Tutaj prezentujemy ustandaryzowaną metodę pomiaru drgań przenoszonych przez ręce z uchwytów jednoosiowego ciągnika ze szczególnym odniesieniem do zmian siły chwytu i częstotliwości wibracji.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy ustandaryzowaną metodę pomiaru drgań przenoszonych przez ręce z uchwytów jednoosiowego ciągnika ze szczególnym odniesieniem do zmian siły chwytu i częstotliwości wibracji.
Operatorzy ciągników ręcznych są narażeni na wysoki poziom wibracji przenoszonych ręcznie (HTV). Te wibracje, które mogą być zarówno irytujące, jak i niebezpieczne dla zdrowia ludzkiego, są przekazywane operatorowi za pośrednictwem jego rąk i ramion. Jednak znormalizowana metoda pomiaru HTV ciągników ręcznych nie została jeszcze zdefiniowana. Celem pracy było przedstawienie eksperymentalnej metody badania odpowiedzi biodynamicznej i przepuszczalności drgań układu ręka-ramię podczas pracy ciągnika ręcznego w trybie stacjonarnym. Pomiary przeprowadzono z udziałem dziesięciu osób przy użyciu trzech sił chwytu i trzech poziomów wibracji uchwytu w celu zbadania wpływu nacisku i częstotliwości dłoni na wibracje przenoszone przez dłoń (HTV). Wyniki wskazują, że szczelność uchwytu na uchwycie wpływa na reakcję wibracyjną układu ręka-ramię, szczególnie przy częstotliwościach od 20 do 100 Hz. Transmisja niższych częstotliwości w układzie ręka-ramię była stosunkowo nietłumiona. Dla porównania, okazało się, że tłumienie jest dość wyraźne dla wyższych częstotliwości podczas pracy ciągnika ręcznego. Zdolność przenoszenia drgań na różne części układu ręka-ramię zmniejszała się wraz ze wzrostem odległości od źródła drgań. Proponowana metodologia przyczynia się do gromadzenia spójnych danych do oceny narażenia operatora na drgania oraz rozwoju ergonomii ciągników ręcznych.
Ręczne traktory, znane również jako glebogryzarki, są szeroko stosowane w krajach rozwijających się do przygotowania małych pól. Praca w terenie ciągnika ręcznego polega na chodzeniu za maszyną i trzymaniu jej uchwytów w celu kontrolowania jej ruchu. Operatorzy ciągników ręcznych są narażeni na wysoki poziom wibracji, co może być spowodowane małym silnikiem jednocylindrowym i brakiem układu zawieszenia ciągników ręcznych1. Zespół drgań ręka-ramię (HAVS)2 może być spowodowany długotrwałą wytrzymałością na wibracje, zwane wibracjami przenoszonymi ręcznie (HTV), które są generowane przez ciągnik ręczny i odbierane przez ręce operatora. W celu oceny zagrożeń dla zdrowia wynikających z narażenia operatorów na HTV ciągników ręcznych konieczne jest ustanowienie metody pomiaru reakcji układu ręka-ramię na drgania.
System ręka-ramię składa się z kości, mięśni, tkanek, żył i tętnic, ścięgien i skóry3, a bezpośredni pomiar HTV stwarza wiele problemów. Odpowiednie normy międzynarodowe4,5 zawierają wytyczne dotyczące pomiaru intensywności drgań generowanych w bezpośrednim sąsiedztwie dłoni, w tym układu współrzędnych dłoni, lokalizacji i montażu akcelerometrów, czasu trwania pomiaru, problemów ze złączami kablowymi itp. Normy nie uwzględniają jednak zmiennych wewnętrznych, takich jak siła chwytu, postawa dłoni i ramienia, czynniki indywidualne itp. Czynniki te zostały dokładnie zbadane w szerokim zakresie wzbudzeń drgań i warunków testowych6,7,8,9,10,11,12,13, ale wyniki różnych badaczy nie są zgodne. Wiele z tych czynników nie zostało wystarczająco poznanych, aby można je było włączyć do standardowych metod. Ograniczenie to można częściowo przypisać złożoności układu ręka-ramię człowieka, warunkom badania oraz różnicom w zastosowanych technikach eksperymentalnych i pomiarowych.
Ponadto, większość wcześniejszych pomiarów HTV była wykonywana w ściśle kontrolowanych warunkach z wyidealizowanymi wzbudzeniami wibracji, siłą chwytu i warunkami posturalnymi. Wyniki i procedury eksperymentalne tych pomiarów mogą zatem nie odwzorowywać rzeczywistych warunków, takich jak warunki pracy ciągników ręcznych. Ponadto podjęto jedynie ograniczone wysiłki w celu zbadania HTV ciągników ręcznych z pomiarami polowymi. Pomiary te zostały wykonane przy użyciu akcelerometrów przymocowanych do nadgarstka, ramienia, klatki piersiowej i głowy operatora w celu zmierzenia drgań całego ciała w warunkach transportu ciągnika1 lub w warunkach uprawy roli na nieuprawianym polu i tworzenia kałuż na zanurzonym polu o różnych poziomach prędkości obrotowej silnika14. Wpływ siły chwytu, która może być kluczowym czynnikiem HTV7,8, nie był izolowany. Metody te nie nadają się zatem jako standardowe procedury pomiarowe ze względu na różne wymuszone pozycje operatora podczas hodowli, przypisywane trudnym warunkom środowiskowym.
Obecne badania zostały podjęte, aby przyczynić się do ustanowienia niezawodnych i powtarzalnych procedur pomiaru HTV ciągników ręcznych w trybie stacjonarnym. Rysunek 1 przedstawia schemat ideowy projektu eksperymentalnego. Zatrudniono ręczny traktor wyprodukowany w Chinach i powszechnie używany przez chińskich rolników, a jako uczestników badań wybrano dziesięciu pracowników naukowych. Do pomiaru drgań użyto siedmiu lekkich akcelerometrów piezoelektrycznych przymocowanych do układu ręka-ramię ciągnika. Jeden obrotomierz i dwa cienkowarstwowe czujniki ciśnienia monitorowały prędkość obrotową silnika i siłę chwytu podczas testów. Badani musieli sekwencyjnie obsługiwać ciągnik ręczny przy określonych prędkościach obrotowych silnika i przy określonych siłach chwytu, aby uzyskać charakterystykę drgań w różnych trybach pracy. Manuskrypt ten zawiera szczegółowy protokół pomiaru HTV układu ręka-ramię ciągnika z unikalnym uwzględnieniem zmian siły chwytu i częstotliwości drgań.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez Komisję Etyki Uniwersytetu Technologicznego w Chongqing i każdy badany wyraził pisemną świadomą zgodę przed udziałem w tym badaniu.
1. Przygotowanie do obsługi ciągnika ręcznego
2. Przygotowanie przedmiotu
3. Konfiguracja systemu pomiarowego
4. Eksperyment i akwizycja danych
5. Przetwarzanie i analiza danych
(1)
(2)Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Eksperyment został przeprowadzony w laboratorium (temperatura powietrza 22,0 °C ± 1,5 °C) na dziesięciu zdrowych osobach (Tabela 2) podczas pracy ręcznego traktora w stanie nieruchomym.
Zgodnie z protokołem, dane o przyspieszeniu wibracji zostały zebrane z uchwytu ręcznego traktora, a także z grzbietu dłoni, nadgarstka, ramienia i barku każdego z badanych. Uzyskano spektrum przyspieszenia drgań występujących na uchwycie (wejściu do ręki). Rysunek 8
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół przedstawiony w tym badaniu został opracowany w oparciu o normy HTV 4,5,24 i został opracowany jako standardowe kroki pomiaru HTV układu ręka-ramię człowieka podczas pracy ciągnika ręcznego w stanie nieruchomym. Ten stan jest najbardziej stabilnym stanem ciągnika ręcznego, który pomaga zapewnić wiarygodny pomiar drgań faktycznie przenoszonych na dłoń i ramię. Zakres zmiennych branych pod uwagę przy przeprowadzaniu badan...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez Fundację Nauk Przyrodniczych z Chongqing, Chiny (cstc2019jcyj-msxmX0046), projekt Chongqing Education Commission of China (KJQN202001127), oraz projekt Banan District Science and Technology Commission, Chongqing, Chiny (2020TJZ010). Autorzy pragną podziękować prof. Yan Yangowi za udostępnienie stanowiska testowego. Jesteśmy również wdzięczni dr Jingshu Wang i dr Jinghua Ma za ich wskazówki dotyczące korzystania z przyrządów do pomiaru drgań. Podziękowania należą się również badanym za ich pełną współpracę podczas eksperymentów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Akcelerometry | PCB Piezotronics Inc. | 352C33, 356A04 | Służy do pomiaru sygnałów wibracyjnych. W zestawie 2 akcelerometry trójosiowe i 5 akcelerometrów jednoosiowych. |
| CompactDAQ System | National Instruments | cRIO-9045, NI-9234 C | Służy do akwizycji przyspieszenia. System składa się z obudowy i 3 kart akwizycji danych. |
| Suwmiarka cyfrowa | Sanliang | 160800635 | Służy do pomiaru wymiarów dłoni. |
| Goniometr cyfrowy | Sanliang | 802973 | Służy do pomiaru postawy dłoni i ramion. |
| Laptop | Lenovo | Ideapad 500s | Aby uruchomić oprogramowanie. |
| Matlab | MathWorks Inc. | Wersja 2020a | Służy do przetwarzania danych. |
| NI SignalExpress | National Instruments | Trial version 2015 | Służy do pozyskiwania, analizowania i prezentowania danych dotyczących przyspieszenia. |
| Obrotomierz | Sanliang | TM 680 | Służy do pomiaru prędkości obrotowej silnika. |
| Cienkowarstwowy system wykrywania ciśnienia | YourCee | n/a | Służy do pomiaru siły chwytu. System składa się z 2 czujników cienkowarstwowych, jednoukładowego STM32 i wyświetlacza LED. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie