Her præsenterer vi en standardiseret metode til måling af håndafførte vibrationer fra håndtag på en enkeltakslet traktor med særlig henvisning til ændringer i grebskraft og vibrationsfrekvens.
Operatører af håndtraktorer udsættes for høje niveauer af håndstyrede vibrationer (HTV). Denne vibration, som kan være både irriterende og farlig for menneskers sundhed, formidles til operatøren via hans eller hendes hænder og arme. Der er dog endnu ikke fastlagt en standardiseret metode til måling af HTV for håndtraktorer. Formålet med undersøgelsen var at præsentere en eksperimentel metode til undersøgelse af hånd-arm-systemets biodynamiske respons- og vibrationstransalitet under drift af en håndtraktor i stationær tilstand. Målinger blev udført med ti forsøgspersoner ved hjælp af tre grebskræfter og tre håndtagsvibrationsniveauer for at undersøge håndtrykkets og frekvensens påvirkninger på håndafførte vibrationer (HTV). Resultaterne viser, at tætheden af greb på håndtaget påvirker hånd-arm-systemets vibrationsrespons, især ved frekvenser mellem 20 og 100 Hz. Transmissionen af lavere frekvenser i hånd-arm-systemet var relativt uopmærksom. Til sammenligning viste det sig, at aftænding var ret markant for højere frekvenser under håndtraktorens drift. Vibrationstransmissibiliteten til forskellige dele af hånd-arm-systemet faldt med stigningen i afstanden fra vibrationskilden. Den foreslåede metode bidrager til indsamling af konsistente data til vurdering af operatørens vibrationseksponering og ergonomiudviklingen af håndtraktorer.
Håndtraktorer, også kendt som kraftfræsere, anvendes i vid udstrækning i udviklingslandene til jordforberedelse af små marker. En håndtraktors feltdrift indebærer, at man går bag maskinen og holder sine håndtag for at styre dens bevægelse. Operatørerne af håndtraktorer udsættes for høje vibrationsniveauer, som kan tilskrives den lille encylindrede motor og mangel på affjedringssystem for håndtraktorer1. Hånd-arm vibrationssyndromet (HAVS)2 kan være forårsaget af lang periode udholdenhed fra vibrationer, navngivne hånd transmitteret vibration (HTV), som genereres af hånden traktor og modtages af operatørens hænder. For at vurdere de sundhedsrisici, der er forbundet med operatørernes udsættelse for håndtraktorers HTV, er det nødvendigt at fastlægge en metode til måling af hånd-arm-systemets vibrationsrespons.
Hånd-arm-systemet er sammensat af knogler, muskler, væv, vener og arterier, sener og hud3, og den direkte måling af HTV udgør mange problemer. De relevante internationale standarder4,5 indeholder retningslinjer for måling af vibrationernes alvorlighed i umiddelbar nærhed af hånden, herunder koordinatsystemet for hånden, placering og montering af accelerometre, målevarighed, kabelstikproblemer osv. Standarderne tager dog ikke højde for iboende variabler, såsom grebskraften, hånd- og armstillingen, individuelle faktorer osv.. Disse faktorer er blevet undersøgt grundigt under en lang række vibrationsudsendelser og testbetingelser 6 ,7,8,9,10,11,12,13, men resultaterne fra forskellige efterforskere er ikke i god overensstemmelse. Mange af disse faktorer er ikke blevet tilstrækkeligt forstået til at blive indarbejdet i standardmetoder. Denne begrænsning skyldes til dels kompleksiteten i det menneskelige hånd-arm-system, testbetingelserne og forskellene i de anvendte forsøgs- og måleteknikker.
Desuden blev de fleste af de tidligere målinger af HTV udført under omhyggeligt kontrollerede forhold med idealiserede vibrationsudsendelser, grebskraft og posturale forhold. Resultaterne og de eksperimentelle procedurer for disse målinger kan derfor ikke rigtig gentage den virkelige verden, såsom driftsbetingelserne for håndtraktorer. Desuden er der kun gjort en begrænset indsats for at undersøge HTV for håndtraktorer med feltmålinger. Disse målinger blev udført ved hjælp af accelerometre fastgjort til operatørens håndled, arm, bryst og hoved for at måle helkropsvibrationen under traktorens transportforhold1eller under betingelserne for at vippe i et flisebelagt felt og puddling i et nedsænket felt med forskellige niveauer af motorhastigheder14. Effekten af greb kraft, som kunne være en afgørende faktor for HTV7,8, var ikke isoleret. Disse metoder er derfor uegnede som standardiserede måleprocedurer på grund af operatørens forskellige tvungne arbejdsstillinger under landbruget tilskrives de barske miljøforhold.
Den nuværende forskning blev udført for at bidrage til etableringen af pålidelige og repeterbare procedurer for HTV-måling af håndtraktorer i stationær tilstand. Figur 1 viser det skematiske diagram over forsøgsdesignet. En håndtraktor fremstillet i Kina og almindeligt anvendt af kinesiske landmænd blev ansat, og ti forskere blev valgt som emner for undersøgelsen. Syv lette piezoelektriske accelerometre, der var fastgjort til traktor-hånd-arm-systemet, blev brugt til at måle vibrationerne. Et omdrejningstæller og to tyndfilmstryksensorer overvågede motorens hastighed og grebskraft under testen. Forsøgspersonerne var forpligtet til sekventielt at betjene håndtraktoren ved bestemte motorhastigheder og med specificerede grebskræfter for at opnå vibrationsegenskaberne i forskellige driftstilstande. Dette manuskript giver en detaljeret protokol for HTV-måling af traktor-hånd-arm-systemet med unik overvejelse af ændringer i grebskraft og vibrationsfrekvens.
Protokollen i denne undersøgelse blev etableret på grundlag af HTV-standarderne4,5,24og blev udviklet som standardtrin til måling af HTV i det menneskelige håndarmssystem under drift af en håndtraktor i stationær stand. Denne tilstand er den mest stabile tilstand af håndtraktoren for at hjælpe med at sikre pålidelig måling af de vibrationer, der faktisk overføres til hånden og armen. Det variable interval, der anses …
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af Natural Science Foundation of Chongqing, Kina (cstc2019jcyj-msxmX0046), projektet fra Chongqing Education Commission of China (KJQN202001127) og projektet fra Banan District Science and Technology Commission, Chongqing, Kina (2020TJZ010). Forfatterne vil gerne takke prof. Yan Yang for at levere teststedet. Vi er også taknemmelige for Dr. Jingshu Wang og Dr. Jinghua Ma for deres vejledning i at bruge vibrationsmålingsinstrumentering. Tak skal også til emnerne for deres helhjertede samarbejde under forsøgene.
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. |