El Traktörü Çalışması Sırasında İnsan El Kol Sisteminin Elle İletilen Titreşiminin Ölçümü
Summary
Burada, kavrama kuvveti ve titreşim frekansındaki değişikliklere özel referansla tek akslı bir traktörün tutamaklarından elle iletilen titreşimin ölçümü için standartlaştırılmış bir yöntem sunuyoruz.
Abstract
El traktörlerinin operatörleri yüksek düzeyde elle iletilen titreşime (HTV) maruz kalır. Hem rahatsız edici hem de insan sağlığı için tehlikeli olabilen bu titreşim, operatöre elleri ve kolları aracılığıyla iletilir. Bununla birlikte, el traktörlerinin HTV’lerini ölçmek için standartlaştırılmış bir yöntem henüz tanımlanmamıştır. Çalışmanın amacı, bir el traktörün sabit modda çalışması sırasında el-kol sisteminin biyodinamik tepkisinin ve titreşim geçirgenliğinin araştırılması için deneysel bir yöntem sunmaktı. Ölçümler, el basıncının ve frekansının elle iletilen titreşim (HTV) üzerindeki etkilerini incelemek için üç kavrama kuvveti ve üç tutamak titreşim seviyesi kullanılarak on denekle gerçekleştirildi. Sonuçlar, tutamak üzerindeki kavrama sıkılığının, özellikle 20 ila 100 Hz arasındaki frekanslarda el-kol sisteminin titreşim tepkisini etkilediğini göstermektedir. El-kol sistemindeki düşük frekansların iletimi nispeten zayıftı. Buna karşılık, zayıflamanın el traktörün çalışması sırasında daha yüksek frekanslar için oldukça belirgin olduğu bulunmuştur. Titreşim kaynağından uzaklık arttıkça el-kol sisteminin farklı bölgelerine titreşim geçirgenliği azaldı. Önerilen metodoloji, operatör titreşim maruziyetinin değerlendirilmesi ve el traktörlerinin ergonomi gelişimi için tutarlı verilerin toplanmasına katkıda bulunur.
Introduction
Güç çapalayıcı olarak da bilinen el traktörleri, gelişmekte olan ülkelerde küçük tarlaların arazi hazırlanması için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir el traktörün saha çalışması, makinenin arkasında yürümeyi ve hareketini kontrol etmek için tutamağını tutmayı içerir. El traktörlerinin operatörleri, küçük tek silindirli motora atfedilebilecek ve el traktörlerinin süspansiyon sisteminin eksikliğine atfedilebilecek yüksek titreşim seviyelerine maruz kalır1. El-kol titreşim sendromu (HAVS)2, el traktörü tarafından üretilen ve operatörün eliyle alınan el ile iletilen titreşim (HTV) adı verilen titreşimden kaynaklanan uzun süreli dayanıklılıktan kaynaklanabilir. Operatörlerin el traktörlerinin HTV’sine maruz kalmalarından elde edilen sağlık risklerini değerlendirmek için, el-kol sisteminin titreşim tepkisinin ölçümü için bir yöntem oluşturmak gerekir.
El-kol sistemi kemikler, kaslar, dokular, damarlar ve arterler, tendonlar ve cilt3’tenoluşur ve HTV’nin doğrudan ölçümü birçok sorun teşkil eder. İlgili uluslararası standartlar4,5, elin koordinat sistemi, ivmeölçerlerin konumu ve montajı, ölçüm süresi, kablo konektörü sorunları vb. Bununla birlikte, standartlar kavrama kuvveti, el ve kolun duruşu, bireysel faktörler vb. Bu faktörler, çok çeşitli titreşim uyarımları ve test koşulları 6,7 ,8,9,10,11,12,13, altında kapsamlı bir şekilde incelenmiştir, ancak farklı araştırmacıların sonuçları iyi bir anlaşma içinde değildir. Bu faktörlerin birçoğunun standart yöntemlere dahil edildiği yeterince anlaşılamamıştır. Bu kısıtlama kısmen insan el-kol sisteminin karmaşıklıklarına, test koşullarına ve kullanılan deneysel ve ölçüm tekniklerindeki farklılıklara atfedilebilir.
Ayrıca, HTV’nin önceki ölçümlerinin çoğu idealize titreşim uyarımları, kavrama kuvveti ve postural koşullarla dikkatlice kontrol edilen koşullar altında gerçekleştirildi. Bu ölçümlerin bulguları ve deneysel prosedürleri, bu nedenle, el traktörlerinin çalışma koşulları gibi gerçek dünya koşullarını gerçekten çoğaltmayabilir. Ayrıca, el traktörlerinin HTV’lerini saha ölçümleriyle incelemek için sadece sınırlı çaba sarf edilmiştir. Bu ölçümler, traktörün taşıma koşulları1veya bir tazyilmiş alanda çapalama ve farklı motor hızlarına sahip batık bir alanda puddling koşulları altında tüm vücut titreşimini ölçmek için operatörün bileğine, koluna, göğsüne ve kafasına bağlı ivmeölçerler kullanılarakgerçekleştirildi 14. HTV7,8‘in önemli bir faktörü olabilecek kavrama kuvvetinin etkisi izole edilmedi. Bu nedenle bu yöntemler, operatörün zorlu çevre koşullarına atfedilen tarım sırasındaki çeşitli zorunlu duruşları nedeniyle standartlaştırılmış ölçüm prosedürleri olarak uygun değildir.
Mevcut araştırma, el traktörlerinin sabit modda HTV ölçümü için güvenilir ve tekrarlanabilir prosedürlerin oluşturulmasına katkıda bulunmak için yapılmıştır. Şekil 1 deneysel tasarımın şematik diyagramını sunar. Çin’de üretilen ve Çinli çiftçiler tarafından yaygın olarak kullanılan bir el traktörü istihdam edildi ve çalışma için on araştırma çalışanı denek olarak seçildi. Titreşimi ölçmek için traktör-el-kol sistemine bağlı yedi hafif piezoelektrik ivmeölçer kullanıldı. Bir takometre ve iki ince film basınç sensörü, test sırasında motor hızını ve kavrama kuvvetini izledi. Deneklerin, titreşim özelliklerini çeşitli çalışma modlarında elde etmek için el traktörü belirli motor hızlarında ve belirtilen kavrama kuvvetleriyle sırayla çalıştırmaları gerekiyordu. Bu makale, kavrama kuvveti ve titreşim frekansındaki değişikliklerin benzersiz bir şekilde göz önünde bulundurulmasıyla traktör-el-kol sisteminin HTV ölçümü için ayrıntılı bir protokol sunmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada sunulan protokolHTVstandartları 4 , 5,24temel alınarak oluşturulmuş ve sabit durumda bir el traktörü çalışması sırasında insan el-kol sisteminin HTV ölçümü için standart adımlar olarak geliştirilmiştir. Bu durum, gerçekten ele ve kola iletilen titreşimin güvenilir bir şekilde ölçülmesine yardımcı olmak için el traktörün en kararlı durumudur. Motor hızı ve kavrama kuvvetinin ayar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Chongqing, Çin Doğa Bilimleri Vakfı (cstc2019jcyj-msxmX0046), Çin Chongqing Eğitim Komisyonu (KJQN202001127) projesi ve Banan Bölge Bilim ve Teknoloji Komisyonu, Chongqing, Çin (2020TJZ010) projesi tarafından desteklendi. Yazarlar, prof. Yan Yang’a test alanını sağladığı için teşekkür eder. Ayrıca Dr. Jingshu Wang ve Dr. Jinghua Ma’ya titreşim ölçüm enstrümantasyonunu kullanma rehberliği için minnettarız. Deneyler sırasındaki gönül işbirliği için de deneklere teşekkür ederiz.
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. |
References
- Ahmadian, H., Hassan-Beygi, S. R., Ghobadian, B., Najafi, G. ANFIS modeling of vibration transmissibility of a power tiller to operator. Applied Acoustics. 138, 39-51 (2018).
- Heaver, C., Goonetilleke, K. S., Ferguson, H., Shiralkar, S. Hand-arm vibration syndrome: a common occupational hazard in industrialized countries. Journal of Hand Surgery. 36 (5), 354-363 (2011).
- Geethanjali, G., Sujatha, C. Study of Biomechanical Response of Human Hand-Arm to Random Vibrations of Steering Wheel of Tractor. Molecular & Cellular Biomechanics. 10 (4), 303-317 (2013).
- International Organization for Standardization. ISO 5349-1: Mechanical Vibration: Measurement and Evaluation of Human Exposure to Hand Transmitted Vibration Part 1: General requirements. International Organization for Standardization. , (2001).
- International Organization for Standardization. ISO5349-2: Mechanical vibration- Measurement and evaluation of human exposure to hand-transmitted vibration. Part 2: Practical guidance for measurement at the workplace. International Organization for Standardization. , (2001).
- Besa, A. J., Valero, F. J., Suñer, J. L., Carballeira, J. Characterisation of the mechanical impedance of the human hand-arm system: The influence of vibration direction, hand-arm posture and muscle tension. International Journal of Industrial Ergonomics. 37 (3), 225-231 (2007).
- Marcotte, P., Aldien, Y., Boileau, P. &. #. 2. 0. 1. ;., Rakheja, S., Boutin, J. Effect of handle size and hand-handle contact force on the biodynamic response of the hand-arm system under zh-axis vibration. Journal of Sound and Vibration. 283 (3-5), 1071-1091 (2005).
- Pan, D., et al. The relationships between hand coupling force and vibration biodynamic responses of the hand-arm system. Ergonomics. 61 (6), 818-830 (2018).
- Dong, R. G., Rakheja, S., Schopper, A. W., Han, B., Smutz, W. P. Hand-transmitted vibration and biodynamic response of the human hand-arm: a critical review. Critical Reviews In Biomedical Engineering. 29 (4), 393-439 (2001).
- Marchetti, E., et al. An investigation on the vibration transmissibility of the human elbow subjected to hand-transmitted vibration. International Journal of Industrial Ergonomics. 62, 82-89 (2017).
- McDowell, T. W., Welcome, D. E., Warren, C., Xu, X. S., Dong, R. G. Assessment of hand-transmitted vibration exposure from motorized forks used for beach-cleaning operations. Annals of Work Exposures and Health. 57 (1), 43-53 (2013).
- Tony, B. J. A. R., Alphin, M. S. Finite element analysis to assess the biomechanical behavior of a finger model gripping handles with different diameters. Biomedical Human Kinetics. 11 (1), 69-79 (2019).
- Tony, B. J. A. R., Alphin, M. S., Velmurugan, D. Influence of handle shape and size to reduce the hand-arm vibration discomfort. Work. 63 (3), 415-426 (2019).
- Dewangan, V. K. T. Characteristics of hand-transmitted vibration of a hand tractor used in three operational modes. International Journal of Industrial Ergonomics. 39 (1), 239-245 (2009).
- Kalra, M., Rakheja, S., Marcotte, P., Dewangan, K. N., Adewusi, S. Measurement of coupling forces at the power tool handle-hand interface. International Journal of Industrial Ergonomics. 50, 105-120 (2015).
- Gurram, R., Rakheja, S., Gouw, G. J. A study of hand grip pressure distribution and EMG of finger flexor muscles under dynamic loads. Ergonomics. 38 (4), 684-699 (1995).
- Tarabini, M., Saggin, B., Scaccabarozzi, D., Moschioni, G. Hand-arm mechanical impedance in presence of unknown vibration direction. International Journal of Industrial Ergonomics. 43 (1), 52-61 (2013).
- Aatola, S. Transmission of vibration to the wrist and comparison of frequency response function estimators. Journal of Sound and Vibration. 131 (3), 497-507 (1989).
- Kihlberg, S. Biodynamic response of the hand-arm system to vibration from an impact hammer and a grinder. International Journal of Industrial Ergonomics. 16 (1), 1-8 (1995).
- Gurram, R., Rakheja, S., Gouw, G. J. Vibration transmission characteristics of the human hand-arm and gloves. International Journal of Industrial Ergonomics. 13 (3), 217-234 (1994).
- Burström, A. S. L. Transmission of vibration energy to different parts of the human hand-arm system. Int Arch Occup Environ Health. 70 (3), 199-204 (1997).
- Hartung, E., Dupuis, H., Scheffer, M. Effects of grip and push forces on the acute response of the hand-arm system under vibrating conditions. International Archives of Occupational and Environmental Health. 64 (6), 463-467 (1993).
- Pope, M. H., Magnusson, M., Hansson, T. The upper extremity attenuates intermediate frequency vibrations. Journal of Biomechanics. 30 (2), 103-108 (1997).
- International Organization for Standardization. ISO 8041-1: Human response to vibration-Measuring instrumentation. International Organization for Standardization. , (2017).
- Ying, Y. B., Zhang, L. B., Xu, F., Dong, M. D. Vibratory characteristics and hand-transmitted vibration reduction of walking tractor. Transactions Of The ASAE. 41 (4), 917-922 (1998).
- Dewangan, K. N., Tewari, V. K. Characteristics of vibration transmission in the hand-arm system and subjective response during field operation of a hand tractor. Biosystems Engineering. 100 (4), 535-546 (2008).
- Xu, X. S., et al. Vibrations transmitted from human hands to upper arm, shoulder, back, neck, and head. International Journal of Industrial Ergonomics. 62, 1-12 (2017).
