Mesure de la vibration transmise à la main du système de bras de main humain pendant le fonctionnement d’un tracteur à main
Summary
Ici, nous présentons une méthode normalisée pour mesurer les vibrations transmises à la main à partir des poignées d’un tracteur à un essieu avec une référence particulière aux changements de force d’adhérence et de fréquence des vibrations.
Abstract
Les conducteurs de tracteurs à main sont exposés à des niveaux élevés de vibrations transmises à la main (HTV). Cette vibration, qui peut être à la fois gênante et dangereuse pour la santé humaine, est transmise à l’opérateur par l’intermédiaire de ses mains et de ses bras. Cependant, une méthode normalisée de mesure du HTV des tracteurs à main n’a pas encore été définie. L’objectif de l’étude était de présenter une méthode expérimentale pour l’étude de la réponse biodynamique et de la transmissibilité vibratoire du système main-bras pendant le fonctionnement d’un tracteur à main en mode stationnaire. Des mesures ont été exécutées avec dix sujets utilisant trois forces de préhension et trois niveaux de vibration de poignée pour examiner les influences de la pression de main et de la fréquence sur la vibration transmise par main (HTV). Les résultats indiquent que l’étanchéité de l’adhérence sur la poignée influence la réponse vibratoire du système main-bras, en particulier aux fréquences comprises entre 20 et 100 Hz. La transmission des basses fréquences dans le système main-bras a été relativement peu désirée. En comparaison, l’atténuation s’est avérée assez marquée pour des fréquences plus élevées pendant le fonctionnement du tracteur à main. La transmissibilité des vibrations aux différentes parties du système main-bras diminuait avec l’augmentation de la distance par rapport à la source de vibration. La méthodologie proposée contribue à la collecte de données cohérentes pour l’évaluation de l’exposition aux vibrations de l’opérateur et le développement ergonomique des tracteurs à main.
Introduction
Les tracteurs à main, également connus sous le nom de motoculteurs, sont largement utilisés dans les pays en développement pour la préparation des terres de petits champs. Le fonctionnement sur le terrain d’un tracteur à main consiste à marcher derrière la machine et à tenir ses poignées pour contrôler son mouvement. Les conducteurs de tracteurs à main sont exposés à des niveaux élevés de vibrations, qui pourraient être attribuées au petit moteur monocylindre et à l’absence de système de suspension des tracteurs à main1. Le syndrome de vibration main-bras (HAVS)2 peut être causé par l’endurance de longue durée de la vibration, appelée vibration transmise par la main (HTV), qui a été générée par le tracteur à main et reçue par les mains de l’opérateur. Pour évaluer les risques pour la santé découlant de l’exposition des opérateurs au HTV des tracteurs à main, il est nécessaire d’établir une méthode de mesure de la réponse aux vibrations du système main-bras.
Le système main-bras est composé d’os, de muscles, de tissus, de veines et d’artères, de tendons et de peau3, et la mesure directe du HTV pose de nombreux problèmes. Les normes internationales pertinentes4,5 fournissent des lignes directrices relatives à la mesure de la gravité des vibrations générées à proximité immédiate de la main, y compris le système de coordonnées de la main, l’emplacement et le montage des accéléromètres, la durée de mesure, les problèmes de connecteur de câble, etc. Cependant, les normes ne prennent pas en considération les variables intrinsèques, telles que la force de préhension, la posture de la main et du bras, les facteurs individuels, etc. Ces facteurs ont été examinés de manière approfondie dans un large éventail d’excitations vibratoires et de conditions d’essai6,7,8,9,10,11,12,13,mais les résultats des différents chercheurs ne sont pas en bon accord. Bon nombre de ces facteurs n’ont pas été suffisamment compris pour être incorporés dans les méthodes normalisées. Cette restriction est en partie attribuable aux complexités du système main-bras humain, aux conditions d’essai et aux différences dans les techniques expérimentales et de mesure employées.
De plus, la plupart des mesures antérieures du HTV ont été effectuées dans des conditions soigneusement contrôlées avec des excitations vibratoires idéalisées, une force de préhension et des conditions posturales. Par conséquent, les résultats et les procédures expérimentales de ces mesures peuvent ne pas vraiment reproduire les conditions réelles, telles que les conditions de fonctionnement des tracteurs à main. En outre, seuls des efforts limités ont été entrepris pour étudier le HTV des tracteurs à main avec des mesures sur le terrain. Ces mesures ont été effectuées à l’aide d’accéléromètres fixés au poignet, au bras, à la poitrine et à la tête de l’opérateur pour mesurer les vibrations de l’ensemble du corps dans les conditions de transport du tracteur1,ou dans les conditions de travail du sol dans un champ en position déportée et de flaque d’eau dans un champ submergé avec différents niveaux de régime moteur14. L’effet de la force de préhension, qui pourrait être un facteur crucial de HTV7,8, n’a pas été isolé. Ces méthodes ne conviennent donc pas en tant que procédures de mesure normalisées en raison des diverses postures forcées de l’opérateur pendant l’agriculture attribuées aux conditions environnementales difficiles.
Les présentes recherches ont été entreprises pour contribuer à l’établissement de procédures fiables et reproductibles pour la mesure HTV des tracteurs à main en mode stationnaire. La figure 1 présente le schéma schématique du plan expérimental. Un tracteur à main fabriqué en Chine et couramment utilisé par les agriculteurs chinois a été employé, et dix chercheurs ont été choisis comme sujets pour l’étude. Sept accéléromètres piézoélectriques légers fixés au système tracteur-bras ont été utilisés pour mesurer les vibrations. Un tachymètre et deux capteurs de pression à couche mince ont surveillé le régime du moteur et la force d’adhérence pendant les essais. Les sujets devaient actionner séquentiellement le tracteur à main à des régimes moteur et des forces d’adhérence spécifiés pour obtenir les caractéristiques de vibration dans divers modes de fonctionnement. Ce manuscrit fournit un protocole détaillé pour la mesure HTV du système tracteur-main-bras avec une considération unique des changements dans la force d’adhérence et la fréquence des vibrations.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le protocole présenté dans cette étude a été établi sur la base des normes HTV4,5,24,et a été développé comme étapes standard pour la mesure du HTV du système homme-bras pendant le fonctionnement d’un tracteur à main dans un état stationnaire. Cette condition est l’état le plus stable du tracteur à main pour aider à assurer la mesure fiable de la vibration réellement transmise à la main et au bras. La gamm…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la Fondation des sciences naturelles de Chongqing, en Chine (cstc2019jcyj-msxmX0046), le projet de la Commission chinoise de l’éducation de Chongqing (KJQN202001127) et le projet de la Commission des sciences et de la technologie du district de Banan, Chongqing, Chine (2020TJZ010). Les auteurs tiennent à remercier le professeur Yan Yang d’avoir fourni le site d’essai. Nous sommes également reconnaissants au Dr Jingshu Wang et au Dr Jinghua Ma pour leurs conseils sur l’utilisation de l’instrumentation de mesure des vibrations. Il convient également de remercier les sujets pour leur coopération sans réserve au cours des expériences.
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. |
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