Medição da vibração transmitida à mão do sistema de braço da mão humana durante a operação de um trator de mão

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 tratores^{manuais 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 relevantes^4,5 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 teste^{6,7,8,9,10,11,12,13}, 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 HTV^7,8,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.

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 d…

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. <strong c…

Discussion

O protocolo apresentado neste estudo foi estabelecido com base nas normas HTV^4,5,24, 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 vari?…

Materials

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.