RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Burada, kavrama kuvveti ve titreşim frekansındaki değişikliklere özel referansla tek akslı bir traktörün tutamaklarından elle iletilen titreşimin ölçümü için standartlaştırılmış bir yöntem sunuyoruz.
El traktörlerinin operatörleri yüksek düzeyde elle iletilen titreşime (HTV) maruz kalır. Hem rahatsız edici hem de insan sağlığı için tehlikeli olabilen bu titreşim, operatöre elleri ve kolları aracılığıyla iletilir. Bununla birlikte, el traktörlerinin HTV'lerini ölçmek için standartlaştırılmış bir yöntem henüz tanımlanmamıştır. Çalışmanın amacı, bir el traktörün sabit modda çalışması sırasında el-kol sisteminin biyodinamik tepkisinin ve titreşim geçirgenliğinin araştırılması için deneysel bir yöntem sunmaktı. Ölçümler, el basıncının ve frekansının elle iletilen titreşim (HTV) üzerindeki etkilerini incelemek için üç kavrama kuvveti ve üç tutamak titreşim seviyesi kullanılarak on denekle gerçekleştirildi. Sonuçlar, tutamak üzerindeki kavrama sıkılığının, özellikle 20 ila 100 Hz arasındaki frekanslarda el-kol sisteminin titreşim tepkisini etkilediğini göstermektedir. El-kol sistemindeki düşük frekansların iletimi nispeten zayıftı. Buna karşılık, zayıflamanın el traktörün çalışması sırasında daha yüksek frekanslar için oldukça belirgin olduğu bulunmuştur. Titreşim kaynağından uzaklık arttıkça el-kol sisteminin farklı bölgelerine titreşim geçirgenliği azaldı. Önerilen metodoloji, operatör titreşim maruziyetinin değerlendirilmesi ve el traktörlerinin ergonomi gelişimi için tutarlı verilerin toplanmasına katkıda bulunur.
Güç çapalayıcı olarak da bilinen el traktörleri, gelişmekte olan ülkelerde küçük tarlaların arazi hazırlanması için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir el traktörün saha çalışması, makinenin arkasında yürümeyi ve hareketini kontrol etmek için tutamağını tutmayı içerir. El traktörlerinin operatörleri, küçük tek silindirli motora atfedilebilecek ve el traktörlerinin süspansiyon sisteminin eksikliğine atfedilebilecek yüksek titreşim seviyelerine maruz kalır1. El-kol titreşim sendromu (HAVS)2, el traktörü tarafından üretilen ve operatörün eliyle alınan el ile iletilen titreşim (HTV) adı verilen titreşimden kaynaklanan uzun süreli dayanıklılıktan kaynaklanabilir. Operatörlerin el traktörlerinin HTV'sine maruz kalmalarından elde edilen sağlık risklerini değerlendirmek için, el-kol sisteminin titreşim tepkisinin ölçümü için bir yöntem oluşturmak gerekir.
El-kol sistemi kemikler, kaslar, dokular, damarlar ve arterler, tendonlar ve cilt3'tenoluşur ve HTV'nin doğrudan ölçümü birçok sorun teşkil eder. İlgili uluslararası standartlar4,5, elin koordinat sistemi, ivmeölçerlerin konumu ve montajı, ölçüm süresi, kablo konektörü sorunları vb. Bununla birlikte, standartlar kavrama kuvveti, el ve kolun duruşu, bireysel faktörler vb. Bu faktörler, çok çeşitli titreşim uyarımları ve test koşulları 6,7 ,8,9,10,11,12,13, altında kapsamlı bir şekilde incelenmiştir, ancak farklı araştırmacıların sonuçları iyi bir anlaşma içinde değildir. Bu faktörlerin birçoğunun standart yöntemlere dahil edildiği yeterince anlaşılamamıştır. Bu kısıtlama kısmen insan el-kol sisteminin karmaşıklıklarına, test koşullarına ve kullanılan deneysel ve ölçüm tekniklerindeki farklılıklara atfedilebilir.
Ayrıca, HTV'nin önceki ölçümlerinin çoğu idealize titreşim uyarımları, kavrama kuvveti ve postural koşullarla dikkatlice kontrol edilen koşullar altında gerçekleştirildi. Bu ölçümlerin bulguları ve deneysel prosedürleri, bu nedenle, el traktörlerinin çalışma koşulları gibi gerçek dünya koşullarını gerçekten çoğaltmayabilir. Ayrıca, el traktörlerinin HTV'lerini saha ölçümleriyle incelemek için sadece sınırlı çaba sarf edilmiştir. Bu ölçümler, traktörün taşıma koşulları1veya bir tazyilmiş alanda çapalama ve farklı motor hızlarına sahip batık bir alanda puddling koşulları altında tüm vücut titreşimini ölçmek için operatörün bileğine, koluna, göğsüne ve kafasına bağlı ivmeölçerler kullanılarakgerçekleştirildi 14. HTV7,8'in önemli bir faktörü olabilecek kavrama kuvvetinin etkisi izole edilmedi. Bu nedenle bu yöntemler, operatörün zorlu çevre koşullarına atfedilen tarım sırasındaki çeşitli zorunlu duruşları nedeniyle standartlaştırılmış ölçüm prosedürleri olarak uygun değildir.
Mevcut araştırma, el traktörlerinin sabit modda HTV ölçümü için güvenilir ve tekrarlanabilir prosedürlerin oluşturulmasına katkıda bulunmak için yapılmıştır. Şekil 1 deneysel tasarımın şematik diyagramını sunar. Çin'de üretilen ve Çinli çiftçiler tarafından yaygın olarak kullanılan bir el traktörü istihdam edildi ve çalışma için on araştırma çalışanı denek olarak seçildi. Titreşimi ölçmek için traktör-el-kol sistemine bağlı yedi hafif piezoelektrik ivmeölçer kullanıldı. Bir takometre ve iki ince film basınç sensörü, test sırasında motor hızını ve kavrama kuvvetini izledi. Deneklerin, titreşim özelliklerini çeşitli çalışma modlarında elde etmek için el traktörü belirli motor hızlarında ve belirtilen kavrama kuvvetleriyle sırayla çalıştırmaları gerekiyordu. Bu makale, kavrama kuvveti ve titreşim frekansındaki değişikliklerin benzersiz bir şekilde göz önünde bulundurulmasıyla traktör-el-kol sisteminin HTV ölçümü için ayrıntılı bir protokol sunmaktadır.
Tüm prosedürler Chongqing Teknoloji Üniversitesi Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır ve her konu bu çalışmaya katılmadan önce yazılı bilgilendirilmiş onay sağlamıştır.
1. El traktörü hazırlığı
2. Konu hazırlığı
3. Ölçüm sistemi kurulumu
4. Deney ve veri toplama
5. Veri işleme ve analiz
(1)
(2)Deney, laboratuvarda (hava sıcaklığı 22,0 °C ± 1,5 °C) on sağlıklı denek üzerinde(Tablo 2)sabit bir durumda bir el traktörün çalışması sırasında gerçekleştirildi.
Protokolün ardından el traktörün sapının yanı sıra elin arkası, bilek, kol ve her konunun omzundan titreşim ivmesi verileri toplandı. Sapta meydana gelen titreşim ivmesinin spektrumu (ele giriş) elde edildi. Şekil 8, belirli bir süre boyunca 3500 rpm motor hızı düzeyinde tutamaçta zaman etki alanı ve RMS frekans etki alanı ivmelerinin örneklerini görüntüler. Titreşim ivmesinin Yekseni boyunca en yüksek ve Xekseni boyunca en düşük olduğu açıktır. X ve Z yönlerinin maksimum ivmeleri 58 Hz frekansta meydana geldi (motorun 3500 rpm dönme hızına karşılık gelen çalışma frekansı). Titreşim enerjisinin çoğunun 50 ila 200 Hz frekans aralığında merkezi olduğu bulunmuştur. Aynı analitik işlemle, titreşim genliği, tepe, baskın frekans vb.
Kavrama kuvvetinin ve motor hızının el-kol sisteminin titreşim tepkisi üzerindeki etkileri de incelendi. Şekil 9'dagösterildiği gibi, kavrama kuvvetindeki artışın titreşim ivmesini özellikle 20 ila 100 Hz arasındaki frekanslarda artırdığı ve kavrama kuvvetinin artmasıyla üç rezonans frekansının (20, 40 ve 80 Hz) neredeyse doğrusal olarak arttığı görülmüştür. Bu, temas sertliğinin ve eklem sertliğinin artmasına atfedilir18,19. Bu bulgular kavrama kuvvetinin sunulan ölçüm ve ayarlama yöntemlerinin HTV ölçümüne etkili bir şekilde uygulanabileceğini göstermektedir.
Şekil 10'dagösterildiği gibi, bu deney giriş frekansının HTV üzerindeki etkisini üç seviyede (1500, 2500 ve 3500 rpm) motor hızı ayarı yoluyla inceledi. Elin arkası konumunda (Şekil 10A), daha düşük motor hızlarına kıyasla 3500 rpm'de daha yüksek bir hızlanma değeri elde edildi. Buna karşılık, üst kol ve omuzda (Şekil 10D, Eve F), tepe ivmesi 1500 rpm'de meydana geldi. Hem konumların hem de heyecan verici frekansların kapsamlı karşılaştırması sayesinde, daha düşük frekansların el-kol sisteminde nispeten başıboş iletildiği sonucuna varmak mantıklıdır, zayıflama ise daha yüksek frekanslar için oldukça belirgindir. Böylece titreşim enerjisinin çoğu elde ve koltukta dağıldı.
Şekil 11, motor hızı 2500 rpm ve kavrama kuvveti 30 N olan on deneğin el, kol, üst kol ve omuz arkasına ortalama aktarilebilirliği sunar. Titreşim kaynağından uzaklık arttıkça el-kol sisteminin farklı kısımlarına aktarılabilenliğin azaldığı tespit edildi. En yüksek aktarılmazlık, 80 Hz civarında 5,1 pik değeri ile elin arkasında (konum 1) gözlendi. Titreşimin amplifikasyonu, metcarpal20,21'dekicildin rezonansına bağlı olabilir. Önceki çalışmaların bulguları ile tutarlı22,23, bilek (konum 2) ve dirsek (konum 4) aktarabilirliğinin rezonans sıklığı yaklaşık 3.0 şiddetinde 20 Hz civarındaydı. Ayrıca omuz (konum 6) aktarilebilirlik zirvesi 10 Hz civarında 1.1 idi. Ayrıca sadece 25 Hz'den az titreşimlerin kol, üst kol ve omuza etkili bir şekilde iletildiği bulunmuştur. Bölüm 5.2'deki Denklem (2) ile ve aktarılırlık analitik sürecini takip ederek, farklı heyecan verici frekanslar ve değişen kavrama kuvveti ile aktarılabilirlik üzerindeki etkilerin incelenmesi mümkündür ve çiftçiler için makul bir el traktörü çalıştırma önerisi yapılabilir.
| Motor modeli ve türü | JUWEI FC 170, benzinli, tek silindirli, dört zamanlı, OHV, zorla hava soğutmalı |
| Süpürülmüş ses düzeyi, cc | 208 |
| Nominal güç, kW | 3600 rpm'de 4,0 kW |
| Maksimum Tork, Nm/rpm | 12/2500 |
| Hız sayısı | 2 ileri, 1 geri |
| Başlangıç modu | Geri tepme başlangıcı (çekme başlangıcı) |
| Motorun kuru ağırlığı, kg | 19 |
| Tam yakıt deposu, radyatör ve yağlama yağları ile el traktörü ağırlığı, kg | 72 |
| Lastik tipi | Lastik tekerlek |
| Lastik boyutu (pnömatik), mm | 155×330 (350-6) |
Tablo 1. El traktörün özellikleri.
| Boyutlar ve Duruşlar | asgari | maksimum | demek | Sd |
| Yaş, yıllar | 18 | 37 | 22.6 | 5.6 |
| Ağırlık, kg | 50 | 72 | 62.6 | 7.3 |
| Boy, cm | 164 | 179 | 172.1 | 4.7 |
| Forearm el uzunluğu, cm | 22.1 | 26.8 | 25.2 | 1.3 |
| Üst kol uzunluğu, cm | 26.8 | 34 | 31.1 | 2.1 |
| El uzunluğu, cm | 15.2 | 21 | 17.1 | 1.6 |
| Omuz yatay kaçırma (α), derece | 22.6 | 31.5 | 27.1 | 3.2 |
| Omuz dikey kaçırma (β) , derece | 16.5 | 24.2 | 20.7 | 2.6 |
| Dirsek uzatma (γ) , derece | 134.1 | 169.3 | 150.1 | 10.9 |
| Bilek uzatma (φ) , derece | 160.5 | 174.8 | 169 | 5.5 |
| Bilek sapması (ω) , derece | 139.2 | 159.5 | 148.1 | 5.6 |
Tablo 2. Konu fiziksel özellikleri.

Şekil 1. Deneysel protokol ve veri toplama kuruldu. Bu örnek, bir konunun vücut boyutlarının ölçümü, 6 ivmeölçer adaptörünün takılması, el traktörün çalışma duruşu ve hızlanma, kavrama kuvveti ve motor hızı için ayarlanan veri toplama için tek bir denemeyi (sağdan sola) tasvir eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2. İvicimetre adaptörlerinin konumları. 6 ivmeölçer adaptörü, el arkası, kolun distal ucu, kolun proksimal ucu, üst kolun distal ucu, üst kolun proksimal ucu ve el-kol sistemi boyunca akromyon yerlerine sarıldı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3. Titreşim ölçüm enstrümantasyonu. İvmeölçerler, veri toplama sistemi, ince film basınç algılama sistemi, takometre, dijital goniometre ve diğer ilgili bileşenler (bilgisayar, ivmeölçer adaptörleri, kablolar, mezura, termometre) dahil olmak üzere ölçüm sisteminin bileşenleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4. El-kol titreşim ölçümü için temel koordinat sistemi. Xekseni kavramanın boyuna eksenine paralel olarak tanımlanır. Yekseni, elin üçüncü metakarpus kemiği boyunca yönlendirilir. Zekseni avuç içi yüzey alanına diktir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5. İnce film basınç algılama sistemi. Bu sistem iki ince film sensörü, tek çipli bir kontrol cihazı ve gerçek zamanlı kavrama kuvvetini göstermek için bir LED ekrandan oluşur. Test verileri, seri iletişim tarafından bir bilgisayara da aktarılabilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6. El ve kol duruşunu tanımlamak için kullanılan beş açı. α omuz yatay kaçırmayı tanımlar β omuz dikey kaçırılmasını tanımlar, dirsek uzantısını γ tanımlar, bilek uzantısını karakterize eder ve ω bilek sapması tanımlar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 7. Deney sırasında motor hızının ve kavrama kuvvetinin ayarlanmasında. Mavi çubuklar 20, 30 ve 40 N'lik farklı kavrama kuvvetlerini temsil eder. Kırmızı çizgiler, motor hızının 1500, 2500 ila 3500 rpm arasında ayarını gösterir. Bu nedenle, 1500 rpm, 20 N ila 3500 rpm, 40 N arasında 9 test vakası vardır. Her test çalışması süresi yaklaşık 30 s'dir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 8. 3500 rpm motor hızında tutamak üzerindeki hızlanmaların zaman etki alanı dalgası ve genlik spektrumunun örnekleri. (A) Zaman etki alanı dalgası ve (B) X yönünde genlik spektrumları; (C) zaman etki alanı dalgası ve (D) Y yönünde genlik spektrumları; (E) zaman etki alanı dalgası ve (F) Z yönünde genlik spektrumları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 9. Kavrama kuvveti ile RMS titreşim ivmesi arasındaki ortalama ilişki, on denekteki el-kol sisteminin altı yerinde ölçülür: (A) elin arkası; (B) forearın distal ucu; (C) kol ucunun proksimal ucu; (D) üst kolun distal ucu; (E) üst kolun proksimal ucu; (F) acromion. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 10. On deneklik el-kol sisteminin altı yerinde ölçülen motor hızı (frekans) ve RMS titreşim ivmesi arasındaki ortalama ilişki: (A) elin arkası; (B) forearın distal ucu; (C) kol ucunun proksimal ucu; (D) üst kolun distal ucu; (E) üst kolun proksimal ucu; (F) acromion. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 11. 2500 rpm motor hızında ve 30 N kavrama gücünde el-kol sisteminin farklı yerlerinde 1/3. oktav bandında titreşim aktarilebilirliği. 6 eğri, göstergede gösterildiği gibi, elin arkasından (konum 1) acromion'a (konum 6) kadar TR değerlerini temsil eder. Kesikli çizgi, titreşim amplifikasyonu (bu çizginin üzerinde) ve titreşim zayıflamasının (bu çizginin altında) bölünen bir çizgisidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Burada, kavrama kuvveti ve titreşim frekansındaki değişikliklere özel referansla tek akslı bir traktörün tutamaklarından elle iletilen titreşimin ölçümü için standartlaştırılmış bir yöntem sunuyoruz.
Bu çalışma Chongqing, Çin Doğa Bilimleri Vakfı (cstc2019jcyj-msxmX0046), Çin Chongqing Eğitim Komisyonu (KJQN202001127) projesi ve Banan Bölge Bilim ve Teknoloji Komisyonu, Chongqing, Çin (2020TJZ010) projesi tarafından desteklendi. Yazarlar, prof. Yan Yang'a test alanını sağladığı için teşekkür eder. Ayrıca Dr. Jingshu Wang ve Dr. Jinghua Ma'ya titreşim ölçüm enstrümantasyonunu kullanma rehberliği için minnettarız. Deneyler sırasındaki gönül işbirliği için de deneklere teşekkür ederiz.
| İvmeölçerler | PCB Piezotronics Inc. | 352C33, 356A04 | Titreşim sinyallerini ölçmek için kullanılır. 2 üç eksenli ivmeölçer ve 5 tek eksenli ivmeölçer dahil. |
| CompactDAQ Sistemi | Ulusal Aletler | cRIO-9045, NI-9234 C | Hızlanma alımı için kullanılır. Sistem bir şase ve 3 adet veri toplama kartından oluşmaktadır. |
| Dijital kumpas | Sanliang | 160800635 | Elin boyutlarını ölçmek için kullanılır. |
| Dijital gonyometre | Sanliang | 802973 | El ve kol duruşunu ölçmek için kullanılır. |
| Dizüstü bilgisayar | Lenovo | Ideapad 500s | yazılımlarını çalıştırmak için. |
| Matlab | Matematik İşleri A.Ş. | Sürüm 2020a | : Veri işleme için kullanılır. |
| NI SignalExpress | Ulusal Enstrümanlar | Deneme sürümü 2015 | Hızlanma verilerini elde etmek, analiz etmek ve sunmak için kullanın. |
| Takometre | Sanliang | TM 680 | Motor devrini ölçmek için kullanılır. |
| İnce film basınç algılama sistemi | YourCee | n/a | Kavrama kuvvetini ölçmek için kullanılır. Sistem, 2 adet ince film sensör, bir STM32 singlechip ve bir LED ekrandan oluşur. |