Pomiar drgań przenoszonych przez rękę w układzie ręka-ramię podczas pracy ciągnika ręcznego
16 czerwca 2021
Tutaj prezentujemy ustandaryzowaną metodę pomiaru drgań przenoszonych przez ręce z uchwytów jednoosiowego ciągnika ze szczególnym odniesieniem do zmian siły chwytu i częstotliwości wibracji.
Ogólnym celem tego eksperymentu jest zbadanie odpowiedzi biodynamicznej i przepuszczalności drgań układu ręka-ramię podczas pracy ciągnika ręcznego. Badanie to zawiera protokół pomiaru drgań przenoszonych ręcznie w układzie ręka-ramię ciągnika z uwzględnieniem zmian siły chwytu i częstotliwości drgań. Metoda ta będzie pomocna w zrozumieniu charakterystyki przenoszenia drgań w układzie ręka-ramię.
Zacznij, umieść ciągnik ręczny w miejscu testowym o suchej, twardej i równej powierzchni gruntu. Usuń materiały elastomerowe z uchwytów. Po uzyskaniu świadomej zgody od wszystkich uczestników, zmierz wymiary ciała każdego uczestnika, w tym wysokość stania, masę, długość przedramienia, długość ramienia i długość dłoni.
Owiń adaptery akcelerometru ciasno na dłoni i ramieniu każdej osoby. Każdy adapter został wykonany przy użyciu nylonowego paska i kawałka ocynkowanej blachy żelaznej, aby zapewnić sztywne i lekkie mocowanie. Adaptery akcelerometru zostały owinięte w miejscach grzbietu dłoni, dystalnego końca przedramienia, bliższego końca przedramienia, dystalnego końca ramienia, bliższego końca ramienia i wyrostka barkowego.
Przed rozpoczęciem pomiaru należy zebrać wszystkie elementy systemu pomiarowego, w tym akcelerometry, system akwizycji danych, cienkowarstwowy system wykrywania ciśnienia, obrotomierz, goniometr cyfrowy, adaptery akcelerometru i inne istotne elementy. Aby skonfigurować system pomiaru przyspieszenia, najpierw za pomocą akcelerometru połącz akcelerometry z kartą akwizycji danych. za pomocą Ethernet połącz obudowę z komputerem.
Następnie przymocuj jeden trójosiowy akcelerometr do lewego uchwytu lub ciągnika ręcznego, a drugi przymocuj do adaptera akcelerometru lewej ręki badanego. Przymocuj akcelerometry jednoosiowe jeden po drugim do adapterów akcelerometru ramienia i barku pacjenta. Dostosuj orientacje przyspieszeniomierzy trójosiowych, aby były zgodne z określonym układem współrzędnych.
Na koniec, za pomocą taśmy klejącej, przymocuj akcelerometru do powierzchni skóry ramienia osoby badanej i kierownicy ciągnika. Aby skonfigurować system pomiaru siły chwytania, najpierw za pomocą dwustronnej taśmy klejącej przymocuj dwa cienkowarstwowe czujniki na lewym uchwycie ciągnika ręcznego. Następnie umieść system ekranów na dogodnej wysokości.
Aby badany mógł monitorować i dostosowywać siłę chwytu do określonego poziomu podczas pracy ciągnika ręcznego. Następnie poinstruuj badany, aby przytrzymał i podniósł uchwyt do pozycji poziomej. Zmierz pozycję dłoni i ramienia osoby badanej za pomocą goniometru cyfrowego, w tym odwodzenie poziome ramienia, odwodzenie pionowe ramienia, wyprost łokcia, wyprost nadgarstka i odchylenie nadgarstka.
Poproś badanego, aby utrzymał tę postawę do końca próby. Uruchom ciągnik ręczny w położeniu neutralnym i kontynuuj pracę z niską prędkością obrotową silnika, aż się ustabilizuje. Włącz obrotomierz, cienkowarstwowy czujnik ciśnienia, laptop i system akwizycji danych o przyspieszeniu.
Ustaw parametry przyspieszenia, trybu akwizycji i częstotliwości próbkowania do zbierania danych. Kliknij Uruchom i poczekaj około dziesięciu sekund, aż system się ustabilizuje, a następnie kliknij Nagraj, aby rozpocząć rejestrowanie danych przyspieszenia. Podczas badania poproś testera o monitorowanie obrotomierza i dostosowanie prędkości obrotowej silnika do 1 500 obrotów na minutę, aż do jej ustabilizowania.
Następnie poinstruuj badanego, aby ostrożnie wyregulował siłę chwytu na 20 niutonów i utrzymywał tę siłę chwytu na poziomie przez około 30 sekund. Następnie dostosuj siłę chwytu do 30 niutonów i zachowaj około 30 sekund. Następnie dostosuj siłę chwytu do 40 niutonów i zachowaj około 30 sekund.
Następnie ustaw prędkość obrotową silnika na 2 500 obrotów na minutę i powtórz powyższą procedurę regulacji siły chwytu. Na koniec ustaw prędkość obrotową silnika na 3 500 obrotów na minutę i powtórz powyższe procedury regulacji siły chwytu. Pod koniec próby poinstruuj badanego, aby odłożył uchwyt i wyłączył silnik ciągnika ręcznego.
Zapisz dane przyspieszenia drgań, wyjmij i umieść akcelerometry na następnym obiekcie. Powtarzaj powyższe kroki aż do końca zbierania danych wszystkich badanych. I wyeksportuj dane szeregów czasowych przyspieszenia do dalszej analizy.
Wykresy te wyświetlają próbki przyspieszeń w dziedzinie czasu i częstotliwości na uchwycie przez pół sekundy. Maksymalne przyspieszenie kierunków X i Z następowało przy częstotliwości 58 Hz. Stwierdzono, że większość energii drgań jest scentralizowana w zakresie częstotliwości od 50 do 200 herców.
Uzyskano średnią zależność między siłą chwytu a przyspieszeniem średniokwadratowym układu ręka-ramię. Zaobserwowano, że wzrost siły chwytu zwiększył przyspieszenie drgań, zwłaszcza przy częstotliwościach od 20 do 100 Hz. Stwierdzono, że trzy częstotliwości rezonansowe rosną prawie liniowo wraz ze wzrostem siły chwytu.
Tymczasem uzyskano zależność między prędkością obrotową silnika a przyspieszeniem średniokwadratowym. Jak pokazano na wykresach, niższe częstotliwości były transmitowane stosunkowo nietłumione. Podczas gdy tłumienie było dość wyraźne dla wyższych częstotliwości.
Tak więc rozsądny jest wniosek, że większość energii wibracyjnej została rozproszona w dłoni i przedramieniu. Rysunek ten przedstawia uśrednioną przepuszczalność w różnych miejscach układu ręka-ramię. Stwierdzono, że przepuszczalność układu ręka-ramię zmniejszała się wraz ze wzrostem odległości od źródła drgań.
Najwyższą zakaźność zaobserwowano na grzbiecie dłoni. Częstotliwość rezonansowa przepuszczalności nadgarstka i łokcia wynosiła około 20 herców. Stwierdzono również, że tylko drgania o częstotliwości mniejszej niż 25 Hz były skutecznie przenoszone na przedramię, ramię i bark.
Metoda ta została opracowana w oparciu o standardy drgań przenoszonych ręcznie i została opracowana jako standardowy protokół pomiaru drgań przenoszonych przez rękę w układzie ręka-ramię człowieka podczas pracy ciągnika ręcznego w stanie nieruchomym. Całkowita waga akcelerometru i adaptera powinna być jak najmniejsza, aby zmniejszyć błędy pomiaru. Próba testowa każdego pacjenta powinna być zakończona bez przerwy, aby zmniejszyć wpływ pozycji operacyjnej.
Główne potencjalne zastosowania proponowanej metodologii to ocena zjawisk interakcji człowiek-ciągnik, rozwój ergonomii ciągników ręcznych oraz rozwój urządzeń ochronnych, takich jak izolatory i rękawice.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia zestandaryzowany protokół eksperymentalny służący do badania odpowiedzi biodynamicznej oraz przenikalności drgań układu ręka-ramię podczas stacjonarnej pracy traktorka ręcznego. Poprzez systematyczną zmianę siły chwytu i częstotliwości drgań, badanie ma na celu lepsze zrozumienie wpływu drgań przenoszonych na rękę (HTV) na operatorów, dostarczając danych kluczowych dla usprawnień ergonomicznych oraz rozwoju urządzeń ochronnych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- BHP (Bezpieczeństwo i higiena pracy)
- Ergonomia
- Biomechanika
Wstęp
- Operatorzy motocykli pielęgnarskich są narażeni na znaczne wibracje przenoszone na rękę (HTV), które mogą być szkodliwe dla zdrowia.
- Przed niniejszym badaniem nie istniała znormalizowana metoda pomiaru HTV w motocyklach pielęgnarskich.
- Zrozumienie transmisji drgań jest niezbędne do opracowania rozwiązań ergonomicznych i sprzętu ochronnego.
- Przypuszcza się, że siła uchwytu oraz częstotliwość wibracji wpływają na transmisję drgań w układzie ręka-ramię.
Cel badania
- Ustanowienie ustandaryzowanego protokołu pomiaru HTV podczas obsługi ciągnika ręcznego.
- Zbadanie, w jaki sposób siła chwytu i częstotliwość drgań wpływają na odpowiedź biodynamiczną układu ręka-ramię.
- Dostarczenie danych na potrzeby ulepszeń ergonomicznych oraz projektowania urządzeń ochronnych.
Zastosowane metody
- W badaniu wzięło udział dziesięciu uczestników, dla każdego z których zmierzono wymiary ciała.
- Akcelerometry przymocowano w wielu punktach dłoni, przedramienia, ramienia i barku za pomocą lekkich adapterów.
- Siłę chwytu monitorowano i regulowano przy użyciu cienkowarstwowych czujników nacisku na trzech poziomach (20, 30, 40 N).
- Wibracje przykładano przy trzech prędkościach obrotowych silnika (1,500, 2,500, 3,500 rpm), a dane dotyczące przyspieszenia zbierano i analizowano w dziedzinie czasu i częstotliwości.
Główne wyniki
- Zwiększenie siły chwytu prowadziło do wyższego przyspieszenia drgań, szczególnie w zakresie od 20 do 100 Hz.
- Większość energii drgań była skoncentrowana w zakresie od 50 do 200 Hz.
- Wibracje o niższych częstotliwościach (<25 Hz) były przenoszone przy niewielkim tłumieniu, podczas gdy wyższe częstotliwości były tłumione w większym stopniu.
- Przenoszenie drgań zmniejszało się wraz z odległością od źródła wibracji, osiągając najwyższe wartości na grzbiecie dłoni.
- Częstotliwości rezonansowe nadgarstka i łokcia wynosiły około 20 Hz.
Wnioski
- Protokół ten umożliwia spójny pomiar HTV podczas obsługi ciągnika ręcznego.
- Siła uchwytu oraz częstotliwość drgań znacząco wpływają na transmisję wibracji w układzie ręka-ramię.
- Metodologia ta wspiera projektowanie ergonomiczne oraz opracowywanie urządzeń ochronnych dla operatorów ciągników ręcznych.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Ilościowy pomiar wibracji przenoszonych na rękę (HTV) w interfejsach operator-maszyna jest kluczowy dla minimalizowania zagrożeń ergonomicznych oraz optymalizacji czynników ludzkich w projektowaniu urządzeń. Standaryzowane protokoły HTV umożliwiają powtarzalną ocenę odpowiedzi biodynamicznych, co zwiększa pewność prognostyczną w zakresie bezpieczeństwa pracy i ergonomii translacyjnej. Niniejsza metodologia służy do wczesnej oceny i iteracyjnego ulepszania sprzętu obsługiwanego ręcznie w ramach portfeli badawczo-rozwojowych (R&D).
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia systematyczną analizę interakcji człowiek-maszyna oraz odpowiedzi biodynamicznej.
- Wspiera mechanistyczną redukcję ryzyka związanego z zagrożeniami ergonomicznymi podczas opracowywania urządzeń.
- Dostarcza danych ilościowych do funkcjonalnej walidacji interwencji ochronnych.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Ustanawia zwalidowane systemy pomiarowe dla powtarzalnej kwantyfikacji HTV.
- Ułatwia standaryzację parametrów siły chwytu i częstotliwości wibracji w badaniach porównawczych.
- Umożliwia skalowalny screening modyfikacji ergonomicznych oraz urządzeń ochronnych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Koreluje dane dotyczące ekspozycji na wibracje z punktami końcowymi w zakresie zdrowia w miejscu pracy.
- Zapewnia ciągłość od etapu wykrywania ryzyk ergonomicznych po przedkliniczną ocenę strategii łagodzenia tych ryzyk.
- Stanowi ramy dla rozwoju projektów urządzeń zorientowanych na człowieka, z uwzględnieniem korekty ryzyka.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół pomiaru HTV integruje się z kontinuum od etapu odkrycia do walidacji w badaniach nad ergonomią i bezpieczeństwem pracy.
- Biologia odkrywcza: Ilościowe określenie odpowiedzi biodynamicznej na wibracje, wyjaśniające mechanistyczne ścieżki narażenia operatora.
- Przesiewanie: Dostarczanie powtarzalnych, ilościowych wyników do oceny interwencji ergonomicznych.
- Analityka: Zapewnienie odczytów w dziedzinie czasu i częstotliwości dla rzetelnego porównania statystycznego różnych warunków.
- Badania translacyjne: Powiązanie pomiarów laboratoryjnych z bezpieczeństwem operatora w rzeczywistych warunkach oraz optymalizacją urządzeń.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Udostępnienie zestandaryzowanego, wielokrotnego protokołu do badań różnych rodzajów sprzętu obsługiwanego ręcznie.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w ocenie i ograniczaniu ryzyka ergonomicznego.
- Wartość operacyjna: Sprzyja standaryzacji, powtarzalności i skalowalności w procesach pomiarowych HTV.
- Wartość strategiczna: Stanowi podstawę do podejmowania decyzji o wdrożeniu lub odrzuceniu interwencji ergonomicznych oraz zmian w konstrukcji urządzeń.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację projektów rozwoju urządzeń zorientowanych na człowieka z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu biomechaniki, analizy wibracji oraz oceny ergonomicznej.
- Wymaga precyzyjnej aparatury, w tym akcelerometrów i czujników ciśnienia, z lekkimi adapterami.
- Konieczna jest międzyzespołowa standaryzacja protokołów pomiarowych i analizy danych.
- Metoda jest adaptowalna do różnych systemów obsługiwanych ręcznie, z uwzględnieniem postawy i zmienności operatora.
- Dokładność pomiaru zależy od zminimalizowania masy urządzenia i nieprzerwanego wykonania prób.
