Meting van de handgedraagbaretrilling van het menselijke handarmsysteem tijdens de werking van een handtractor

Summary

Hier presenteren we een gestandaardiseerde methode voor het meten van de handgedraagbare trillingen van handgrepen van een eenassige tractor met speciale verwijzing naar veranderingen in gripkracht en trillingsfrequentie.

Abstract

Exploitanten van handtractoren worden blootgesteld aan hoge niveaus van handgedraagbare trillingen (HTV). Deze trilling, die zowel vervelend als gevaarlijk voor de menselijke gezondheid kan zijn, wordt via zijn of haar handen en armen aan de operator overge dragen. Er moet echter nog een gestandaardiseerde methode voor het meten van HTV van handtractoren worden gedefinieerd. Het doel van het onderzoek was een experimentele methode te presenteren voor het onderzoek naar de biodynamische respons en trillingstransmissibility van het handarmsysteem tijdens de werking van een handtractor in stationaire modus. Metingen werden uitgevoerd met tien proefpersonen met behulp van drie gripkrachten en drie handvattrillingsniveaus om de invloeden van de handdruk en frequentie op handgedraagbare trillingen (HTV) te onderzoeken. De resultaten geven aan dat de dichtheid van de grip op de handgreep de trillingsrespons van het handarmsysteem beïnvloedt, vooral bij frequenties tussen 20 en 100 Hz. De transmissie van lagere frequenties in het handarmsysteem was relatief ongenattenuated. Ter vergelijking: demping bleek vrij duidelijk te zijn voor hogere frequenties tijdens de werking van de handtractor. De trillingstransmissibility aan verschillende delen van het hand-wapensysteem verminderde met de verhoging van de afstand van de trillingsbron. De voorgestelde methodologie draagt bij tot het verzamelen van consistente gegevens voor de evaluatie van de blootstelling aan trillingen van de machinist en de ergonomische ontwikkeling van handtractoren.

Introduction

Handtractoren, ook wel power tillers genoemd, worden in ontwikkelingslanden veel gebruikt voor de landvoorbereiding van kleine velden. De veldbediening van een handtractor houdt in dat u achter de machine loopt en de handgrepen vasthoudt om de beweging ervan te regelen. De exploitanten van handtractoren worden blootgesteld aan hoge trillingsniveaus, die kunnen worden toegeschreven aan de kleine eencilindermotor en het gebrek aan ophangsysteem van handtractoren¹. Het hand-armtrillingssyndroom (HAVS)² kan worden veroorzaakt door langdurig uithoudingsvermogen van de trilling, genaamd handgedraagbare trillingen (HTV), die door de handtractor worden gegenereerd en door de handen van de bestuurder worden ontvangen. Om de gezondheidsrisico’s te beoordelen die voortvloeien uit de blootstelling van de bedieners aan de HTV van handtrekkers, moet een methode worden vastgesteld voor de meting van de trillingsrespons van het handarmsysteem.

Het hand-arm systeem bestaat uit botten, spieren, weefsels, aderen en slagaders, pezen en huid³, en de directe meting van HTV levert veel problemen op. De relevante internationale normen^4,5 bevatten richtlijnen met betrekking tot de meting van de ernst van trillingen die in de directe omgeving van de hand worden gegenereerd, met inbegrip van het coördinatensysteem voor de hand, de locatie en montage van versnellingsmeters, de meetduur, problemen met de kabelconnector, enz. De normen houden echter geen rekening met intrinsieke variabelen, zoals de gripkracht, de houding van de hand en arm, individuele factoren, enz. Deze factoren zijn uitgebreid onderzocht onder een breed scala aan trillingsprikkels en testomstandigheden^{6,7,8,9,10,11,12,13}, maar de resultaten van verschillende onderzoekers zijn het niet goed met u eens. Veel van deze factoren zijn onvoldoende begrepen om in standaardmethoden te worden opgenomen. Deze beperking is gedeeltelijk toe te schrijven aan de complexiteit van het handarmsysteem van de mens, de testomstandigheden en de verschillen in de toegepaste experimentele en meettechnieken.

Bovendien werden de meeste eerdere metingen van HTV uitgevoerd onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden met geïdealiseerde trillingsprikkels, gripkracht en houdingsomstandigheden. De bevindingen en experimentele procedures van deze metingen kunnen daarom niet echt de omstandigheden in de echte wereld repliceren, zoals de bedrijfsomstandigheden van handtractoren. Bovendien zijn slechts beperkte inspanningen geleverd om de HTV van handtractoren met veldmetingen te bestuderen. Deze metingen werden uitgevoerd met behulp van versnellingsmeters die aan de pols, arm, borst en het hoofd van de bestuurder waren bevestigd om de lichaamstrillingen te meten onder de vervoersomstandigheden van de trekker¹, of onder de omstandigheden van het tillen in een tot een gestrekt veld en het kotsen in een ondergedompeld veld met verschillende niveaus van motortoerentallen¹⁴. Het effect van de grijpkracht, die een cruciale factor van HTV^7,8zou kunnen zijn, was niet geïsoleerd. Deze methoden zijn daarom ongeschikt als gestandaardiseerde meetprocedures vanwege de verschillende gedwongen houdingen van de exploitant tijdens de landbouw die worden toegeschreven aan de barre omgevingsomstandigheden.

Dit onderzoek is uitgevoerd om bij te dragen tot de vaststelling van betrouwbare en herhaalbare procedures voor de HTV-meting van handtractoren in stationaire modus. Figuur 1 toont het schematische schema van het experimentele ontwerp. Een handtractor die in China wordt vervaardigd en vaak door Chinese landbouwers wordt gebruikt werd tewerkgesteld, en tien onderzoekers werden gekozen als onderwerpen voor de studie. Zeven lichtgewicht piëzo-elektrische versnellingsmeters die aan het tractor-hand-armsysteem waren bevestigd, werden gebruikt om de trilling te meten. Eén toerenteller en twee dunne-filmdruksensoren bewaakten het motortoerental en de gripkracht tijdens het testen. De proefpersonen moesten de handtractor opeenvolgend bedienen bij gespecificeerde motortoerentallen en met gespecificeerde gripkrachten om de trillingseigenschappen in verschillende bedrijfsmodi te verkrijgen. Dit manuscript biedt een gedetailleerd protocol voor de HTV-meting van het tractor-hand-armsysteem met unieke aandacht voor veranderingen in de gripkracht en trillingsfrequentie.

Protocol

Alle procedures werden goedgekeurd door de Ethische Commissie van de Chongqing University of Technology en elk onderwerp gaf schriftelijke geïnformeerde toestemming voorafgaand aan deelname aan deze studie. 1. Voorbereiding van de handtractor Zorg ervoor dat de handtractor aan de juiste testomstandigheden wordt onderworpen met een volle brandstoftank, zonder losraken van bouten en zonder andere mechanische defecten die tot abnormale trillingen zouden leiden.OPMERKING: De specifi…

Representative Results

Het experiment werd uitgevoerd in het laboratorium (luchttemperatuur 22,0 °C ± 1,5 °C) bij tien gezonde proefpersonen (tabel 2) tijdens het gebruik van een handtractor in stationaire toestand. Volgens het protocol werden trillingsversnellingsgegevens verzameld van het handvat van de handtractor, evenals de achterkant van de hand, de pols, de arm en de schouder van elk onderwerp. Het spectrum van de trillingsversnelling die aan de handgreep optreedt (invoer naar de hand) wer…

Discussion

Het in deze studie gepresenteerde protocol werd vastgesteld op basis van HTV-normen^4,5,24en werd ontwikkeld als de standaardstappen voor de meting van de HTV van het menselijke handarmsysteem tijdens de werking van een handtractor in stationaire toestand. Deze toestand is de meest stabiele toestand van de handtractor om de betrouwbare meting van de daadwerkelijk overgebrachte trillingen op de hand en arm te garanderen. Het berei…

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.