Messung der handübertragenen Schwingung des menschlichen Handarmsystems während des Betriebs eines Handtraktors
Summary
Hier stellen wir ein standardisiertes Verfahren zur Messung der handübertragenen Schwingung enthoben von Griffen eines einachsigen Traktors mit besonderem Bezug auf Änderungen der Griffkraft und Schwingungsfrequenz vor.
Abstract
Die Bediener von Handtraktoren sind hohen handübertragenen Vibrationen (HTV) ausgesetzt. Diese Schwingung, die lästig und gesundheitsgefährdend sein kann, wird dem Bediener über seine Hände und Arme vermittelt. Eine standardisierte Methode zur Messung von HTV von Handtraktoren muss jedoch noch definiert werden. Ziel der Studie war es, eine experimentelle Methode zur Untersuchung der biodynamischen Reaktion und Schwingungsübertragbarkeit des Hand-Arm-Systems während des Betriebs eines Handtraktors im stationären Modus vorzustellen. Die Messungen wurden mit zehn Probanden mit drei Griffkräften und drei Griffschwingungen durchgeführt, um die Einflüsse des Handdrucks und der Frequenz auf handübertragene Schwingungen (HTV) zu untersuchen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Haltedichte am Griff die Schwingungsreaktion des Hand-Arm-Systems beeinflusst, insbesondere bei Frequenzen zwischen 20 und 100 Hz. Die Übertragung niedrigerer Frequenzen im Hand-Arm-System war relativ unbehellet. Im Vergleich dazu wurde festgestellt, dass die Dämpfung während des Betriebs des Handtraktors für höhere Frequenzen recht ausgeprägt war. Die Schwingungsübertragbarkeit auf verschiedene Teile des Hand-Arm-Systems verringerte sich mit der Erhöhung des Abstands zur Schwingungsquelle. Die vorgeschlagene Methodik trägt zur Erhebung konsistenter Daten für die Bewertung der Schwingungsexposition des Bedieners und die ergonomische Entwicklung von Handtraktoren bei.
Introduction
Handtraktoren, auch als Stromfräser bekannt, sind in Entwicklungsländern weit verbreitet für die Landvorbereitung von kleinen Feldern. Der Feldbetrieb eines Handtraktors beinhaltet, hinter der Maschine zu gehen und seine Griffe zu halten, um seine Bewegung zu steuern. Die Bediener von Handtraktoren sind hohen Vibrationen ausgesetzt, die auf den kleinen Einzylindermotor und das Fehlen eines Aufhängungssystems von Handtraktoren zurückzuführen sind1. Das Hand-Arm-Vibrationssyndrom (HAVS)2 kann durch eine lange Ausdauer durch die Vibration, genannt Handübertragene Vibration (HTV), verursacht werden, die vom Handtraktor erzeugt und von den Händen des Bedieners empfangen wird. Um die Gesundheitsrisiken zu bewerten, die sich aus der Exposition der Bediener gegenüber dem HTV von Handtraktoren ergeben, ist es notwendig, ein Verfahren zur Messung des Schwingungsreaktionens des Hand-Arm-Systems festzulegen.
Das Hand-Arm-System besteht aus Knochen, Muskeln, Geweben, Venen und Arterien, Sehnen und Haut3, und die direkte Messung von HTV wirft viele Probleme. Die einschlägigen internationalen Normen4,5 enthalten Richtlinien für die Messung der Schwere der in unmittelbarer Nähe der Hand erzeugten Schwingungen, einschließlich des Koordinatensystems für die Hand, der Lage und Montage von Beschleunigungsmessern, der Messdauer, Kabelverbinderprobleme, etc. Die Normen berücksichtigen jedoch keine intrinsischen Variablen wie die Griffkraft, die Körperhaltung von Hand und Arm, einzelne Faktoren usw. Diese Faktoren wurden ausgiebig unter einer Vielzahl von Schwingungserregungen und Testbedingungen6,7,8,9,10,11,12,13, aber die Ergebnisse der verschiedenen Prüfer sind nicht in guter Übereinstimmung untersucht. Viele dieser Faktoren wurden nicht ausreichend verstanden, um in Standardmethoden einbezogen zu werden. Diese Einschränkung ist zum Teil auf die Komplexität des menschlichen Hand-Arm-Systems, die Testbedingungen und die Unterschiede in den eingesetzten Versuchs- und Messtechniken zurückzuführen.
Darüber hinaus wurden die meisten früheren Messungen von HTV unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen mit idealisierten Schwingungsanregungen, Griffkraft und Haltungsbedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse und experimentellen Verfahren dieser Messungen können daher nicht wirklich reale Bedingungen, wie die Betriebsbedingungen von Handtraktoren, replizieren. Darüber hinaus wurden nur begrenzte Anstrengungen unternommen, um das HTV von Handtraktoren mit Feldmessungen zu untersuchen. Diese Messungen wurden mit Beschleunigungsmessern durchgeführt, die am Handgelenk, Arm, Brust und Kopf des Bedieners befestigt sind, um die Ganzkörperschwingung unter den Transportbedingungen des Traktors zu messen1, oder unter den Bedingungen der Bodenbearbeitung in einem geergelten Feld und des Eintauchens in einem untergetauchten Feld mit unterschiedlichen Motordrehzahlen14. Die Wirkung der Griffkraft, die ein entscheidender Faktor von HTV7,8sein könnte, war nicht isoliert. Diese Methoden sind daher als standardisierte Messverfahren aufgrund der verschiedenen Zwangshaltungen des Bedieners während der Landwirtschaft, die den rauen Umweltbedingungen zugeschrieben werden, ungeeignet.
Die vorliegenden Forschungsarbeiten wurden durchgeführt, um zur Schaffung zuverlässiger und wiederholbarer Verfahren für die HTV-Messung von Handtraktoren im stationären Modus beizutragen. Abbildung 1 zeigt das schematische Diagramm des experimentellen Entwurfs. Ein in China hergestellter Handtraktor, der häufig von chinesischen Landwirten verwendet wird, wurde eingesetzt, und zehn Forscher wurden als Studienteilnehmer ausgewählt. Zur Messung der Vibrationen wurden sieben leichte piezoelektrische Beschleunigungsmesser eingesetzt, die am Traktor-Hand-Arm-System befestigt sind. Ein Tachometer und zwei Dünnschicht-Drucksensoren überwachten die Motordrehzahl und Griffkraft während der Prüfung. Die Probanden waren verpflichtet, den Handtraktor sequenziell mit bestimmten Motordrehzahlen und mit bestimmten Griffkräften zu betreiben, um die Schwingungseigenschaften in verschiedenen Betriebsarten zu erhalten. Dieses Manuskript enthält ein detailliertes Protokoll für die HTV-Messung des Traktor-Hand-Arm-Systems unter Berücksichtigung von Änderungen der Griffkraft und Schwingungsfrequenz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das in dieser Studie vorgestellte Protokoll wurde auf der Grundlage der HTV-Normen4,5,24“erstellt und als Standardschritte für die Messung des HTV des menschlichen Hand-Arm-Systems während des Betriebs eines Handtraktors in einem stationären Zustand entwickelt. Dieser Zustand ist der stabilste Zustand des Handtraktors, um die zuverlässige Messung der tatsächlich auf Hand und Arm übertragenen Schwingungen zu gewährleisten….
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der Natural Science Foundation of Chongqing, China (cstc2019jcyj-msxmX0046), dem Projekt der Chongqing Education Commission of China (KJQN202001127) und dem Projekt der Banan District Science and Technology Commission, Chongqing, China (2020TJZ010) unterstützt. Die Autoren danken Prof. Yan Yang für die Bereitstellung der Testseite. Wir danken auch Dr. Jingshu Wang und Dr. Jinghua Ma für ihre Anleitung zur Verwendung der Schwingungsmessinstrumente. Dank gebührt auch den Probanden für die uneingeschränkte Zusammenarbeit während der Experimente.
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. |
Referências
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