Вы должны быть в состоянии преобразовать сигналы вибрации в несколько метрик, а затем отслеживать и сравнивать эти метрики. Анализ тенденций этих показателей поможет принять решения о техническом обслуживании на основе состояния или профилактическом обслуживании (см. Различные стратегии обслуживания на основе данных).

В этой статье я буду использовать некоторые реальные данные о вибрации подшипника в нормальных условиях и при неисправностях, чтобы выразить их количественно в виде следующих 12 различных показателей вибрации, которые помогут в нашем анализе и позволят осуществлять долгосрочный мониторинг:

1. Пиковое ускорение
2. Ускорение RMS
3. Крест-фактор
4. Стандартное отклонение ускорения
5. Среднеквадратичная скорость
6. Рабочий объем RMS
7. Пиковая частота
8. Среднеквадратичное значение ускорения ниже 65 Гц
9. Среднеквадратичное значение ускорения от 65 до 300 Гц
10. Среднеквадратичное значение ускорения выше 300 Гц
11. Пиковая псевдоскорость
12. Частота пиковой псевдоскорости

Я объясню, как рассчитывается каждый показатель и для чего он наиболее полезен. Весь исходный код, сгенерировавший графики, встроен в конец статьи, чтобы точно увидеть, как рассчитывались эти показатели. И его также можно загрузить и применить к вашим собственным данным. Графики также будут представлены с помощью Plotly, что позволит вам взаимодействовать с данными/графиком прямо здесь, в статье блога. Вы можете масштабировать, включать/выключать разные линии, прокручивать оси, переключать курсором ближайшую точку данных, даже экспортировать изображение прямо из браузера — наслаждайтесь!

Этот пост длинный, поэтому в дополнение к использованию списка метрик выше, который ведет непосредственно к тому, где мы обсуждаем каждую метрику, следующий список будет связан с областями обсуждения более высокого уровня:

• Данные вибрации подшипника
• Анализ во временной области
  • Пиковое ускорение, среднеквадратичное значение, пик-фактор и стандартное отклонение
  • Сравнение статистики для чистого синусоидального сигнала
  • Интеграция ускорения для скорости и перемещения
• Анализ в частотной области
  • PSD лучше, чем БПФ, вот почему
  • Спектральная плотность мощности и совокупное среднеквадратичное значение
  • Еще один трюк PSD, интеграция со скоростью и перемещением
  • Октавный интервал PSD
  • Среднеквадратичное значение в определенных полосах частот
  • Пиковая псевдоскорость
• Сводка всех показателей
• Как рассчитать самостоятельно (бесплатно)
  • Сначала соберите данные!
  • Родной код Python
  • Набор инструментов VibrationData
  • Облако enDAQ
• Заключение и дополнительные ресурсы

Мы также провели вебинар и сессию вопросов и ответов по этой теме, которая хорошо согласуется с этой записью в блоге и дает ответы на несколько замечательных вопросов о лучших показателях для расчета ускорений, связанных с воздействием, рекомендации по программному обеспечению и многое другое. Проверьте это здесь:

Данные о вибрации подшипников

Данные были загружены из Центра обработки данных о подшипниках Case Western Reserve, где они провели некоторые тесты на неисправность и поделились данными. Эти данные можно скачать здесь. Обзор процедуры здесь.

У них МНОГО данных на их сайте, но для простоты мы рассмотрим 4 файла данных:

• Обычный
• Ошибка конца вентилятора, внутреннее кольцо
  • Ошибка_007
  • Ошибка_014
  • Ошибка_007

Все это происходило, когда двигатель работал со скоростью примерно 1772 об/мин (29,5 Гц). Цифры в именах файлов разломов означают диаметр разлома в тысячах дюймов. Например, Fault_014 — это неисправность подшипника на конце вентилятора во внутреннем кольце диаметром 0,014 дюйма. Файл в формате CSV можно скачать здесь. Теперь давайте посмотрим на данные!

На приведенном выше графике представлены полные 10 секунд данных, которые мы будем анализировать в оставшейся части статьи. Но каждый тест был сэмплирован с частотой 12 000 Гц, поэтому здесь 480 000 точек данных.

Давайте посмотрим на интерактивный график 0,25 секунды с «самыми пиковыми» данными. Помните, что вы можете изменять масштаб этого графика и включать/выключать сигналы, щелкая легенду!

Анализ во временной области

Теперь давайте рассчитаем некоторые показатели, которые помогут нам количественно оценить и сравнить эти сигналы вибрации! Это будут показатели вибрации, которые необходимо отслеживать с течением времени для технического обслуживания в зависимости от состояния.

Пиковое ускорение, среднеквадратичное значение, пик-фактор и стандартное отклонение

Позвольте мне сначала дать вам показатели, а затем объяснить их!

Набор данных	Пиковое ускорение (g)	Среднеквадратичное ускорение (g)	Крест-фактор	Стандартное отклонение (g)
Ошибка_021	1,038	0,199	5. 222	0,198
Ошибка_014	1,339	0,158	8.484	0,158
Ошибка_007	0,650	0,121	5.361	0,121
Обычный	0,269	0,066	4.081	0,065

Пиковое ускорение

Пиковое ускорение проще всего увидеть и рассчитать. Единственное, что здесь «сложно», это сначала найти абсолютные значения данных, а затем взять оттуда пик, чтобы не пропустить значительное отрицательное ускорение.

𝑝𝑒𝑎𝑘=𝑚𝑎𝑥(|𝑎|)

Пиковое ускорение может быть легким, но часто очень обманчивым. И вы можете видеть в таблице выше, что хотя и существует некоторая корреляция между значимостью неисправности и пиковым ускорением, это не идеальная корреляция. Пиковые значения ускорения могут слишком зависеть от того, как выборка совпадает с данными. Это означает, что когда вы сравниваете несколько сигналов друг с другом, любая разница в частоте дискретизации или фильтрах нижних частот сделает сравнение между пиковыми ускорениями неуместным и даже более вводящим в заблуждение, чем обычно.

Так что, если вы собираетесь использовать пиковое ускорение для мониторинга здоровья, будьте осторожны!

RMS Ускорение

RMS — это квадратный корень из среднего квадрата. Это также очень простой расчет: возведите каждое значение ускорения в квадрат, получите среднее значение всех этих значений, а затем извлеките из него квадратный корень!

Среднеквадратичное значение, безусловно, предпочтительнее пикового, потому что оно не зависит от частоты дискретизации и позволяет более точно сравнивать уровни вибрации двух сигналов. Среднеквадратичное значение также, скорее всего, коррелирует с энергией вибрации, но это определение энергии наиболее тесно связано со среднеквадратичным значением скорости, а не с ускорением, но мы вернемся к этому позже! Еще одна приятная особенность RMS (которую мы рассмотрим позже) заключается в том, что ее можно рассчитать на основе спектральной плотности мощности сигнала.

В целом среднеквадратичное значение ускорения очень популярно и является полезным показателем для мониторинга состояния вибрации.

Крест-фактор

Крест-фактор — это просто отношение пикового ускорения к среднеквадратичному ускорению, поэтому оно безразмерно, что всегда хорошо. Он определяет, насколько «пиковым» является сигнал. Прямоугольная волна может иметь крест-фактор, равный 1, тогда как сигнал со случайными толчками может иметь очень высокий крест-фактор. По мере увеличения коэффициента амплитуды это, как правило, является индикатором отказа подшипника, но, как мы можем сказать по нашим четырем сигналам, это не окончательный показатель (из-за проблем с пиковым ускорением).

Отслеживание во времени (важно смотреть на тенденцию, а не на отдельные значения) для мониторинга состояния вибрации, пик-фактор может быть ранним индикатором износа.

Стандартное отклонение

Стандартное отклонение — это статистическая метрика, определяющая величину вариации сигнала. Около 68% всех значений будут находиться в пределах 1 стандартного отклонения от среднего. Обратите внимание, как точно оно совпадает со среднеквадратичными значениями! Это то, что я узнал только недавно, и я думаю, что это так здорово! Теперь, когда мы знаем, что стандартное отклонение фактически совпадает со среднеквадратичным значением, есть несколько приятных моментов: 9.0003

1. Независимо от смещения постоянного тока
2. Легко вычислить
3. Легко понять

Тот факт, что стандартное отклонение не зависит от смещения по постоянному току, на мой взгляд, очень ценен при измерении и мониторинге вибрации — это, по сути, версия среднеквадратичного ускорения, связанная по переменному току.

Сравните статистические данные для чистого синусоидального сигнала

Чтобы продемонстрировать силу стандартного отклонения, давайте построим чистую синусоиду 1 г с частотой 7 Гц. Теперь мы семплируем этот же/общий сигнал четырьмя способами:

• Частота дискретизации 100 Гц
• Частота дискретизации 29 Гц
• Частота дискретизации 29 Гц и смещение 1g
• Частота дискретизации 15 Гц

Вот график этих данных за 2 секунды:

Теперь давайте рассчитаем метрики для этого же самого сигнала, но с 4 различными характеристиками дискретизации:

Набор данных	Пиковое ускорение (g)	Среднеквадратичное ускорение (g)	Крест-фактор	Стандартное отклонение (g)
100 Гц, смещение 0g	1. 000	0,705	1,418	0,707
29 Гц, смещение 0g	0,999	0,701	1,424	0,707
29 Гц, смещение 1 г	1,999	1,221	1,636	0,707
15 Гц, смещение 0g	0,995	0,696	1.430	0,707

Обратите внимание на несколько моментов:

• Низкочастотные данные не будут точно улавливать пик. Это становится более вопиющим в данных реального мира, которые имеют много частот вибрации
• Смещение по постоянному току разрушает метрику RMS. Смещение постоянного тока из-за силы тяжести или других условий в системе сбора данных преобразуется в расчет среднеквадратичного значения.
• Значения среднеквадратичного ускорения не полностью совпадают с ожидаемыми нами значениями 0,707. Чистая синусоида должна иметь среднеквадратичное значение, равное 0,707*пик. Но наш набор данных недостаточно велик, чтобы сделать это точно. Нам нужно было бы иметь 50 секунд данных, чтобы все различные выборки вышли с одинаковым значением RMS.
• Стандартное отклонение не учитывает смещение постоянного тока и точно фиксирует ожидаемое среднеквадратичное значение 0,707. Стандартное отклонение — это надежный способ получить среднеквадратичное значение ускорения, связанное с переменным током.

Интеграция ускорения для скорости и смещения

Теперь давайте интегрируем наш сигнал ускорения, чтобы увидеть скорость (пропорциональную энергии) и перемещение (очень интуитивно понятно!). Есть два способа сделать это вычисление: первый во временной области, который я объясню сейчас, и второй в частотной области, который мы сделаем далее.

Одно замечание об интеграции: независимо от того, как мы это делаем, мы должны обращать внимание на единицы измерения. У нас есть ускорение в ‘g’, и я хочу увидеть скорость и перемещение в зависимости от дюймов (извините, я еще не полностью откалиброван в единицах СИ!). Это преобразование:

м/с2=g∗9.81″ role=»presentation» tabindex=»0″>𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟𝑠/𝑠𝑒𝑐 ² =𝑔∗9.81

inch=tab3=»meters&#x92. «0»> 𝑖𝑛𝑐ℎ = 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟𝑠 ∗ 39.3701

дюйм/с2 = g ∗ 9,81 ∗ 39.3701 = G ∗ 386.2205 «Роль =» ПРЕЗЕНАЦИЯ «TabIndex =» 0 «> 𝑖𝑛𝑐ℎ/𝑠𝑒𝑐 ² = =» 0 «> 𝑖𝑛𝑐ℎ/𝑠𝑒𝑐 ² =» 0 «> 𝑖𝑛𝑐ℎ/𝑠𝑒𝑐 ² =» 𝑔∗9,81∗39,3701=𝑔∗386,2205

Чтобы интегрировать данные во временной области, мы можем использовать метод кумулятивного трапециевидного численного интегрирования (см. cumtrapz в MATLAB и cumtrapz в SciPy), который перебирает каждую точку данных и кумулятивно добавляет площадь под кривая. Это очень хорошо работает с идеальной синусоидой без шума, но в реальном мире таких ошибок не существует. И эти ошибки становятся более вопиющими, когда мы выполняем двойной интеграл, чтобы получить смещение.0003

Итак, нам нужно сделать несколько вещей, чтобы этот расчет вышел правильным, и сделать это до и после каждого шага интеграции.

• Применение полосового фильтра (подробнее о фильтрации см.)
• Заставить данные начинаться и заканчиваться на 0 с помощью конуса (я буду использовать окно Тьюки)

Интеграция простой синусоиды 7 Гц

Чтобы увидеть влияние фильтров и конусности, вернемся к нашей синусоиде 7 Гц. Мы проведем двойное интегрирование на чистом сигнале 7 Гц, а также на сигнале, к которому мы добавили шум. Во-первых, вот данные об ускорении во временной области.

Прежде чем мы посмотрим на результаты во временной области, давайте вернемся к основам с нашими простыми уравнениями гармонического движения (см. удобный калькулятор Mide). Мы знаем, что синусоидальная волна 7 Гц и 1g должна иметь:

• Пиковая скорость = 223 мм/с или 8,8 дюймов/с
• Пик смещения = 5 мм или 0,2 дюйма

Теперь посмотрим на результаты интегрирования скорости. Помните, что это сюжеты Plotly, поэтому они интерактивны. Вы можете скрыть строку, просто щелкнув ее в легенде. Без сужения вы можете видеть, что наша амплитуда скорости правильная, но есть смещение постоянного тока, как если бы он уже двигался с некоторой известной скоростью. И фильтры не нужны для чистой синусоиды, но для сигнала, к которому был добавлен шум, вы можете ясно видеть, что фильтры в дополнение к сужению делают результаты хорошо выровненными с чистым сигналом. Вы все еще можете видеть эффект того шума, который мы добавили, но большая часть шума была на более высоких частотах, что меньше влияет на интегрированную скорость (более низкие частоты более важны).

Теперь давайте посмотрим на результаты интегрирования смещения. Осторожно! Из-за смещения, существующего при интегрировании скорости без конуса, когда мы снова интегрируем для смещения, это смещение приводит к неуправляемому значению смещения. Теперь мы также можем видеть, что имелась небольшая тенденция в значениях скорости даже с примененным конусом, что приводит к значительной ошибке в смещении. Применяя конусы и фильтры, наши результирующие пики смещения соответствуют 0,2 дюйма в секунду, которые мы ожидаем из наших простых уравнений гармонического движения.

Назад к данным о подшипниках

Теперь, когда мы показали важность применения фильтров и конусов до/после интегрирования данных об ускорении, давайте проведем интегрирование наших данных о подшипниках. Обратите внимание, что мы выполнили интегрирование и более поздние расчеты для полного сигнала, но отобразим только 0,25 секунды.

Что-то, что бросается в глаза и удивляет меня, это то, что нормальный подшипник показал немного более высокие уровни скорости и смещения, но у него были гораздо более низкие уровни ускорения! Почему это?

При интегрировании данных в результирующем интегрировании преобладают более низкие частоты. И мы увидим в следующем разделе, что нормальный подшипник имеет много более низких частот, которых нет в неисправных подшипниках.

Теперь, когда у нас есть данные во временной области, мы можем выполнить вычисление среднеквадратичного значения, как мы это делали раньше. Вот результаты:

Важность среднеквадратичного значения скорости

В целом, эти значения скорости и смещения довольно низкие. Но откуда мы знаем, что такое «низкий»? Существует стандарт ISO 10816, определяющий интенсивность вибрации для машин:

Стандарта ISO для серьезности вибрации с точки зрения уровней ускорения не существует. Почему? Скорость соответствует энергии; высокие или низкие частоты имеют одинаковый энергетический вес. Но если смотреть на значения ускорения, преобладает более высокая частота, а с другой стороны, если смотреть на смещение, преобладает низкочастотная составляющая.

Поскольку скорость соответствует энергии, это, как правило, основной показатель, отслеживаемый с течением времени для мониторинга состояния вибрации для технического обслуживания на основе состояния и профилактического обслуживания.

Важность смещения RMS

В мире механических систем заметные смещения происходят только на очень низких частотах, что означает, что значения смещения часто будут очень низкими и малопригодными для отслеживания. Тем не менее, на них полезно смотреть, потому что эти значения интуитивно понятны любому. Во вращающемся оборудовании смещение является отличным индикатором дисбаланса, поскольку оно приводит к значительным смещениям, возникающим при частоте вращения вала.

Несмотря на интуитивно понятное среднеквадратичное значение смещения, оно имеет тенденцию быть очень низким и не представляет интереса для большинства приложений мониторинга состояния вибрации. Основным исключением является вращающееся оборудование, где дисбаланс может привести к значительным значениям смещения.

Анализ в частотной области

Мы будем проводить большую часть времени при частотном анализе, рассматривая спектральную плотность мощности, , а не БПФ. Почему?

PSD лучше, чем БПФ. Вот почему

Спектральная плотность мощности лучше, чем БПФ для анализа вибрации. Вот основные причины, почему (и я обсуждал это ранее, см. Почему PSD является золотым стандартом для анализа вибрации):

• Результаты не зависят от длины образца
• Разрешение по частоте или ширину бина можно задать явно
• Простая интеграция скорости или смещения
• Простой расчет среднеквадратичных значений прямо из PSD

В БПФ есть только одна вещь, которой нет у PSD: фазовый угол. PSD представляют собой квадраты значений БПФ, нормализованные к ширине бина, что означает, что комплексные значения (угол фазы) исчезли. Но есть функция, называемая перекрестной спектральной плотностью мощности, которая все еще может предоставить фазу системы с известной вибрацией и измеренным откликом. Это полезно для определения передаточной функции виброизолятора или другой системы.

Но опять же, PSD лучше — давайте продемонстрируем это! Сначала давайте посмотрим на сфабрикованный сигнал, который имеет две содействующие синусоидальные волны, каждая с амплитудой 1g, но разными частотами. Обратите внимание, что среднеквадратичное значение этого сигнала равно 1g.

Теперь мы вычислим БПФ полного 10-секундного сигнала. Результаты выглядят так, как мы и ожидали!

Выполнив БПФ сигнала продолжительностью 10 секунд, наши две синусоидальные волны смогли полностью завершить все циклы. Но что произойдет, если мы проведем БПФ разной длины, когда они не могут завершить целое число циклов? Плохие вещи случаются. ..

Что случилось? У нас была утечка частоты (см. Объяснение утечки в БПФ) между разными частотными бинами, что дает нам этот супер-уродливый отклик и тот, у которого нет пика, где я ожидал бы при 1g. Мы можем улучшить это, применяя оконные функции (как обсуждалось ранее при интеграции), но иногда это может на самом деле сделать результаты хуже, когда мы избавляемся от данных, которые нам действительно нужны. Так что мы можем сделать?

Спектральная плотность мощности (PSD) вам на помощь! PSD вычисляется следующим образом:

1. Сегментация данных во временной области на серию сегментов. Пользователь может определить длину сегмента, которая будет обратно пропорциональна результирующей ширине бина частоты (группа сегментов длиной 1 секунда даст бин 1 Гц, группа отрезков длиною 2 секунды даст бин 0,5 Гц).
2. Затем к каждому сегменту применяется окно, перекрывающее все сегменты, чтобы мы ничего не отфильтровывали.
3. Вычислить БПФ для каждого оконного и перекрывающегося сегмента
4. Квадрат результатов БПФ
5. Среднее значение всех квадратов БПФ (по одному для каждого сегмента)
6. Нормировать (разделить) на ширину интервала частот в Гц

Вуаля, PSD рассчитывается в единицах g ² /Гц. 2/Гц) 92) Квадратный корень (g RMS) 5,0 0,000 0,000 0,000 0,000 6,0 0,083 0,083 0,083 0,289 7,0 0,333 0,416 0,417 0,645 8,0 0,083 0,500 0,500 0,707 9,0 0,000 0,500 0,500 0,707

Если вы все еще надеетесь, что БПФ полезны… давайте посмотрим, насколько они вопиюще плохи с реальной вибрацией, имеющей много разных частот. Вернемся к нашим данным пеленга и сравним результаты БПФ для первых 0,125 секунд с БПФ для полной длины сигнала.

Больше всего настораживает то, что уровни различаются на несколько порядков. Ясно, что вы не можете использовать БПФ для количественной оценки вибрационной среды. Вот сравнение теперь на PSD хотя.

Гораздо лучше! Надеюсь, я положил FFT на отдых. Но я уверен, что вы захотите увидеть БПФ полного набора данных пеленга, так что вот он. Теперь я закончил с БПФ!

Спектральная плотность мощности и совокупное среднеквадратичное значение

Теперь вернемся к любимому PSD. Во-первых, вот сравнение PSD с бинами по частоте 1 Гц: 

Здесь многое происходит! Мы очистим это дальше, но пока у нас есть PSD с высоким разрешением, мы можем извлечь некоторые пиковые частоты. Если вы увеличите масштаб, вы увидите, что все сигналы показывают всплеск около 30 Гц, что соответствует скорости двигателя 1772 об/мин. 92/Гц) Ошибка_021 3316.0 0,0018 Ошибка_014 3237,0 0,0018 Ошибка_007 1051.0 0,0006 Обычный 90,0 0,0005

Однако мы не будем использовать пиковую амплитуду в качестве одной из наших 12 метрик, потому что с ней лучше работать, рассматривая определенные частотные диапазоны, которые мы рассмотрим через минуту.

Пиковая частота

Тем не менее, отслеживание пиковой частоты полезно, и мы видим, что нарастающая неисправность действительно увеличивает пик!

Изменения в пиковой частоте могут означать, что наша структура меняется, но главное исключение, если эта пиковая частота возникает при вибрации окружающей среды, не обязательно в интересующей нас структуре.

Среднеквадратичное значение из PSD

Как мы кратко продемонстрировали на примере простого сигнала с двумя частотами, уровни RMS можно определить прямо из PSD с помощью следующего уравнения:

Давайте быстро продемонстрируем, используя только что рассчитанную PSD, интегрируя и извлекая квадратный корень, и сравнивая со значениями, которые мы вычислили во временной области.

Очень точно! Это также позволяет нам удобно построить график по частотному диапазону, как строится среднеквадратичное значение. Опять же, все это исходит прямо из спектральной плотности мощности!

С этой точки зрения совершенно очевидно, какие частотные диапазоны вносят наибольший вклад в общие значения RMS. В нормальном подшипнике нарастание происходит рано, тогда как в неисправном подшипнике среднеквадратичное ускорение происходит на высоких частотах.

Еще одна хитрость PSD: интеграция со скоростью и смещением

Еще одна приятная особенность спектральной плотности мощности заключается в том, что интегрирование от ускорения к скорости и смещению очень просто и не требует грязной фильтрации и применения конусов. PSD скорости — это просто PSD ускорения, деленная на квадрат угловой частоты. Чтобы получить смещение, снова разделите на квадрат угловой частоты. Обратите внимание, что нам нужно снова обратить внимание на единицы измерения, особенно потому, что у нас есть квадраты членов.

Вот результирующие PSD скорости и смещения:

И помните, теперь, когда у нас есть PSD, мы можем легко вычислить кумулятивное среднеквадратичное значение. Итак, давайте сделаем это и сравним с тем, что мы рассчитали ранее, с интегрированием во временной области. Но помните, что во временной области нам приходилось отфильтровывать более низкие частоты, потому что они вносили вклад в дрейф и ошибки. Мы можем сделать это снова, просто проигнорировав более ранние частоты и выполнив расчет кумулятивного среднеквадратичного значения только начиная с 6 Гц.

Это показывает, что два подхода имеют результаты интеграции в пределах примерно 10% друг от друга (я не уверен, что происходит с сигналом ошибки 14 mil. Я думаю, что это частично связано с тем, как мало существует низкочастотного контента) . Так какой подход более правильный?

Ну… это зависит от обстоятельств. Когда вы идете по маршруту временной области, может быть немного легче увидеть, что ваша интеграция плохая, когда она «убегает» от 0. Таким образом, вы можете настроить фильтры и повторить. Но это может быть вычислительно тяжелым. Когда вы делаете это с PSD, вы можете легко увидеть, как частотный контент влияет на ваши результаты. Но результаты не обязательно интуитивно понятны. Так что оба подхода верны! Хорошо сделать эту проверку между двумя, как я сделал.

PSD с октавным интервалом

Я указал на то, что спектральная плотность мощности ускорения отображается непосредственно на среднеквадратичное значение, которое имеет некоторые полезные функции, в том числе возможность устанавливать логарифмически разнесенные частотные интервалы (при сохранении точности общих среднеквадратических уровней). Мы обсуждали это в нашей статье «Как разработать стандарт испытаний на вибрацию».

Итак, давайте определим спектральную плотность мощности с интервалом в 1/3 октавы (каждый частотный бин на 2 ^(1/3) больше, чем предыдущий) этих данных пеленга.

Эта версия спектральной плотности мощности упрощает сравнение четырех сигналов. Здесь особенно видно, насколько низкочастотным является исправный подшипник по сравнению с неисправным. Мы можем решить отслеживать уровни для каждой точки данных в 1/3 октавы, но это все равно только 20 точек данных!

Среднеквадратичное значение в определенных диапазонах частот

В целях простоты, чтобы позволить нам отслеживать более управляемое количество показателей, мы можем сделать наши частотные диапазоны еще более грубыми, чтобы отслеживать уровни среднеквадратичного значения только для трех диапазонов.

Среднеквадратичное ускорение для частот ниже 65 Гц

Этот частотный диапазон обычно называют диапазоном вибрации ротора, и в нем преобладает число оборотов двигателя (разделите его на 60 для Гц). Отслеживание среднеквадратичного значения в этом диапазоне может не сказать вам много о состоянии вашей системы, но вместо этого даст вам больше информации о среде, в которой находится система. Основное исключение — когда что-то не сбалансировано.

Изменение уровней среднеквадратичного значения на низких частотах, как правило, зависит от окружающей среды, а не от работоспособности нашего компонента, за которым мы следим. Но значительные изменения могут быть индикатором дисбаланса и потребуют обслуживания.

Среднеквадратичное ускорение для частот от 65 Гц до 300 Гц

Этот диапазон частот обычно называют диапазоном частот гармоник ротора, и в нем преобладают гармоники (кратные) оборотов двигателя. Но значительные изменения могут быть индикатором несоосности или механического люфта.

Значительные изменения в этом диапазоне средних частот могут указывать на несоосность или механическую неплотность.

Среднеквадратичное ускорение для высоких частот (выше 300 Гц)

В то время как на более низких частотах преобладали изменения макроуровня, высокие частоты являются лучшим индикатором внутри нашей системы. Изменения здесь будут основным фактором некоторого взлома или повреждения в системе. Если меняется высокочастотная сигнатура, это означает, что изменилась сама наша структура. И мы можем видеть это по данным подшипников. Из всех метрик, которые мы рассматривали, это, безусловно, самый важный показатель повреждения нашей системы.

Изменения уровней высокочастотного среднеквадратичного значения будут наиболее эффективным способом определения того, изменились ли структурные характеристики нашей системы. Иными словами, система деградирует, и ее необходимо поддерживать до того, как произойдет ее катастрофический сбой.

Пиковая псевдоскорость

Хотя пиковая псевдоскорость является основным методом анализа и количественной оценки ударного события (см. Анализ удара: спектры отклика), его не часто используют для мониторинга вибрации. Я думаю, это ошибка.

Прежде чем я объясню почему, давайте посмотрим на спектры псевдоскорости для наших четырех сигналов. Они рассчитывают, как система для данного/диапазона собственных частот будет реагировать на наш входной сигнал вибрации/удара. Затем он находит наихудший случай/пиковую скорость для данной собственной частоты. Поскольку это скорость, это означает, что она больше всего связана с энергией.

Из спектра мы можем извлечь пиковую амплитуду и соответствующую частоту этой амплитуды.

Пиковая псевдоскорость

В некоторых средах мониторинга работоспособности вам может потребоваться отследить что-то, что имеет значительный переходный компонент (например, производственный робот что-то поднимает). Все остальные показатели, как правило, лучше всего работают для стационарной вибрации. Таким образом, отслеживание пиковой псевдоскорости лучше всего скажет нам, изменилась ли энергия в этом переходном событии.

Пиковая псевдоскорость будет наиболее точно отслеживать энергоемкость данного переходного события.

В нашем случае, когда в наших подшипниках нет переходных процессов, этот показатель, по общему признанию, не так уж и полезен. Но опять же, если в вашей системе есть переходный процесс — вам НУЖНО это отслеживать!

Частота пиковой псевдоскорости

Теперь, даже если в вашей системе нет переходного процесса, отслеживание частоты пиковой псевдоскорости говорит нам, какой частотный диапазон является наиболее опасным. И это очень полезная метрика, даже для вибрации! Вы можете видеть, что в наших сигналах есть четкая тенденция, поскольку неисправность увеличивается, пиковая частота имеет тенденцию к увеличению. Мы также можем явно определить частоты, для которых мы хотим вычислить псевдоскорость, что позволит нам иметь некоторый контроль над степенью детализации этого.

Частота пиковой псевдоскорости говорит нам, какой частотный диапазон является наиболее разрушительным в нашей среде. Если это изменится и увеличится, это может быть еще одним индикатором изменения структуры нашей системы.

Сводка по всем 12 метрикам мониторинга вибрации

Хорошо, теперь давайте посмотрим на все наши метрики в таблице.

Набор данных	Обычный	Ошибка_007	Ошибка_014	Ошибка_021
Пиковое ускорение (g)	0,27	0,65	1,34	1,04
Среднеквадратичное ускорение (g)	0,07	0,12	0,16	0,20
Крест-фактор	4,08	5,36	8,48	5,22
Стандартное отклонение (г)	0,07	0,12	0,16	0,20
Скорость RMS (дюйм/с)	0,026	0,007	0,008	0,008
Рабочий объем RMS (дюймы)	0,00008	0,00001	0,00001	0,00005
Пиковая частота (Гц)	90	1051	3237	3316
Среднеквадратичное значение (г) от 1 до 65	0,010	0,001	0,001	0,002
RMS (g) от 65 до 300	0,031	0,010	0,008	0,006
RMS (g) от 300 до 6000	0,024	0,111	0,148	0,191
Пиковое значение PV (дюйм/с)	0,41	0,09	0,16	0,13
Пиковое значение PV (Гц)	90,5	161,3	512,0	3251. 0

Брутто… в таком виде таблицы трудно быстро определить тенденцию. Так что давайте вместо этого построим сетку гистограмм 3 x 4, чтобы сравнить все показатели в одном представлении! Сейчас мы говорим!

В этом представлении мы можем быстро увидеть среднеквадратичное значение уровня вибрации, особенно высокочастотное среднеквадратичное значение, которое является наиболее показательным показателем серьезности повреждения подшипника. Но это верно только в нашем примере здесь. Каждая вибрационная среда отличается, и каждая механическая структура отличается. Поэтому важно отслеживать многие показатели на раннем этапе и проводить некоторые исследования, чтобы определить, какие из них являются наиболее важными для вашей системы!

Как рассчитать самостоятельно (бесплатно)

Теперь, когда я показал вам, как рассчитать эти показатели на примере набора данных о вибрации, как вы отслеживаете эти показатели вибрации для своей собственной стратегии технического обслуживания на основе данных?

Во-первых, вам нужны данные о вибрации!

Прежде чем вы сможете сделать анализ, вам нужны данные вибрации для анализа! В идеале это должны быть беспроводные датчики, которые постоянно записывают и отправляют/загружают данные, чтобы упростить долгосрочный мониторинг. Я написал блог, в котором представлен список Топ-9Точные беспроводные датчики вибрации — это хорошее начало! И, конечно же, у enDAQ есть линейка датчиков вибрации и удара, которые вы можете использовать. Некоторые из них имеют возможность беспроводной загрузки, и все они также будут записывать данные локально, если вы предпочитаете этот маршрут.

Когда у вас есть данные, мы можем порекомендовать три различных способа расчета этих показателей (бесплатно):

• С помощью Python или MATLAB Code
• Использование VibrationData Toolbox
• Загрузка данных в enDAQ Cloud

Код Python или MATLAB

Весь исходный код, который выполнил анализ в этом блоге и сгенерировал графики, доступен прямо здесь ниже (щелкните здесь, чтобы открыть полный экран на отдельной вкладке).

Если вы любитель MATLAB, описанное выше не позволяет вам напрямую копировать/вставлять, но воспроизвести это в MATLAB должно быть довольно просто. В любом случае мы в enDAQ планируем опубликовать некоторые библиотеки Python с открытым исходным кодом, а также некоторые примеры MATLAB. Оставайтесь с нами!

VibrationData Toolbox

Мы предлагаем бесплатное программное обеспечение с графическим интерфейсом, в котором есть расчеты, необходимые для всего, что обсуждается в этом блоге, и чертовски многого другого! Это бесплатно и доступно для скачивания здесь.

Загрузка в облако enDAQ

Программное обеспечение enDAQ Cloud будет вычислять все эти показатели при загрузке в облако. Беспроводные устройства могут загружать напрямую через WiFi, но файлы с не беспроводных устройств также можно загружать вручную прямо из браузера. На данный момент это работает только для файлов, созданных на наших устройствах, но в будущем мы расширим функциональность, включив в нее общие файлы CSV.

На данный момент эти сводные показатели доступны в виде таблицы, которую можно загрузить или получить к ней доступ непосредственно через API. Но поколение информационных панелей находится в разработке и должно быть выпущено в июне 2021 года.

Заключение и дополнительные ресурсы

Здесь МНОГО всего, поэтому как мы можем подытожить?

Начнем с того, что анализ вибрации не является совершенной наукой. Требуется немного искусства, чтобы изучить ваши данные и найти то, что наиболее важно для вашей конкретной среды. А для этого нужно:

1. Данные о вибрации — так что установите датчики для сбора данных!
2. Суммарные показатели — сигналы вибрации сложны, поэтому разложите их на несколько показателей
3. Отслеживайте эти показатели   — изменения этих показателей будут указывать на изменения в системе

Я измерил 12 различных показателей вибрации, но если бы мне пришлось выбрать 3 лучших, то это были бы:

• Среднеквадратичное ускорение
• Среднеквадратичная скорость
• Высокочастотное (выше 300 Гц) среднеквадратичное ускорение

Но начните со сравнения всех этих показателей вибрации, чтобы определить, какой из них лучше всего подходит для вашего приложения. Выйдите и измерьте свои собственные данные и проведите собственный анализ!

Пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии или обращаться к нам напрямую, если у вас возникнут вопросы по этой или другим темам. Мы здесь, чтобы помочь вам со всеми вашими потребностями в тестировании!

Похожие сообщения:

• 9 лучших точных беспроводных систем мониторинга вибрации
• Анализ вибраций: основы БПФ, PSD и спектрограммы [Скачать бесплатно]
• Почему спектральная плотность мощности (PSD) является золотым стандартом анализа вибрации

Для получения дополнительной информации по этой теме посетите нашу страницу ресурсов, посвященную беспроводным системам мониторинга вибрации. Там вы найдете больше сообщений в блогах, тематических исследований, вебинаров, программного обеспечения и продуктов, ориентированных на ваши потребности в мониторинге состояния и техническом обслуживании.

Как снижение вибрации грузовика экономит топливо

Если ваш бизнес требует регулярного использования грузовиков, топливо является одной из ваших основных статей расходов. Все, что вы можете сделать для экономии топлива, может иметь большое значение, когда речь идет о вашей прибыли. Одним из способов экономии топлива является рассмотрение способов снижения вибрации грузовика. Вибрация тягача с прицепом заставляет ваш грузовик расходовать больше энергии и тратить больше топлива. Что такое вибрация и чем она вызвана, и как уменьшить вибрацию в грузовых автомобилях с целью экономии топлива?

ЧТО ТАКОЕ ВИБРАЦИЯ ПОГРУЗЧИКА?

Если вы когда-либо находились в грузовике с трясущимся рулевым колесом, вы испытывали вибрацию. Вибрация — это просто повторяющийся дисбаланс сил, который вы испытываете, когда ваш грузовик находится в движении. Поскольку шины грузовиков круглые, они создают дисбаланс противоборствующих сил каждый раз, когда они вращаются. Если шина разбалансирована, вы будете испытывать большее количество этих противодействующих сил или более высокочастотную вибрацию. Все, независимо от того, большое оно или маленькое, реагирует на приток энергии, накапливая ее посредством вибрации.

Веб-чат: Оценка технического обслуживания колесных пар

Автопарки сталкиваются с трудной задачей надлежащего управления двумя самыми большими расходами: шинами и топливом. Посмотрите наш веб-чат с нашим экспертом по обслуживанию колес Бобом Бортнером и узнайте, как вы можете сократить расходы на топливо и шины!

Смотреть сейчас!

Конечно, вам не нужно ехать в грузовике, чтобы испытать вибрацию. Вы испытываете вибрацию каждый день: когда едете в машине, грузовике, автобусе или поезде, сидите рядом с громкой музыкой или идете мимо строительной площадки. Однако вибрация в грузовых автомобилях может вызвать серьезные проблемы для вашего бизнеса.

ЧТО ГЛАВНОЕ В ВИБРАЦИИ?

Небольшая вибрация при движении грузовика естественна. Однако чрезмерная вибрация грузовика может вызвать множество проблем. Во-первых, это может раздражать и доставлять неудобства вашим водителям, мешая им сосредоточиться на вождении по маршруту и ​​выполнении своих обязанностей. Хуже того, это может привести к повторяющимся стрессовым травмам, из-за которых они могут уйти с работы.

Чрезмерная вибрация также вредна для вашего грузовика. Это может привести к более быстрому износу деталей, повреждению шин и снижению расхода топлива грузовика. Поиск способов борьбы с вибрацией может принести вам большую пользу, сэкономив деньги на расходах на топливо, продлив срок службы ваших грузовиков и сделав вас более счастливыми водителями.

КАКИЕ СПОСОБЫ УМЕНЬШИТЬ ВИБРАЦИЯ ПОГРУЗЧИКА?

То, как вы уменьшите вибрацию, частично зависит от того, где ваши водители испытывают ее больше всего. Например, если ускорение или замедление снижает вибрацию, это часто является проблемой балансировки шин. Если вибрация сильная при ускорении или подъеме, проверьте коробку передач, гидротрансформатор или трансмиссию. Если с увеличением скорости ситуация ухудшается, это может быть связано с неисправной шиной или трансмиссией. Если становится хуже, если вы замедляетесь, нажимая на тормоза, возможно, это проблема с тормозами. Если вы испытываете сильную вибрацию на поворотах, часто виноваты незакрепленные передние детали. Если вы только что переставили колеса, проверьте гайки. Если это происходит при увеличении оборотов двигателя, вы догадались: у вас проблема с двигателем.

Если у вас вибрация двигателя грузовика, у вас может быть более серьезная проблема с трансмиссией. Однако в большинстве случаев вибрации регулировка трансмиссии или биение одной или нескольких шин должно уменьшить ваши проблемы. Если это не сработает, ответом может быть затяжка зажимных гаек или передних частей или починка тормозов.

Во-первых, вам нужно найти источник чрезмерной вибрации. Если вы чувствуете это на руле, проблема с вибрацией находится спереди. Если вы чувствуете это на сиденье, это сзади. Боковое или боковое движение указывает на проблему с вибрацией в передней части, а скачкообразное или радиальное движение указывает на проблему с вибрацией в задней части.

После того, как вы установили причину вибрации вашего грузовика, проверьте шины. Осмотрите бортовое кольцо вокруг шины, убедившись, что оно одинаковое по всей окружности. Убедитесь, что колесо правильно установлено на ступице, проведя визитной карточкой по месту крепления колеса. Вокруг должно быть одинаковое пространство. Убедитесь, что биение составляет менее 1/8 дюйма. Если нет, возможно, вам придется перетянуть колесо или исправить посадку борта шины на колесе. Если он меньше 1/8 дюйма, спустите шину, поверните на 180 градусов и снова накачайте, чтобы скорректировать PSI, с помощью штока клапана в положении «12 часов».

Выполнив эту процедуру, попробуйте грузовик. Если вы все еще сталкиваетесь с проблемой вибрации, вытащите два колеса в сборе из грузовика, который работает нормально, и прикрепите их к грузовику с проблемой. Если вы все еще получаете вибрацию, это не проблема с шиной или колесом.

Если у вас по-прежнему возникают проблемы с вибрацией грузовика, вы можете попробовать ряд других решений. Вот простой контрольный список для решения проблем с вибрацией:

• Трансмиссия – карданные шарниры, вилки, несущие подшипники, уголки приводного вала/высота подвески, противовесы
• Ступицы – Монтажные поверхности, регулировка подшипников/осевой люфт
• Тормозные барабаны – Сбалансированы? Чрезмерный износ? Монтаж по центру?
• Компоненты подвески и рулевого управления – Дефект?
• Кольцевые гайки – правильно ли затянуты?
• Жидкости – Утечки
• Амортизатор или амортизатор — Неисправен?
• Грузовик – Бережливый?
• Рулевой механизм – ослаблен?
• Слой – Отслоение или вздутие шины?
• Привод – Выравнивание

В соответствии с TMC RP 214D материалы для внутренней балансировки шин являются эффективным решением для снижения вибраций колес. EQUAL FLEXX — единственный внутренний балансир, который может адаптироваться к дороге, нагрузке и скорости и обладает способностью поглощать вибрацию как самый мягкий внутренний балансировочный компаунд. Твердые, круглые балансировочные борта из стекла или керамики не могут поглощать или устранять вибрации в ваших шинах.

Это означает, что FLEXX максимально гасит вибрацию в течение всего срока службы шины, не повреждая при этом каркас шины, блоки TPMS и не нарушая гарантийные обязательства производителя, что обеспечивает лучшую износостойкость шины и более плавную езду. Использование FLEXX помогает сократить потери энергии, что приводит к неравномерному износу шин, повышенному расходу топлива и беспокойству водителей.

Хотя экономия топлива является важнейшей причиной снижения вибрации, вы можете видеть, что существует множество других важных причин для снижения вибрации. Любые расходы, которые вы предпринимаете для снижения вибраций, если они эффективны, неизменно оправдывают затраты.

Чтобы узнать больше о FLEXX, других продуктах IMI для экономии шин, или узнать больше о вибрации и гашении вибрации для грузовых автомобилей, свяжитесь с IMI сегодня.

Получите самую свежую информацию и новости отрасли.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Оценка вибрации ударного гайковерта и методы испытаний | Annals of Work Exposures and Health

Abstract

В целях обеспечения более эффективных оценок воздействия вибрации ударных гайковертов и разработки усовершенствованных методов измерения выбросов вибрации, создаваемых этими инструментами, это исследование было сосредоточено на трех переменных: ускорение, измеренное в поверхность инструмента, продолжительность воздействия вибрации на одно испытательное испытание и величину крутящего момента, необходимого для раскручивания гаек после испытательного испытания. Для этой оценки шесть опытных мужчин-операторов ударного гайковерта использовали по три образца каждой из пяти моделей ударных гайковертов (четыре пневматические модели и одна модель с аккумуляторным питанием) в моделируемой рабочей задаче. Тестовая установка и процедуры были основаны на тех, которые были предоставлены Техническим комитетом Международной организации по стандартизации (ISO), осуществляющим надзор за пересмотром ISO 8662-7. Рабочая задача заключалась в посадке 10 гаек на 10 болтов, закрепленных на стальных пластинах. Результаты показывают, что величины ускорения различаются не только в зависимости от типа инструмента, но и для отдельных инструментов внутри типа. Таким образом, оценщиков предостерегают от выводов, основанных на небольшом числе инструментов и/или операторов инструментов. Предлагаются соответствующие размеры выборки. Далее было отмечено, что оценщики могут прийти к другим выводам, если оценки инструментов основаны на ускорении, взвешенном по ISO, а не на невзвешенном ускорении. Как и ожидалось, продолжительность воздействия вибрации варьировалась в зависимости от типа инструмента и испытуемого; средние значения продолжительности варьировались больше для участников исследования, чем для типов инструментов. Для 12 пневматических инструментов, оцениваемых в этом исследовании, крутящий момент напрямую зависит от ускорения рукоятки инструмента. Следовательно, чтобы уменьшить воздействие вибрации, инструменты следует выбирать и настраивать так, чтобы они создавали крутящий момент не выше необходимого для выполняемой задачи.

оценка воздействия, HAVS, ударный гайковерт, вибрация

ВВЕДЕНИЕ

Ударные гайковерты широко используются в производстве и техническом обслуживании автомобилей, а также в других сферах деятельности. Операторы этих инструментов часто подвергаются воздействию вибрации, передающейся через руки (HTV), вращательных сил, сил сцепления ручного инструмента с инструментом, неудобных поз и повторяющихся движений, которые могут привести к профессиональным травмам или профессиональным заболеваниям (NIOSH, 1997). Использование ударного гайковерта было конкретно связано с расстройством, известным как вибрационный белый палец (VWF) (см. Aiba 9).0200 и др. , 1999). Многократное воздействие интенсивного ВГТ может привести к ФВ и другим симптомам, обычно связанным с синдромом вибрации кистей рук (HAVS) (Taylor and Brammer, 1982; Bovenzi, 1998). В интересах контроля воздействия и предотвращения профессиональных травм и профессиональных заболеваний важно изучать различные компоненты воздействия и их взаимодействие.

Вибрация, создаваемая инструментами, является одним из основных компонентов воздействия, подлежащих изучению. Важно охарактеризовать излучение вибрации, чтобы получить четкое представление о характере воздействия на «дозовой стороне» зависимости «доза-реакция». Определение характеристик вибрации также важно для разработки мер воздействия и улучшения конструкции инструментов. Четыре основные характеристики оценки вибрационного воздействия: частота вибрации, величина вибрации, продолжительность воздействия и кумулятивное воздействие (ISO 5349).-1, 2001). Существуют проблемы, которые усложняют оценку каждого из этих атрибутов. Простое измерение частоты и амплитуды вибрации на рукоятке рабочего инструмента может не дать точной картины воздействия вибрации в различных условиях работы. Например, изменения в позе оператора могут повлиять на биодинамическую реакцию руки на вибрацию инструмента, а также на характеристику вибрационного воздействия инструмента (Aldien et al. , 2005; Dong et al. , 2005). Точно так же силы захвата и толкания, прикладываемые к рукоятке инструмента, также могут влиять на характеристику вибрационного воздействия (Dong и др. , 2004).

Точное измерение продолжительности воздействия также может быть сложной задачей. Продолжительность воздействия обычно определяется количественно с помощью обзоров трудовых книжек, рабочих наблюдений или опросов сотрудников. Эти методы заведомо неточны (Peterson et al. , 2007). Использование регистраторов шума или вибрации может преодолеть эти неточности (см., например, Teschke и др. , 1990), но стандартного метода измерения периодов воздействия вибрации не существует. Компонент времени также может потребовать тщательного изучения; знание рабочих циклов и прерывистого использования инструмента может быть столь же важным, как и общая продолжительность воздействия, при характеристике характера воздействия вибрации.

В дополнение к вышеупомянутым трудностям существует несколько других переменных, которые могут изменить результаты оценки воздействия. Физические характеристики оператора инструмента могут влиять на сигнатуру воздействия; эластичность, демпфирующие свойства и масса тканей кисти и предплечья могут влиять на излучение вибрации инструмента и биодинамические реакции системы рука-рука субъекта на вибрацию (см. главу 13 книги Griffin, 1990). Источники общих ошибок измерения должны быть идентифицированы и учтены. Например, смещение сигналов вибрации постоянным током (DC) может привести к завышению оценок воздействия, особенно для инструментов, находящихся в условиях ударов и ударов (Dong и др. , 2004).

Чтобы преодолеть эти трудности при сравнении вибрации инструментов, важно разработать последовательные и эффективные методы оценки выбросов вибрации, чтобы можно было напрямую сравнивать и оценивать различные ударные гайковерты на основе одних и тех же критериев. С этой целью Международная организация по стандартизации (ISO) разработала стандарт ISO 8662-7 «Переносные переносные электроинструменты. Измерение вибрации на рукоятке. Часть 7. Гаечные ключи, отвертки и гайковерты с ударным, импульсным или храповым механизмом». (1997). Чтобы обеспечить постоянную и стабильную нагрузку на инструмент, в стандартном испытании указывается специальное нагружающее устройство (тормозной механизм). К сожалению, такое устройство не может обеспечить разумную симуляцию работы ударного гайковерта на рабочем месте. Данные испытаний, полученные в разных лабораториях, также могут сильно различаться, поскольку было показано, что измеренные вибрации различаются в зависимости от физического размера субъекта и величины приложенного усилия рук (Shida et al. , 2001). Трудности в изготовлении прочного механизма, обеспечивающего постоянную нагрузку на инструмент, также могут способствовать межлабораторным различиям.

В связи с этими проблемами Технический комитет ISO 118/SC 3/WG 3 — Вибрации в ручных инструментах — специальная группа по гаечным ключам предложил новый метод испытаний для замены существующего метода (ISO, 2006). Как заявил комитет, пересмотренная установка и процедура предназначены для того, чтобы Однако этот новый метод еще не был в достаточной мере оценен и протестирован.

• более точно имитировать реальную вибрацию на рабочем месте,

• гарантировать, что конечные результаты попадут в верхний квартиль того, что на самом деле испытывают различные работники в различных рабочих ситуациях,

• получить результат вибрации, который может быть легко преобразован пользователем инструмента в анализ оценки риска, и

• иметь возможность применить пересмотренную процедуру к поперечному сечению всех инструментов с резьбовым креплением от всех источников энергии, включая пневматические, гидравлический или электрический (ISO, 2006).

Чтобы помочь в разработке усовершенствованного стандарта оценки риска вибрации ударного гайковерта, конкретные цели этого исследования заключались в том, чтобы

• определить важные характеристики воздействия вибрации на пользователей ударных гайковертов,

• сравнить методы количественного определения вибрации ударного гайковерта,

• изучить потенциальное влияние на измерения вибрации, циклы и измерения крутящего момента варьируются от инструмента к инструменту и предмету,

• изучают взаимосвязь между вибрацией, продолжительностью воздействия и мерами крутящего момента и

• оценить предлагаемый метод оценки рисков, связанных с ударными гайковертами, предложенный специальной группой ISO по гайковертам (ISO, 2006).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальная установка и процедура

Протокол данного исследования был рассмотрен и одобрен Наблюдательным советом Национального института охраны труда и здоровья (NIOSH). В этом исследовании шесть операторов ударного гайковерта мужского пола использовали 15 ударных гайковертов в смоделированной рабочей задаче. Было четыре пневматических модели и одна модель с батарейным питанием; использовали по три образца каждой модели инструмента. Все участники исследования были опытными операторами; Кандидатов просили наработать не менее 100 часов с резьбовыми крепежными инструментами. Аппаратура для исследования была сконструирована на основе требований к испытательной установке и процедур, предоставленных Техническим комитетом ISO 118/SC 3/WG 3 (ISO, 2006).

Испытательная установка показана на рис. 1. Вкратце, испытательная установка состоит из двух съемных пластин из закаленной стали толщиной 38 мм, вертикально установленных на бетонном блоке. Каждая пластина была изготовлена ​​с каналами и отверстиями для размещения 10 болтов M20 × 60 мм из стали Grade 8. 10 болтов на каждой пластине расположены в два равномерно расположенных ряда по пять болтов в каждом (см. рис. 1а). Каждый болт оснащен гайкой, двумя тарельчатыми шайбами ​​(внутренний диаметр 20,4 мм, внешний диаметр 40 мм), уложенными параллельно вместе с соответствующей плоской шайбой (см. рис. 1b). В попытке получить значения вибрации, которые соответствуют значениям, с которыми рабочие, как ожидается, будут сталкиваться в реальных рабочих ситуациях, пересмотренная процедура требует проведения измерений вибрации в течение серии 30-секундных испытаний, включающих сидячие места. 10 гаек на шпильки или болты, установленные на пластине. Чтобы соответствовать методу измерения вибрации, указанному в стандарте оценки вибрационного риска ISO (ISO 5349-1, 2001), другое предлагаемое существенное изменение в ISO 8662-7 (1997) состоит в том, что вибрации должны измеряться по трем осям вместо одной оси, как указано в существующем стандарте.

Рис. 1.

Открыть в новой вкладкеСлайд загрузки

(a) Испытательная установка ударного гайковерта, состоящая из двух съемных стальных пластин, вертикально установленных на бетонном блоке. Каждая пластина рассчитана на 10 болтов M20 × 60 мм класса 8. Тестовое испытание включает посадку 10 гаек на один из наборов из 10 болтов в течение 30 с. Испытуемый чередует пластины в общей сложности пять 30-секундных попыток на инструмент. (b) Гайки и шайбы показаны в исходном положении.

В текущем исследовании во время испытаний использовались два полных комплекта новых болтов, шайб и гаек. Как указывалось выше, тестовое испытание состояло из установки 10 гаек на одну из стальных пластин в течение 30-секундного периода. Для контроля темпа эксперимента была разработана специальная программа с использованием программного обеспечения National Instruments LabVIEW™. По сути, дисплей программы состоял из 10 циферблатных индикаторов, которые представляли 10 гаек, которые нужно было затянуть во время испытания. Стрелка циферблата прошла вокруг калибра за 2 с, затем испытуемому было предложено перейти к следующей гайке; Через 1 с стрелка прошлась по следующему датчику и так далее. Программа кардиостимуляции работала на ноутбуке, который помещали перед испытуемым. Каждый участник прошел тренировочные пробежки, чтобы привыкнуть к рабочей задаче и программе темпа. Этот механизм стимуляции оказался успешным, так как пробы во время тестов стабильно находились в пределах 30 ± 1,5 с для всех участников исследования. После испытания с 10 гайками испытуемый отдыхал, пока инженер-испытатель возвращал гайки в исходное положение. Затем испытуемому было предложено завершить следующее испытание на альтернативной пластине. Таким образом, около половины испытаний тестовой сессии было выполнено на одной пластине, а половина — на другой.

Каждый субъект выполнил пять испытаний с 10 орехами с каждым из 15 инструментов, всего 75 испытаний за тестовую сессию. Все инструменты были в хорошем рабочем состоянии и использовались только в круговых лабораторных испытаниях с использованием того же испытательного приспособления и процедуры. Использовались пять моделей инструментов по три образца:

1. Инструменты A1-3: Ingersoll-Rand 2135Ti, максимальный крутящий момент = 848 Нм, вес = 1,8 кг

2. Инструменты B1-3: Atlas Copco EP12PTS150-HR13-AT , максимальный крутящий момент = 150 Нм, вес = 2,5 кг

3. Инструменты C1-3: Chicago Pneumatic CP749, максимальный крутящий момент = 612 Нм, вес = 2,4 кг

4. Инструменты D1-3: Chicago Pneumatic CP7733, максимальный крутящий момент = 746 Нм, вес = 2,5 кг

   3

5. 0 Инструменты E1-3: Makita BTW120, макс. крутящий момент = 120 Нм, вес = 1,6 кг

Первые четыре модели инструментов в списке — это пневматические инструменты. Для этих моделей инструментов давление подаваемого воздуха было отрегулировано до 689 кПа (100 фунтов на кв. дюйм). Модель Makita представляет собой инструмент с батарейным питанием. Аккумуляторы на 12 В для каждого из трех инструментов Makita были полностью заряжены в начале каждой тестовой сессии. Порядок тестирования 15 инструментов был независимо рандомизирован для каждого субъекта.

В соответствии с предлагаемыми изменениями к стандарту, когда это возможно, вибрации должны измеряться в двух местах на инструменте: либо на обеих рукоятках, если они поставляются, либо в других местах, где пользователь может брать и поддерживать инструмент (ISO, 2006). Ни один из инструментов, использованных в этом исследовании, не оснащен дополнительными рукоятками. Для четырех пневматических инструментов измерялась вибрация на рукоятке инструмента и в передней части корпуса инструмента. Для меньшего инструмента с батарейным питанием измерялась только вибрация рукоятки. Все измерения вибрации были собраны с помощью калиброванных трехосных акселерометров PCB Model 356B11. Каждый акселерометр крепился на алюминиевом монтажном блоке. Шланговые хомуты использовались для крепления узлов акселерометра к инструментам.

Измерение вибрации ударных инструментов часто дает значительные сдвиги постоянного тока на выходе пьезоэлектрического акселерометра (Kitchener, 1977). Во время практических испытаний были обнаружены свидетельства таких сдвигов постоянного тока в некоторых измерениях, особенно на корпусах инструментов моделей Chicago Pneumatic и Ingersoll-Rand. Чтобы решить эту проблему смещения постоянного тока, тонкие слои резины были помещены под монтажные блоки акселерометра и хомуты для шлангов, чтобы обеспечить механическую фильтрацию, аналогичную той, которая подробно описана в другом исследовании (Dong 9).0200 и др. , 2004). Этот метод фильтрации оказался эффективным при устранении сдвигов постоянного тока. На рис. 2 показано типичное расположение акселерометров, монтажных блоков, хомутов и слоев резины.

Рис. 2.

Открыть в новой вкладкеСлайд для загрузки

(a) Типичное расположение акселерометров, монтажных блоков и хомутов, используемых для крепления двух акселерометров на инструментах. Для четырех моделей пневматических инструментов измерения проводились на рукоятках инструмента и в передней части корпуса инструмента. Для модели аккумуляторного инструмента были собраны только измерения рукоятки. (b) Слои резины были помещены под хомут для шланга и крепления акселерометра, чтобы предотвратить смещение измерения ускорения постоянным током.

Данные вибрации были собраны для каждой третьоктавной полосы с центральными частотами от 6,3 до 1250 Гц. Сигналы трехосного акселерометра преобразовывались с помощью формирователей сигналов датчика ICP PCB 480E09 с усилением, установленным на «1» (без усиления). Затем сигналы вибрации передавались в портативную шестиканальную систему B&K PULSE (модель 3032A), где для каждого тестового испытания генерировался отдельный текстовый файл. Электронная таблица Microsoft Excel использовалась для обработки взвешенных ускорений на рукоятке инструмента и на корпусе инструмента (где применимо) для каждого 30-секундного испытания. Сразу же после каждого запуска инструмента из пяти испытаний рассчитывался коэффициент вариации (CV) значения суммы корней квадратов (общее значение) для пяти последовательных испытаний. Испытания повторяли, если CV был ≥0,15. Обработанные значения вибрации оказались достаточно стабильными, так как менее 5% всех тестовых испытаний требовали повторения.

Переменные исследования

В этом исследовании основное внимание уделялось трем переменным результата: амплитуде вибрации, продолжительности воздействия вибрации и крутящему моменту. Данные вибрации собирались по трем осям с помощью трехосных акселерометров, как описано выше. Среднеквадратичные (среднеквадратические) значения амплитуды вибрации определяли для каждой третьоктавной полосы от 6,3 до 1250 Гц по каждой оси. Затем было рассчитано «общее» значение для каждого трехосного акселерометра по следующей формуле:

(1)

where a _total is the unweighted root-sum-of-squares total value and a _x , a _y and a _z are the unweighted r. m.s. значения для осей x , y и z соответственно. (См. рис. 2, чтобы увидеть исходную систему координат.) Аналогичным образом, взвешенные по ISO общие значения амплитуды вибрации в виде корня суммы квадратов были рассчитаны после применения весовых коэффициентов третьоктавной полосы, представленных в ISO 5349.-1 (2001). Таким образом, взвешенные по ISO и невзвешенные значения вибрации были количественно определены для двух мест расположения инструмента (рукоятка и корпус) для каждого испытания. Все значения магнитуды вибрации выражены в м с ⁻² .

Как описано выше, данные о вибрации собирались на протяжении всего 30-секундного испытания, когда испытуемый перемещался от гайки к гайке. Естественно, эти измерения включали периоды, когда инструмент не работал; таким образом, период измерения включал время, когда оператор не подвергался воздействию вибрации инструмента. Было высказано предположение, что фактическое время воздействия будет варьироваться в зависимости от инструмента и объекта. Алгоритм был разработан, чтобы помочь в оценке этих изменений продолжительности воздействия. Были собраны спектры вибрации инструмента во временной области, а трехосные (общие) формы волны вибрации были выпрямлены и обработаны в цифровом виде для количественной оценки времени воздействия вибрации инструмента для каждого испытания. В основном устанавливалось пороговое значение вибрационного воздействия, а периоды, когда вибрация превышала пороговое значение, считались временем вибрационного воздействия инструмента. На рис. 3 показан пример вывода этого алгоритма, примененного к трем гайкам во время типичного испытания. Время интрапробного воздействия суммировали, чтобы получить меру общего времени воздействия для каждого испытания; эти значения затем использовались для изучения взаимосвязей между временем воздействия, инструментами и предметами.

Рис. 3.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Вывод алгоритма продолжительности воздействия для посадки первых трех гаек в типичном испытании с 10 гайками. Сигналы вибрации рукоятки инструмента были устранены, был установлен порог воздействия, а периоды времени, когда вибрация рукоятки инструмента превышала порог, суммировались для количественного определения фактического времени воздействия в течение каждого 30-секундного испытания.

Измерения статического крутящего момента гаек были собраны только для одного из испытуемых. Динамометрический ключ щелчкового типа использовался для измерения величины крутящего момента, необходимого для отвинчивания каждой гайки после каждого из четырех испытаний с 10 гайками. Эти измерения крутящего момента были выполнены для каждого из 12 пневматических инструментов; Измерения крутящего момента гаек не были получены для трех инструментов с батарейным питанием, потому что крутящий момент, создаваемый этими инструментами, ниже рабочего диапазона динамометрического ключа, используемого в этом исследовании.

Обработка данных и статистический анализ

При необходимости для выявления значимых факторов исследования были проведены тесты одномерного общего линейного модельного дисперсионного анализа (ANOVA). Также там, где это уместно, были проведены попарные сравнения Тьюки с честно значимой разницей (HSD) post hoc . Все тесты ANOVA и HSD Тьюки были выполнены с использованием статистического программного обеспечения SPSS (SPSS Inc., версия 14.0). Регрессионный/корреляционный анализ проводили с использованием Microsoft Excel. Результаты анализа были признаны значимыми на P < 0,05 уровень.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Вибрация

Естественно, каждый тип инструмента производит свою собственную вибрацию. Репрезентативные невзвешенные спектры вибрации, измеренные на рукоятках инструментов, представлены на рис. 4. На рис. 5 показана изменчивость ускорения для каждого инструмента и то, как эти распределения измерений варьировались среди 15 инструментов. Как видно, распределения внутри каждой модели инструмента довольно схожи как для взвешенных значений ускорения, так и для значений ускорения, взвешенных по ISO. Ясно, что амплитуды вибрации для инструментов типа B значительно ниже, чем для других четырех моделей инструментов. Кроме того, общая изменчивость измерений ускорения для инструментов типа B меньше. Подобным образом распределения значений ускорения рукоятки инструмента для каждого из шести участников исследования показаны на рис. 6.

Рис. 4.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Типичное невзвешенное среднеквадратичное значение спектры вибрации, измеренные на рукоятках каждого из пяти типов инструментов.

Рис. 5.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Распределения (а) невзвешенного и (б) взвешенного по ISO полного среднеквадратичного значения. значения вибрации, измеренные на рукоятке каждого инструмента всеми шестью субъектами ( n  = 30). Ящики представляют межквартильный диапазон для каждого распределения; линия в каждом поле является медианным значением. Усы доходят до 5-го и 9-го.5-й процентиль.

Рис. 6.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Распределения (а) невзвешенных и (б) взвешенных по ISO суммарных среднеквадратичных значений. значения вибрации, измеренные на всех 15 рукоятках инструментов для каждого участника исследования ( n  = 75). Ящики представляют межквартильный диапазон для каждого распределения; линия в каждом поле является медианным значением. Усы простираются до 5-го и 95-го процентилей.

Как указано в Таблице 1, результаты дисперсионного анализа показали, что и инструмент, и испытуемый оказывают значительное влияние на вибрацию инструмента. Взаимодействие инструмент/предмет также важно. Как указано, выводы, сделанные на основе результатов ANOVA, были одинаковыми независимо от того, использовались ли в анализе невзвешенные или взвешенные по ISO значения ускорения. Аналогичным образом, измерения рукоятки инструмента и корпуса инструмента привели к тем же выводам. Эти сходства дополнительно показаны на рис. 7, где измерения ускорения рукоятки инструмента и корпуса инструмента сравниваются как для взвешенных по ISO, так и для невзвешенных значений. Как показано на рисунке, значения R-квадрата Пирсона статистически значимы, а наклоны линий тренда для обоих случаев приближаются к единице.

Таблица 1.

Таблицы дисперсионного анализа для невзвешенных и взвешенных по ISO среднеквадратичных значений. acceleration values ​​measured at the tool handles of each of the 15 tools and at the housings of the 12 pneumatic tools

Открыть в новой вкладке

Таблица 1.

Таблицы дисперсионного анализа для невзвешенных и взвешенных по ISO среднеквадратичных значений. значения ускорения, измеренные на рукоятках каждого из 15 инструментов и на корпусах 12 пневматических инструментов

Открыть в новой вкладке

Рис. 7.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Корреляции между рукояткой инструмента и корпусом инструмента, невзвешенные и взвешенные по ISO среднеквадратичные значения. измерения ускорения для 12 пневматических ударных гайковертов ( n  = 360). В обоих случаях значения R-квадрата статистически значимы ( P  < 0,001).

Post hoc Попарные сравнения средств измерения ускорения рукоятки инструмента для испытуемых и инструментов содержатся в таблицах 2 и 3 соответственно. В целом испытуемые T и D демонстрировали более высокие величины воздействия вибрации, чем другие испытуемые. Как указано в Таблице 3, для невзвешенных вибраций инструменты типа А были значительно выше, чем инструменты других типов. Однако, когда применяется взвешивание по частоте ISO, инструменты типа C перемещаются вверх. Эта характеристика дополнительно указана в таблице 4; эта таблица содержит средние значения и стандартные отклонения измерений ускорения рукоятки инструмента для каждого испытуемого и типа инструмента. Взаимодействие типа инструмента и испытуемого также показано в таблице 4; порядок ранжирования экспозиций субъекта зависит от типа инструмента. Характер вариации различается в зависимости от того, используются ли в анализе ускорения, взвешенные по ISO, или невзвешенные.

Таблица 2.

Тьюки HSD постфактум результаты попарного сравнения невзвешенных и взвешенных по ISO рукояток инструментов среднеквадратичных значений. средства ускорения для шести участников исследования ( n = 75)

Открыть в новой вкладке

Таблица 2.

Тьюки HSD постфактум результаты попарного сравнения среднеквадратичных значений невзвешенной и взвешенной по ISO рукоятки инструмента. средние значения ускорения для шести участников исследования ( n = 75)

Открыть в новой вкладке

Таблица 3.

Тьюки HSD постфактум результаты попарного сравнения невзвешенных и взвешенных по ISO среднеквадратичных значений. средние значения ускорения, измеренные на рукоятках 15 инструментов (n = 30)

Каждая линия представляет средние значения, которые существенно не различаются ( P > 0,05). Средние значения, которые значительно различаются ( P < 0,05), не подводятся под черту.

Открыть в новой вкладке

Таблица 3.

Тьюки HSD постфактум результаты попарного сравнения невзвешенных и взвешенных по ISO среднеквадратичных значений. средние значения ускорения, измеренные на рукоятках 15 инструментов (n = 30)

Каждая линия представляет средние значения, которые существенно не различаются ( P > 0,05). Средние значения, которые значительно различаются ( P < 0,05), не подводятся под черту.

Открыть в новой вкладке

Таблица 4.

Суммарное среднеквадратичное значение рукоятки инструмента средние значения ускорения и стандартные отклонения (SD) для каждого испытуемого ( N = 15) и тип инструмента ( N = 90)

Test subject	Type B		Type D		Type E		Type A		Type C
	Mean	SD	Mean	SD	Mean	SD	Mean	SD	Mean	SD
ISO-weighted acceleration (m s −2 )
Q	2.6	0. 3	6.4	0.8	6.5	0.5	8.2	1.4	8.9	2.5
W	2.7	0.1	6.0	0.4	6.6	0.6	6.8	0.6	7.9	0.7
M	2.7	0.2	5.5	0.5	7.1	0.3	6.5	0.3	8.0	1.0
T	3.0	0.2	7.6	0.5	8.3	0.8	9. 9	0.8	9.7	0.7
S	3.2	0.3	6.3	0.3	6.4	0.8	7.7	0.1	8.8	0.8
D	3.2	0.5	7.1	0.7	7.3	0.8	7.7	0.7	10.3	1.5
Average	2.9	0.3	6.5	0.5	7.0	0.6	7.8	0.6	8.9	1.2
Unweighted acceleration (m s −2 )
Q	«> 30.1	6.4	109.0	20.4	145.6	14.9	219.0	34.4	161.6	37.8
W	26.4	1.5	114.0	10.4	153.0	16.4	209.6	10.8	134.1	17.6
M	27.0	3.3	100.6	9.3	202.4	3.3	173.5	10.0	129.2	6.8
T	29,2	1,9	130,5	3,8	191,1,19144	«> 3,8	191,1,19144	3,8	191,1 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2686 2,8	1
.0144	20.9	192.2	18.9
S	35.3	1.9	119.0	5.8	147.3	21.1	209.0	5.9	155.5	15.7
D	30.8	1.6	138.5	3.2	161.1	15.4	228.7	11.2	210.4	32.3
Average	«> 29.8	2.8	118.6	8.8	166.7	16.3	215.2	15.5	163.8	21.5

Открыть в новой вкладке

Таблица 4.

Суммарное среднеквадратичное значение рукоятки инструмента средние значения ускорения и стандартные отклонения (SD) для каждого испытуемого ( n = 15) и типа инструмента ( n = 9)0)

16

16

69

6

43 M44

Test subject	Type B		Type D		Type E		Type A		Type C
	Mean	SD	Mean	SD	Mean	SD	Среднее	SD	Среднее	SD
УДАКОВОГО БОЛЬШЕ 11111144444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444н. 1586 0.3											6.4	0.8	6.5	0.5	8.2	1.4	8.9	2.5
W	2.7	0.1	6.0	0.4	6.6	0.6	6.8	0.6	7.9	0.7
M	2.7	0.2	5.5	0.5	7.1	0.3	6.5	0.3	8.0	1.0
T	3.0	0.2	7.6	0.5	8.3	0.8	«> 9.9	0.8	9.7	0.7
S	3.2	0.3	6.3	0.3	6.4	0.8	7.7	0.1	8.8	0.8
D	3.2	0.5	7.1	0.7	7.3	0.8	7.7	0.7	10.3	1.5
Average	2.9	0.3	6.5	0,5	7,0	0,6	7,8	0,6	8,9	1,2
UNELISED ACCELERECTION (M S —
. 0144
Q	30.1	6.4	109.0	20.4	145.6	14.9	219.0	34.4	161.6	37.8
W	26.4	1.5	114.0	10,4	153,0	16,4	209,6	10,8	134,1	17,6
M
M
M
M
M
M	3.3	100.6	9.3	202.4	3.3	173.5	10.0	«> 129.2	6.8
T	29.2	1.9	130.5	3.8	191.1	26.6	251.6	20.9	192.2	18.9
S	35.3	1.9	119.0	5.8	147.3	21.1	209.0	5.9	155.5	15.7
D	30.8	1.6	138.5	3.2	161.1	15.4	228.7	11.2	210.4	32,3
Среднее	29,8	«> 2,8	118,6	8,8	166,7	8,8	166,7	160144	166,7	.1586 215.2	15.5	163.8	21.5

Test subject	Type B		Type D		Type E		Type A		Type C
	Mean	SD	Mean	SD	Mean	SD	Mean	SD	Mean	SD
ISO-weighted acceleration (m s −2 )
Q	2.6	0.3	6.4	0.8	6. 5	0.5	8.2	1.4	8.9	2.5
W	2.7	0.1	6.0	0.4	6.6	0.6	6.8	0.6	7.9	0.7
M	2.7	0.2	5.5	0.5	7.1	0.3	6.5	0.3	8.0	1.0
T	3.0	0.2	7.6	0.5	8.3	0.8	9.9	0.8	9.7	0. 7
S	3.2	0.3	6.3	0.3	6.4	0.8	7.7	0.1	8.8	0.8
D	3.2	0.5	7.1	0.7	7.3	0.8	7.7	0.7	10.3	1.5
Average	2.9	0.3	6.5	0.5	7.0	0.6	7.8	0.6	8.9	1.2
Unweighted acceleration (m s −2 )
Q	«> 30.1	6.4	109.0	20.4	145.6	14.9	219.0	34.4	161.6	37.8
W	26,4	1,5	114,0	10,4	153,0	16,4	209,6	16.4	209,6	10,4	.0144	17.6
M	27.0	3.3	100.6	9.3	202.4	3.3	173.5	10.0	129.2	6.8
T	29.2	1.9	130.5	«> 3.8	191.1	26.6	251.6	20.9	192.2	18.9
S	35.3	1.9	119.0	5.8	147.3	21.1	209.0	5.9	155.5	15.7
D	30.8	1.6	138.5	3.2	161.1	15.4	228.7	11.2	210.4	32.3
Average	29.8	2.8	118.6	8.8	166.7	16.3	215. 2	15.5	163.8	21.5

Открыть в новой вкладке

Продолжительность воздействия

Результаты дисперсионного анализа для продолжительности воздействия на 30-секундное испытание приведены в таблице 5. Как и в случае с ускорением инструмента, продолжительность воздействия вибрации также зависела от испытуемого и типа инструмента. Аналогичным образом, взаимодействие испытуемого с типом инструмента было значительным. Попарные сравнения Post hoc для испытуемого и типа инструмента показаны соответственно в таблицах 6 и 7. Как и в случае с величиной вибрации, испытуемые T и D имели значительно большее время воздействия, чем остальные четыре испытуемых. Среди типов инструментов было только два подмножества по продолжительности воздействия; Срок службы инструментов типа D был значительно больше, чем у инструментов типов A, B и E; других существенных различий не наблюдалось.

Таблица 5.

Таблица дисперсионного анализа продолжительности воздействия вибрации на 30-секундное испытательное испытание, измеренное на рукоятках инструмента

Открыть в новой вкладке

Таблица 5.

Таблица ANOVA для продолжительности вибрационного воздействия на 30 с. Субъект 361,9 5 72,4 21,3 <0,001* 21,3 <0,001* 21,3.1586 4  15.9  4.7  <0.003*  Subject × type  241.9  20  12.1  3.6  <0.001*  Error  204.3  60  3.4  —  — 

Открыть в новой вкладке

Таблица 6.

Тьюки HSD апостериорно результаты попарного сравнения продолжительности воздействия вибрации на 30-секундное тестовое испытание для шести участников исследования ( n = 75)

Открыть в новой вкладке

Таблица 6.

Тьюки HSD постфактум результаты попарного сравнения длительности воздействия вибрации на 30-секундное тестовое испытание для шести участников исследования ( n = 75)

Открыть в новой вкладке

Распределение продолжительности воздействия показано на рис. 8 и 9. На рис. 8 показано распределение для каждого из пяти типов инструментов. Как показано на рисунке, типы инструментов B и E показали значительно меньшую общую изменчивость, чем три других типа инструментов. Распределение времени продолжительности для каждого субъекта показано на рис. 9. Средние значения для субъектов D и T явно выше, чем для других четырех субъектов. Субъект D также показал гораздо большую изменчивость, чем остальные пять участников исследования.

Рис. 8.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Распределения значений продолжительности вибрационного воздействия для 30-секундных испытаний для каждой из пяти моделей ударных гайковертов, испытанных всеми шестью участниками исследования ( n = 90). Ящики представляют межквартильный диапазон для каждого распределения; линия в каждом поле является медианным значением. Усы простираются до 5-го и 95-го процентилей.

Рис. 9.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Распределения значений длительности вибрационного воздействия для 30-секундных испытаний для каждого из шести участников исследования ( н  = 75). Ящики представляют межквартильный диапазон для каждого распределения; линия в каждом поле является медианным значением. Усы простираются до 5-го и 95-го процентилей.

Измеренная величина ускорения представляет собой среднеквадратичное значение. значение, усредненное по 30-секундному испытанию. Если средняя продолжительность воздействия вибрации на гайку больше, измеренная величина ускорения также может быть выше, хотя средний уровень ускорения в течение периода воздействия может оставаться неизменным. Следовательно, продолжительность воздействия и величина ускорения могут иметь некоторую связь. Для оценки этой связи был проведен регрессионный анализ между этими двумя факторами, который выявил их надежную корреляцию (9).0200 R ² = 0,12, P < 0,001).

Крутящий момент

Как подробно описано ранее, для одного из участников исследования величина крутящего момента, необходимая для отвинчивания каждой гайки, была измерена после четырех испытаний с 10 гайками с каждым из 12 пневматических инструментов. Был выполнен ANOVA; инструмент, гайка и взаимодействие инструмента/гайки оказались важными факторами. Результаты дисперсионного анализа приведены в таблице 8. Распределение значений крутящего момента для каждого типа пневматического инструмента показано на рис. 10. Как видно из диаграмм, крутящий момент, необходимый для откручивания гаек, затянутых с помощью инструментов типа B, был значительно ниже, чем крутящий момент. требуется для остальных трех моделей инструментов. Кроме того, диапазон измерения крутящего момента для инструментов типа B был меньше, чем для других инструментов. Последующие тесты показывают, что значения крутящего момента для гаек 5, 8 и 12 значительно ниже, чем для других гаек ( P < 0,05).

Таблица 7.

Тьюки HSD постфактум результаты попарного сравнения длительности воздействия вибрации за 30-секундное испытательное испытание для пяти типов инструментов ( n = 90)

Открыть в новой вкладке

Таблица 7.

Тьюки HSD постфактум результаты попарного сравнения длительности воздействия вибрации за 30-секундное испытательное испытание для пяти типов инструментов ( н = 90)

Открыть в новой вкладке

Table 8.

ANOVA table for torque required to unseat the nuts tightened by one of the test subjects using the 12 pneumatic tools

Source	SS	df	MS	F	P
Tool	2 680 607.2	11	91 891.0	596.5	<0. 001*
Гайка	192 328,3	19	10 122,5	65,7	<001*
600.1	3.9	<0.001*
Error	36 973.8	240	154.1	—	—

Открыть в новой вкладке

Таблица 8.

Таблица ANOVA для крутящего момента, необходимого для отвинчивания гаек, затянутых одним из испытуемых с использованием 12 пневматических инструментов

Рис. 10.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Распределение измеренного крутящего момента, необходимого для раскручивания гаек, затянутых одним из субъектов с использованием каждой из четырех моделей пневматических инструментов ( n  = 120). Ящики представляют межквартильный диапазон для каждого распределения; линия в каждом поле является медианным значением. Усы простираются до 5-го и 95-го процентилей.

Была изучена взаимосвязь между измеренным крутящим моментом и количеством вибрации, создаваемой каждым пневматическим инструментом. Эта значительная корреляция показана на рис. 11. Как показано, измеренный крутящий момент увеличивается с ускорением, взвешенным по ISO.

Рис. 11.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Зависимость между среднеквадратичными значениями, взвешенными по ISO ускорение, измеренное на рукоятках инструментов 12 пневматических инструментов, и крутящий момент, необходимый для раскручивания гаек, затянутых этими инструментами. Значение R-квадрата является статистически значимым ( P  < 0,001).

ОБСУЖДЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В этом исследовании изучались различные параметры, которые обычно связаны с оценкой риска воздействия ВИЧ на операторов ударных гайковертов. Испытательная установка и процедура были разработаны специальной группой ИСО по ударным гайковертам для предлагаемой редакции ИСО 8662-7 (1997). В исследовании основное внимание уделялось трем основным переменным: ускорению, измеренному на поверхности инструмента, продолжительности воздействия вибрации на одно испытательное испытание и величине крутящего момента, необходимого для раскручивания гаек после их затяжки во время испытательного испытания. Результаты для каждой из этих переменных обсуждаются ниже.

Вибрация

Среднее ускорение, взвешенное по ISO, измеренное на рукоятках инструментов, исследованных в этом исследовании, составило 6,6 м с ⁻² . Этот уровень вибрации сравним с уровнем вибрации ударных гайковертов, исследованных в других исследованиях (например, Griffin, 19).97; Айба и др. , 1999). Чтобы оставаться ниже уровня действия, опубликованного в Директиве Европейского Союза 2002 г. (EU, 2002), оператору инструмента будет разрешено работать со средним инструментом немногим более 1 часа (исходя из 8-часового базового периода). Чтобы оставаться ниже Предельного значения воздействия, установленного Директивой, ежедневная работа должна быть ограничена примерно 4,5 часами.

Как и ожидалось, величина ускорения зависит от модели инструмента. Возможно, более важно то, что величина ускорения также варьировалась в зависимости от инструмента в рамках конкретной модели инструмента. Только одна модель инструмента, тип B, не показала существенных различий в ускорении среди образцов с тремя инструментами, использованных в этом исследовании. Для трех инструментов типа C каждое отдельное невзвешенное средство ускорения значительно отличалось от двух других. Это указывает на то, что необходимо включать не менее трех, а возможно, и более инструментов на модель при оценке воздействия вибрации ударного гайковерта, если кто-то использует оценку для количественного определения воздействия для конкретной модели инструмента или при сравнении уровней воздействия различных моделей инструмента.

Подобные вариации наблюдались при исследовании воздействия вибрации на испытуемых; значения ускорения значительно варьировались среди участников исследования и внутри них. Сравнивая рис. 5 и 6, можно увидеть, что диапазоны распределения измеренного ускорения внутри субъекта были шире для испытуемых, чем диапазоны внутри инструмента. Как показано в Таблице 3, шесть средств ускорения испытуемого можно разделить на три существенно различающихся подмножества. Эти результаты показывают, что выборки из трех испытуемых может быть недостаточно для точного прогнозирования величины воздействия вибрации, создаваемой ударными гайковертами.

Для дальнейшего изучения этих вопросов дизайна исследования мы применили кривые рабочих характеристик нецентральности для определения подходящего размера выборки (см. Montgomery, 2001). В принципе, план эксперимента можно оптимизировать, выбрав желаемую чувствительность и приемлемые вероятности риска ошибки типа I ( α ) и типа II ( β ), а затем изменяя количество уровней для фиксированных факторов (т. операторы инструментов, количество моделей инструментов и/или количество инструментов на модель), а также количество повторений на комбинацию. Для этой оценки чувствительность 0,5 м с ^-2 Требовалось взвешенное по ISO ускорение, количество повторов было зафиксировано на пяти, α было установлено на 0,05, а β было установлено на 0,20. Основываясь на дисперсии ускорений, взвешенных по ISO, наблюдаемой в этом исследовании, для надежного ранжирования пяти различных моделей инструмента с использованием предписанной процедуры потребуется по крайней мере пять операторов инструмента для достижения желаемой чувствительности при ограничении риска ошибок типа I и II. вероятности. Если бы количество инструментов на модель было увеличено до четырех, потребовалось бы только четыре оператора инструмента. Чтобы провести эксперимент только с тремя операторами инструментов, количество инструментов на модель пришлось бы увеличить до пяти. Очевидно, что увеличение количества инструментов в оценке резко увеличивает размер экспериментальной матрицы; может быть более желательным провести эксперимент с использованием большего количества операторов инструмента.

Эти результаты противоречат действующему стандарту ISO (ISO 8662-7, 1997 г.), а также предлагаемым изменениям к этому стандарту (ISO, 2006 г.), оба из которых требуют тестирования всего тремя квалифицированными операторами и тремя инструментами на модель. Кроме того, как указано в таблице 1, существует значительное взаимодействие между инструментом и испытуемым. Этот эффект взаимодействия показан в таблице 4; существует небольшая согласованность в ранжировании средств ускорения для испытуемых в моделях инструментов. Это также указывает на то, что трех испытуемых может быть недостаточно для надежной оценки.

Большая часть этой изменчивости, вероятно, связана с различиями в прикладываемых усилиях рук, позах и биодинамических реакциях системы рука-рука (Griffin, 1997; Shida et al. , 2001). Ни один из этих факторов не измерялся и не контролировался в данном исследовании. Даже опытные операторы индивидуально приспосабливаются к конструкции инструмента и различиям в рабочих задачах. Возможно, влиянию этих индивидуальных различий можно было бы частично противодействовать, контролируя прилагаемые силы и стандартизируя позы. В этом случае можно было бы провести точные оценки, используя только трех испытуемых. Однако контроль силы рук и рабочих поз может представлять значительные трудности во время лабораторных и полевых испытаний. Более того, указание приложенных сил и рабочих поз во время оценки может дать результаты, которые не являются репрезентативными для реальных условий на рабочем месте. Поэтому увеличение числа субъектов для более надежного сравнения может быть лучшим решением.

Как показано в Таблице 1, результаты ANOVA были одинаковыми для измерений ускорения рукоятки инструмента и корпуса инструмента. Эти сходства также отражены на рис. 7. Эти результаты подразумевают, что расположение акселерометра может не иметь решающего значения для оценки воздействия ударного гайковерта, особенно если нужно просто сравнить уровень вибрации различных моделей инструментов. Для таких сравнений может быть лучше выбрать места установки акселерометра, которые допускают минимальное вмешательство в интерфейс ручного инструмента. Тем не менее, оценщик должен согласовываться с размещением акселерометра, и кажется логичным собирать данные о вибрации в точке, близкой к тому месту, где HTV входит в систему кистей рук рабочих. В любом случае всегда следует сообщать о размещении акселерометра.

При сравнении невзвешенного и взвешенного по ISO ускорений в этом исследовании многие выводы будут одинаковыми. Например, как показано в Таблице 1, результаты ANOVA одинаковы для взвешенных по ISO и невзвешенных значений ускорения. Аналогичным образом парные сравнения, содержащиеся в таблице 3, дали идентичные подмножества испытуемых. Однако, как указано в таблицах 2 и 4, взвешивание ISO влияет на сравнение ускорения инструментов. Как показано на рис. 4, инструменты модели А демонстрируют более выраженную высокочастотную составляющую по сравнению с другими четырьмя моделями инструментов. Этот компонент вносит основной вклад в невзвешенные значения ускорения этой модели. Эти высокочастотные составляющие подавляются за счет применения взвешивания по ISO, и в результате инструменты Model C поднимаются на вершину рейтинга ускорения. Как показано в таблице 2, еще одним результатом применения взвешивания является формирование более крупных подмножеств парного сравнения. Уместность текущего взвешивания ISO обсуждалась в течение нескольких лет (например, Вассерман, 1989). Эта дискуссия, вероятно, будет продолжаться в течение некоторого времени. До тех пор, пока не будет достигнут консенсус, исследователям может быть полезно сообщать как о невзвешенных, так и о взвешенных по ISO результатах.

Продолжительность воздействия

Неудивительно, что продолжительность воздействия зависит от инструмента и испытуемого. Модели инструментов, оцениваемые в этом исследовании, не обязательно предназначались для выполнения одних и тех же рабочих задач; смоделированная рабочая задача, используемая в этом исследовании, может не соответствовать задачам, для которых был разработан каждый конкретный инструмент. Это одна из нескольких причин, по которым следует ожидать различий в продолжительности воздействия вибрации. Точно так же, несмотря на то, что все участники исследования были опытными пользователями ударных гайковертов, у них был разный опыт работы, и этот конкретный дизайн исследования, вероятно, лучше соответствует опыту некоторых испытуемых, чем другим. Кроме того, различия в обучении выполнению задач и опыте работы, безусловно, приведут к вариабельности осанки и других характеристик выполнения задачи, что, в свою очередь, приведет к различиям в продолжительности воздействия.

Продолжительность означает большее разнообразие для испытуемых, чем для типов инструментов; средние значения для участников исследования варьировались от 6,5 до 12,3 с, а диапазон для типов инструментов варьировался от 8,2 до 10,6 с. Более того, попарные сравнения дали три подмножества для испытуемых и только два подмножества для типов инструментов. Основываясь на этих результатах, можно ожидать, что рабочие будут демонстрировать большую изменчивость продолжительности воздействия, чем инструменты. Как указывалось ранее, смоделированная рабочая задача в настоящем исследовании использовала программу стимуляции для контроля времени испытаний. Очевидно, что в реальных рабочих задачах такие механизмы стимуляции обычно не существуют, и в этих реальных случаях измерения продолжительности воздействия вибрации, вероятно, будут иметь еще большую изменчивость.

Крутящий момент

Измерение величины крутящего момента, необходимого для раскручивания гаек после пробного испытания, требует много времени; включение этой метрики резко увеличило время оценки инструмента. Поэтому из-за нехватки времени измерения крутящего момента были собраны только для одного из участников исследования. Однако даже эта ограниченная информация дала некоторые интересные результаты. Как указано в Таблице 8, величина крутящего момента зависела от того, какой инструмент использовался и какая гайка затягивалась. Взаимодействие этих двух факторов также было статистически значимым. На рис. 10 показано, как крутящий момент варьировался в зависимости от инструмента. Как показано на рисунке, инструменты модели B обеспечивают стабильно низкий крутящий момент. Хотя это и не показано ни на одном рисунке, инструменты модели B также были основной причиной взаимодействия инструмента и гайки. Значительные колебания крутящего момента между гайками, наблюдаемые в этом исследовании, не были очевидны для трех инструментов модели B, в то время как значения крутящего момента для отдельных гаек значительно различались для трех других моделей пневматических инструментов.

Изучение значений крутящего момента для отдельных гаек выявило три гайки со стабильно более низкими значениями крутящего момента. Эти значительно более низкие средние значения, вероятно, связаны с физическими различиями между гайками и/или болтами. Это явление может быть отражением производственных различий в оборудовании или из-за неодинаковых моделей износа или повреждений, которые могли возникнуть в результате нерегулярных действий инструмента (например, несоосность инструмента). Интересно отметить, что два самых высоких средних момента затяжки у гаек 10 и 20 — последних гаек в каждом наборе из 10 гаек. Этот потенциальный эффект последовательности может потребовать дальнейшего изучения. В любом случае очевидно, что различия между гайками и болтами могут привести к вариативности измерений крутящего момента, и оценщик должен знать об этих потенциальных влияниях.

На рис. 11 показана взаимосвязь между крутящим моментом и вибрацией, взвешенной по ISO. Очевидно, что вибрация этих 12 пневматических инструментов увеличивается с увеличением крутящего момента. Хотя это соотношение и не отображается, оно также существует для невзвешенной вибрации, хотя значение R-квадрата немного ниже ( R ² = 0,79, P < 0,001). Это соотношение указывает на то, что может существовать компромисс между крутящим моментом и воздействием вибрации. Это может иметь значение при выборе инструмента; вероятно, лучше всего выбирать инструменты, которые обеспечивают не более крутящего момента, необходимого для удовлетворительного выполнения рабочей задачи. Инструменты большего размера могут излишне подвергать рабочих чрезмерной вибрации.

Если целью оценки является сравнение различных моделей инструментов, созданных для выполнения аналогичных рабочих задач, то измерения статического крутящего момента могут предоставить полезную информацию. Измерения динамического крутящего момента также могут предоставить ценные данные для таких сравнительных оценок. В настоящем исследовании все инструменты работали с максимальным крутящим моментом, но следует еще раз отметить, что оцениваемые модели инструментов не обязательно были предназначены для выполнения одних и тех же рабочих задач. Таким образом, в этом случае сравнение моделей инструментов с использованием статических измерений крутящего момента может оказаться нецелесообразным.

Другие наблюдения

Общепризнанно, что рабочая осанка и прилагаемые усилия рук могут существенно влиять на воздействие ВИЧ. В свете этих наблюдений может оказаться полезным изменить процедуру испытания ударным гайковертом, чтобы уменьшить изменчивость результатов. Например, чтобы лучше контролировать рабочее положение, оператор мог стоять на платформе с регулируемой высотой. Таким образом, углы локтей и плеч могут быть более стандартизированы. Чтобы оценить влияние приложенных сил, к платформе можно добавить силовую плиту для измерения сил реакции земли. Усилия хвата можно было оценить с помощью метода вспоминания силы, аналогичного тому, который применялся в более ранних исследованиях (McDowell 9).0200 и др. , 2006, 2007).

Хотя этот испытательный стенд подходит для моделирования рабочих задач с использованием большинства моделей ударных гайковертов, он может не подходить для более крупных моделей инструментов; может быть слишком сложно перемещать большие инструменты от одной гайки к другой в установленные сроки. Для более крупных инструментов, возможно, придется модифицировать устройство, включив в него какую-либо систему подвески инструмента.

Хотя признано, что этот испытательный прибор не может обеспечить разумное моделирование всех рабочих задач, связанных с ударными гайковертами, этот прибор и процедура испытаний, по-видимому, позволяют получить соответствующие данные для отбора инструментов для широкого спектра моделей ударных гайковертов и многих распространенных операций на рабочем месте.

Заявление об отказе от ответственности — Выводы и выводы, содержащиеся в этой статье, официально не распространялись NIOSH и не должны рассматриваться как представляющие какое-либо решение или политику какого-либо агентства. Упоминание торговых наименований, коммерческих продуктов или организаций не означает их одобрения правительством США.

Каталожные номера

,

Ohshiba

S

,

Ishizuka

H

, et al.

Исследование влияния контрмер на рабочих, работающих с вибрирующими инструментами, использующих ударный гайковерт

,

Ind Health

,

1999

, том.

37

(стр.

426

—

31

)

Aldien

Y

,

.

Механический импеданс и поглощаемая мощность руки-руки при вибрации по оси xh и роль силы руки и позы

, 

Ind Health

,

2005

, vol.

43

 (стр. 

495

—

508

)

Bovenzi

M

Source	SS	df	MS	F	P
Tool	2 680 607.2	11	91 891.0	596.5	«> <0.001*
Nut	192 328.3	19	10 122.5	65.7	<0.001*
Tool × nut	125 420.3	209	600.1	3.9	<0.001*
Ошибка	36 973,8	240	154,1	—	—
3 . Взаимосвязь экспозиция-реакция при вибрационном синдроме руки-руки: обзор текущих эпидемиологических исследований 71  (стр.  509 — 19 ) Dong RG , MCDOWELL TW , Приветственно DE . Биодинамическая реакция ладони человека на случайную вибрацию 43  (стр.   241 — 55 ) Dong RG , McDowell TW , Добро пожаловать DE , etal. Оценка стандартного испытания отбойным молотком согласно ISO 8662-2, 1992 г. 48 (стр. 39 — 49 ) ЕС , Директива 2002/44/ЕС Европейской парламента и Совет 25 июня 2002 года на минимальный здоровье и Европейская Парламента и Совет 25 июня 2002 года на минимальный здоровье и Европейская Парламента и Совет 25 июня 2002 года на минимальный здоровье и Европейская парламента и Совет 25 июня 2002 года на минимальный требования безопасности в отношении воздействия на работников рисков, связанных с физическими агентами (вибрация) (шестнадцатая индивидуальная директива по смыслу статьи 16(1) Директивы 89/391/EEC) , 2002 Люксембург Европейский парламент и Совет Европейского союза (ЕС) Griffin MJ . ,  Справочник по вибрациям человека ,  1990 Лондон Academic Press Griffin MJ . Измерение, анализ и оценка профессионального воздействия вибрации, передающейся через руки ,  Occup Environ Med , 1997 , vol. 54 (стр. 73 — 89 ) ISO ISO 8662-7: Ручные портативные энергетики-Измерение Vibration , и гайковерты с ударным, импульсным или храповым механизмом ,  Номер ссылки ISO 8662-7:1997(E) ,  1997 Женева, Швейцария Международная организация по стандартизации ISO ISO 5349-1: Механическая вибрация — измерение и оценка воздействия на человека вибрации, передаваемой через руки — часть 1: общие требования ,  2001 Женева, Швейцария Международная организация по стандартизации ISO ,  Схема кругового тестирования и процедура для предлагаемых изменений в ISO 8662-7. ISO/TC 118/SC 3/WG 3 — вибрации в ручных инструментах — специальная группа для гаечных ключей , 2006 Китченер R . ,  Измерение вибрации рук в промышленности. 2-я Международная конференция по вибрационной вибрации ручной руки, DHHS (NIOSH), публикация № 77-170 , 1977 Цинциннати, OH Национальный институт для безопасности и здоровья (с. — 9 ) Макдауэлл ТВ , Wiker SF , Донг RG , и др. Оценка психометрических оценок силы вибрационного захвата и толкания ручного инструмента 36 (стр. 119 — 28 ) MCDOWELL TW , Wiker SF 0003 , Донг RG , и др. Влияние вибрации на характеристики захвата и отклика усилия при нажатии 37 (стр. 257 — 66 ) Монтгомери DC	03 . ,  Планирование и анализ экспериментов ,  2001 5-е изд. New York John Wiley & Sons NIOSH ,  Заболевания опорно-двигательного аппарата и факторы на рабочем месте: критический обзор эпидемиологических данных о скелетно-мышечных заболеваниях шеи, верхних конечностей и нижней части спины, связанных с работой, публикация NIOSH3 9000 ,  1997 Cincinnati, OH Министерство здравоохранения и социальных служб США, Национальный институт охраны труда (стр.   97 — 141 ) Peterson DR , Brammer AJ , Cherniack MG . Bovenzi M , Peretti A , Nataletti P , Moschioni G . Длительные измерения вибрации и усилия захвата с использованием специального регистратора данных и датчиков, устанавливаемых на ладони ,  Proceedings of the 11th international conference on hand-arm vibration ,  2007 Bologna, Italy Associazione Italiana di Acustica   Shida Y ,  Nakagawa Y , Окуно М , и др. Сравнение величин вибрации на инструменте с разными предметами в соответствии со стандартом ISO 8662-7 , Ind Health , 2001 , том. 39 (стр. 255 — 68 ) Taylor W , AJ . Браммер AJ , Тейлор W . Воздействие вибрации на кисть и предплечье в промышленности: введение и обзор , Влияние вибрации на руку и руку в промышленности , 1982 New York John Wiley & Sons Teschke K , Brubaker RL , RL , , , , . БДЖ . Использование истории воздействия шума для количественной оценки продолжительности воздействия вибрации на лесорубов ,  AIHAJ ,  1990 , том. 51  (стр.  485 — 93 ) Wasserman DE	3 . Взвешивать или не взвешивать — вот в чем вопрос 31 стр. 909   Опубликовано Oxford University Press от имени Британского общества гигиены труда Опубликовано издательством Oxford University Press от имени Британского общества гигиены труда. это влияет на биомеханическую реакцию человеческого тела на вибрацию всего тела. Однако отсутствует количественная оценка на более низких частотах. Таким образом, целью настоящего исследования было изучение влияния вибрации на рефлекс растяжения и, в частности, изучение количественной связи между динамическими реакциями мышц и низкочастотными вибрациями. Иссекали икроножную мышцу 45 крыс Sprague-Dawley. Синусоидальные колебания пяти дискретных частот (2~16 Гц) с размахом амплитуды 1 мм применялись к икроножным мышцам с предварительным удлинением на 2 мм или 3 мм. Переменные, включая динамическую мышечную силу, вибрационное ускорение и смещение, регистрировались в двух состояниях, с рефлексом растяжения и без него. Результаты показали, что динамическая мышечная сила снизилась в среднем на 20% в группе предварительного удлинения на 2 мм после блокировки рефлекса растяжения и на 24% в группе предварительного удлинения на 3 мм. Статистический анализ показал, что амплитуда динамической мышечной силы в состоянии «с рефлексом растяжения» была значительно больше, чем в состоянии «без рефлекса растяжения» (). Было обнаружено, что кривая растяжения-длины представляет собой нелинейную петлю гистерезиса, которая изменяется с частотой. На разность фаз между динамической мышечной силой и изменением длины существенно влияла частота вибрации (), и минимальная частота составляла 4–8 Гц. Экспериментальные результаты этого исследования могут принести пользу скелетно-мышечной модели, предоставив теоретическую поддержку для построения модели рефлекса растяжения для низкочастотной вибрации. 1. Введение Мышечная усталость, вызванная длительным вождением, является важным фактором, влияющим на комфорт при вождении и приводящим к болям в пояснице [1]. Воздействие вибрации на все тело играет ключевую роль в возникновении мышечного утомления и ускорении процесса утомления [2, 3]. Шинохара [4] обобщил несколько выводов о влиянии длительной вибрации на мышечную активность и показал, что длительная вибрация модулирует мышечную активность, что приводит к снижению пиковой силы во время максимальных сокращений и изменению колебаний силы. В нескольких исследованиях изучалось влияние мышечных сокращений на вибрационную реакцию всего тела. Huang и Griffin [5], а также Nikooyan и Zadpoor ​​[6] сообщили, что активация мышц может оказывать значительное влияние на механическую реакцию человека при вибрации всего тела. Однако в их моделях уровни активации задавались постоянными значениями, что не соответствует реальной ситуации. Китазаки и Гриффин [7] использовали модель конечного элемента человека с мышечным модулем для изучения комфортности вибрации. Данные электромиографии (ЭМГ) использовались в качестве входных данных для активации при прогнозировании мышечной реакции. Однако перед моделированием необходимо измерить ЭМГ, а количественная связь между ЭМГ и мышечной активацией в реальных условиях более сложна. Браун и др. [8] и Meng et al. [9] обнаружили, что реакция сил поясничных мышц водителей достигает пика в полосах резонансных частот биомеханической системы человека (2–25 Гц). Эти исследования показали, что на биомеханическую реакцию человека, особенно на мышечную активность, существенно влияет частота вибрации всего тела. Вибрация может вызывать удлинение и укорочение мышц, что может привести к усилению мышечного напряжения из-за рефлекса растяжения [10]. Сурон и др. [11] сообщили, что тренировочный период локальной вибрации был эффективен для улучшения мышечной производительности. Рефлекс растяжения был предложен как важный фактор, влияющий на биомеханическую реакцию организма человека на вибрацию всего тела [12]. Эксперимент на людях был проведен для изучения влияния частоты и амплитуды вибрации на рефлекс растяжения. Ритцманн и др. [10] сообщили, что вызванный вибрацией рефлекс растяжения увеличивает активность ЭМГ после устранения артефактов движения. Майлз и др. [13] сообщили о двух различных реакциях рефлекса на растяжение: рефлекс с короткой латентностью, вызываемый высокочастотными растяжениями, и рефлекс с длительной латентностью, вызываемый более медленными растяжениями. Уэйклинг и др. [14] обнаружили увеличение активности и затухания ЭМГ, когда частота вибрации была близка к собственной частоте мягких тканей. Боско и др. [15], Rittweger [16] и Cochrane [17] обнаружили увеличение мышечной активности и мощности после вибрации всего тела и предположили потенциальную пользу по сравнению с традиционными формами упражнений с сопротивлением. Зайделл и др. [18] также обнаружили усиление мышечной активации при вибрации всего тела с частотой 25 Гц и 50 Гц и объяснили это модуляцией мышц при тоническом вибрационном рефлексе. Тем не менее, большинство вышеупомянутых исследований были сосредоточены на высокочастотных колебаниях (свыше 25 Гц), в то время как частота вибрации во время вождения в основном ниже 20 Гц. А биомеханические реакции, такие как нагрузка на позвоночник и мышечные силы, которые тесно связаны с комфортом вождения и усталостью, еще не анализировались. Скелетно-мышечная модель [19, 20] представляла собой альтернативный способ расчета мышечной силы и нагрузки на сустав, в котором для моделирования групп мышц использовались пучки мышечных пучков. Таким образом, было сделано предположение, что реакцию мышц человека на вибрацию всего тела можно смоделировать, используя комбинацию реакций многих мышечных пучков на локальную вибрацию. Эксперимент на животных — эффективный метод, использованный в предыдущих исследованиях для анализа механизма рефлекса растяжения отдельной мышцы [8]. Matthews [21–23] изучал взаимосвязь между мышечным напряжением и длиной мышц при различных скоростях растяжения на кошках с децеребрацией. Были проанализированы факторы, которые могли повлиять на рефлекс растяжения, такие как длина мышц, стиль стимуляции и ингибирование двигательных нервов. Робертс [24] изучал петлю гистерезиса зависимости напряжения от длины, когда к камбаловидной мышце децеребрированных кошек применяли синусоидальные флуктуирующие напряжения, предполагая, что в процессе растяжения имело место затухание. Однако период в его исследовании составляет от 0,7 до 16,5 секунд; самая высокая частота составляет 1,4 Гц, что не является обычным условием вождения в реальных условиях. Гюнтер и др. [25] заметили затухание высокочастотных колебаний и исследовали его механические характеристики, проводя опыты на поросенке. На сегодняшний день в различных исследованиях изучалось влияние рефлекса растяжения мышц на вибрационные реакции человека. Однако количественный эффект рефлекса растяжения, вызванного низкочастотной (2 ~ 20  Гц) вибрацией, на реакцию мышц недостаточно проанализирован в предыдущих исследованиях, что является обычным состоянием в реальном мире и важно для скелетно-мышечной модели человека. Также предполагается, что рефлекторные реакции на растяжение различаются в зависимости от частоты растяжения, амплитуды [26] или длины мышцы. Таким образом, гипотеза данного исследования заключалась в том, что рефлекс растяжения играет важную роль в мышечной вибрационной реакции в низкочастотном диапазоне при движении, а частота вибрации и исходная длина мышцы будут существенно влиять на мышечную реакцию. Это экспериментальное исследование направлено на (1) изучение различий в реакции на растяжение между мышцами с дугой рефлекса на растяжение и без нее при различных частотах вибрации и исходных условиях длины мышцы и (2) изучение количественной взаимосвязи между реакцией мышц и низкочастотными вибрациями. 2. Методы 2. 1. Конфигурация эксперимента Это исследование было одобрено Комитетом по защите животных Третьего военно-медицинского университета Китая. Были проведены опыты по изучению рефлекторной реакции на синусоидальное растяжение икроножных мышц правой задней конечности у 45 крыс-самцов (1, неделя). Децеребрацию проводили путем разрезания спинного мозга между Т9 и Т12 каждой из 45 крыс перед экспериментом. Сила динамического мышечного ответа, длина мышцы и вибрационное ускорение были зарегистрированы в двух состояниях: «с рефлексом растяжения» (WSR) (рис. 1(а)), что означает, что дуга рефлекса растяжения была интактной для мышц нижних конечностей, и « без рефлекса растяжения» (WOSR) (рис. 1(b)), что означает, что дуга рефлекса растяжения была заблокирована путем отсечения седалищного нерва после экспериментов в состоянии WSR. Схема эксперимента на животных представлена ​​на рис. 2(а). Икроножная мышца отделялась и привязывалась к вибратору. Нижняя часть голени фиксировалась в тисках. Пьезоэлектрические преобразователи использовались для регистрации динамической мышечной силы с вибрационным растяжением и виброускорением. Для измерения изменения длины мышц использовали лазерный преобразователь смещения. 2.2. Хирургическая процедура Хирургические операции проводились под общей анестезией (эфирная, ингаляционная анестезия). Были препарированы нервы и мышцы задних конечностей и выполнена ламинэктомия между Т9и Т12 при подготовке к последующей спинализации; см. рис. 2(б). Было проведено несколько троп для изучения места спинализации. Результаты показали, что лучшее место было между T9 и T12. Если расположение будет слишком высоким, произойдет серьезная травма позвоночника, а если расположение будет слишком низким, дуга рефлекса растяжения будет срезана. После спинализации эфир удаляли, и крыса приходила в сознание. Эффективность операции была доказана свободными движениями передних ног и параличом задних. Нервную связь между головным мозгом и нижними конечностями прервали, и крысу гарантировали, что она жива. Затем крысу снова анестезировали и широко отсекли ее правую заднюю конечность (рис. 2(б)). Все остальные нервы (бедренный нерв, дистальные ветви седалищного нерва, запирательный нерв и подколенный нерв), кроме нервов икроножных мышц, были денервированы. Ипсилатеральные икроножные мышцы освобождали от окружающей их ткани. Конец задней пяточной кости разрезали, чтобы сохранить кусок кости, оставив нетронутым сухожилие икроножной мышцы. Измеряли провисшую длину мышц после операции. Затем крысу поместили в стереотаксическую рамку (рис. 2(b)). Остальные три ноги, кроме правой задней конечности, были зафиксированы лейкопластырем. Большеберцовая кость правой задней конечности удерживалась в тисках. Дистальное сухожилие икроножной мышцы привязывали к вибратору с помощью зажима типа «крокодил». 2.3. Экспериментальная процедура Для исследования влияния исходной длины мышцы на реакцию децеребрированных крыс разделили на две группы предварительного удлинения, длина которых была на 2 мм или 3 мм больше, чем провисшая длина мышцы. Результаты измерений до операции показали, что икроножная мышца удлинилась на 7 мм, что соответствует тыльному сгибанию голеностопного сустава примерно на 135°. Поэтому мы гарантировали, что длина икроножной мышцы не превысит физического ограничения во время вибрационного теста с размахом амплитуды 1  мм. Синусоидальные колебания применялись вдоль продольной оси мышцы. Использовались пять дискретных частот (2, 4, 8, 12 и 16 Гц). Размах амплитуды растяжения составлял 1 мм для всех частот. Каждая частота тестировалась дважды в условиях WSR и WOSR. Всего каждая крыса прошла 22 испытания (для испытания 1 и для испытания 2). Чтобы убедиться в качестве измерения, мы продолжали запись до тех пор, пока не были измерены сигналы 10 стабильных периодов, а затем мы остановили запись данных для теста. Согласно нашей записи, продолжительность теста составляет 35~40 с. Поскольку икроножная мышца многократно растягивалась с использованием вибрации с различной частотой, это может вызвать мышечную усталость, которая повлияет на результат мышечной реакции. Для исключения эффекта повторного растяжения между каждым соседним тестом для восстановления добавляли 15-секундный перерыв. Кроме того, был проведен дополнительный тест с той же частотой, что и первый тест в испытании, чтобы проверить, утомлена ли мышца. В этом дополнительном тесте не наблюдалось значительного снижения силы мышечного ответа по сравнению с первым тестом в том же испытании. Эта стратегия обеспечивала исключение влияния утомления на мышечную реакцию. Поскольку мы уже исключили эффект усталости, в эксперименте не использовался случайный порядок. Другим важным влияющим фактором был спинальный шок, при котором была утрачена вся неврологическая активность. Несмеянова [27] обнаружила нормальный электрический ответ камбаловидной мышцы у пациентов с клонусом позвоночника по сравнению с отсутствием клонуса после травмы спинного мозга. Однако было трудно количественно измерить уровень спинального шока. Для обеспечения нормальной реакции после травмы позвоночника мы предложили следующий метод, позволяющий избежать или смягчить влияние спинального шока. После спинализации анестезию удаляли и для остановки кровотечения использовали марлевую повязку. Если после прихода крысы в ​​сознание крыса карабкалась вперед или по кругу двумя передними лапами, а две задние казались бессильными из-за потери мозгового контроля, это означало, что крыса частично или полностью оправилась от спинального шока. 2.4. Data Progress Всего в эксперименте участвовало 45 крыс, 15 в группе предварительного удлинения на 2 мм и 14 в группе предварительного удлинения на 3 мм. Остальные 16 крыс либо умерли во время операции, либо не дали полезных результатов, как правило, из-за причудливой подготовки к децеребрации, а не из-за случайных неудач операции записи. Для фильтрации данных использовался бесфазный фильтр нижних частот Баттерворта 8-го порядка с частотой среза 25 Гц. Инерционная масса системы была определена до испытаний без мышечной связи. Инерционная масса включала в себя массу зажима типа «крокодил», лазерную отражательную пластину для записи длины и соединительный болт к датчику ускорения. Синусоидальные сигналы частотой 5 Гц и 10 Гц обеспечивал вибратор. Регистрировали силу и ускорение. Инерционную массу системы можно вычислить по формуле Установлено, что инерционная масса системы составляет около 34,8 g. Следовательно, сила инерции системы может быть рассчитана, если известно виброускорение. Сила инерции вычиталась из измеренных сил для получения динамической мышечной силы. Игнорируя нелинейные факторы, была использована трехпараметрическая модель для подбора временной кривой экспериментальных данных методом наименьших квадратов; см. уравнение (2). где – экспериментальные данные, зависящие от времени, – соответствующая частота вибрации, – амплитуда идентификации, – фаза идентификации, – сдвиг идентификации. Пример результатов подгонки показан на рисунке 3. Представленная здесь мышечная сила представляет собой динамическую мышечную силу с изменением длины мышцы. Отрицательное значение представляет снижение мышечной силы. Разность фаз между динамической мышечной силой и изменением длины мышцы рассчитывали следующим образом: Здесь – разность фаз, а и – соответственно фазы динамической мышечной силы и длины мышцы, определенные методом наименьших квадратов по уравнению 2. предлагается дополнительно проанализировать данные о силе для каждой крысы следующим образом: где и – идентифицированная амплитуда динамической мышечной силы, измеренная в условиях WOSR и WSR соответственно, и – нормированная амплитуда для состояния WOSR. Кроме того, для количественной оценки биомеханических свойств петель гистерезиса длины растяжения жесткость и вязкоупругость оценивались следующим образом: где – мышечная сила, – жесткость, – коэффициент демпфирования, – длина мышцы. 2.5. Статистический анализ Трехфакторный дисперсионный анализ (ANOVA, ) был проведен для анализа значимости рефлекса растяжения, исходной длины мышцы и частоты вибрации для силы мышечного отклика. Затем был использован апостериорный критерий Тьюки-Крамера для сравнения значимости между каждым уровнем. Двусторонний дисперсионный анализ (ANOVA) был дополнительно проведен для нормализованной мышечной силы. Кроме того, значимость разности фаз также исследовалась с использованием трехфакторного дисперсионного анализа (ANOVA). Значения считались статистически значимыми. Статистический анализ выполнен с использованием набора инструментов MATLAB R2017a Statistics Toolbox (The MathWorks Inc., Натик, Массачусетс, США). 3. Результаты 3.1. Эффект рефлекса растяжения Амплитуды динамической мышечной силы в группах предварительного удлинения 2 мм и 3 мм представлены на рис. группы предварительного удлинения на 2 мм и 3 мм. Результаты анализа данных (Таблица 1) показали, что сила мышечного ответа уменьшилась в среднем на 20% после блокировки дуги рефлекса растяжения в группе предварительного удлинения на 2 мм и на 24% в группе предварительного удлинения на 3 мм. Результат статистического анализа трехфакторного дисперсионного анализа для мышечной силы представлен в таблице 2. Как видно из таблицы 2, по сравнению с состоянием WSR, мышечная сила значительно снизилась ((1,14) = 25,21, ) при Состояние ВОСР. Трехфакторный дисперсионный анализ также применялся к разности фаз, и результат показал, что нет никакой значимости между условиями WSR и WOSR ((1,14) = 0,86, 0 = 0,3357). 3.2. Влияние исходной длины Средняя динамическая мышечная сила в группе предварительного удлинения на 3 мм была больше, чем в группе предварительного удлинения на 2 мм для всех частот (рис. 4). Однако между группами предварительного удлинения на 2 мм и 3 мм не было существенной разницы (Таблица 2, (1,14) = 2,06, ). Также была проанализирована нормализованная мышечная сила (рис. 5), и двусторонний ANOVA показал значительную разницу между группами предварительного удлинения на 2 мм и 3 мм ((1,13) = 9,1, ). Кроме того, было исследовано влияние начальной длины на разность фаз, и не было обнаружено существенной разницы как для условий WSR, так и для условий WOSR ((1,14) = 2,02, ). 3.3. Влияние частоты вибрации Как видно из рисунка 4, динамическая мышечная сила увеличивалась с увеличением частоты вибрации в обеих группах предварительного удлинения. Обратите внимание, что мышечная сила в состоянии WOSR также имела тенденцию к увеличению с увеличением частоты. Трехсторонний анализ ANOVA показал, что частота вибрации оказывает значительное влияние на амплитуду динамической мышечной силы (таблица 2, (1,14) = 25,21, ). Апостериорный тест Тьюки-Крамера показал, что более низкая частота (2 Гц) и более высокая частота (16 Гц) оказывали значительное влияние на динамическую мышечную силу, в то время как средняя частота (8 Гц) не имела никакого значения. Однако частота не оказала существенного влияния на нормализованную мышечную силу ((4,52) = 0,95, ). Также были проанализированы фазовые различия между динамической мышечной силой и изменением длины (см. рис. 6). Сила имела опережение по фазе по сравнению с изменением длины. Разность фаз сначала резко уменьшалась, а затем медленно увеличивалась с увеличением частоты для групп предварительного удлинения на 2 мм и 3 мм. Он достигал наименьшего значения примерно при 8 Гц при угле примерно 20°. Удивительно, но дисперсия фазы на частоте 2 Гц у подопытных крыс была чрезвычайно велика. По мере увеличения частоты дисперсия быстро уменьшалась и почти исчезала при частоте 8 Гц. Значимость наблюдалась из трехфакторного анализа ANOVA ((4,56) = 73,73, ). Апостериорный тест Тьюки-Крамера показал, что частоты 2 Гц и 16 Гц значительно различались с тремя другими группами при ; средние частоты (4 ~ 12  Гц) существенно не отличались друг от друга. 3.4. Кривые растяжения-длины Соотношение между мышечной силой и длиной мышцы для группы предварительного удлинения на 2 мм показано на рисунке 7. Синие и красные линии представляют динамическую мышечную силу в условиях WSR и WOSR соответственно. Кривая сила-длина показывает петлю по часовой стрелке, и ее форма по существу представляет собой эллипс. Это указывает на то, что в биомеханическую систему мышц были включены как факторы демпфирования, так и факторы жесткости. Распределение сил жесткости и демпфирования, рассчитанное по уравнению 5, представлено на рисунке 8. Было показано, что демпфирующее усилие было самым высоким при частоте 2 Гц, а затем имело линейный рост от 4 до 16 Гц. С частотой наблюдалось нелинейное увеличение жесткости. В соответствии с динамической мышечной силой жесткость также уменьшалась после блокировки дуги рефлекса растяжения. 4. Обсуждение В этом исследовании изучалась силовая реакция икроножной мышцы на вибрационное растяжение с частотой 2–16 Гц с использованием децеребрированных крыс. Значительное снижение реакции динамической мышечной силы наблюдалось при устранении рефлекса растяжения (14). Это согласуется с результатами предыдущих исследований с использованием методов ингибирования нервов, таких как рассечение нерва рефлекторной дуги и анестезия нерва. Roberts [24] наблюдал увеличение напряжения при рефлексе растяжения и переопределил рефлекс растяжения как увеличение жесткости мышц. Серрес и др. [28] опубликовали аналогичные результаты, используя трехглавую мышцу голени кошек с децеребрацией. После перерезки дорсальных корешков от L5 до S2 сила мышечного ответа значительно уменьшилась при низких и высоких уровнях фоновой силы. Хотя в этих исследованиях был сделан аналогичный вывод о том, что мышечная реакция на вибрацию значительно снижается после нарушения дуги рефлекса растяжения, в нескольких исследованиях была проведена количественная оценка различий между состояниями WSR и WOSR. Это исследование показало снижение более чем на 20% после блокировки дуги рефлекса растяжения, что в основном зависело от величины и частоты растяжения. Это также показало, что большее предварительное удлинение может привести к более высокой мышечной силе при более низких частотах, таких как 2–8 Гц, но не при 12–16 Гц. Хотя как более высокая частота, так и большее предварительное удлинение могли привести к более высокой мышечной силе, предварительное удлинение было доминирующим фактором при низкой частоте, поэтому мышечная сила была выше при более высоких условиях предварительного удлинения. В то время как частота была доминирующим фактором при высокой частоте, мышечная сила оказалась одинаковой для двух условий предварительного удлинения, протестированных в нашем исследовании. Однако нет никакой значимости между двумя условиями предварительного удлинения для мышечной силы ((1,14) = 2,06, ), в то время как для нормализованной мышечной силы наблюдалась значительная разница ((1,13) = 9.1, ). Полученные результаты показали, что кривая растяжения-длины представляет собой петлю по часовой стрелке, а ее форма по существу представляет собой эллипс. Roberts [24] исследовал ритмичное возбуждение рефлекса растяжения с помощью камбаловидной мышцы кошек с децеребрацией. Для растяжения мышцы использовали ритмичное возбуждение нескольких частот и амплитуд. Было обнаружено, что графики зависимости натяжения от длины показывают петлю гистерезиса по часовой стрелке, что согласуется с результатами, полученными в этом исследовании. Jansen и Rack [29] также изучали рефлекс растяжения камбаловидной мышцы у мозговых кошек путем синусоидального растяжения камбаловидной мышцы при различных частотах и ​​амплитудах. Точно так же на некоторых частотах наблюдались эллиптические петли гистерезиса по часовой стрелке с размахом амплитуды 1 мм. Также сообщалось, что когда амплитуда растяжения увеличивалась до 3,8 мм (от пика к пику), длина растяжения шла по часовой стрелке. Влияние амплитуды растяжения на петлю гистерезиса растяжения-длины необходимо изучить в будущей работе. Дальнейший анализ петли гистерезиса показал, что жесткость имела почти линейный рост от 2 Гц до 12 Гц, а затем оставалась стабильной от 12 Гц до 16 Гц (рис. 8). Демпфирующая сила была максимальной при 2 Гц, а затем линейно возрастала от 4 до 16 Гц. Но при рассмотрении коэффициента демпфирования, то есть разделения силы демпфирования и скорости растяжения, наблюдался спад от низких частот к высоким. Результат петли гистерезиса показал нелинейную зависимость динамической мышечной силы и частоты, в то время как Hasan [30] построил афферентную модель веретена для исследования силы реакции при растяжении мышц, параметры которой были одинаковыми для разных скоростей растяжения. В этом исследовании была рассчитана разность фаз между динамической мышечной силой и изменением длины (см. рис. 6). Большая дисперсия разности фаз на низких частотах может быть связана с тем, что на фазу в основном влияла демпфирующая сила и она была относительно мала на низких частотах. Поэтому на фазу мышечной силы будет сильно влиять случайная ошибка. Общий тренд разности фаз показал, что минимальное значение составляет 4~8 Гц. Кроме того, фазовая разница между состояниями WSR и WOSR была незначительной (1), что свидетельствует о том, что рефлекс растяжения мало влиял на коэффициент демпфирования мышечного веретена. Разность фаз между мышечной силой и длиной сравнивали с таковой в предыдущих исследованиях. Робертс [24] сообщил, что изменение длины отставало от изменения натяжения на 15–20°, что согласуется с нашими выводами. Однако разность фаз не зависела от заданной частоты, о которой сообщил Робертс (0,6–1,4 Гц), в то время как фазовый сдвиг мышечной силы варьировался в зависимости от частоты (2–16 Гц) в нашем результате. Липпольд и др. [31] обнаружили приблизительно 90-градусную разность фаз между сенсорным разрядом и записью смещения на частотах от 4 до 15 Гц. Он предположил, что реакция мышечного веретена была наибольшей, когда максимальна скорость, а не смещение. Другим результатом, заслуживающим внимания, была нелинейность разности фаз условий WOSR и WSR. Это явление указывало на то, что диаграмму растяжения-длины нельзя отнести к частотно-зависимому демпфированию. В дальнейшем следует предложить математическую модель, основанную на методе идентификации. Результаты этого исследования могут помочь в моделировании опорно-двигательного аппарата, предоставляя теоретическую поддержку для построения модели рефлекса растяжения для низкочастотной вибрации. Часто используемые модели мышц включают модель мышц Хилла [32–35], модель мышц Телена [36] и модель мышц Милларда [37]. Структуры приведенных выше моделей аналогичны показанным на рисунке 9. Внешняя сила (вызванная вибрацией), активация (измеренная с помощью ЭМГ) и поза или движение тела были входными данными модели, а мышечная сила была выходными данными модели (отмечены сплошными линиями). на рисунке 9). Однако эти модели мышц не могли проводить симуляции, когда активация отсутствовала, потому что количество активации было трудно измерить. Существует несколько исследований, в которых были построены линейные модели рефлексов растяжения для исследования нейронного контроля и передвижения человека. Geyer и Herr [38] построили рефлекторную модель для исследования ходьбы, используя пропорциональный коэффициент для длины мышц в сочетании с верхними и нижними ограничениями. Точно так же два пропорциональных коэффициента для угла и угловой скорости использовались в модели рефлекса растяжения Эйленберга [39].]. Однако в этом исследовании наблюдается нелинейность отношения разности фаз, что согласуется с выводами Майлза и др. [13]. Чжан и др. [40] и Mirbagheri et al. [41] использовали методы системной идентификации для моделирования внутренних свойств системы руки и лодыжки человека по отдельности. Нелинейность предполагает, что простое частотно-зависимое демпфирование (пропорциональный метод) на самом деле не соответствует действительности. Следовательно, для моделирования вибрации человека на основе нашей текущей работы необходима более реалистичная модель мышц, включающая модуль рефлекса растяжения. Однако, несмотря на то, что мы исследовали влияние различных низкочастотных вибраций на мышечный ответ в различных нейроинтактных состояниях и предоставили теоретическую поддержку мышечной модели, все же существуют некоторые ограничения этого исследования: (1) хотя эффекты вибрационных подробно исследовали частоту и длину мышц, амплитуду растяжения не учитывали; (2) поскольку утомление является распространенной, но сложной проблемой при вождении, в будущих исследованиях необходимо учитывать влияние различных уровней утомления на мышечную реакцию; (3) результат этого исследования основан на крысах, даже многие исследования предполагают, что он аналогичен для мышц человека, на основе этого результата следует провести дополнительные проверки для модели мышц; (4) связь между реакцией на вибрацию всего тела и локальную вибрацию очень сложна, необходимы дальнейшие исследования. Мы создадим новую модель мышц, включающую модуль рефлекса растяжения (рис. 9).) на основе этого экспериментального результата. В будущем будут проведены дополнительные эксперименты по изучению влияния усталости. 5. Заключение В этом исследовании изучалась биомеханическая реакция децеребрированных крыс с/без рефлекса растяжения на низкочастотную вибрацию и описывалась количественная взаимосвязь между мышечной силой и длиной мышцы. Результаты показали, что амплитуда силы мышечного ответа уменьшилась более чем на 20%, когда дуга рефлекса растяжения была заблокирована (1). Было обнаружено, что взаимосвязь между силой мышечного отклика и длиной мышцы представляет собой нелинейную петлю гистерезиса, которая менялась с частотой (рис. 7). На разность фаз между динамической мышечной силой и изменением длины мышцы существенно влияла частота вибрации (), а минимальная частота составляла 4–8 Гц. Экспериментальные результаты этого исследования показали, что рефлекс растяжения оказывает огромное влияние на реакцию мышц на вибрацию (более 20%) и может принести пользу при моделировании опорно-двигательного аппарата, предоставляя теоретическую поддержку для построения модели рефлекса растяжения для низкочастотной вибрации. Доступность данных Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу. Дополнительные баллы Новые и заслуживающие внимания . Рефлекс растяжения является важным фактором, влияющим на биомеханический ответ на вибрацию всего тела человека, который недостаточно проанализирован для низкочастотного состояния в предыдущих исследованиях. Был проведен эксперимент для изучения количественного влияния рефлекса растяжения, вызванного низкочастотной вибрацией, на мышечную реакцию, что характерно для реальных условий и важно для скелетно-мышечной модели человека. Результаты этого исследования показали, что рефлекс растяжения оказывает огромное влияние на вибрационную реакцию мышц (более 20%) на низких частотах и ​​может принести пользу при моделировании опорно-двигательного аппарата, предоставляя теоретическую поддержку для построения модели рефлекса растяжения для низкочастотной вибрации. Конфликт интересов Мы заявляем, что у нас нет конфликта интересов в этом исследовании. Благодарности Это исследование поддерживается Национальным фондом естественных наук Китая (гранты № 51575303 и U1664263). Это исследование также поддерживается Фондом естественных наук СЗУ ​​(грант № 2017033). Ссылки L. Burström, T. Nilsson и J. Wahlström, «Вибрация всего тела и риск болей в пояснице и радикулита: систематический обзор и метаанализ», Международный архив гигиены труда и окружающей среды , том. 88, нет. 4, стр. 403–418, 2015 г. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar X. Luo, R. Pietrobon, S. X Sun, GG Liu, and L. Hey, «Оценки и модели прямых расходов на здравоохранение среди людей с болями в спине в Соединенных Штатах», Spine , том. 29, нет. 1, стр. 79–86, 2004 г. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Академия Google Д. Уайлдер и М. Поуп, «Эпидемиологические и этиологические аспекты болей в пояснице в условиях вибрации — обновленная информация», Clinical biomechanics , vol. 11, нет. 2, стр. 61–73, 1996. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar М. Шинохара, «Влияние длительной вибрации на активность двигательных единиц и двигательную активность», Медицина и наука в спорте и физических упражнениях , том. 37, нет. 12, стр. 2120–2125, 2005. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Ю. Хуанг и М. Дж. Гриффин, «Влияние произвольной периодической мышечной активности на нелинейность кажущейся массы сидящего человеческого тела во время вертикальной случайной вибрации всего тела», Journal of Sound and Vibration , vol. 298, нет. 3, стр. 824–840, 2006 г. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Никоян А. А., Задпур А.А. Влияние мышечного утомления на силу реакции опоры и колебания мягких тканей во время бега: модельное исследование.5893 IEEE Transactions on Biomedical Engineering , vol. 59, нет. 3, стр. 797–804, 2012 г. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar С. Китазаки и М. Дж. Гриффин, «Модальный анализ вертикальной вибрации всего тела с использованием конечно-элементной модели человеческого тела», Journal of Sound and Vibration , vol. 200, нет. 1, стр. 83–103, 1997. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar И. Э. Браун, С. Х. Скотт и Г. Э. Леб, «Механика кошачьей камбаловидной кости: II дизайн и проверка математической модели», Journal of Muscle Research & Cell Motility , vol. 17, нет. 2, стр. 221–233, 1996. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar X. Meng, X. Tao, W. Wang et al., «Влияние синусоидальной частоты вибрации всего тела на реакцию мышц водителя», в SAE Technical Paper , Детройт, Мичиган, США, апрель. 2015. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Ритцманн Р., Крамер А., Грубер М., Голльхофер А. и Таубе В. «Активность ЭМГ во время вибрации всего тела: артефакты движения или рефлексы растяжения?» Европейский журнал прикладной физиологии , том. 110, нет. 1, стр. 143–151, 2010. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar R. Souron, T. Besson, G. Y. Millet и T. Lapole, «Острая и хроническая нервно-мышечная адаптация к локальной вибрационной тренировке», European Journal of Applied Physiology , vol. 117, нет. 10, стр. 1939–1964, 2017. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Abercromby A. F.J., Amonette W.E., Layne C.S., Mcfarlin B.K., Hinman M.R. и Paloski W.H. «Вариации нервно-мышечных реакций во время острой вибрационной тренировки всего тела», Медицина и наука в спорте и упражнениях , том. 39, нет. 9, стр. 1642–1650, 2007. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Т. С. Майлз, С. К. Флавел и М. А. Нордстрем, «Рефлексы растяжения жевательных мышц человека: краткий обзор и новая функциональная роль», Human Movement Science , vol. 23, нет. 3–4, стр. 337–349, 2004 г. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Дж. М. Уэйклинг, Б. М. Нигг и А. И. Розитис, «Мышечная активность гасит резонанс мягких тканей, который возникает в ответ на импульсные и непрерывные вибрации», Журнал прикладной физиологии , том. 93, нет. 3, стр. 1093–1103, 2002. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar C. Bosco, R. Colli, E. Introini et al., «Адаптивные реакции скелетных мышц человека на воздействие вибрации», Clinical Physiology , vol. 19, нет. 2, стр. 183–187, 1999. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Дж. Риттвегер, «Вибрация как модальность упражнений: как она может работать и каков ее потенциал», Европейский журнал прикладной физиологии , том. 108, нет. 5, стр. 877–904, 2010. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Д. Дж. Кокрейн, «Потенциальные нейронные механизмы острой непрямой вибрации», Journal of Sports Science & Medicine , vol. 10, нет. 1, pp. 19–30, 2011. Просмотр по адресу: Google Scholar Л. Н. Зайделл, К. Н. Милева, Д. П. Самнерс и Дж. Л. Боутелл. нагруженная и ненагруженная нога» PLoS One , vol. 8, нет. 12, статья e85247, 2013 г. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar A. G. Bruno, K. Burkhart, B. Allaire, D. E. Anderson и M. L. Bouxsein, «Схемы нагрузки на позвоночник, полученные с помощью биомеханического моделирования, объясняют высокую частоту переломов позвонков в пояснично-грудном отделе», Journal of Bone and Mineral Исследования , т. 1, с. 32, нет. 6, стр. 1282–1290, 2017. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Академия Google С. Л. Делп, Ф. К. Андерсон, А. С. Арнольд и др., «OpenSim: программное обеспечение с открытым исходным кодом для создания и анализа динамического моделирования движения», IEEE Transactions on Biomedical Engineering , vol. 54, нет. 11, стр. 1940–1950, 2007. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar PBC Matthews, «Зависимость напряжения от растяжения в рефлексе растяжения камбаловидной мышцы децеребрированной кошки», The Journal of Physiology , том. 147, нет. 3, стр. 521–546, 1959. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar П. Б. К. Мэтьюз, «Исследование некоторых факторов, влияющих на рефлекс растяжения децеребрированной кошки», Журнал физиологии , том. 147, нет. 3, стр. 547–564, 1959. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar P. B. C. Matthews, «Доказательства того, что вторичные, а также первичные окончания мышечных веретен могут быть ответственны за тонический рефлекс растяжения децеребрированной кошки», Журнал физиологии , том. 204, нет. 2, стр. 365–393, 1969. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Т. Д. М. Робертс, «Ритмическое возбуждение рефлекса растяжения, выявляющее (а) гистерезис и (б) разницу между реакциями на вытягивание и на растяжение», Quarterly Journal of Experimental Physiology and Cognate Medical Sciences , об. 48, нет. 4, стр. 328–345, 1963. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Академия Google М. С. Гюнтер, С. Шмитт и В. Ванк, «Высокочастотные колебания как следствие пренебрежения последовательным демпфированием в моделях мышц типа Хилла», Biological Cybernetics , vol. 97, нет. 1, стр. 63–79, 2007 г. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar I. Cathers, N. O’Dwyer, and P. Neilson, «Вариация величины и времени рефлекса растяжения сгибателей запястья во всем диапазоне произвольной активации», Experimental Brain Research , том. 157, нет. 3, стр. 324–335, 2004 г. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Несмеянова Т. Н. Некоторые особенности рефлекса растяжения после травмы спинного мозга // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины . 87, нет. 3, стр. 191–193, 1979. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar С. Дж. Д. Серрес, Д. Дж. Беннетт и Р. Б. Штейн, «Увеличение рефлекса растяжения мышц трехглавой мышцы голени кошки при соответствующих нагрузках», стр. 9.5893 Журнал физиологии , том. 545, нет. 3, стр. 1027–1040, 2002. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Дж. К. С. Янсен и П. М. Х. Рэк, «Рефлекторный ответ на синусоидальное растяжение камбаловидной мышцы у децеребрированной кошки», , Журнал физиологии, , том. 183, нет. 1, стр. 15–36, 1966. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar З. Хасан, «Модель афферентной реакции веретена на растяжение мышц», Журнал нейрофизиологии , том. 49, нет. 4, стр. 989–1006, 1983. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar О. К. Дж. Липпольд, Дж. В. Т. Редферн и Дж. Вучо, «Влияние синусоидального растяжения на активность рецепторов растяжения в произвольных мышцах и их рефлекторные реакции», Журнал физиологии , том. 144, нет. 3, стр. 373–386, 1958. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Академия Google А. С. Бахлер, «Серийный эластичный компонент скелетных мышц млекопитающих», American Journal of Physiology-Legacy Content , vol. 213, нет. 6, стр. 1560–1564, 1967. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar А. В. Хилл, «Тепло укорочения и динамические константы мышц», Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences , vol. 126, нет. 843, стр. 136–195, 1938. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Академия Google Д. Р. Уилки, «Механические свойства мышц», British Medical Bulletin , vol. 12, нет. 3, стр. 177–182, 1956. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Б. Бигленд и О. К. Дж. Липпольд, «Связь между силой, скоростью и интегрированной электрической активностью в мышцах человека», Журнал физиологии , том. 123, нет. 1, стр. 214–224, 1954. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Академия Google Д. Г. Телен, «Настройка параметров модели мышечной механики для моделирования динамических сокращений у пожилых людей», Journal of Biomechanical Engineering , vol. 125, нет. 1, стр. 70–77, 2003 г. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar М. Миллард, Т. Учида, А. Сет и С. Л. Делп, «Сгибание вычислительных мышц: моделирование и моделирование динамики сухожилий мышц», Journal of Biomechanical Engineering , vol. 135, нет. 2, с. 021005, 2013. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Х. Гейер и Х. Херр, «Модель мышечно-рефлекторного рефлекса, которая кодирует принципы механики ног, создает динамику ходьбы человека и мышечную активность», IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering , vol. 18, нет. 3, стр. 263–273, 2010. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar М. Ф. Эйленберг, Х. Гейер и Х. Херр, «Управление механическим голеностопным протезом на основе нейромышечной модели», IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering , vol. 18, нет. 2, стр. 164–173, 2010. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar LQ Zhang, H. Huang, JA Sliwa и WZ Rymer, «Системная идентификация динамики сухожильных рефлексов», IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering , vol. 7, нет. 2, стр. 193–203, 1999. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar M. M. Mirbagheri, H. Barbeau и R. E. Kearney, «Внутренний и рефлекторный вклад в жесткость голеностопного сустава человека: изменение в зависимости от уровня активации и положения», Experimental Brain Research , vol. 135, нет. 4, стр. 423–436, 2000. Посмотреть по адресу: Сайт издателя | Google Scholar Copyright Copyright © 2019 Chaofei Zhang et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы. 404 правил и ресурсов Услуги Инновации и технологии Новости и события О нас и карьере Правила и ресурсы Правила и руководства Нормативные обновления Консультации и отчеты Государство флага и порта Инженерное программное обеспечение Технические обзоры Портал ABS MyFreedom™ Базы данных Формы Услуги Классификация Одобрение и сертификация Аудиты компаний и судов Глобальный морской пехотинец Глобальный оффшор Глобальная оффшорная ветроэнергетика Глобальное правительство Устойчивое развитие и обезуглероживание Цифровые решения Кибербезопасность Морская подготовка Инновации и технологии Развитие технологий Академическое участие Промышленное партнерство Данные и цифровизация Новости и события Комната новостей События Публикации О нас и карьере Кто мы Безопасность Карьера Свяжитесь с нами Свяжитесь с нами Электронная почта: CSC@eagle. org Позвоните нам: 1-281-877-6000 Дом О нас Группа АБС Карьера Условия использования Юридическая информация/Конфиденциальность Политики и уведомления Site Map ABS MyFreedom™ Portal Rules and Guides Services ISO & IACS Certifications   ABS App On The Go © Американское бюро судоходства, 2022 г. Все права защищены. Как диагностировать и устранить внутреннюю вибрацию вала Поместите циферблатный индикатор на конус и поверните вал, ища колебание не более двухтысячных. Капитан Винсент Даниэлло Вы знаете, что никогда не достигаете дна, но вдруг во время движения петли люка звенят, и в ногах начинается покалывание, которое проходит по всему позвоночнику. Джефф Фэй, владелец лодочной верфи Fay’s Boat Yard на озере Виннипесоки в Нью-Гэмпшире, объясняет, как отследить вибрации внутреннего двигателя, чтобы они не тревожили вашу душу. Во-первых, не забывайте про опору. Плавающий четыре на четыре может без видимых признаков выбить лезвие из шага. Вал тоже проверь. «Если кончик лопасти пропеллера согнут, велика вероятность того, что вал погнут», — говорит Фэй. Поместите циферблатный индикатор на конус и поверните вал, ища колебание не более двухтысячных. Также проверьте длинные валы посередине на предмет отклонения не более пятитысячных. СОВЕТ: При проверке соосности муфт вала лучше всего, чтобы лодка плавала в воде. Вал, выровненный, когда лодка находится на прицепе, может больше не выровняться, когда лодка плавает в воде Реклама Стойки не смещаются без жесткого заземления, но подшипники абордажной сабли могут изнашиваться, если пыж между валом и резиновым подшипником работает леска или основа ловушки для лобстеров. Толкайте вал — любое колебание внутри подшипника может вызвать вибрацию. Затем загляните внутрь лодки. «Если что-то сломано, обычно это довольно очевидно», — объясняет Фэй. Сравните опоры двигателя по левому и правому борту, которые иногда ломаются или трескаются, а также металлические кронштейны, крепящие двигатели к опорам. Также ищите гниющий или поврежденный стрингер. Если все в порядке, возьмите помощника и отправляйтесь на второй осмотр. «Иногда древесина внутри стрингера гниет. Кажется, что двигатель сидит нормально, но когда вы нагружаете его, крепления начинают двигаться», — говорит Фэй. Если стяжные болты, крепящие крепление к стрингеру, не затягиваются и просто прокручиваются, когда вы прикладываете к ним гаечный ключ, обратитесь к специалисту за решениями. Реклама Проблемы с внутренним креплением часто не очевидны. Капитан Винсент Даниэлло Проблемы с внутренним креплением часто не очевидны. «У опор двигателя есть резиновые вставки, которые могут испортиться», — утверждает Фэй. «Отвинтите муфту вала и посмотрите на нее». Поврежденная опора обычно опускает угол двигателя. Если, скажем, две поверхности сцепки открыты в верхней части правого борта (на 2 часа, если смотреть на сцепку с кормы) и плотно зажаты в нижней части левого борта (на 8 часов), подозревайте проблему с левым бортом. переднее крепление. Крепления двигателя тоже регулируются. Грубая регулировка слева направо обеспечивает параллельность двигателя и вала по правому борту, а также центрирование вала по отношению к двигателю. Крепления также регулируются по высоте. Капитан Винсент Даниэлло Крепления также регулируются по высоте. Часто шпилька с резьбой проходит через кронштейн двигателя, который сидит на большой гайке. Вращение этой гайки поднимает или опускает двигатель на опоре. Реклама Гайка гарантирует, что все останется на месте после настройки выравнивания. Капитан Винсент Даниэлло Гайка на кронштейне двигателя, а иногда контргайка или стопорный выступ под кронштейном гарантируют, что все останется на месте после настройки выравнивания. Убедитесь, что две поверхности муфты примерно выровнены. Капитан Винсент Даниэлло Выравнивание Этапы: Поднимите муфту в правильное положение и убедитесь, что две поверхности муфты примерно выровнены слева направо. Вставьте выступающий выступ на одной поверхности муфты в соответствующий паз. Капитан Винсент Даниэлло Затем вставьте выступающий выступ на одной поверхности муфты в соответствующий паз на другой поверхности. Реклама Вставьте щуп между поверхностями муфты. Капитан Винсент Даниэлло Вставьте щуп между поверхностями муфты — если зазор плотный в положении «3 часа» и меньше в положении «9 часов» или наоборот, двигатель и вал в лодке не параллельны.