Summary
هنا، نقدم طريقة موحدة لقياس الاهتزاز المنقول باليد من مقابض جرار أحادي المحور مع إشارة خاصة إلى التغيرات في قوة القبضة وتردد الاهتزاز.
Abstract
يتعرض مشغلو الجرارات اليدوية لمستويات عالية من الاهتزاز المنقول باليد (HTV). هذا الاهتزاز، الذي يمكن أن يكون مزعجا وخطرا على صحة الإنسان، يتم نقله إلى المشغل عن طريق يديه وذراعيها. ومع ذلك، لم يتم بعد تحديد طريقة موحدة لقياس HTV من الجرارات اليدوية. وكان الهدف من الدراسة هو تقديم طريقة تجريبية للتحقيق في الاستجابة الحيوية وقابلية نقل الاهتزاز لنظام الذراع اليدوية أثناء تشغيل جرار يدوي في وضع ثابت. تم إجراء القياسات مع عشرة مواضيع باستخدام ثلاث قوى قبضة وثلاثة مستويات اهتزاز مقبض لفحص تأثيرات ضغط اليد والتردد على الاهتزاز المنقول باليد (HTV). وتشير النتائج إلى أن ضيق قبضة المقبض يؤثر على استجابة الاهتزاز لنظام الذراع اليدوية، وخاصة عند الترددات بين 20 و 100 هرتز. وكان انتقال الترددات المنخفضة في نظام الذراع اليدوية غير مخفف نسبيا. وبالمقارنة، وجد أن التوهين ملحوظ تماما بالنسبة للترددات الأعلى أثناء تشغيل جرار اليد. انخفض قابلية الاهتزاز إلى أجزاء مختلفة من نظام الذراع اليدوية مع زيادة المسافة من مصدر الاهتزاز. وتساهم المنهجية المقترحة في جمع بيانات متسقة لتقييم تعرض المشغل للاهتزاز وتطوير بيئة العمل للجرارات اليدوية.
Introduction
وتستخدم الجرارات اليدوية، المعروفة أيضا باسم "تيلرسون الطاقة"، على نطاق واسع في البلدان النامية لإعداد الأراضي في الحقول الصغيرة. تتضمن العملية الميدانية لجرار يدوي المشي خلف الآلة والاحتفاظ بمقابضها للتحكم في حركتها. يتعرض مشغلو الجرارات اليدوية لمستويات عالية من الاهتزاز، والتي يمكن أن تعزى إلى محرك اسطوانة واحدة صغيرة وعدم وجود نظام تعليق من الجرارات اليدوية1. يمكن أن يكون سبب متلازمة اهتزاز الذراع اليدوية (HAVS)2 من القدرة على التحمل لفترة طويلة من الاهتزاز ، واسمه الاهتزاز المنقول باليد (HTV) ، الذي يولده جرار اليد ويتلقى من قبل أيدي المشغل. لتقييم المخاطر الصحية الناجمة عن تعرض المشغلين ل HTV من الجرارات اليدوية ، من الضروري وضع طريقة لقياس استجابة الاهتزاز لنظام الذراع اليدوية.
يتكون نظام الذراع اليدوي من العظام والعضلات والأنسجة والأوردة والشرايين والأوتار والجلد3، والقياس المباشر ل HTV يطرح العديد من المشاكل. المعايير الدولية ذات الصلة4،5 توفر المبادئ التوجيهية المتعلقة بقياس شدة الاهتزاز المتولدة في المنطقة المجاورة مباشرة من جهة ، بما في ذلك نظام تنسيق اليد ، وموقع وتركيب مقاييس التسارع ، ومدة القياس ، ومشاكل موصل الكابل ، الخ. ومع ذلك ، فإن المعايير لا تأخذ في الاعتبار المتغيرات الجوهرية ، مثل قوة القبضة ، ووضع اليد والذراع ، والعوامل الفردية ، وما إلى ذلك. وقد تم فحص هذه العوامل على نطاق واسع في ظل مجموعة واسعة من الإثارة الاهتزاز وظروف الاختبار6،7،8،9،10،11،12،13، ولكن نتائج المحققين المختلفة ليست في اتفاق جيد. ولم يفهم بما فيه الكفاية أن العديد من هذه العوامل قد أدرجت في الأساليب الموحدة. ويعزى هذا التقييد جزئيا إلى تعقيدات نظام الذراع اليدوية البشرية، وظروف الاختبار، والاختلافات في التقنيات التجريبية وتقنيات القياس المستخدمة.
وعلاوة على ذلك، تم تنفيذ معظم القياسات السابقة من HTV في ظل ظروف تسيطر عليها بعناية مع الإثارة الاهتزاز المثالي، وقوة قبضة، والظروف الوضعية. ولذلك، فإن النتائج والإجراءات التجريبية لهذه القياسات قد لا تكرر حقا ظروف العالم الحقيقي، مثل ظروف تشغيل الجرارات اليدوية. وعلاوة على ذلك، لم تبذل سوى جهود محدودة لدراسة مركبة HTV للجرارات اليدوية ذات القياسات الميدانية. تم إجراء هذه القياسات باستخدام مقاييس التسارع المرفقة بمعصم المشغل وذراعه وصدره ورأسه لقياس اهتزاز الجسم كله تحت ظروف نقل الجرار1، أو في ظل ظروف الحرث في حقل مزلق والتمايل في حقل مغمور بمستويات مختلفة من سرعات المحرك14. لم يكن تأثير قوة قبضة، والتي يمكن أن تكون عاملا حاسما من HTV7،8، معزولة. ولذلك فإن هذه الأساليب غير مناسبة كمقاييس موحدة بسبب المواقف القسرية المختلفة للمشغل أثناء الزراعة التي تعزى إلى الظروف البيئية القاسية.
وقد أجري هذا البحث للمساهمة في وضع إجراءات موثوقة وقابلة للتكرار لقياس الجرارات اليدوية في مركبة HTV في وضع ثابت. ويعرض الشكل 1 الرسم التخطيطي للتصميم التجريبي. وتم استخدام جرار يدى مصنع فى الصين ويشيع استخدامه من قبل المزارعين الصينيين ، وتم اختيار عشرة من العاملين فى مجال الابحاث كمواضيع للدراسة . واستخدمت سبعة مقاييس تسارع كهرومغناطيسية خفيفة الوزن متصلة بنظام الذراع اليدوية للجرار لقياس الاهتزاز. رصد مقياس سرعة واحد واثنين من أجهزة استشعار الضغط رقيقة الفيلم سرعة المحرك وقوة قبضة أثناء الاختبار. وكان مطلوبا من الأشخاص لتشغيل جرار اليد بشكل تسلسلي بسرعات محرك محددة ومع قوى قبضة محددة للحصول على خصائص الاهتزاز في أوضاع تشغيلية مختلفة. توفر هذه المخطوطة بروتوكولا مفصلا لقياس HTV لنظام الذراع اليدوية للجرار مع النظر بشكل فريد في التغيرات في قوة القبضة وتردد الاهتزاز.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
وقد وافقت لجنة الأخلاقيات بجامعة تشونغتشينغ للتكنولوجيا على جميع الإجراءات، وقدم كل موضوع موافقة خطية مستنيرة قبل المشاركة في هذه الدراسة.
1. إعداد جرار اليد
- تأكد من أن جرار اليد يخضع لظروف اختبار مناسبة مع خزان وقود كامل ، دون رخاوة البراغي ، وبدون عيوب ميكانيكية أخرى من شأنها أن تؤدي إلى اهتزاز غير طبيعي.
ملاحظة: يتم إعطاء مواصفات الجرار اليدوي المستخدم في هذه التجربة في الجدول 1. - ضع جرار اليد في موقع اختبار مع سطح الأرض الجافة، شركة، ومستوى.
ملاحظة: إذا أجريت هذه التجربة في مختبر داخلي، يجب أن يكون المختبر جيدا التهوية لمنع أي آثار ضارة لغاز العادم من جرار اليد. - قم بإزالة الغطاء الغباري لبكرة المحرك لمعايرة سرعة المحرك بشكل ملائم باستخدام عداد السرعة أثناء التجربة.
- إزالة المواد elastomeric من مقابض وفقا لISO 5349-2 القياسية5.
2. إعداد الموضوع
- التأكد من أن جميع الأشخاص يتمتعون بصحة جيدة دون مرض جسدي وفوق سن 18 عاما3سنوات. إبلاغ كل موضوع بأهداف الدراسة وإجراءات الاختبار. الحصول على موافقة خطية مستنيرة من جميع الأشخاص.
- استبعاد الأشخاص المصابين بالأمراض التالية: مرض رينود الأولي أو ظاهرة رينود الثانوية، وضعف الدورة الدموية في اليدين، وتشوه العظام والمفاصل، واضطرابات الجهاز العصبي المحيطي أو الجهاز العضلي الهيكلي3.
- اطلب من الأشخاص ارتداء ملابس بدون أكمام أو قصيرة الأكمام، وإزالة الساعات والأساور والخواتم، إلخ.
- تحذير كل موضوع عدم لمس ذراع التحول والعتاد من جرار اليد أثناء التشغيل. تحذير كل موضوع على البقاء بعيدا عن بكرة المحرك عندما جرار اليد قيد التشغيل.
- تزويد المواد مع تدريب تنظيم السرعة على جرار اليد. أبلغ كل موضوع بإيقاف تشغيل المحرك في نهاية التجربة عن طريق الضغط لأسفل على زر تبديل المحرك.
ملاحظة: بشكل عام، يتم التحكم في تنظيم سرعة المحرك بواسطة مفتاح الخانق الموجود على المقبض الأيمن، ويتم تدريب الأشخاص على تنظيم سرعة المحرك عن طريق تحويل مفتاح الخانق إلى اليسار (تقليل السرعة) أو إلى اليمين (زيادة السرعة) بأيديهم اليمنى. - إرشاد كل موضوع كيفية تشغيل جرار اليد وكيفية تنظيم سرعة المحرك من 1500 دورة في الدقيقة إلى 3500 دورة في الدقيقة.
- قياس أبعاد الجسم لكل موضوع (ارتفاع دائم، كتلة، طول الساعد، طول الذراع العلوي، طول اليد).
ملاحظة: يلخص الجدول 2 الخصائص الفيزيائية لعشرة مواضيع صحية في هذه التجربة. - التفاف محولات التسارع بإحكام على اليد والذراع من كل موضوع في المواقع المشار إليها في الشكل 2.
ملاحظة: تم تصنيع كل محول باستخدام حزام نايلون وقطعة من الورقة الحديدية المجلفنة (0.3 مم) لتوفير مرفق جامد وخفيف.
3. إعداد نظام القياس
- إعداد نظام قياس التسارع
ملاحظة: تهدف الخطوات الحالية إلى جمع إشارات تسارع الاهتزاز من مقبض الجرار اليدوي وستة مواقع لنظام الذراع اليدوية للمشغل. يستخدم النهج المقترح نظام الحصول على البيانات المدمجة (DAQ) تتألف من سبعة مقاييس التسارع، وثلاث بطاقات الحصول على البيانات، وهيكل DAQ، وجهاز كمبيوتر محمول، وبعض الكابلات المرتبطة بها(الشكل 3). ويمكن بالمثل تطبيق أنواع أخرى من أنظمة DAQ ذات الخصائص المناسبة للتطبيق المعني.- قبل البدء في القياس، اجمع جميع مكونات نظام القياس (مقاييس التسارع، ونظام الحصول على البيانات، ونظام استشعار ضغط الأفلام الرقيقة، ومقياس السرعة، ومقياس التسارع الرقمي، وغيرها من المكونات ذات الصلة).
- لإعداد نظام قياس التسارع، قم بتوصيل مقياس التسارع ببطاقات الحصول على البيانات باستخدام كابلات مقياس التسارع. باستخدام كابل إيثرنت، قم بتوصيل الهيكل بالكمبيوتر.
ملاحظة: تم استخدام مقياسي تسارع ثلاثي المحاور وخمسة مقاييس تسارع أحادية المحور ثابتة مع قاعدة تركيب مغناطيسية في هذه التجربة. - إرفاق واحد ثلاثي المحاور التسارع على المقبض الأيسر من جرار اليد وإرفاق الآخر على محول التسارع من يد هذا الموضوع. إرفاق مقاييس التسارع أحادية المحور، واحدا تلو الآخر، على محولات مقياس التسارع في ذراع وكتف الشخص المعني.
ملاحظة: مواقع مقاييس التسارع كما هو موضح في الشكل 1. يجب أن يكون اختيار موقع مقياس التسارع ثلاثي المحاور على المقبض الأيسر للجرار اليدوي أقرب ما يكون إلى اليد اليسرى للمشغل قدر الإمكان. - ضبط اتجاه التسارع ثلاثي المحاور على اليد لتكون متسقة مع نظام تنسيق الأساسية(الشكل 4)لقياس اهتزاز الذراع اليدوية الرجوع إلى ISO 5349-1 القياسية4. باستخدام شريط لاصق، قم بتأمين كابلات مقياس التسارع على سطح الجلد في ذراع الشخص المعني ومقبض الجرار.
- إعداد قياس قوة القبضة
ملاحظة: تم تصميم نظام استشعار الضغط رقيقة فيلم15،16 مع اثنين من أجهزة الاستشعار الحساسة للضغط المقاوم ، وحدة تحكم رقاقة واحدة ، وشاشة LED ، ومعايرتها قبل القياس ، كما هو مبين في الشكل 5.- إرفاق اثنين من أجهزة الاستشعار رقيقة فيلم متناظرة على طرفي نقيض حول المحور المركزي للمقبض باستخدام شريط لاصق على الوجهين.
- ضع شاشة نظام الاستشعار على ارتفاع مناسب بحيث يمكن للموضوع مراقبة وضبط قوة القبضة إلى المستوى المحدد أثناء تشغيل جرار اليد.
- إعداد قياس سرعة المحرك
ملاحظة: تشير سرعة المحرك إلى الثورات في الدقيقة (RPM) لمروحة محرك جرار اليد المستخدم، والذي يساوي RPM بكرة المحرك. تم استخدام مقياس سرعة الليزر لمعايرة ومراقبة سرعة المحرك أثناء التشغيل.- إرفاق قطعة من الشريط الرجعية (حوالي 10 × 10 ملم) إلى سطح بكرة المحرك لقياس مقياس سرعة الليزر.
- ضع مقياس السرعة في ارتفاع مناسب وم عمودي على الشريط العكسي.
- قياس الموقف
- إرشاد الموضوع إلى عقد ورفع المقبض إلى موضع أفقي. قياس وضعية اليد والذراع للموضوع باستخدام مقياس اليونيمتر الرقمي.
ملاحظة: تظهر الزوايا الخمس17 المستخدمة لوصف وضعية اليد والذراع أثناء تشغيل جرار اليد في الشكل 6. يتم عرض زوايا موقف الموضوعات التي تم قياسها في هذه التجربة في الجدول 2. - اطلب من الشخص المعني الحفاظ على الوضعية حتى نهاية المحاكمة.
- إرشاد الموضوع إلى عقد ورفع المقبض إلى موضع أفقي. قياس وضعية اليد والذراع للموضوع باستخدام مقياس اليونيمتر الرقمي.
4. التجربة والحصول على البيانات
- بدء جرار اليد في محايدة ويبقيه يعمل بسرعة محرك منخفضة (حوالي 1500 دورة في الدقيقة) لحوالي 30 ثانية حتى استقرت.
- قم بتشغيل مقياس السرعة، وجهاز استشعار الضغط ذو الأفلام الرقيقة، والكمبيوتر المحمول، ونظام الحصول على بيانات التسارع، على التوالي.
- افتح برنامج DAQ وإنشاء ملف جديد لكل موضوع. تعيين معلمات التسارع ووضع الامتلاك ومعدل أخذ العينات لجمع البيانات.
ملاحظة: للحصول على التوصيف الدقيق لتلفزيون HTV، ينبغي ألا يقل معدل أخذ العينات عن 1500 هرتز. في هذه الدراسة، تم تحديد معدل أخذ العينات في 1650 هرتز. وإذا استخدم معدل أخذ عينات أعلى لجمع البيانات، ينصح مرشح منخفض التمرير بتردد قطعي عند 1500 هرتز بإزالة تأثيرات الضوضاء مثل المساهمات عالية التردد غير ذات الصلة. - انقر فوق تشغيل وانتظر حوالي 10 s حتى يتم تثبيت النظام. ثم انقر فوق تسجيل لبدء تسجيل بيانات التسارع.
- ضبط سرعة المحرك وقوة القبضة
ملاحظة: كما هو موضح في الشكل 7، أجريت هذه التجربة على ثلاثة مستويات من سرعة المحرك (1500 و 2500 و 3500 دورة في الدقيقة) وثلاثة مستويات من قوة القبضة (20 و 30 و 40 N) خلال كل تجربة. المدة التقريبية لاختبار HTV لكل موضوع هي 6 دقائق.- اطلب من الشخص المعني مراقبة مقياس سرعة المحرك وضبط سرعة المحرك إلى 1500 دورة في الدقيقة حتى تستقر.
- تعليمات هذا الموضوع ضبط قوة قبضة بعناية إلى 20 N من خلال النظر في إشارات القوة المعروضة من نظام استشعار الضغط رقيقة الفيلم، والحفاظ على هذا المستوى قوة قبضة لحوالي 30 ق.
ملاحظة: تعديل قوة قبضة يدل على زيادة أو نقصان الضغط بين اليد والمقود من جرار اليد. يجب على الأشخاص إجراء تعديل قوة القبضة من خلال عقد المقود بشكل أكثر إحكاما أو بخفة. - ضبط قوة قبضة إلى 30 N والحفاظ على حوالي 30 ق. ثم، ضبط قوة قبضة إلى 40 N والحفاظ على حوالي 30 ق.
- ضبط سرعة المحرك إلى 2500 دورة في الدقيقة وكرر الخطوتين 4.5.2 و4.5.3.
- ضبط سرعة المحرك إلى 3500 دورة في الدقيقة وكرر الخطوتين 4.5.2 و4.5.3.
- اطلب من الشخص المعني تحويل مفتاح الخانق إلى أقل سرعة للمحرك. اخماد مقبض وإيقاف تشغيل محرك جرار اليد.
- حفظ البيانات وإيقاف تشغيل نظام DAQ. إزالة ووضع مقاييس التسارع على الموضوع التالي.
- كرر الخطوات من 4.3 إلى 4.7 حتى نهاية مجموعات البيانات لكافة المواضيع.
- تصدير بيانات السلسلة الزمنية تسريع لمزيد من التحليل.
5. معالجة البيانات وتحليلها
- استيراد إشارات نطاق وقت الاهتزاز المسجلة إلى برنامج MATLAB. حساب قيم الجذر الوسطي المربع (RMS) لتسارع الاهتزاز في مقبض جرار اليد ، والتي تمثل التعرض للاهتزاز أثناء تشغيل جرار اليد ، مع المعادلة (1):
(1)
حيث، RMS هو RMS من تسارع الاهتزاز (م / ث2) محسوبة لكل 1/3rd أوكتاف الفرقة، أ (ر) هو قياس تسارع الاهتزاز السعة (م / ثانية2)،و T هو مدة تسارع الاهتزاز المقاس (ق).
ملاحظة: في معيار ISO 5349-1، من المهم استخدام تسريع RMS لتمثيل حجم الاهتزازات المرسلة إلى أيدي المشغل. - حساب قيم RMS من تسارع الاهتزاز في متناول اليد والمعصم والذراع والكتف من كل موضوع باستخدام المعادلة (1). حساب قابلية الاهتزاز (TR) باستخدام المعادلة (2)1،14:
(2)
حيث، في هو الاهتزاز مقبض لHTV، والخروج هو الاهتزاز كل منها في المواقع الستة من نظام الذراع اليد لهذا الموضوع (انظر الشكل 2).
ملاحظة: وفقا لISO 5349-1، فإن العوامل (باستثناء قوة القبضة وتردد الاهتزاز) قد تؤثر على نتائج قياس الاهتزاز المنقول باليد وتشمل: مهارة المشغل، ووضع الجسم، والظروف المناخية، والضوضاء، الخ. لتقليل هذه العوامل العشوائية، تم متوسط قيم TR لجميع مواقع قياس الموضوعات العشرة في هذه الدراسة. - تحويل إشارات المجال الوقت من مقبض لإشارات المجال التردد عن طريق تحويل فورييه سريع (FFT) خوارزمية باستخدام برنامج MATLAB لفحص اهتزاز الإدخال.
(1)
(2)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
أجريت التجربة في المختبر (درجة حرارة الهواء 22.0 درجة مئوية ± 1.5 درجة مئوية) على عشرة مواضيع صحية(الجدول 2)أثناء تشغيل جرار يدوي في حالة ثابتة.
بعد البروتوكول، تم جمع بيانات تسارع الاهتزاز من مقبض جرار اليد، وكذلك الجزء الخلفي من اليد والمعصم والذراع والكتف لكل موضوع. تم الحصول على طيف تسارع الاهتزاز الذي يحدث عند المقبض (إدخال اليد). يعرض الشكل 8 عينات من المجال الزمني وتسارع مجال تردد RMS على المقبض عند مستوى سرعة المحرك 3500 دورة في الدقيقة لمدة زمنية معينة. ومن الواضح أن تسارع الاهتزاز كان أعلى على طول المحور صوأدنى على طول المحور س. وقد حدثت التسارعات القصوى للاتجاهين X وZ عند تردد 58 هرتز (وهو تردد عمل المحرك المقابل لسرعة الدوران 3500 دورة في الدقيقة). ووجد أن معظم طاقة الاهتزاز مركزية في نطاق التردد من 50 إلى 200 هرتز. مع نفس العملية التحليلية، يمكن الحصول على خصائص كل من المجال الزمني وإشارات مجال التردد، مثل اتساع الاهتزاز، والذروة، والتردد المهيمن، وما إلى ذلك.
كما تم فحص تأثيرات قوة القبضة وسرعة المحرك على استجابة الاهتزاز لنظام الذراع اليدوية. وكما هو مبين في الشكل 9،لوحظ أن الزيادة في قوة القبضة زادت من تسارع الاهتزاز لا سيما عند الترددات بين 20 و 100 هرتز، ووجد أن ثلاثة ترددات رنين (20 و 40 و 80 هرتز) تزداد خطيا تقريبا مع زيادة قوة القبضة. ويعزى ذلك إلى زيادة تصلب الاتصال وتصلب المفاصل18،19. وتشير هذه النتائج إلى أن أساليب القياس والتعديل المعروضة لقوة القبضة يمكن تطبيقها بفعالية على قياس HTV.
كما هو مبين في الشكل 10، درست هذه التجربة تأثير تردد الإدخال على HTV عن طريق ضبط سرعة المحرك على ثلاثة مستويات (1500 و 2500 و 3500 دورة في الدقيقة). في موقع الجزء الخلفي من اليد (الشكل 10A)، تم الحصول على قيمة أعلى للتسارع عند 3500 دورة في الدقيقة مقارنة بسرعات المحرك المنخفضة. في المقابل، في الذراع العلوي والكتف (الشكل 10D، E، و F)، حدث ذروة التسارع في 1500 دورة في الدقيقة. ومن خلال المقارنة الشاملة بين المواقع والترددات المثيرة، من المعقول أن نستنتج أن الترددات المنخفضة كانت ترسل غير مخففة نسبيا في نظام الذراع اليدوية، في حين أن التوهين كان ملحوظا تماما بالنسبة للترددات الأعلى. وهكذا، تبددت معظم طاقة الاهتزاز في اليد والساعد.
الشكل 11 يقدم متوسط قابلية النقل إلى الجزء الخلفي من اليد والساعد والذراع العلوي والكتف من المواضيع العشرة التي هي مع سرعة المحرك من 2500 دورة في الدقيقة وقوة قبضة من 30 N. وتبين أن إمكانية النقل إلى أجزاء مختلفة من نظام الذراع اليدوية انخفضت مع زيادة المسافة من مصدر الاهتزاز. ولوحظت أعلى قابلية للتحويل في الجزء الخلفي من اليد (الموقع 1)، وبلغت قيمتها القصوى 5.1 في حوالي 80 هرتز. قد يكون تضخيم الاهتزاز بسبب صدى الجلد في المشط20،21. بما يتفق مع نتائج الدراسات السابقة22،23، كان التردد الرنان للمعصم (الموقع 2) والمرفق (الموقع 4) قابلية النقل حوالي 20 هرتز ، مع حجم حوالي 3.0. بالإضافة إلى ذلك، كانت ذروة قابلية النقل الكتف (الموقع 6) 1.1 في حوالي 10 هرتز. كما تبين أن الاهتزازات التي تقل عن 25 هرتز فقط تنتقل بشكل فعال إلى الساعد والذراع العلوي والكتف. مع المعادلة (2) في القسم 5.2 وبعد العملية التحليلية للتحويل ، فمن الممكن دراسة التأثيرات على قابلية النقل مع ترددات مثيرة مختلفة وقوة قبضة متغيرة ، ويمكن تقديم اقتراح معقول لتشغيل جرار اليد للمزارعين.
| طراز المحرك ونوعه | JUWEI FC 170، البنزين، اسطوانة واحدة، أربعة السكتة الدماغية، OHV، تبريد الهواء القسري |
| حجم اجتاحت، cc | 208 |
| قوة مصنفة، كيلووات | 4.0 كيلووات عند 3600 دورة في الدقيقة |
| أقصى عزم دوران، نيوتن متر/دورة في الدقيقة | 12/2500 |
| عدد السرعات | 2 إلى الأمام، 1 عكس |
| وضع البدء | بدء الارتداد (بداية السحب) |
| الوزن الجاف للمحرك، كجم | 19 |
| وزن جرار اليد مع خزان وقود كامل، المبرد وزيوت التشحيم، كجم | 72 |
| نوع الإطارات | عجلة مطاطية |
| حجم الإطارات(هوائي), مم | 155×330 (350-6) |
الجدول 1 - الجداول مواصفات الجرار اليدوي.
| الأبعاد والمواقف | الحد الادني | الحد الاقصي | دني | SD |
| العمر، سنوات | 18 | 37 | 22.6 | 5.6 |
| الوزن، كجم | 50 | 72 | 62.6 | 7.3 |
| مكانة، سم | 164 | 179 | 172.1 | 4.7 |
| طول اليد الساعد، سم | 22.1 | 26.8 | 25.2 | 1.3 |
| طول الذراع العلوي، سم | 26.8 | 34 | 31.1 | 2.1 |
| طول اليد، سم | 15.2 | 21 | 17.1 | 1.6 |
| الكتف الأفقي الاختطاف (α) ، ودرجات | 22.6 | 31.5 | 27.1 | 3.2 |
| الكتف اختطاف عمودي (β) ، ودرجات | 16.5 | 24.2 | 20.7 | 2.6 |
| تمديد الكوع (γ) ، ودرجات | 134.1 | 169.3 | 150.1 | 10.9 |
| تمديد المعصم (а) ، درجات | 160.5 | 174.8 | 169 | 5.5 |
| انحراف المعصم (ω) ، درجات | 139.2 | 159.5 | 148.1 | 5.6 |
الجدول 2 - الأرباح الخصائص المادية الموضوع.
الشكل 1. البروتوكول التجريبي والحصول على البيانات التي أنشئت. يصور هذا المثال تجربة واحدة (من اليمين إلى اليسار) لقياس أبعاد جسم الشخص، وارتداء محولات مقياس التسارع 6، ووضعية تشغيل جرار اليد، والحصول على البيانات التي تم إعدادها للتسارع وقوة القبضة وسرعة المحرك. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. مواقع محولات مقياس التسارع. 6 كانت ملفوفة محولات التسارع في مواقع الجزء الخلفي من اليد، ونهاية البعيدة من الساعد، نهاية قريبة من الساعد، نهاية البعيدة من الذراع العلوي، نهاية قريبة من الذراع العلوي وacromion على طول نظام الذراع اليد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3. أجهزة قياس الاهتزاز. مكونات نظام القياس بما في ذلك مقاييس التسارع، ونظام الحصول على البيانات، ونظام استشعار ضغط رقيقة الفيلم، ومقياس سرعة، ومقياس اليونيمتر الرقمي وغيرها من المكونات ذات الصلة (الكمبيوتر، محولات التسارع، والكابلات، وقياس الشريط، ميزان الحرارة). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4. نظام التنسيق الأساسي لقياس الاهتزاز الذراع اليدوي. يتم تعريف المحور Xبالتوازي مع المحور الطولي للقبضة. يتم توجيه المحور Yعلى طول عظم الميتاكاربوس الثالث من اليد. محور Zعمودي على مساحة سطح النخيل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5. نظام استشعار الضغط رقيقة الفيلم. يتكون هذا النظام من مستشعرين رقيقين ، ووحدة تحكم ذات رقاقة واحدة ، وشاشة LED لإظهار قوة القبضة في الوقت الفعلي. يمكن أيضا تصدير بيانات الاختبار إلى كمبيوتر بواسطة الاتصال التسلسلي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6. الزوايا الخمس المستخدمة لوصف وضعية اليد والذراع. α يصف الكتف اختطاف أفقي, β يصف اختطاف الكتف العمودي, γ يحدد تمديد الكوع, يميز تمديد المعصم, ويحدد ω انحراف المعصم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7. ضبط سرعة المحرك وقوة القبضة أثناء التجربة. تمثل القضبان الزرقاء قوى قبضة مختلفة من 20 و 30 و 40 N. تشير الخطوط الحمراء إلى ضبط سرعة المحرك من 1500 و2500 إلى 3500 دورة في الدقيقة. لذلك، هناك 9 حالات اختبار من 1500 دورة في الدقيقة، 20 N إلى 3500 دورة في الدقيقة، 40 N. مدة كل حالة اختبار حوالي 30 s. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 8. عينات من موجة المجال الزمني وأطياف السعة للتسارعات على المقبض بسرعة المحرك 3500 دورة في الدقيقة. (أ) موجة النطاق الزمني و (B) أطياف السعة في اتجاه X؛ (C) موجة المجال الزمني و (D) أطياف السعة في اتجاه Y؛ (ه) موجة المجال الزمني و (F) أطياف السعة في اتجاه Z. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 9. متوسط العلاقة بين قوة قبضة وتسارع الاهتزاز RMS تقاس في ستة مواقع من نظام الذراع اليد من عشرة مواضيع: (أ) الجزء الخلفي من اليد; (ب) نهاية الساعد البعيدة؛ (ج) نهاية قريبة من الساعد. (د) نهاية البعيدة من الذراع العلوي. (ه) نهاية قريبة من الذراع العلوي. (F) أكروميون. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 10. متوسط العلاقة بين سرعة المحرك (التردد) وتسارع الاهتزاز RMS تقاس في ستة مواقع من نظام الذراع اليدوية من عشرة مواضيع: (أ) الجزء الخلفي من اليد; (ب) نهاية الساعد البعيدة؛ (ج) نهاية قريبة من الساعد. (د) نهاية البعيدة من الذراع العلوي. (ه) نهاية قريبة من الذراع العلوي. (F) أكروميون. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 11. قابلية نقل الاهتزاز في النطاق 1/3 أوكتاف في مواقع مختلفة في نظام الذراع اليدوية في سرعة المحرك من 2500 دورة في الدقيقة وقوة قبضة من 30 N. تمثل المنحنيات 6 قيم TR من الجزء الخلفي من اليد (الموقع 1) إلى acromion (الموقع 6) كما هو موضح في وسيلة الإيضاح. الخط المتقطع هو خط فاصل من تضخيم الاهتزاز (فوق هذا الخط) وتوهين الاهتزاز (أسفل هذا الخط). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
تم وضع البروتوكول المقدم في هذه الدراسة على أساس معايير HTV4و5و24، وتم تطويره كخطوات قياسية لقياس HTV لنظام الذراع اليدوي البشري أثناء تشغيل جرار يدوي في حالة ثابتة. هذا الشرط هو الحالة الأكثر استقرارا من جرار اليد للمساعدة في ضمان قياس موثوق بها من الاهتزاز تنتقل فعلا إلى اليد والذراع. مجموعة المتغيرات التي تعتبر لإجراء الاختبار، عن طريق تعديل سرعة المحرك وقوة قبضة، ويغطي نطاق التشغيل العادي والآمن للجرار اليد. وبالنظر إلى تعقيد نظام الذراع اليدوية، تم العثور على النتائج التجريبية الناتجة عن هذا البروتوكول تتفق بشكل جيد مع البيانات الواردة في المقالات حول خصائص مصادر الاهتزاز25، وقابلية نقل الاهتزاز1،26، والعوامل الأساسية8،27 التي تؤثر على استجابة نظام الذراع اليدوية أثناء تشغيل الجرارات اليدوية.
تعتمد النتائج على بعض المكونات الهامة لهذا الإعداد ضمن البروتوكول. أولا، لأن وزن مقياس التسارع يؤثر على حجم اهتزاز نظام الذراعاليدوية 20،يجب أن يكون الوزن الإجمالي لمقياس التسارع والمحول خفيفا قدر الإمكان لتقليل أخطاء القياس. ثانيا، يجب تأمين كل محول مقياس تسارع بإحكام على نظام الذراع اليدوية لمنع أي حركة نسبية بين نقطة القياس ومقياس التسارع. ثالثا، يجب إكمال تجربة اختبار كل موضوع دون انقطاع للحد من تأثير وضع التشغيل.
القيد الرئيسي لهذه الدراسة هو أن الاهتزاز القابلية للنقل إلى نظام الذراع اليد تم قياسها وتحليلها فقط في اتجاه المحور Z(الشكل 4)بسبب استخدام مقاييس التسارع أحادية المحور في مواقع الذراع والكتف. وعلى الرغم من استخدام أجهزة استشعار مرنة ورقيقة لقياس قوة القبضة أثناء الاختبار، من المتوقع أن توفر جهود القياس الإضافية على طول اتجاه القص رؤى كبيرة حول توصيف وتقييم HTV، الذي يمثل قيدا آخر لدراسة هذه الدراسة. بالإضافة إلى ذلك، تؤثر العوامل الجوهرية للمشغلين، مثل حجم أجسامهم، ووضعية الجسم، وحجم اليد والذراع، على HTV. وكخطوة لاحقة، سيتم جمع المزيد من البيانات لفحص هذه العوامل باستخدام البروتوكول المعروض.
هذا البروتوكول سوف تكون مفيدة لفهم خصائص انتقال الاهتزاز من ناحية جرار اليد الذراع النظام. وتتمثل التطبيقات المحتملة الرئيسية للمنهجية المقترحة في تقدير ظواهر التفاعل بين الإنسان والجرارات، وتطوير بيئة العمل للجرارات اليدوية، وتطوير أجهزة الحماية مثل الأجهزة العازلة والقفازات.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.
Acknowledgments
وقد دعم هذا العمل مؤسسة العلوم الطبيعية في تشونغتشينغ، الصين (cstc2019jcyj-msxmX0046)، ومشروع لجنة تشونغتشينغ التعليمية الصينية (KJQN202001127)، ومشروع لجنة العلوم والتكنولوجيا في منطقة بانان، تشونغتشينغ، الصين (2020TJZ010). ويود المؤلفون أن يشكروا البروفيسور يان يانغ على توفير موقع الاختبار. كما أننا ممتنون للدكتور جينغشو وانغ والدكتور جينغهوا ما لتوجيههما باستخدام أجهزة قياس الاهتزاز. ويرجع الفضل أيضا إلى المواضيع لتعاونهم الصادق خلال التجارب.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Accelerometers | PCB Piezotronics Inc. | 352C33, 356A04 | Used to measure vibration signals. Including 2 tri-axial accelerometers and 5 single-axis accelerometers. |
| CompactDAQ System | National Instruments | cRIO-9045,NI-9234 C | Used for acceleration acquisition. The system consists of a chassis and 3 data acquisition cards. |
| Digital caliper | Sanliang | 160800635 | Used to measure dimensions of the hand. |
| Digital goniometer | Sanliang | 802973 | Used to measure hand and arm posture. |
| Laptop computer | Lenovo | Ideapad 500s | To run the softwares. |
| Matlab | MathWorks Inc. | Version 2020a | Used for data processing. |
| NI SignalExpress | National Instruments | Trial version 2015 | Use to acquire, analyze and present acceleration data. |
| Tachometer | Sanliang | TM 680 | Used to measure engine speed. |
| Thin-film pressure sensing system | YourCee | n/a | Used to measure grip force. The system consists of 2 thin-film sensors, a STM32 singlechip and a LED display. |
References
- Ahmadian, H., Hassan-Beygi, S. R., Ghobadian, B., Najafi, G. ANFIS modeling of vibration transmissibility of a power tiller to operator. Applied Acoustics. 138, 39-51 (2018).
- Heaver, C., Goonetilleke, K. S., Ferguson, H., Shiralkar, S. Hand-arm vibration syndrome: a common occupational hazard in industrialized countries. Journal of Hand Surgery. 36 (5), European Volume 354-363 (2011).
- Geethanjali, G., Sujatha, C. Study of Biomechanical Response of Human Hand-Arm to Random Vibrations of Steering Wheel of Tractor. Molecular & Cellular Biomechanics. 10 (4), 303-317 (2013).
- International Organization for Standardization. ISO 5349-1: Mechanical Vibration: Measurement and Evaluation of Human Exposure to Hand Transmitted Vibration Part 1: General requirements. International Organization for Standardization. , (2001).
- International Organization for Standardization. ISO5349-2: Mechanical vibration- Measurement and evaluation of human exposure to hand-transmitted vibration. Part 2: Practical guidance for measurement at the workplace. International Organization for Standardization. , (2001).
- Besa, A. J., Valero, F. J., Suñer, J. L., Carballeira, J. Characterisation of the mechanical impedance of the human hand-arm system: The influence of vibration direction, hand-arm posture and muscle tension. International Journal of Industrial Ergonomics. 37 (3), 225-231 (2007).
- Marcotte, P., Aldien, Y., Boileau, P. É, Rakheja, S., Boutin, J. Effect of handle size and hand-handle contact force on the biodynamic response of the hand-arm system under zh-axis vibration. Journal of Sound and Vibration. 283 (3-5), 1071-1091 (2005).
- Pan, D., et al. The relationships between hand coupling force and vibration biodynamic responses of the hand-arm system. Ergonomics. 61 (6), 818-830 (2018).
- Dong, R. G., Rakheja, S., Schopper, A. W., Han, B., Smutz, W. P. Hand-transmitted vibration and biodynamic response of the human hand-arm: a critical review. Critical Reviews In Biomedical Engineering. 29 (4), 393-439 (2001).
- Marchetti, E., et al. An investigation on the vibration transmissibility of the human elbow subjected to hand-transmitted vibration. International Journal of Industrial Ergonomics. 62, 82-89 (2017).
- McDowell, T. W., Welcome, D. E., Warren, C., Xu, X. S., Dong, R. G. Assessment of hand-transmitted vibration exposure from motorized forks used for beach-cleaning operations. Annals of Work Exposures and Health. 57 (1), 43-53 (2013).
- Tony, B. J. A. R., Alphin, M. S. Finite element analysis to assess the biomechanical behavior of a finger model gripping handles with different diameters. Biomedical Human Kinetics. 11 (1), 69-79 (2019).
- Tony, B. J. A. R., Alphin, M. S., Velmurugan, D. Influence of handle shape and size to reduce the hand-arm vibration discomfort. Work. 63 (3), 415-426 (2019).
- Dewangan, V. K. T. Characteristics of hand-transmitted vibration of a hand tractor used in three operational modes. International Journal of Industrial Ergonomics. 39 (1), 239-245 (2009).
- Kalra, M., Rakheja, S., Marcotte, P., Dewangan, K. N., Adewusi, S. Measurement of coupling forces at the power tool handle-hand interface. International Journal of Industrial Ergonomics. 50, 105-120 (2015).
- Gurram, R., Rakheja, S., Gouw, G. J. A study of hand grip pressure distribution and EMG of finger flexor muscles under dynamic loads. Ergonomics. 38 (4), 684-699 (1995).
- Tarabini, M., Saggin, B., Scaccabarozzi, D., Moschioni, G. Hand-arm mechanical impedance in presence of unknown vibration direction. International Journal of Industrial Ergonomics. 43 (1), 52-61 (2013).
- Aatola, S. Transmission of vibration to the wrist and comparison of frequency response function estimators. Journal of Sound and Vibration. 131 (3), 497-507 (1989).
- Kihlberg, S. Biodynamic response of the hand-arm system to vibration from an impact hammer and a grinder. International Journal of Industrial Ergonomics. 16 (1), 1-8 (1995).
- Gurram, R., Rakheja, S., Gouw, G. J. Vibration transmission characteristics of the human hand-arm and gloves. International Journal of Industrial Ergonomics. 13 (3), 217-234 (1994).
- Burström, A. S. L. Transmission of vibration energy to different parts of the human hand-arm system. Int Arch Occup Environ Health. 70 (3), 199-204 (1997).
- Hartung, E., Dupuis, H., Scheffer, M. Effects of grip and push forces on the acute response of the hand-arm system under vibrating conditions. International Archives of Occupational and Environmental Health. 64 (6), 463-467 (1993).
- Pope, M. H., Magnusson, M., Hansson, T. The upper extremity attenuates intermediate frequency vibrations. Journal of Biomechanics. 30 (2), 103-108 (1997).
- International Organization for Standardization. ISO 8041-1: Human response to vibration-Measuring instrumentation. International Organization for Standardization. , (2017).
- Ying, Y. B., Zhang, L. B., Xu, F., Dong, M. D. Vibratory characteristics and hand-transmitted vibration reduction of walking tractor. Transactions Of The ASAE. 41 (4), 917-922 (1998).
- Dewangan, K. N., Tewari, V. K. Characteristics of vibration transmission in the hand-arm system and subjective response during field operation of a hand tractor. Biosystems Engineering. 100 (4), 535-546 (2008).
- Xu, X. S., et al. Vibrations transmitted from human hands to upper arm, shoulder, back, neck, and head. International Journal of Industrial Ergonomics. 62, 1-12 (2017).
