ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Воздействие вибрации на тело человека и пути ее снижения из "Вибродозиметрия - контроль условий труда " Действие общей и локальной вибрации на человека, особенно превышающей предельно допустимые значения, приводит к неблагоприятным для здоровья человека последствиям. Для уменьшения вибрационного воздействия используются различные способы снижение вибрации в источнике, вибропоглощение (активное и пассивное), виброизоляция. Наиболее эффективным с экономической точки зрения и наиболее приемлемым способом снижения вибрации является виброизоляция. [c.65] В настоящее время знания о процессах, происходящих в машинах — источниках вибрации, исследования акустических характеристик тела человека или отдельных частей позволяют еще до воплощения машины в конкретное изделие определить эффективность виброизолирующих устройств, оценить перспективность тех или иных средств виброизоляции на основании математических моделей системы источник вибрации — виброизоляция — тело человека. [c.65] Ниже будут рассмотрены три аспекта снижения вибрационного воздействия с помощью виброизоляции. [c.65] Первый аспект — это математическое моделирование тела человека. При этом будет сделан упор на модели руки, так как акустические характеристики руки в значительной мере зависят от позы (углов сгиба плеча и предплечья, кисти и предплечья), плотности захвата и усилия нажатия. В отличие от одномерных моделей, где фигурируют эффективные параметры, в рассматриваемой модели все параметры определяются на основании анатомических данных, реальных весовых характеристик и геометрических размеров, и поэтому эта модель будет называться антропометрической. Указанный подход может быть распространен и на другие части тела, так как они состоят примерно из таких же элементов, но в этих случаях влияние таких факторов, как поза и вес, незначительно, поэтому для общей вибрации могут быть использованы более простые моде-дели. [c.65] Третий аспект —это экономическая сторона использования средств виброизоляции. Как показывает анализ, использование средств виброизоляции может дать экономический эффект только в случае локальной вибрации. В случае общей вибрации этот эффект носит только оздоровительный характер, хотя и позволяет достичь предельно допустимых значений вибрационного параметра. [c.66] При разработке средств защиты человека от вредного воздействия вибрации необходимо знать акустические характеристики (входное механическое сопротивление — импеданс) тела человека, чтобы в дальнейшем их можно было моделировать в системе источник вибрации — виброзащита — оператор машины с целью определения оптимальных параметров виброзащиты. [c.66] В соответствии с ГОСТ 12.1.012—78 общая вибрация может пе-)едаваться через ноги или ягодицы, а локальная — через руки. Лоэтому необходимо иметь математические модели стоящего и сидящего человека, а также руки. Так как при переходе к моделям нога и рука будут состоять из одних и тех же элементов (рис. 14) и отличие будет заключаться только в геометрических размерах этих элементов, в распределении масс и упругостей, то с формальной точки зрения нет никакой разницы между моделями руки и ноги. В случае сидящего человека модель, приведенная на рис. 14, может быть также использована. Но при этом элемент О—I будет уже бедром человека соответствующей длины и удвоенной массы (учитываются обе ноги), а элемент /—II — туловищем, включающим голову и руки, и возбуждение модели будет происходить в точке //. [c.66] Предлагаемая модель позволяет учесть влияние позы оператора (через угол а и Р) на входной импеданс тела оператора, а для руки — усилия нажатия и плотности захвата. Учитывая универсальный характер рассматриваемой модели, а также тот факт, что для модели руки входной импеданс зависит от максимального числа параметров, в дальнейшем будет отдано предпочтение модели руки, хотя рассматриваемый подход (вывод уравнений, определение безразмерных геометрических параметров соответствующей части тела) может быть использован для расчета входного импеданса ноги или сидящего человека. [c.66] На рис. 14, а изображена антропометрическая модель руки. Смысл элементов модели следующий плечо /, предплечье //, плечевой и локтевой суставы рассматриваются как шарниры, тело человека — неподвижная опора, мускулы плеча — пружина с коэффициентом упругости / l, мускулы-сгибатели локтя — пружина с коэффициентом упругости /Са, мускулы ладони — пружина с коэффициентом упругости /Со- Система координат XOY (см. рис. 14, а) жестко связана со средним положением плеча /. Плечо может только колебаться относительно рассматриваемой системы координат. Любое смещение положения равновесия плеча приводит к соответствующему повороту системы координат. Поза руки оператора определяется углом сгиба руки а между плечом / и предплечьем //и углом р между направлением воздействия инструмента и осью X, связанной со средним положением плеча /. Такое определение угла р соответствует возбуждению источником, ось возбуждения которого задана в пространстве (источник достаточно жесткий и мощный), а мускулы, фиксирующие кисть относительно предплечья, достаточно мягкие (что соответствует реальному случаю,) и поэтому кисть ведет себя как пружина на шарнире. [c.67] Значение модуля упругости Е во всех выражениях для коэффициентов упругости взято постоянным, поскольку все мускулы руки построены из одних и тех же мышц — поперечно-полосатых. [c.68] В случае рассматриваемой нами системы L = f (ф1, фа. ) где Ф1 — амплитуда колебаний плеча относительно оси, проходящей через начало координат 3 рад фг — амплитуда колебаний предплечья относительно оси, проходящей через точку / X — амплитуда колебаний точки III в неподвижной системе координат. Задача сводится к определению Т и U рассматриваемой модели. [c.68] То = 12[х +у1) Ц2 ц 1 + ц У, где VL у2 — положение центра масс предплечья. [c.68] При записи выражений для у , х и у., полагают, что длина плеча равна длине предплечья. [c.69] Определим угол у для ряда поз при значениях геометрического параметра А = 0,0711 и fl = 0,0126. В случае поз а = л/2, р = О, а = я/2 и Р = я/2 из решения системы уравнений (32) следует, что 7 = р. Соответственно = С и = С,,, t и = е. Таким образом, имеет место случай, рассматривавшийся в работе 161. [c.71] Как показывают статистические данные работы [12], указанные выше позы встречаются довольно редко. К числу наиболее распространенных поз принадлежит поза а = л/2 и р == 2я/3. В этом случае расчеты для у дают частотную зависимость, приведенную на рис. 15. [c.71] Из рис. 15 видно, что только при трех частотах v = р. Это означает, что угол у должен существенно влиять на частотные зависимости модуля и фазы импеданса. Аналогичные результаты (подобные тем, которые даны на рис. 15) получаются при других позах. Таким образом, в общем случае направление вектора скорости руки в месте контакта с инструментом не совпадает с направлением вектора силы, действующей со сторсны инструмента. [c.71] В систему уравнений (32) входят два параметра Л и В, которые зависят от геометрических размеров мускулов руки. Величины А и В можно рассчитать исходя из анатомических данных. Но для того чтобы установить, насколько найденные из расчета значения А к В соответствуют реальным значениям этих параметров, выполним расчеты частотных зависимостей модуля и фазы импеданса для позы а = я/2, р = л/2 (эта поза чаще всего встречается в экспериментах, и поэтому по ней накоплена наиболее достоверная информация). [c.71] Расчеты частотных зависимостей импеданса при /г = 2, 3 и 4 см. рис. 16, кривые 2...4) показывают, что с увеличением числа степеней свободы согласие между экспериментальными и расчетными данными улучшается. Более того, вводя дополнительные степени свободы в антропометрическую модель, мы получим лучшее согласие по модулю и фазе импеданса, так как увеличение числа степеней свободы приведет к увеличению потерь в заданном направлении возбуждения руки и сглаживанию частотных зависимостей модуля и фазы импеданса. [c.74] Как показывают эксперименты, плечи закрепления мускулов в зависимости от позы меняются в пределах одного порядка. Поскольку позе а = 90°, р = 90° соответствуют максимальные значения плеч и при расчете параметров А к В были взяты именно эти значения, то при варьировании А к В значения плеч закрепления мускулов только уменьшали. В качестве исходных значений были взяты А п В при трех степенях свободы плеча, поскольку в этом случае наблюдается наилучшее согласие с экспериментальными данными. [c.74] Расчеты показывают, что при уменьшении параметров Л и 5 согласие с экспериментальными данными в области низких частот улучшается. [c.75] Вернуться к основной статье