирическое уравнение Пандольфа (1977). Его вывели военные физиологи, чтобы считать расход энергии солдата с выкладкой:

M = 1,5W + 2(W + L)(L / W)² + η(W + L)(1,5V² + 0,35VG)

Здесь W — масса человека в кг, L — масса груза, V — скорость в м/с, G — уклон в процентах, η - коэффициент покрытия (для ровного пола он равен 1). Результат получается в ваттах.

Подставляем наши цифры. С мешком на плече при скорости 1 м/с выходит 120 + 102 + 195 ≈ 417 Вт. Обратно налегке при 1,2 м/с — 120 + 0 + 173 ≈ 293 Вт.

Подъём уравнение не учитывает, его досчитаем отдельно. Наклоняясь за нижним рядом, человек каждый раз поднимает не только мешок, но и свой корпус с головой и руками — около 54 кг примерно на 0,4 м. Это ещё 210 Дж, всего около 700 Дж механической работы на мешок. КПД мышц — порядка 20-25%, значит, организм тратит на подъём около 3 кДж. Ещё примерно 1 кДж уходит на то, чтобы опустить мешок на поддон и выпрямиться.

Собираем один цикл:

• 12 секунд с мешком — 5,0 кДж;
• 10 секунд налегке — 2,9 кДж;
• снять и положить мешок — около 4 кДж;
• оставшиеся 50 секунд стоя — около 6 кДж (по тому же уравнению стоящий человек тратит 1,5 Вт на килограмм массы).

За 72 секунды набегает около 18 кДж, то есть в среднем 250 Вт.

Санитарные нормы по микроклимату (СанПиН 1.2.3685-21) делят работы по энергозатратам на категории. 233-290 Вт — это категория IIб, тяжёлой считается работа от 290 Вт. Даже если наши допущения занижают расход на треть, выйдет около 330 Вт. Это тяжёлая работа, но тренированный человек держит её всю смену.

По энергии ответ — да. Сердце и лёгкие здесь не узкое место.

Расчёт 2. Поясница: здесь всё и ломается

Позвоночник при наклоне работает как рычаг. Точка опоры — нижний поясничный диск L5-S1. Впереди него на длинном плече висят корпус и мешок. Сзади — мышцы-разгибатели спины, которые крепятся всего примерно в 5 см от оси диска. Чтобы удержать равновесие на таком коротком плече, мышцы тянут с силой во много раз больше веса груза, и вся эта сила сжимает диск.

Посчитаем по упрощённой модели из учебников биомеханики. Берём мешок из нижнего ряда в наклоне: центр тяжести корпуса примерно в 25 см впереди диска, мешок в руках — в 45 см.

Момент: 54 x 9,81 x 0,25 + 50 x 9,81 x 0,45 ≈ 132 + 221 = 353 Н·м. Сила мышц: 353 / 0,05 ≈ 7 060 Н.

Добавим давление самого груза и корпуса вдоль оси позвоночника — и сжатие диска выходит около 7,5 кН.

Для сравнения есть пределы, которые NIOSH (американский институт охраны труда) ввёл ещё в 1981 году. 3 400 Н — уровень, после которого риск травмы растёт. 6 400 Н — максимально допустимое значение, выше него риск высокий для большинства людей. Подъём с пола выходит за второй предел.

Верхние ряды легче. Мешок на уровне груди берут почти без наклона, корпус смещён вперёд всего на 5 см, мешок прижат к телу на 30 см. Момент — 26 + 147 = 173 Н·м, мышцы тянут с силой около 3 460 Н, вместе с весом получается около 4,5 кН. Это меньше максимума, но всё равно выше первого предела.

У NIOSH есть и готовое уравнение для подъёма: рекомендуемая масса груза — 23 кг, умноженные на поправки на вынос груза от тела, высоту, путь подъёма, частоту и хват. Возьмём идеальный случай: груз у тела на уровне пояса. Поправка на частоту — почти раз в минуту восемь часов подряд — 0,75, на неудобный хват мешка — 0,95. Рекомендуемая масса выходит около 16 кг, и мешок превышает её втрое. С пола с подъёмом на плечо рекомендуемая масса падает примерно до 7 кг.

По позвоночнику ответ — нет. Половину мешков в фуре приходится брать снизу, то есть около 200 подъёмов за смену выше максимального предела. Спина не сломается за одну смену, но такой режим каждый день быстро её изнашивает.

Расчёт 3. Нормы: шесть человек

Российские нормы до биомеханики не углубляются, они считают килограммы, метры и число подъёмов.

Первый документ — правила по охране труда при погрузочно-разгрузочных работах (приказ Минтруда России от 28.10.2020 № 753н). По пункту 34 предельная норма разового подъёма для мужчин — не более 50 кг, причём речь о подъёме без перемещения. Наш мешок ровно на этой границе, а его ещё нести 12 метров.

Второй документ — методика специальной оценки условий труда (приказ Минтруда России от 21.11.2023 № 817н). Она ничего не запрещает, а относит работу к классу: 2 — допустимый, 3.1 и выше — вредный. Для нашей задачи в ней три показателя.

Масса груза за каждый час смены: 20 000 кг / 8 ч = 2 500 кг в час. Допустимо для мужчин — до 435 кг в час с пола и до 870 кг с рабочей поверхности.

Динамическая нагрузка — масса груза, умноженная на расстояние переноски, за смену. При переноске дальше 5 метров допустимо до 46 000 кг·м. У нас 400 x 50 кг x 12 м = 240 000 кг·м, в 5,2 раза больше.

Масса одного груза, если его поднимают постоянно, чаще двух раз в час. Допустимо до 15 кг, больше 20 кг — уже вредный класс 3.2. Мешок в 50 кг попадает в 3.2 при любой численности бригады.

Делим нагрузку на допустимые значения: по массе с пола — шесть человек, с рабочей поверхности — три, по метрам переноски — шесть. Метры дают шестерых при любом раскладе, это и есть ответ по нормам.

Что меняют тележка и поддоны

Метры убрать проще всего. Мешки укладывают на поддон прямо в фуре, а поддон вывозят гидравлической тележкой (на складах её называют «рохлей»). Тогда мешок проходит в руках метра полтора, и вся фура даёт 400 x 50 x 1,5 = 30 000 кг·м — меньше, чем допустимо одному человеку.

Тонны в час тележка не трогает: 2 500 кг всё равно надо снять со штабеля и уложить. При работе на уровне пояса по норме хватит троих, но впритык — по 833 кг в час при пределе 870. С запасом — четверо, по 625 кг в час.

Сам мешок в 50 кг остаётся вредным классом при любой бригаде. Это можно убрать только одним способом: совсем не брать мешок в руки. Если мука приходит на поддонах, фуру разгружает погрузчик, по рейсу на поддон.

Итог

На один вопрос получилось три ответа:

• по энергии — да: один крепкий человек фуру за смену вытянет, по расходу это тяжёлая, но посильная работа;
• по позвоночнику — нет: каждый подъём с пола сжимает поясничный диск сильнее предела NIOSH, и так около 200 раз за смену;
• по нормам — шесть человек, с тележкой трое-четверо, с поддонами от поставщика — погрузчик.

Поэтому рассказы вроде «в молодости один фуру разгружал» вполне могут быть правдой. Просто платят за это не усталостью вечером, а спиной через несколько лет.

А вам приходилось разгружать фуру мешками? Сколько вас было и сколько это заняло?

Схемы в статье свёрстаны по расчётам из текста, обложка сгенерирована нейросетью.