Messung der handübertragenen Schwingung des menschlichen Handarmsystems während des Betriebs eines Handtraktors

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 Normen^4,5 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 Testbedingungen^{6,7,8,9,10,11,12,13}, 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 HTV^7,8sein 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.