Устанавливает параметры, характеризующие контакт кисти руки оператора с вибрирующей поверхностью машины, включая параметры силового воздействия (сила нажатия, сила охвата) и давления на кожу кисти руки оператора, а также руководство по проведению измерений указанных параметров силы и давления, включая требования к средствам измерений и их калибровке. Стандарт не распространяется на оценку сил, действующих в тангенциальном направлении к области контакта.
Идентичен ISO 15230:2007
1 Область применения
2 Обозначения и сокращения
3 Параметры, характеризующие воздействие в области контакта
Приложение А (справочное) Воздействие биодинамических сил
Приложение В (рекомендуемое) Расчет силы обхвата и толкающей/тянущей силы по измерениям давления
Приложение С (рекомендуемое) Измерения и обработка результатов
Приложение D (рекомендуемое) Рекомендуемые характеристики средств измерений
Приложение Е (рекомендуемое) Условия и устройства для калибровки
Библиография
23 страницы
Дата введения | 01.12.2015 |
---|---|
Добавлен в базу | 12.02.2016 |
Актуализация | 01.01.2021 |
24.10.2014 | Утвержден | Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии | 1424-ст |
---|---|---|---|
Разработан | АО НИЦ КД | ||
Издан | Стандартинформ | 2015 г. |
Чтобы бесплатно скачать этот документ в формате PDF, поддержите наш сайт и нажмите кнопку:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ | |||||||||
|
Вибрация
ISO 15230:2007
Mechanical vibration — Coupling forces at the man-machine interface for hand-
transmitted vibration (IDT)
Издание официальное
Москва Стандартинформ 2015 |
1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация, удар и контроль технического состояния»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 октября 2014 г. № 1424-ст.
4 Настоящий стандарт является идентичным по отношению к международному стандарту ИСО 15230:2007 «Вибрация. Определение сил в области контакта человека с машиной при воздействии локальной вибрации» (ISO 15230:2007 «Mechanical vibration - Coupling forces at the man-machine interface for hand-transmitted vibration»).
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)
© Стандартинформ, 2015
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
поэтому в формулу (7) эти силы входят с одинаковым весом.
Примечание 3 - Определение контактной силы связано с большими трудностями, чем определение силы связи.
3.9 Момент силы и сила трения
В настоящем стандарте не рассматриваются силы, тангенциальные к поверхности контакта (например, сила трения) и способные создавать момент силы, однако ниже на примерах показано действие этих сил.
Моменты силы, указанные на рисунках 8 а) и Ь), невозможны без действия силы обхвата, тол-кающей/тянущей силы или поддерживающей силы.
Сила трения, указанная на рисунке 8 Ь), невозможна без действия силы обхвата, толкаю-щей/тянущей силы или поддерживающей силы.
1 - момент; 2 - толкающая/тянущая сила; 3 - трение Рисунок 8 - Примеры моментов силы и силы трения
8
Приложение А (справочное)
А.1 Биодинамические силы
Биодинамическая сила .FgQ в области контакта между системой «кисть - рука» и вибрирующей поверхностью (машины или объекта обработки) является результатом динамического отклика системы на вибрацию. Следовательно, ее значение зависит, в первую очередь, от эффективной массы системы в области контакта и передаваемой от поверхности контакта вибрации.
А.2 Методы измерения и оценки
Биодинамическая сила FgQ может быть разложена на три ортогональные составляющие в направлении осей х, у и z и измерена непосредственно с помощью датчиков силы, прикрепленным к рукояткам, перчаткам оператора или его ладоням. Она может быть измерена вместе со статическими силами и затем выделена фильтром верхних частот с частотой среза выше 5 Гц. Другим возможным вариантом является измерение ускорения в трех указанных направлениях с последующим преобразованием в сигнал силы при известных значениях эффективной массы (механического импеданса) системы «кисть - рука» в диапазоне частот измерений. В первом приближении для оценки среднеквадратичного значения составляющей биодинамической силы в J-m направлении (J
принимает значения х, у или z) на угловой частоте <у, можно использовать одну из следующих формул:
^BD(©/)j ™\z(®i)j а(<°1 )jIЩ - (A-2)
где [м(©г )|^ - модуль входной эффективной массы системы «кисть - рука» в области контакта на угловой частоте в J-м направлении;
|z(®/)|j - модуль входного механического импеданса системы «кисть - рука» в области контакта на угловой частоте <эг в J-м направлении;
a{pi)j - среднеквадратичное значение ускорения вибрирующей поверхности в области контакта на угловой частоте <эг в J-м направлении.
А.З Основные свойства биодинамической силы
Поскольку эффективная масса системы «кисть - рука» обычно уменьшается с ростом частоты, динамическая сила, как правило, значительно выше, если машина генерирует преимущественно низкочастотную (ниже 40 Гц), а не высокочастотную (свыше 100 Гц) вибрацию. Низкочастотная биодинамическая сила может быть сопоставима со статической силой, прикладываемой оператором. Эффективная масса системы обычно максимальна в направлении z (т.е. вдоль предплечья руки оператора), поэтому в данном направлении также обычно максимальна и биодинамическая сила. Как правило, биодинамическая сила максимальна на доминирующей частоте вибрации. Низшая частота собственных колебаний системы «кисть - рука» находится, как правило, в диапазоне от 10 до 63 Гц. Если доминирующая частота машины близка к частоте резонанса, то биодинамическая сила может стать особенно значительной. На частотах ниже 100 Гц биодинамическая сила сосредоточена преимущественно в области ладони, а на высоких частотах распределена почти равномерно по всей кисти руки.
Приложение В
(рекомендуемое)
В.1 Общие положения
Толкающую/тянущую силу, силу обхвата и силу связи можно рассчитать, зная .распределение локального давления по поверхности обхвата и геометрию этой поверхности. Важно также знать угол между измерительной поверхностью датчика и выбранным направлением силы обхвата. Существующая техника измерений позволяет построить распределение давления в области обхвата без применения интерполяций. К последним прибегают, если число датчиков недостаточно, чтобы покрыть всю область контакта кисти руки с вибрирующей поверхностью.
В.2 Толкающая/тянущая сила
Для расчета толкающей/тянущей силы FpU (см. рисунок В.1) используют формулу
(B.1)
Fpu = ZFpu.> = Z/7c.1 cosat = Y.PiSi cos«/ ■ |
а) Эллиптическая рукоятка b) Круглая рукоятка |
Рисунок В.1 - Определение угла между направлениями действия нормального к поверхности элемента силы и толкающей/тянущей силы
Если направление силы подачи не совпадает с направлением толкающей/тянущей силы, то целесообразно определять результирующую /<рр этих двух сил по формуле
где i и j - единичные векторы координатных осей.
Примечание - /<рр - векторная величина, которую измеряют в плоскости, перпендикулярной к оси рукоятки. Эта величина содержит информацию о позе оператора во время испытания, и ее направление может изменяться со временем.
В.З Сила обхвата
Пояснения величин, определяющих силу обхвата, дано на рисунке В.2.
Рисунок В.2 - Величины, характеризующие условия обхвата |
Силу обхвата Fgr рассчитывают следующим образом.
Вычисляют силу обхвата .FgrQ, , действующей во всех возможных направлениях оси ха , проходящей через центр рукоятки, по формуле
(В.2)
где Pi,X(/ ~ проекция силы, воспринимаемой 7-м датчиком, на ось ха ;
/(ри Ха - проекция толкающей силы на ось ха .
Определяют силу обхвата /'grpu - ориентированную в зависимости от направления толкающей силы, как значение /<дГа , рассчитанное по формуле (В.2) для оси ха , совпадающей с направлением силы Fpp (способным изменяться во времени в зависимости от позы оператора - см. раздел В.2),
ха = ха,ри > т е-
(В.З)
Определяют максимальное значение силы обхвата Fgr по всем возможным направлениям, определяемым углом а:
gr -
(В.4)
Примечание - Значения ^ри “ всегда больше нуля.
0 < а < 2 л |
В.4 Сила связи
Силу связи /'coup (см- рисунок В.З) рассчитывают по формуле
^соир - ^ри + ^дг _ 2 |
(В.5)
11
1 - датчик
Рисунок В.З - Пример схемы измерений силы связи ^соир
12
Приложение С (рекомендуемое)
С.1 Общие положения
Измерения контактной силы сложны и на практике не могут быть реализованы в полном объеме. Поэтому измерениям подлежат наиболее важные ее компоненты, такие как толкающая/гянущая сила, сила обхвата, а также давление в области обхвата.
Применяемые средства измерений должны создавать минимальные помехи нормальной работе оператора и не должны изменять динамические частотные характеристики машины.
При оценке воздействия вибрации на работника вибрацию желательно измерять одновременно с параметрами, характеризующими условия контакта кисти руки оператора с вибрирующей поверхностью. Но ввиду сложности таких измерений допускается параметры контакта измерять отдельно (в другое время) в тех же условиях, при которых были проведены измерения вибрации.
Измерения следует проводить калиброванной измерительной системой (см. приложение Е).
До и после каждой серии измерений следует проверять калибровку измерительной цепи.
При проведении измерений следует регистрировать позу оператора, условия его работы и условия работы машины.
С.2 Измерения толкающей/тянущей силы
Применение многих ручных машин и машин с ручным управлением требует приложения оператором толкающей или тянущей силы в направлении оси предплечья, как показано на рисунках 2 и 4.
Применяют два основных метода измерений:
- прямой метод, при котором датчики размещают между кистью руки и вибрирующей поверхностью (см., например, рисунок В.З);
- косвенный метод, при котором измеряют результирующую силу, действующую на оператора или машину [например, с помощью силовой платформы, изображенной на рисунке 2 а)].
Косвенный метод может быть использован только в том случае, когда оператор в процессе выполнения рабочего задания сохраняет свое положение неизменным и прикладывает толкаю-щую/тянущую силу одной рукой (либо если толкающая/тянущая сила поровну распределена между обеими руками).
С.З Измерения силы обхвата
Применяют два основных метода измерений:
- прямой метод, при котором датчики размещают между пальцами кисти руки оператора и вибрирующей поверхностью;
- косвенный метод, при котором вначале измеряют силу связи между ладонью оператора и вибрирующей поверхностью, а также толкающую/тянущую силу, после чего силу обхвата рассчитывают как результирующую двух указанных сил.
С.4 Измерения давления на кожный покров
Измерения проводят с использованием датчиков давления, которые фиксируют либо непосредственно в области обхвата с помощью двусторонней клеящей ленты или других аналогичных приспособлений, либо на хирургических перчатках. В последнем случае важно размещать датчики в тех местах, где ожидается максимальное давление.
С.5 Обработка временных сигналов
Рекомендуется регистрировать временные сигналы силы или давления в диапазоне частот до 5 Гц.
При исследовании динамических сил рекомендуется записывать сигнал в диапазоне частот, верхняя граница которого по крайней мере в три раза превышает доминирующую частоту вибрации, после чего проводить анализ сигналов в частотной области.
С.6 Усреднение
о |
При необходимости характеризовать переменную силу F(t) или давление , зарегистрированные при выполнении измерений во время проведения операции, одним числом используют среднее значение модуля силы F или среднее значение давления р , рассчитываемые по формулам:
(С.1)
13
P = -7f\p{f)dt, (С.2)
То
где Т - продолжительность измерений.
Под операцией понимают любой период работы машины, во время которого оператор подвергается воздействию локальной вибрации. Продолжительность измерений должна быть достаточной, чтобы характеризовать измеряемые сигналы, и обычно не менее 8 с.
Примечание - В случае измерения силы обхвата F(t) всегда больше нуля.
С.7 Регистрируемая информация
Протокол измерений должен включать в себя, по возможности, следующие сведения:
a) общую информацию об измерениях:
наименование заказчика измерений и организации, проводившей измерения, цель проведения измерений, дату проведения измерений,
имя оператора, подвергавшегося воздействию вибрации; имя сотрудника, проводившего измерения и обработку данных;
b) условия рабочего места:
место проведения измерений,
температура (окружающего воздуха, вибрирующей поверхности), относительная влажность воздуха;
c) условия измерений:
подробное пошаговое описание рабочей операции, направления измерений,
направления движения рукоятки, вибрирующей поверхности и кисти руки оператора, условия обхвата,
поза оператора (с использованием, по возможности, фотографий или видеозаписей);
d) антропометрические данные:
указание рабочей руки оператора (правая или левая),
размеры кисти руки оператора (длина, ширина, длина среднего пальца);
e) источник вибрации:
машина и используемый вставной инструмент, технические характеристики машины, модель и заводской номер машины,
срок службы и условия технического обслуживания машины,
масса ручной машины (обрабатываемого объекта, рычага управления),
способ удержания машины,
мощность машины,
основные частоты вибрации машины,
тип и модель вставного инструмента,
объекты обработки;
1) средства измерений:
состав измерительной системы с подробным описанием ее элементов, результаты поверки (калибровки), дата последней поверки (калибровки),
результаты проверки калибровки до и после проведения измерений; д) условия измерения сил и/или давления: описание метода измерений, направления измерений, способ установки датчиков, условия проведения измерений; h) результаты измерений:
полученные значения сил и/или давления, продолжительность измерений, временной сигнал силы и/или давления, неопределенность измерения.
14
Приложение D (рекомендуемое)
D.1 Средства измерений силы
Следующие рекомендации относятся к средствам измерений толкающей/тянущей силы .FpU :
- измерения проводят в направлении действия силы;
- минимальный диапазон измерений: до 200 Н;
- минимальное разрешение: 2 % максимального значения диапазона измерений;
- диапазон частот измерений: до 5 Гц;
- толщина датчика не должна превышать 10 мм;
- форма датчика должна быть такой, чтобы он не создавал неудобства оператору в его работе;
- общий вклад других источников неопределенности: менее 10 %;
- обеспечение показаний среднего абсолютного значения.
Следующие рекомендации относятся к средствам измерений силы обхвата Fgr:
- минимальный диапазон измерений: до 100 Н;
- минимальное разрешение: 2 % максимального значения диапазона измерений;
- диапазон частот измерений: до 5 Гц;
- толщина датчика не должна превышать 10 мм;
- форма датчика должна быть такой, чтобы он не создавал неудобства оператору в его работе;
- общий вклад других источников неопределенности: менее 10 %;
- обеспечение показаний среднего значения.
Примечание - В некоторых случаях необходимо учитывать влияние температуры на датчик силы.
D.2 Средства измерений локального давления
Следующие рекомендации относятся к средствам измерений локального давления pt:
- форма датчика должна быть такой, чтобы он не создавал неудобства оператору в его работе;
- размеры области контакта датчика не должны превышать 11x11 мм;
- толщина датчика не должна превышать 2 мм;
- минимальный диапазон измерений: до 0,3 Н/мм2;
- минимальное разрешение: 2 % максимального значения диапазона измерений;
- расширенная неопределенность: не более 10 % (при коэффициенте охвата, равном двум);
- гистерезис: менее 15 % максимального значения шкалы при выполнении полного цикла нагрузки и разгрузки (т.е. от нуля до максимального значения шкалы и обратно);
- изменение показания под постоянной нагрузкой на периоде времени 5 мин: не более 10 %
- минимальный диапазон частот измерений: до 5 Гц;
- чувствительность к тангенциальным нагрузкам: отклонения не более чем на 10 % при приложении тангенциальной нагрузки, составляющей 30 % номинальной;
- чувствительность к неравномерной нагрузке на датчик: отклонения не более чем на 30 % при сосредоточении нагрузки в области, составляющей 25 процентов общей поверхности контакта датчика.
D.3 Сравнение характеристик средств измерений
Сравнение характеристик средств измерений показано в таблице D.1.
D.4 Примеры измерительной цепи
Схема измерительной цепи сдатчиком силы или давления показана на рисунке D.I. Примечание 1 - Измерения силы могут быть реализованы с применением датчиков силы или давления.
15
Таблица D.1 - Рекомендуемые характеристики средств измерений | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Рисунок D.1 - Пример схемы измерительной цепи для измерений толкающей/тянущей силы или силы
обхвата сдатчиками силы или давления
На рисунке D.2 показан вариант измерительной цепи с использованием гидравлической системы.
F |
1 |
Р / /1и/ |
& |
2 | ||||
\ / 5 _1 | ||||||||
1 - камера давления; 2 - устройство усреднения (вычисления среднеквадратичного значения); 3 -показывающее устройство; 4 - устройство регистрации; 5 - процессор
Рисунок D.2 - Пример схемы измерительной цепи для измерений толкающей/тянущей силы или силы
16
обхвата с электрогидравлическим датчиком силы
Примечание 2 - Схема измерений силы связи с использованием элекгрогидравлического датчика силы состоит в следующем. Сила связи, прикладываемая оператором через его ладонь к поверхности вибрирующего инструмента, преобразуется в изменения давления в несжимаемой жидкости (например, масле), которой заполнена камера давления. Эти изменения давления передаются на мембрану датчика давления. Мгновенное значение выходного сигнала этого датчика (напряжения или силы тока) пропорционально изменению давления в камере давления. Сигнал напряжения или силы тока усиливается, измеряется, отображается показывающим устройством и сохраняется. Камера давления и датчик давления вместе составляют двухступенчатый датчик силы.
Исследования показывают, что в процессе применения некоторые датчики давления изменяют свою чувствительность, поэтому перед применением и после применения таких датчиков необходимо проверять их калибровку.
Силы, действующие в области контакта кисти руки работника с ручной машиной или машиной с ручным управлением, являются важными характеристиками с точки зрения оценки воздействия вибрации на работника.
Силы, действующие в области контакта, состоят из двух компонентов. Первый - это сила, прилагаемая кистью руки для обеспечения необходимого управления машиной с целью, в конечном итоге, достигнуть желаемой производительности. Эта квазистатическая сила (на частотах ниже 5 Гц) является основным предметом рассмотрения настоящего стандарта. Второй компонент - биодинамическая сила, представляющая собой биодинамический ответ кисти руки на воздействующую вибрацию.
Различия в способах контакта руки с вибрирующей поверхностью могут повлиять на эффект воздействия вибрации на организм работника разными способами:
- изменением соотношения между вибрацией на рукоятке машины и вибрацией, передаваемой в систему «кисть - рука» работника;
- изменением функциональных систем организма работника (сосудистой, нервной, костной, связочно-суставной), на которые вибрация будет оказывать негативное влияние.
К настоящему времени проведены многочисленные исследования с моделированием воздействия вибрации на организм работника для оценки влияния на эффект этого воздействия сил подачи и охвата, создаваемых кистью руки. Настоящий стандарт устанавливает формат представления данных, позволяющий обобщать результаты подобных исследований.
Предполагается, что в будущем нормирование вибрации на рабочем месте будет осуществляться не только на основании параметров собственно вибрации, но и с учетом сил в области контакта работника с машиной.
Приложение Е (рекомендуемое)
Е.1 Условия калибровки датчиков силы
Предшествующий опыт применения датчиков силы показал, что в качестве опорного значения статической силы для калибровки удобно выбирать 100 Н. Ввиду многообразия используемых типов датчиков силы целесообразно также проводить калибровку при нагрузке от 80 % до 90 % максимальной, чтобы подтвердить диапазон линейности датчика. Если датчик предназначен для измерений силы обхвата, то рекомендуется дополнительно выполнять калибровку при статической силе 50 Н. Точка измерений совпадает с геометрическим центром датчика.
Примечание - В ряде случаев важно знать, как изменяется коэффициент чувствительности датчика при изменениях температуры.
Е.2 Условия калибровки датчиков давления
Датчики давления могут быть калиброваны с применением простой установки, включающей в себя гладкую поверхность, на которую устанавливают датчик, и гибкую мембрану, передающую на датчик давление сжатого воздуха, равномерно распределенное по поверхности мембраны. Создаваемое давление должно обеспечивать калибровку датчика в диапазоне до 1 Н/мм2. Давление воздуха измеряют манометром с точностью до 0,01 Н/мм2. Создавая разное давление в пределах диапазона измерений строят градуировочную характеристику зависимости напряжения на выходе датчика от приложенного давления.
Е.З Устройство для калибровки средств измерений силы методом сравнения
Для калибровки используют стандартную рукоятку с встроенным эталонным датчиком силы, показанную на рисунке Е.1. На одной стороне поверхности рукоятки устанавливают преобразователь средства измерений и накрывают его полосой материала, свободные концы которой уравновешивают прилагаемыми силами, например, по 50 Н. Ширина полосы должна соответствовать ширине преобразователя калибруемого средства измерений.
Рисунок Е.1 - Пример стандартной рукоятки для калибровки средств измерений силы
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Вибрация
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ В ОБЛАСТИ КОНТАКТА ЧЕЛОВЕКА С МАШИНОЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЛОКАЛЬНОЙ ВИБРАЦИИ
Mechanical vibration - Coupling forces at the man-machine interface for hand-transmitted vibration
Дата введения — 2015—12—01
Настоящий стандарт устанавливает параметры, характеризующие контакт кисти руки оператора с вибрирующей поверхностью машины, включая параметры силового воздействия (сила нажатия, сила охвата) и давления на кожу кисти руки оператора, а также руководство по проведению измерений указанных параметров силы и давления, включая требования к средствам измерений и их калибровке.
Настоящий стандарт не распространяется на оценку сил, действующих в тангенциальном направлении к области контакта.
2.1 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения.
F - сила;
i - индекс суммирования (целое число); п - общее число суммируемых элементов;
Pi - локальное давление на i-й элемент поверхности;
S - поверхность; t - время;
Т - продолжительность операции; а - угол между осью руки и разделяющей плоскостью;
Р - угол между осью машины и разделяющей плоскостью;
8 - коэффициент пропорциональности для силы охвата; у - коэффициент пропорциональности для силы нажатия.
2.2 Сокращения
В настоящем стандарте применены следующие сокращения.
BD - при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на отношение к биодинамической силе;
с - при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на отношение к контакту руки с машиной;
coup - при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на отношение к соединению в области контакта;
f- при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на отношение к воздействию на машину;
g - при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на отношение к направляющему воздействию на машину;
gr- при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на отношение к силе охвата;
I - при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на отношение к подъему машины; m - при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на среднее значение величины; max - при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на максимальное значение величины;
п - при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на нормальную составляющую векторной величины;
ри - при использовании в качестве подстрочного индекса указывает на отношение к силе нажатия; х, у, z - оси декартовой системы координат.
Издание официальное
3.1 Давление на кожный покров
3.1.1 Элемент поверхности
Площадь элемента поверхности Sj определяют в векторном виде Sj через единичный вектор нормали ,■ к элементу поверхности Sj (см. рисунок 1) по формуле
Sj=Sj-Snj. (1)
3.1.2 Локальное давление
Локальное давление , приложенное к элементу поверхности кожи кисти руки Sj определяется отношением нормальной составляющей силы в центре элемента поверхности Fc у (см. 3.1.5) к площади элемента поверхности Sj по формуле
F,
Pi
С А
S,
(2)
Указывать значение локального давления необходимо совместно с площадью элемента поверхности, к которому это давление приложено.
Примечание - Локальное давление в области контакта кисти руки оператора с машиной зависит от механических характеристик системы «кисть-рука» оператора, положения кисти, особенностей работы оператора, применяемого инструмента и выполняемого рабочего задания и варьируется обычно в диапазоне от нуля до 0,8 Н/м2. Давление свыше 0,8 Н/м2 может сопровождаться болевыми ощущениями. |
Рисунок 1 - Нормаль к элементу поверхности 3.1.3 Среднее давление Среднее давление рт, приложенное к кисти руки в области контакта оператора с машиной, рассчитывают по // элементам поверхности, составляющим область контакта, по формуле |
/=|
п
(3)
3.1.4 Максимальное локальное давление
Максимальным локальным давлением ртлх называют наибольшее из локальных давлений в области контакта кисти руки оператора с машиной:
Ртах = max{/;,}.
(4)
3.1.5 Элемент силы
Элемент силы Fc ,■ в области контакта определяют по формуле
Fcj = PlSn
(5)
где pj - локальное давление на 7-й элемент поверхности кожи в области контакта;
Sj - площадь / -го элемента поверхности.
Вектор элемента силы направлен перпендикулярно элементу поверхности.
3.2 Толкающая или тянущая сила
Толкающую силу PpU (некомпенсированную другими силами в области контакта) оператор прикладывает каждой кистью руки к вибрирующей поверхности в направлении от плеча. Тянущую силу PpU оператор прикладывает каждой кистью руки к вибрирующей поверхности в направлении к плечу (см. рисунок 2).
Примечание 1 - В некоторых случаях оператор прилагают толкающую и тянущую силу одновременно в разных областях контакта. Тем не менее, для обозначения каждой из этих сил используют один и тот же символ
Примечание 2 - Толкающая сила Рри может быть весьма значительной, например при выполнении операции сверления, поэтому ее всегда необходимо принимать во внимание. |
а) Толкающая сила Ь) Тянущая сила Рисунок 2 - Примеры толкающей/тянущей силы PpU |
3
3.3 Управляющая сила
Управляющую силу Fg (некомпенсированную другими силами в области контакта) оператор
прикладывает кистью руки в горизонтальном (или близком к нему) направлении перпендикулярно толкающей/тянущей силе с целью придать машине, объекту обработке или рычагу управления правильное положение или движение (см. рисунок 3).
Примечание - Для контроля перемещения объекта управления в горизонтальной плоскости обычно достаточно приложения небольшой управляющей силы .Fg .
3.4 Поддерживающая сила
Поддерживающую силу F\ оператор прикладывает с целью противодействовать весу машины (см. рисунок 4).
Примечание - В некоторых случаях поддерживающая сила F| может быть равной толкающей/тянущей силе FpU [см. рисунок 4 а)]. |
Рисунок 3 - Пример управляющей силы Fg (с указанием толкающей силы FpU) |
4
Рисунок 4 - Пример поддерживающей силы F\ (с указанием толкающей силы FpU ) |
3.5 Сила обхвата
Сила обхвата /<дГ равна векторной полусумме всех элементов силы в области контакта (без
учета элементов, составляющих толкающую/тянущую и поддерживающую силы), направленных к оси обхватываемой рукоятки и действующих на рукоятку с одной стороны от разделительной плоскости, проходящей через эту ось. Векторная сумма всех учитываемых элементов силы в области контакта равна нулю и может быть представлена в виде суммы двух противодействующих векторных сил обхвата, направленных навстречу друг другу перпендикулярно разделяющей плоскости (см. рисунок 5).
Примечание 1 - Если оператор удерживает рукоятку цилиндрической формы, то направление силы обхвата Fgr принимают параллельным оси z .
Примечание 2 - Поскольку давление со стороны кисти оператора распределено по области обхвата рукоятку неравномерно, то модуль силы обхвата в общем случае будет зависеть от положения разделительной плоскости. Направления силы обхвата, при которых ее модуль будет максимальным и минимальным, зависят от размеров рукоятки, размеров кисти руки оператора и способа, которым оператор обхватывает рукоятку. Для простоты в целях проведения лабораторных измерений за направление силы обхвата принимают ось г вдоль предплечья руки оператора [см. рисунок 5 Ь)].
3.6 Сила подачи Силой подачи Ff называют внешнюю силу, действующую со стороны оператора на машину (см. рисунок 6). |
а) Поле давления р Ь) Сила обхвата
а - угол, определяющий положение разделительной плоскости относительно кисти руки; /? - угол, определяющий положение разделительной плоскости относительно рукоятки
Примечание - Ось z направлена вдоль предплечья руки оператора.
Рисунок 5 - Пример силы обхвата FдГ
5
Рисунок 6 - Пример силы подачи h\ |
Примечание - В примере на рисунке 6 сила подачи Ь\ равна сумме толкающих сил /*ри1 и /фи2 , в то время как в примере на рисунке 2 а) она равна толкающей силе /<ри .
3.7 Контактная сила
В общем случае контактная сила Fc зависит от всех сил, действующих в области контакта кисти руки оператора с вибрирующей поверхностью, и определяется как нормированный интеграл элементов силы (см. 3.1.5) по области контакта. В принципе силу, действующую на каждый элемент поверхности, можно разбить на нормальную (к поверхности) и тангенциальную составляющую, однако тангенциальные составляющие в настоящем стандарте не рассматриваются ввиду сложности их измерения. Контактная сила пропорциональна среднему давлению на поверхность в области контакта, но она не отражает распределения давления по поверхности, т.е. не содержит информацию о моментах сил (см. 3.9), которые могут уравновешивать действие внешних моментов.
Учет только нормальных составляющих сил, действующих в области контакта, оказывается, тем не менее, достаточным с точки зрения описания передаваемой вибрации на кисть руки оператора (см. рисунок 7).
6
Примечание 1 - Согласно результатам проведенных исследований для цилиндрических рукояток диаметром от 30 до 50 мм коэффициент 8 близок к трем, а у - к единице. Для рукояток малых диаметров коэффициент 8 больше.
Примечание 2 - Соотношение между вкладами силы обхвата и толкающей силы может изменяться при изменении конфигурации и размеров рукоятки, а также в зависимости от того, смыкается ли большой палец кисти руки с другими пальцами при обхвате.
Примечание 1 - В настоящем стандарте сила связи между рукой оператора и рукояткой или управляющим рычагом машины упрощенно определена только через две силы, i^gr и iV)U , но теоретически должна
включать также биодинамические силы (см. приложение А).
Примечание 2 - Ряд исследований показал, что сточки зрения воздействия передаваемой на руку вибрации практически не имеет значения, обусловлена ли сила связи толкающей/тянущей силой или силой обхвата,