Summary
Aqui, apresentamos um método padronizado para medição da vibração transmitida à mão a partir de alças de um trator de eixo único com referência especial a mudanças na força de aderência e frequência de vibração.
Abstract
Os operadores de tratores manuais estão expostos a altos níveis de vibração transmitida à mão (HTV). Essa vibração, que pode ser ao mesmo tempo incômoda e perigosa para a saúde humana, é transmitida ao operador através de suas mãos e braços. No entanto, um método padronizado para medir htv de tratores manuais ainda não foi definido. O objetivo do estudo foi apresentar um método experimental para a investigação da resposta biodinâmica e transmissibilidade de vibração do sistema de braço-mão durante a operação de um trator de mão em modo estacionário. As medições foram realizadas com dez sujeitos utilizando três forças de aderência e três níveis de vibração de alça para examinar as influências da pressão da mão e da frequência na vibração transmitida à mão (HTV). Os resultados indicam que o aperto na alça influencia a resposta de vibração do sistema mão-braço, especialmente em frequências entre 20 e 100 Hz. A transmissão de frequências mais baixas no sistema de braço-mão foi relativamente não autenticada. Em comparação, a atenuação foi encontrada bastante marcada para frequências mais altas durante a operação do trator de mão. A transmissibilidade de vibração para diferentes partes do sistema de braço-mão diminuiu com o aumento da distância da fonte de vibração. A metodologia proposta contribui para a coleta de dados consistentes para a avaliação da exposição à vibração do operador e o desenvolvimento ergonômico de tratores manuais.
Introduction
Tratores manuais, também conhecidos como lemes de energia, são amplamente utilizados em países em desenvolvimento para a preparação terrestre de pequenos campos. A operação de campo de um trator de mão envolve andar atrás da máquina e segurar suas alças para controlar seu movimento. Os operadores de tratores manuais estão expostos a altos níveis de vibração, que podem ser atribuídos ao pequeno motor de cilindro único e à falta de sistema de suspensão dos tratoresmanuais 1. A síndrome de vibração mão-braço (HAVS)2 pode ser causada pela resistência de longo período a partir da vibração, chamada vibração transmitida à mão (HTV), gerada pelo trator de mão e recebida pelas mãos do operador. Para avaliar os riscos à saúde derivados da exposição dos operadores ao HTV dos tratores manuais, é necessário estabelecer um método para a medição da resposta de vibração do sistema de braço-mão.
O sistema mão-braço é composto por ossos, músculos, tecidos, veias e artérias, tendões e pele3, e a medição direta do HTV apresenta muitos problemas. As normas internacionais relevantes4,5 fornecem diretrizes relativas à medição da gravidade da vibração gerada nas proximidades imediatas da mão, incluindo o sistema de coordenadas para a mão, a localização e montagem de acelerômetros, a duração da medição, problemas do conector do cabo, etc. No entanto, as normas não levam em consideração variáveis intrínsecas, como a força de aderência, a postura da mão e do braço, fatores individuais, etc. Esses fatores foram examinados extensivamente sob uma ampla gama de excitações de vibração e condições de teste6,7,8,9,10,11,12,13, mas os resultados de diferentes investigadores não estão em boa concordância. Muitos desses fatores não foram suficientemente compreendidos para serem incorporados aos métodos padrão. Essa restrição é parcialmente atribuível às complexidades do sistema de braço-mão humano, às condições de teste e às diferenças nas técnicas experimentais e de medição empregadas.
Além disso, a maioria das medições anteriores de HTV foram realizadas em condições cuidadosamente controladas com excitações de vibração idealizadas, força de aderência e condições posturais. Os achados e procedimentos experimentais dessas medidas, portanto, podem não realmente replicar condições do mundo real, como as condições de operação dos tratores manuais. Além disso, apenas esforços limitados foram realizados para estudar o HTV de tratores manuais com medições de campo. Estas medidas foram realizadas utilizando acelerômetros ligados ao pulso, braço, peito e cabeça do operador para medir toda a vibração do corpo sob as condições de transporte do trator1, ou sob as condições de plantio em um campo de engate e puddling em um campo submerso com diferentes níveis de velocidade do motor14. O efeito da força de aderência, que poderia ser um fator crucial da HTV7,8,não foi isolado. Esses métodos são, portanto, inadequados como procedimentos de medição padronizados devido às diversas posturas forçadas do operador durante a agricultura atribuídas às duras condições ambientais.
A presente pesquisa foi realizada para contribuir com o estabelecimento de procedimentos confiáveis e repetíveis para a medição de HTV de tratores manuais em modo estacionário. A Figura 1 apresenta o diagrama esquemático do desenho experimental. Um trator de mão fabricado na China e comumente usado por agricultores chineses foi empregado, e dez trabalhadores da pesquisa foram escolhidos como sujeitos para o estudo. Sete acelerômetros piezoelétricos leves ligados ao sistema trator-braço foram usados para medir a vibração. Um tacômetro e dois sensores de pressão de filme fino monitoraram a velocidade do motor e a força de aderência durante os testes. Os sujeitos foram obrigados a operar sequencialmente o trator manual a velocidades especificadas do motor e com forças de aderência especificadas para obter as características de vibração em vários modos operacionais. Este manuscrito fornece um protocolo detalhado para a medição de HTV do sistema trator-braço com consideração única das mudanças na força de aderência e frequência de vibração.
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Protocol
Todos os procedimentos foram aprovados pelo Comitê de Ética da Universidade de Tecnologia de Chongqing e cada assunto forneceu consentimento por escrito informado antes da participação neste estudo.
1. Preparação do trator manual
- Certifique-se de que o trator de mão está sujeito a condições adequadas de teste com um tanque de combustível completo, sem frouxo de parafusos, e sem outros defeitos mecânicos que resultariam em vibração anormal.
NOTA: As especificações do trator manual utilizado neste experimento são dadas na Tabela 1. - Coloque o trator de mão em um local de teste com uma superfície seca, firme e nivelada do solo.
NOTA: Se este experimento foi realizado em um laboratório interno, o laboratório deve ser bem ventilado para evitar quaisquer efeitos prejudiciais do gás de escape do trator de mão. - Remova a tampa de poeira da polia do motor para calibrar convenientemente a velocidade do motor com um velocímetro durante o experimento.
- Remova os materiais elastoméricos das alças de acordo com a norma ISO 5349-25.
2. Preparação do assunto
- Certifique-se de que todos os sujeitos estejam saudáveis sem doença física e estejam acima dos 18 anos3. Informe cada assunto sobre os objetivos do estudo e os procedimentos de teste. Obter consentimento informado por escrito de todos os sujeitos.
- Excluir indivíduos com as seguintes doenças: doença primária de Raynaud ou fenômeno secundário de Raynaud, comprometimento da circulação sanguínea para as mãos, deformidade dos ossos e articulações, desordens do sistema nervoso periférico ou sistema musculoesquelético3.
- Peça aos sujeitos que usem roupas sem mangas ou de manga curta, e para remover relógios, pulseiras, anéis, etc.
- Alerte cada sujeito para não tocar na alavanca de câmbio do trator de mão durante a operação. Avise cada sujeito para ficar longe da polia do motor quando o trator de mão estiver funcionando.
- Fornecer aos sujeitos treinamento de regulação de velocidade no trator manual. Informe cada assunto para desligar o motor no final do experimento pressionando o botão do interruptor do motor.
NOTA: Geralmente, a regulação da velocidade do motor é controlada pelo interruptor do acelerador localizado na alça direita, e os sujeitos são treinados para regular a velocidade do motor, girando o interruptor do acelerador para a esquerda (diminuição de velocidade) ou para a direita (aumento de velocidade) com as mãos direitas. - Instrua cada assunto como operar o trator manual e como regular a velocidade do motor de 1500 rpm a 3500 rpm.
- Meça as dimensões do corpo de cada sujeito (altura de pé, massa, comprimento do antebraço, comprimento superior do braço, comprimento da mão).
NOTA: A Tabela 2 resume as características físicas de dez indivíduos saudáveis neste experimento. - Enrole os adaptadores do acelerômetro firmemente na mão e no braço de cada sujeito nos locais indicados na Figura 2.
NOTA: Cada adaptador foi fabricado usando uma correia de nylon e um pedaço da folha de ferro galvanizada (0,3 mm) para fornecer um acessório rígido e leve.
3. Configuração do sistema de medição
- Configuração do sistema de medição de aceleração
NOTA: As etapas atuais visam coletar os sinais de aceleração de vibração da alça do trator de mão e seis locais do sistema de braço manual do operador. A abordagem proposta emprega um sistema compacto de Aquisição de Dados (DAQ) composto por sete acelerômetros, três cartões de aquisição de dados, um chassi DAQ, um computador portátil e alguns cabos associados(Figura 3). Outros tipos de sistemas DAQ com características adequadas para a aplicação envolvida podem ser aplicados da mesma forma.- Antes de iniciar uma medição, reúna todos os componentes do sistema de medição (acelerômetros, sistema de aquisição de dados, sistema de sensoriamento de pressão de película fina, tacômetro, goniômetro digital e outros componentes relevantes).
- Para configurar o sistema de medição de aceleração, conecte o acelerômetro com os cartões de aquisição de dados usando os cabos do acelerômetro. Usando um cabo Ethernet, conecte o chassi com o computador.
NOTA: Foram utilizados neste experimento dois acelerômetros tri-axiais e cinco acelerômetros de eixo único fixados com base magnética de montagem. - Conecte um acelerômetro tri-axial na alça esquerda do trator de mão e conecte o outro no adaptador do acelerômetro da mão do sujeito. Anexar acelerômetros de eixo único, um a um, nos adaptadores do acelerômetro do braço e ombro do sujeito.
NOTA: Os locais dos acelerômetros são mostrados na Figura 1. A seleção de localização do acelerômetro tri-axial na alça esquerda do trator de mão deve estar o mais próximo possível da mão esquerda do operador. - Ajuste a orientação dos acelerômetros tri-axiais na mão para ser consistente com o sistema de coordenadas basicentric(Figura 4) para medição da vibração mão-braço consulte iso 5349-1 padrão4. Usando fita adesiva, fixe os cabos do acelerômetro na superfície da pele do braço do sujeito e no guidão do trator.
- Configuração de medição da força de aderência
NOTA: Um sistema de sensor de pressão de película fina15,16 foi projetado com dois sensores sensíveis à pressão resistiva, um controlador de chip único e um display LED, e foi calibrado antes da medição, como mostrado na Figura 5.- Conecte dois sensores de filme fino simetricamente em lados opostos ao redor do eixo central da alça usando fita adesiva de dois lados.
- Coloque a tela do sistema de detecção em uma altura conveniente para que o sujeito possa monitorar e ajustar a força de aderência ao nível especificado durante a operação do trator manual.
- Configuração de medição de velocidade do motor
NOTA: A velocidade do motor refere-se às revoluções por minuto (RPM) da hélice do motor trator de mão empregado, o que equivale ao RPM da polia do motor. Um tacômetro a laser foi usado para calibrar e monitorar a velocidade do motor durante a operação.- Conecte um pedaço de fita retrorefletativa (aproximadamente 10 × 10 mm) à superfície da polia do motor para medição do tacômetro a laser.
- Coloque o tacômetro em uma altura adequada e perpendicular à fita retrorefletativa.
- Medição de postura
- Instrua o sujeito a segurar e elevar a alça a uma posição horizontal. Meça a postura da mão e do braço do sujeito usando um goniômetro digital.
NOTA: Os cinco ângulos17 utilizados para descrever a postura da mão e do braço durante a operação do trator de mão são mostrados na Figura 6. Os ângulos de postura dos sujeitos medidos neste experimento são apresentados na Tabela 2. - Peça ao sujeito para manter a postura até o final do julgamento.
- Instrua o sujeito a segurar e elevar a alça a uma posição horizontal. Meça a postura da mão e do braço do sujeito usando um goniômetro digital.
4. Aquisição de experimentos e dados
- Ligue o trator de mão em ponto morto e mantenha-o funcionando a uma velocidade baixa do motor (cerca de 1500 rpm) por cerca de 30 s até estabilizar.
- Ligue o tacômetro, o dispositivo de sensor de pressão de filme fino, o computador portátil e o sistema de aquisição de dados de aceleração, respectivamente.
- Abra o software DAQ e crie um novo arquivo para cada assunto. Defina os parâmetros de aceleração, modo de aquisição e taxa de amostragem para coleta de dados.
NOTA: Para obter a caracterização precisa do HTV, a taxa de amostragem não deve ser inferior a 1500 Hz. Neste estudo, a taxa amostral foi fixada em 1650 Hz. Se uma taxa de amostragem mais elevada foi usada para a coleta de dados, um filtro de baixa passagem com uma frequência de corte a 1500 Hz foi aconselhado a remover as influências sonoras, como as contribuições irrelevantes de alta frequência. - Clique na Run e aguarde cerca de 10 s até que o sistema esteja estabilizado. Em seguida, clique em Gravar para começar a gravar os dados de aceleração.
- Ajuste da velocidade do motor e força de aderência
NOTA: Como mostrado na Figura 7, este experimento foi realizado em três níveis de velocidade do motor (1500, 2500 e 3500 rpm) e três níveis de força de aderência (20, 30 e 40 N) durante cada ensaio. A duração aproximada dos testes de HTV de cada sujeito é de 6 minutos.- Peça ao sujeito para monitorar o tacômetro e ajustar a velocidade do motor a 1500 rpm até estabilizar.
- Instrua o sujeito ajuste a força de aderência cuidadosamente para 20 N olhando para os sinais de força exibidos do sistema de detecção de pressão de filme fino, e mantenha este nível de força de aderência por cerca de 30 s.
NOTA: O ajuste da força de aderência denota o aumento ou diminuição da pressão entre a mão e o guidão do trator de mão. Os sujeitos devem realizar o ajuste da força de aderência segurando o guidão com mais força ou levemente. - Ajuste a força de aderência para 30 N e mantenha cerca de 30 s. Em seguida, ajuste a força de aderência para 40 N e mantenha cerca de 30 s.
- Ajuste a velocidade do motor para 2.500 rpm e repita as etapas 4.5.2 e 4.5.3.
- Ajuste a velocidade do motor para 3.500 rpm e repita as etapas 4.5.2 e 4.5.3.
- Peça ao sujeito para girar o interruptor do acelerador para a velocidade mais baixa do motor. Abaixe a pega e desligue o motor do trator de mão.
- Salve os dados e desligue o sistema DAQ. Remova e coloque os acelerômetros sobre o próximo assunto.
- Repita as etapas 4.3 a 4.7 até o final da coleta de dados de todos os sujeitos.
- Exporte os dados da série temporal de aceleração para análise suplementar.
5. Processamento e análise de dados
- Importe os sinais de domínio de tempo de vibração registrados para o software MATLAB. Calcule os valores de raiz-média-quadrada (RMS) da aceleração de vibração da alça do trator de mão, que representam a exposição à vibração durante a operação do trator de mão, com a Equação (1):
(1)
onde, umRMS é o RMS de aceleração de vibração (m/s2) calculado para cada faixa de 1/3 oitava, a(t) é a amplitude de aceleração de vibração medida (m/s2), e T é a duração da aceleração de vibração medida (s).
NOTA: Na norma ISO 5349-1, é importante usar a aceleração RMS para representar a magnitude das vibrações transmitidas às mãos do operador. - Calcule os valores RMS de aceleração de vibração na mão, pulso, braço e ombro de cada sujeito usando Equação (1). Calcule a transmissibilidade de vibração (TR) usando Equação (2)1,14:
(2)
onde, umin é a vibração da alça para HTV, e umasaída é a respectiva vibração nos seis locais do sistema de braço de mão do sujeito (ver Figura 2).
NOTA: De acordo com a ISO 5349-1, os fatores (exceto a força de aderência e a frequência de vibração) podem influenciar os resultados da medição de vibração transmitida à mão incluem: habilidade do operador, postura corporal, condições climáticas, ruído, etc. Para diminuir esses fatores aleatórios, os valores de TR de todos os locais de medição dos dez sujeitos deste estudo foram mediados. - Converta os sinais de domínio de tempo da alça em sinais de domínio de frequência pelo algoritmo de transformação fourier rápido (FFT) usando o programa MATLAB para examinar a vibração de entrada.
(1)
(2)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
O experimento foi realizado em laboratório (temperatura do ar 22,0 °C ± 1,5 °C) em dez indivíduos saudáveis(Tabela 2) durante a operação de um trator de mão em condição estacionária.
Seguindo o protocolo, foram coletados dados de aceleração de vibração da alça do trator de mão, bem como a parte de trás da mão, o pulso, o braço e o ombro de cada sujeito. O espectro da aceleração de vibração que ocorre na alça (entrada para a mão) foi obtido. A Figura 8 exibe amostras do domínio de tempo e acelerações de domínio de frequência RMS na alça ao nível de velocidade do motor de 3500 rpm por uma determinada duração de tempo. É evidente que a aceleração da vibração foi a mais alta ao longo do eixo Ye a mais baixa ao longo do eixo X. As acelerações máximas das direções X e Z ocorreram na frequência de 58 Hz (que é a frequência de trabalho do motor correspondente à velocidade rotacional de 3500 rpm). A maior parte da energia de vibração foi encontrada centralizada na faixa de frequência de 50 a 200 Hz. Com o mesmo processo analítico, as características tanto do domínio do tempo quanto dos sinais de domínio de frequência poderiam ser obtidas, como a amplitude de vibração, pico, frequência dominante, etc.
As influências da força de aderência e da velocidade do motor na resposta de vibração do sistema de braço-mão também foram examinadas. Como mostrado na Figura 9,observou-se que o aumento da força de aderência aumentou a aceleração de vibração notavelmente em frequências entre 20 e 100 Hz, e três frequências de ressonância (20, 40 e 80 Hz) foram encontradas para aumentar quase linearmente com o aumento da força de aderência. Isso é atribuído ao aumento da rigidez de contato e rigidez articular18,19. Esses achados indicam que os métodos de medição e ajuste apresentados da força de aderência poderiam ser efetivamente aplicados à medição de HTV.
Como mostrado na Figura 10,este experimento examinou o efeito da frequência de entrada no HTV via ajuste de velocidade do motor em três níveis (1500, 2500 e 3500 rpm). Na localização da parte de trás da mão (Figura 10A),um maior valor de aceleração foi obtido a 3500 rpm em comparação com as velocidades mais baixas do motor. Em contrapartida, no braço e ombro superior (Figura 10D, E, e F), a aceleração máxima ocorreu a 1500 rpm. Através da comparação abrangente dos locais e das frequências emocionantes, é razoável concluir que as frequências mais baixas foram transmitidas relativamente não se austadas no sistema de braço-mão, enquanto a atenuação foi bastante marcada para frequências mais altas. Assim, a maior parte da energia de vibração foi dissipada na mão e no antebraço.
A Figura 11 apresenta a transmissibilidade média para a parte de trás da mão, antebraço, braço superior e ombro dos dez sujeitos que estão com velocidade do motor de 2500 rpm e força de aderência de 30 N. Verificou-se que a transmissibilidade para as diferentes partes do sistema de braço-mão diminuiu com o aumento da distância da fonte de vibração. A maior transmissibilidade foi observada na parte de trás da mão (local 1), com um valor máximo de 5,1 em torno de 80 Hz. A amplificação da vibração pode ser devido à ressonância da pele no metacarpo20,21. Consistente com os achados de estudos anteriores22,23, a frequência ressonante do pulso (localização 2) e cotovelabilidade (localização 4) foi de cerca de 20 Hz, com magnitude de aproximadamente 3,0. Além disso, o pico de transmissibilidade do ombro (localização 6) foi de 1,1 a cerca de 10 Hz. Verificou-se também que apenas vibrações de menos de 25 Hz foram efetivamente transmitidas ao antebraço, braço superior e ombro. Com a Equação (2) na seção 5.2 e seguindo o processo analítico da transmissibilidade, é viável examinar as influências sobre a transmissibilidade com diferentes frequências emocionantes e mudança de força de aderência, e uma sugestão razoável de trator de mão operacional para os agricultores poderia ser feita.
| Modelo e tipo do motor | JUWEI FC 170, gasolina, cilindro único, quatro tempos, OHV, ar forçado refrigerado |
| Volume varrido, cc | 208 |
| Potência nominal, kW | 4,0 kW a 3600 rpm |
| Torque Máximo, Nm/rpm | 12/2500 |
| Número de velocidades | 2 para a frente, 1 invertido |
| Modo de partida | Início de recuo (partida de puxar) |
| Peso seco do motor, kg | 19 |
| Peso do trator de mão com tanque de combustível completo, radiador e óleos lubrificantes, kg | 72 |
| Tipo de pneu | Roda de borracha |
| Tamanho dos pneus (pneumático), mm | 155×330 (350-6) |
Mesa 1. Especificações do trator manual.
| Dimensões e Posturas | mínimo | máximo | significar | Sd |
| Idade, anos | 18 | 37 | 22.6 | 5.6 |
| Peso, kg | 50 | 72 | 62.6 | 7.3 |
| Estatura, cm | 164 | 179 | 172.1 | 4.7 |
| Comprimento da mão do antebraço, cm | 22.1 | 26.8 | 25.2 | 1.3 |
| Comprimento do braço superior, cm | 26.8 | 34 | 31.1 | 2.1 |
| Comprimento da mão, cm | 15.2 | 21 | 17.1 | 1.6 |
| Abdução horizontal do ombro (α), graus | 22.6 | 31.5 | 27.1 | 3.2 |
| Sequestro vertical do ombro (β) , graus | 16.5 | 24.2 | 20.7 | 2.6 |
| Extensão do cotovelo (γ) , graus | 134.1 | 169.3 | 150.1 | 10.9 |
| Extensão do pulso (φ) , graus | 160.5 | 174.8 | 169 | 5.5 |
| Desvio de pulso (ω) , graus | 139.2 | 159.5 | 148.1 | 5.6 |
Mesa 2. Características físicas do sujeito.
Figura 1. O protocolo experimental e a aquisição de dados foram criados. Este exemplo retrata um único teste (da direita para a esquerda) para a medição das dimensões do corpo de um sujeito, o uso de 6 adaptadores de acelerômetro, a postura operacional do trator de mão e a aquisição de dados configurada para a aceleração, força de aderência e velocidade do motor. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. As localizações dos adaptadores do acelerômetro. 6 adaptadores de acelerômetro foram embrulhados nos locais de trás da mão, extremidade distal do antebraço, extremidade proximal do antebraço, extremidade distal do braço superior, extremidade proximal do braço superior e acromion ao longo do sistema de braço-mão. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. Instrumentação de medição de vibração. Os componentes do sistema de medição incluem acelerômetros, sistema de aquisição de dados, sistema de sensoriamento de pressão de película fina, um tacômetro, um goniômetro digital e outros componentes relevantes (computador, adaptadores do acelerômetro, cabos, fita métrica, termômetro). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4. O sistema de coordenadas basicentric para medição de vibração mão-braço. O eixo Xé definido paralelo ao eixo longitudinal da aderência. O eixo Yé direcionado ao longo do terceiro osso metacarpus da mão. O eixo Zé perpendicular à área da superfície da palma. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5. O sistema de sensoriamento de pressão de filme fino. Este sistema consiste em dois sensores de filme fino, um controlador de chip único e um display LED para mostrar a força de aderência em tempo real. Os dados do teste também podem ser exportados para um computador pela comunicação serial. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6. Os cinco ângulos usados para descrever a postura da mão e do braço. α descreve o abdução horizontal do ombro, β descreve o sequestro vertical do ombro, γ identifica a extensão do cotovelo, caracteriza a extensão do pulso e ω identifica o desvio do pulso. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7. Ajuste da velocidade do motor e força de aderência durante o experimento. As barras azuis representam diferentes forças de aderência de 20, 30 e 40 N. As linhas vermelhas indicam ajuste da velocidade do motor de 1500, 2500 a 3500 rpm. Portanto, há 9 casos de teste de 1500 rpm, 20 N a 3500 rpm, 40 N. A duração de cada caso de teste é de cerca de 30 s. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8. Amostras da onda de domínio do tempo e espectros de amplitude das acelerações na alça a velocidade do motor de 3500 rpm. (A) A onda de domínio do tempo e(B) espectros de amplitude na direção X; (C) a onda de domínio do tempo e (D) espectros de amplitude na direção Y; (E) a onda de domínio do tempo e (F) espectros de amplitude na direção Z. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 9. A relação média entre a força de aderência e a aceleração de vibração RMS medida em seis locais do sistema de braço-mão de dez sujeitos: (A) parte de trás da mão; (B) extremidade distal do antebraço; (C) extremidade proximal do antebraço; (D) extremidade distal do braço superior; (E) extremidade proximal do braço superior; Acromion. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 10. A relação média entre a velocidade do motor (frequência) e a aceleração de vibração RMS medida em seis locais do sistema de braço-mão de dez sujeitos: (A) parte de trás da mão; (B) extremidade distal do antebraço; (C) extremidade proximal do antebraço; (D) extremidade distal do braço superior; (E) extremidade proximal do braço superior; Acromion. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 11. Transmissibilidade de vibração na faixa de 1/3 oitava em diferentes locais do sistema de braço-mão à velocidade do motor de 2500 rpm e força de aderência de 30 N. As 6 curvas representam os valores TR da parte de trás da mão (localização 1) para a acromion (localização 6) como mostrado na legenda. A linha tracejada é uma linha divisória de amplificação de vibração (acima desta linha) e atenuação de vibração (abaixo desta linha). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
O protocolo apresentado neste estudo foi estabelecido com base nas normas HTV4,5,24, e foi desenvolvido como etapa padrão para a medição do HTV do sistema de braço-mão humano durante a operação de um trator de mão em condição estacionária. Esta condição é o estado mais estável do trator de mão para ajudar a garantir a medição confiável da vibração realmente transmitida para a mão e o braço. A gama de variáveis consideradas para realizar o teste, através do ajuste da velocidade do motor e da força de aderência, abrange a faixa de operação normal e segura do trator manual. Considerando a complexidade do sistema mão-braço, os resultados experimentais obtidos a partir deste protocolo foram encontrados para concordar bem com os dados relatados em artigos sobre as características das fontes de vibração25, transmissibilidade de vibração1,26, e os fatores essenciais8,27 que afetam a resposta do sistema de braço-mão durante a operação de tratores manuais.
Os resultados dependem de alguns componentes críticos dessa configuração dentro do protocolo. Primeiro, porque o peso do acelerômetro afeta a magnitude da vibração do sistema de braço-mão20,o peso total do acelerômetro e do adaptador deve ser o mais leve possível para reduzir os erros de medição. Em segundo lugar, cada adaptador do acelerômetro deve ser firmemente fixado no sistema de braço-mão para evitar qualquer movimento relativo entre o ponto de medição e o acelerômetro. Em terceiro lugar, o teste de teste de cada sujeito deve ser concluído sem interrupção para reduzir o efeito da postura operacional.
A principal limitação deste estudo é que a transmissibilidade de vibração ao sistema de braço-mão foi apenas medida e analisada na direção do eixo Z(Figura 4)devido ao uso de acelerômetros de eixo único nas localizações do braço e ombro. Embora sensores flexíveis e de película fina tenham sido usados para medir a força de aderência durante o teste, espera-se que outros esforços de medição ao longo da direção da tesoura forneçam insights consideráveis sobre a caracterização e avaliação do HTV, o que representa outra limitação do presente estudo. Além disso, os fatores intrínsecos dos operadores, como o tamanho do corpo, a postura corporal e o tamanho da mão e do braço, influenciam a HTV. Como etapa subsequente, mais dados serão coletados para examinar esses fatores utilizando o protocolo apresentado.
Este protocolo será útil para a compreensão das características de transmissão de vibração do sistema de braço mão-braço. As principais aplicações potenciais da metodologia proposta são a estimativa de fenômenos de interação homem-trator, o desenvolvimento ergonômico de tratores manuais e o desenvolvimento de dispositivos de proteção como isoladores e luvas.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Este trabalho foi apoiado pela Fundação de Ciência Natural de Chongqing, China (cstc2019jcyj-msxmX0046), o projeto da Comissão de Educação de Chongqing da China (KJQN202001127), e o projeto da Comissão de Ciência e Tecnologia do Distrito de Banan, Chongqing, China (2020TJZ010). Os autores gostariam de agradecer ao Prof. Yan Yang por fornecer o local de teste. Também somos gratos ao Dr. Jingshu Wang e ao Dr. Jinghua Ma por sua orientação de usar a instrumentação de medição de vibração. Os agradecimentos também se devem aos sujeitos por sua cooperação sincera durante os experimentos.
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
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