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河北華利機械配件有限公司

手扶拖拉機手把振動的評價

2013/7/8 15:21:56

 

  洛阳拖拉机研究所张季群

    摘要敘述了振動引起白指的問題,分析了振動評價的有關問題,提出了評價指標的量值建議。

    Abstract] The paper describes white finger problem caused by vibration,analyses problems

    related to bibration evaluation,makes a suggestion on evaluation index.

    敘詞:手把振動加權加速度

    全國手扶拖拉機制造廠近百個,手扶拖拉機的保有量已達500多萬台,是世界上擁有量最多的國家,在農村經濟的發犀中發揮著巨大的作用.然而,手扶拖拉機手把振動較大,危害著駕駛員的身體健康。有必要盡快研究如何評價和限制手扶拖拉機手把振動,以保證駕駛員的身體健康。

    一、局部振動病

    操作手扶拖拉機時,象使用其他手持振動工具一樣,振動作用于人手、會引起以末稍循環障礙爲主的疾病,稱爲局部振動病。發病的部位多在上肢的末端,典型表現爲手指變白,稱爲“白指”。英文稱作VWF (Vibration-indueed White fincer),意義很明確,就是振動引起的白指。白指是一種很複雜的觀象,主要的機理是在長時間受振的情況下,手和手指處的平滑肌萎縮,從而減少了流向手和手指的血液流量,使手指變白,産生疼痛、麻木、發冷、僵硬、發脹,無力等局部症狀。也可能出現頭疼,耳鳴、失眠、關節疼等全身性症狀。特別是在寒冷的氣候下使用振動工具,更容易發生這種症狀。

    手持振動工具很多,如風鎬、手砂輪機、氣動扳手、氣動鉚槍等。産生振動的手操作機械,如手扶拖拉機等,其局部振動病的危害便不容忽視。爲此,世界上許多國家的專家都開展了這方面的研究。例如:曾有人對使用氣動鑽(風鎬)和手砂輪機的與在同樣微氣候環境中工作但不遭受振動的人進行了對比檢查;結果發現,遭受振動的比不遭受振動的人,其手部皮膚血液流量減少了38%67%

血液流量減少的後果之一是降低了皮膚的溫度。有研究者曾作過一項測定,用兩組人,其中一組爲受振組,另一組爲不受振組,開始時,受振組的手部溫度較低,然後將兩組人的手都放到45℃的水中加溫lOmin,使兩組人的手溫接近一致,接著逐漸冷卻。結果,受振組的手溫低2℃左右,一直到恢複至常溫,受振組的手溫仍比較低,見圖1 大多數人不會因爲白指而導致健康衰弱,但是有可能引起指尖壞死。  

 二、局部振動的評價

    找國對于局部振動引起的振動疾患給予了注意,國家衛生部早在1985年即頒布實施了國家標准GB4869-85《職業性局部振動病診斷標准及處理原則》。標准中對職業性接觸局部振動出現的振動疾患按程度不同爲三級:觀察對象級,輕度局部振動病級及重度局部振動病級,並給出了相應的診斷標准與處理原則。對觀察對象,應12年複查一次。對輕度的,應調離振動作業並進行適當的治療。而對重度的則必須調離振動作業,積極治療,病情減輕後才能作其他輕工作。這表明局部振動病可能危及健康並導致工作能力的喪失。

    爲了對局部振動進行評價並加以限制,國外許多國家提出了不少方法和准則,但這些准則之間的差別很大,由于缺乏足夠的醫學和生理學方面的依據,很難判定究竟哪一種最正確,應該采用哪一個。國際標准化組織(ISO)1977年制訂了一套評價指南——lSO/DIS5349《人體接觸手傳振動的測量和評價指南》(圖2),這一指南以倍頻程及13倍頻程分析對各頻帶的振動水平進行限制,同時考慮了受振時間及振動間隔情況等因素。經過幾年的使用和研究,又于19831月提出了修改草案,其編號及名稱均維持原稿不變,只是在評價的方法上作了較大的變動(圖3),主要的有兩點:第一是評價的基本觀點是振動輸入給手的能量,認爲相等的能量將引起相同的危害,該修改草案以每日4h等能量頻率加權加速度作爲評價的主要參數。第二是考慮振動對人體危害的群體統計結果,而不是象原草案中只要有一個頻率的振動水平超出所規定的界限,即視爲不允許的。圖3中各量之間的關系可以用下列近似關系式表示:

題,不同的人對同一振動的反應不同,即使同一個人,在不同的時間、不同的情況下對同一振動的反應也是不相同的,年令、性別、生理與心理狀態以及環境的溫度與濕度等因素都會影響到人對振動的反應。因此,很難用一個量值作出絕對確切、肯定的評價。從最初提出對手傳振動進行評價的問題至今已20多年了,ISO的評價指南修改草案到現在也有10年了,但由于目前仍然缺乏手傳振動對人危害作用的足夠的定量資料,因此仍未形成爲正式的評價准則標准。已足見解決此一問題的複雜性和困難性,盡管如此,基于保護大多數人的身體健康的ISO/DIS5349评价指南在目前的条件下不失是~个较为客观的指导性准则。在对手扶拖拉機手把振動的評價中,采用草案作为依据是比较合适的。

三、手扶拖拉機手把振動的評價

    目前已經有了國家標准GB7927-87《手扶拖拉機振動測量方法》,但要對振動進行准確的評定,還必須對其中的有關條件和因素加以較嚴格的規定。

    1.測量狀態

    過去,人們習慣地把拖拉機停置、發動機工作狀態下測量振動稱爲“靜態測量”,而把拖拉機行駛中的振動測量稱爲“動態測量”。由于儀器等條件的限制,大多數都采用了較爲簡便的“靜態測量”。即非行駛狀態下的測量。然而,這種測量狀態下不能反映實際情況。第一,非行駛狀態下的手把振動,僅僅是由發動機的工作過程及其工作不平衡性引起的,沒有地面激勵通過車輪引起的振動,而這恰恰是影響較大的低頻振動。第二,在非行駛狀態下,手扶拖拉機主要是進行抽水、脫粒等固定式作業,而此時,拖拉機手沒有必要握住拖拉機的手把,也就不存在振動對人體的作用。基于上述兩個原因,測量非行駛狀態的振動無實際意義,而應進行行駛狀態的測量。

    手扶拖拉機行駛狀態下的作業類型主要有3種,即犁耕、旋耕及道路運輸。試驗表明,在這3種作業中,以運輸作業時的手把振動最高,旋耕次之,犁耕最低(見表1)。而在我國的手扶拖拉機實際使用中,恰恰也是運輸作業占較大比例。因此,爲了有效保護拖拉機手的身體健康,應以模擬運輸狀態的道路試驗測量進行評價較爲合理。

    2.測量道路

    GB7927 - 87.中规定振动测量在典型的农村土路或在标准的人工振动试验跑道上进行。但是实际的农村土路,各地差异很大,即使是同一条土路,在不同的时间,例如经过雨雪以后或是使用过一段时间之后,都会发生很大的变化,测量结果的重复性差,测量结果的相互之间的可比性差,这样,以産品性能质量的鉴定、检查、评定对比为目的的振动测量,在实际的农村土路上进行显然是不合适的,而应当在路面情况稳定不变,又能代表农村土路的硬路面上进行,国家标准GB6972-86《農業拖拉機駕駛座振動測量》中規定的lOOm標准人工跑道正是能夠滿足這一要求,又爲國際上普遍承認和采用的代表農村土路的人工標准路面,在這種跑道上測量的結果具有較高的重複性和可比性。

    3.測量車速

    試驗表明,行駛速度財測量的結果影響較大。例如,對樣機在人工標准跑道上測量,車速爲10. 9km/h時,加權加速度爲10.787InS2,行駛速度提高到11. 8km/h時,加權加速度增大到12. 396m/s2,即速度提高0. 9km/h,結果增大1.609rris2。手扶拖拉機一般具有兩個運輸作業檔,第一運輸檔大多在1518km/h,用于路面條件較好的柏油路、砂石路上作業。第二運輸檔大多在1012km/h,用于路面條件較差的土路。振動測量的車速宜用第二運輸檔,統一規定爲1.20. 5km/h,有的拖拉機可能不具有1 20. 5km/h的工作檔,則可通過改變發動機的轉速將車速調整到此範圍內。爲了判明發動機轉速的變化對測量結果的影響,對上述同一台樣機,先用V檔,發動機油門全開,此時發動機轉速爲2700rmin,行駛速度爲11. Okm/h,測得加權加速度爲11. 271m/s2,然後用Ⅵ檔,行駛速度仍維持在11. okm/h,此時發動機轉速降至1 820rlmin,結果爲11. 023m/s2。可以看出,發動機轉速降低約1/3,而結果只減小0.248m/s2。由此可見,拖拉機行駛速度對測量結果影響較大,而發動機轉速耐結果影響甚小,完全可以通過改變發動機的轉速將拖拉機的行駛速度調整到規定的範圍內。

    4.測量方向

    在手傳振動評價中,主要依據zyz三坐標方向中具有最大加權加速度的單方向進行,對不同功率的25種型號的手扶拖拉機進行了測量,結果表明,無一例外地均以z方向(即鉛垂方向)最大(見圖4),因此,實際上可以只對z方向進行測量並依此進行評價。這樣就簡化了試驗,減少了數據處理的工作量,測量用的儀器也比較簡單,一般制造廠容易實現。

    5.評價指標的量值

    采用單方向的頻率加權加速度作爲評價的指標,在確定其量值限制時,考慮兩個因素,首先,應起到保護健康的作用;其次還應考慮到我國手扶拖拉機的現有技術水平。如果不考慮這一點,要求過嚴,現有機型無一能達到要求,就會使制造廠心中無數,容易造成互相觀望、等待現象。如果要求過松,全部通過,就達不到保護駕駛員身體健康的目的,同時也不利于拖拉機技術水平的提高。

    從以上兩個因素考慮,建議以連續駕駛手扶拖拉機4年後,90%的人不出現振動病,也就是說,發病的可能只有10%爲依據.這樣,由前面列出的公式就能很容易地算出4h等能量加權速度駕駛員並不是全年都持續不斷地操作拖拉機,因此,實際的安全工作年限大于4年。

    從已測量的情況看,其中約有25%的拖拉機可以達到此要求,另有30%左右接近此值,稍作改進即可達到,而其余約半數的機型需要通過認真的工作才能達到要求。這樣對拖拉機的技術進步也是一種促進。

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