Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

23 страницы

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.

 Скачать PDF

Идентичен ISO 15230:2007

Оглавление

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 введения01.12.2015
Добавлен в базу12.02.2016
Актуализация01.01.2019

Этот ГОСТ находится в:

Организации:

24.10.2014УтвержденФедеральное агентство по техническому регулированию и метрологии1424-ст
ИзданСтандартинформ2015 г.
РазработанАО НИЦ КД

Mechanical vibration. Coupling forces at the man-machine interface for hand-transmitted vibration

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ГОСТ Р исо

ССт)

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

15230—

ФЕДЕРАЦИИ

2014

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 (IDT)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2015


Предисловие

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


ГОСТ Р ИСО 15230-2014

Приложение А (справочное)

Воздействие биодинамических сил

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 * ha^°iЬ :    (А-1)

^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)

Расчет силы обхвата и толкающей/тянущей силы по измерениям давления

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 -


max (FgrJ-


(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


1 - датчик

Рисунок В.З - Пример схемы измерений силы связи ^соир


12


ГОСТ Р ИСО 15230-2014

Приложение С (рекомендуемое)

Измерения и обработка результатов

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

ГОСТ Р ИСО 15230-2014

Приложение D (рекомендуемое)

Рекомендуемые характеристики средств измерений

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

ГОСТ Р ИСО 15230-2014

Таблица D.1 - Рекомендуемые характеристики средств измерений

Характеристика

Средства измерений силы для измерений

Средства измерений давления для измерений

^ри

^gr

^ри

^gr

Pi

Верхняя граница диапазона

> 200 Н

> 100 н

> 200 Н

> 100 н

> 0,3 Н/мм2

Разрешение, %

< 2

< 2

< 2

< 2

< 2

Верхняя граница диапазона частот, Гц

>5

>5

>5

>5

>5

Неопределенность,

%

<10

<10

<20

<20

<10

Толщина датчика, мм

<10

<10

<2

<2

<2

Пространственное разрешение, мм

-

-

-

-

<11x11

Гистерезис, %

-

-

-

-

<15

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.

D.5 Калибровка датчика

Исследования показывают, что в процессе применения некоторые датчики давления изменяют свою чувствительность, поэтому перед применением и после применения таких датчиков необходимо проверять их калибровку.

17

ГОСТ Р ИСО 15230-2014

Введение

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)

Условия и устройства для калибровки

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

1    Область применения

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    Обозначения и сокращения

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 Параметры, характеризующие воздействие в области контакта

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


2>А

/=|


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

ГОСТР ИСО 15230-2014

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

ГОСТ Р ИСО 15230-2014
Из определения контактной силы следует, что ее можно рассчитать как интеграл от давления на поверхность в области контакта по области контакта. Исследования показали, что общую статическую силу контакта Fc связывает с толкающей силой FpU и силой обхвата Fgr [действующей вдоль оси
z , как показано на рисунке 5 Ь)] линейная зависимость вида
1 с ~ ^gr + ftpu ’    (®)
где 5 и / - коэффициенты пропорциональности.

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.

3.8 Сила связи
Силой связи Fcoup называют сумму толкающей/тянущей силы и силы обхвата:
^'coup = -^gr + -^ри ■    (7)

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,

7