بخشی از مقاله
چکیده
تمامی ماشینآلات موجود در معادن در مراحل مختلف کاری خود ارتعاشات زیادی را تولید میکنند. علاوه بر این، محیط خشن معدنکاری ارتعاشات زیادی را به تجهیزات، افراد و ماشینآلات وارد میسازد. در صورتی که این ارتعاشات فراتر از حد مجاز باشند، سلامت رانندگان را تهدید میکند. در این میان، کامیونها به دلیل متنوع بودن مراحل کاری و عبور از مسیرهای باربری مختلف، بیش از دیگر ماشینآلات در معرض ارتعاشات مضر قرار دارد. از این رو، بررسی ارتعاشات وارد بر کامیونها در مراحل مختلف عملیاتی به عنوان یکی از ابزارهای توانمند در کاهش ریسک سلامت رانندگان ضرورت دارد.
در این مقاله با بهرهگیری از شبیهسازیهای رایانهای به بررسی ارتعاشات وارد بر کامیون در شرایط مختلف عملیاتی پرداخته شده است. با توجه به نتایج، تفاوت معناداری بین کیفیت مسیر باربری، سرعت کامیون و نحوه توزیع بار در صندوقه کامیون در شتاب قائم ارتعاشات وجود داشته است. علاوه بر این، نحوه توزیع بار در صندوقه بار کامیون از مهمترین عوامل موثر بر ارتعاشات در شرایط جادههای متوسط تا ضعیف بوده است.
مقدمه
مواجهه با ارتعاشات مکانیکی میتواند بر آسایش، راندمان کاری، بهداشت و ایمنی مؤثر باشد .[1] امروزه احتمال خطر مواجهه با ارتعاشات تمام بدن بیش از حد مجاز، به خوبی شناخته شده و الزامات ویژهای به منظور پیشگیری از خطرات مواجهه با چنین ارتعاشاتی ارائه گردیده است.
براساس گزارش سازمان جهانی کار در سال 2009، 1/2 میلیون کارگر، به علت ناتوانی کار خود را ترک کردهاند که %28 از آنها مربوط به اختلالات اسکلتی- عظلانی مرتبط با کار بوده است .[2] در کشورهایی مانند آمریکا، کانادا، فنلاند و انگلیس، اختلالات اسکلتی عضلانی یکی از دلایل اصلی غیبتهای کاری یا ناتوانیهای ناشی از کار در گروههای شغلی گزارش شده است
تمامی ماشینآلات معدنی در مراحل مختلف کاری خود نیروی ارتعاشی زیادی را تولید میکنند. با توجه به تحقیقات ارائه شده، اکثر رانندگان ماشینآلات معدنی در معرض ریسک سلامت ناشی از ارتعاشات قرار دارند. در این میان، کامیونها به دلیل متنوع بودن مراحل کاری و عبور از مسیرهای مختلف، بیش از دیگر ماشینهای معدنکاری در معرض ارتعاشات مضر قرار دارد.
بر این اساس، در این مقاله به بررسی ارتعاشات وارد بر کامیون در شرایط مختلف عملیاتی از قبیل سرعت، شرایط جاده و نیز کیفیت بارگیری و نحوه توزیع مواد معدنی در صندوقه بار کامیون، با بهره-گیری از شبیهسازیهای رایانهای پرداخته شده است.
-2 تحلیل شدت ارتعاشات
در حال حاضر جهت ارزیابی مواجهه با ارتعاش تمام بدن با توجه به پاسخ انسان، روشهای ارزیابی مختلفی ارایه شده است. روش استاندارد بینالمللی ISO-2631 یکی از مهمترین روشهای مورد پذیرش است. در این استاندارد به منظور ارزیابی ریسک ارتعاشات وارد بر تمام بدن، از دو پارامتر شتاب وزنیافته فرکانسی - arms - و چگالی شدت ارتعاشات - VDV - استفاده میشود.
در این روش، بالاترین مقادیر شتاب وزنیافته فرکانسی و چگالی ارتعاش با محدوده مجاز مربوط به 8 ساعت مواجهه روزانه - A - 8h - - مقایسه شده و سطح ریسک سلامت به صورت ریسک پایین، متوسط و بالا مطابق جدول 1 تخمین زده میشود. با توجه به این استاندارد در صورتی که مقدار فاکتور قله - Crest Factor, CF - بزرگتر از 9 باشد، میزان چگالی ارتعاش ارزیابی مطمئنتری از مواجهه را ارائه می-دهد .[4] با توجه به استاندارد بینالمللی ISO، شتاب جسم بر حسب جذر میانگین مربعات - awrms - توسط رابطه - 1 - محاسبه میشود. علاوه بر این، میزان چگالی ارتعاش - VDV - با استفاده از رابطه - 2 - قابل محاسبه است.
که این روابط، :aw - t - شتاب وزنیافته فرکانسی در زمان t و :T مدت زمان اندازهگیری است.
جدول :1 سطوح مختلف ریسک سلامت طبق استاندارد ISO 2631-1
-3 شبیهسازی ارتعاشات
مشخصات یک کامیون سه محوره 28 تنی شبیهسازی شده در جدول 2 آورده شده است. این دسته از کامیونها به دلیل قابلیت مانور و انطباقپذیری با شرایط مختلف عملیاتی، تقریبا در تمامی معادن کوچک تا متوسط استفاده میشوند.
جدول :2 مشخصات کامیون شبیهسازی شده
به منظور بررسی ارتعاشات وارد بر این کامیون در شرایط مختلف عملیاتی، سرعتهای 40، 45، 50، 55 ، 60، 65 و 70 کیلومتر بر ساعت - هفت حالت - به عنوان سرعتهای متغیر کامیون در نظر گرفته شده است. به منظور بررسی تاثیر تمرکز بار در صندوقه بار کامیون، موقعیت مرکز جرم بار - CG - نسبت به مرکز سطح صندوقه بار کامیون - CP - در 13 حالت مختلف زیر تغییر داده شده است:
▪ تمرکز بار به سمت عقب صندوقه: انحراف مرکز جرم بار از مرکز سطح صندوقه بار کامیون به اندازه 100، 200 و 300 میلیمتر به عقب - سه حالت - .
▪ تمرکز بار به سمت جلو صندوقه: انحراف مرکز جرم بار از مرکز سطح صندوقه بار کامیون به اندازه 100، 200 و 300 میلیمتر به جلو - سه حالت - .
▪ تمرکز بار به سمت راست صندوقه: انحراف مرکز جرم بار از مرکز سطح صندوقه بار کامیون به اندازه 100، 200 و 300 میلیمتر به راست - سه حالت - .
▪ تمرکز بار به سمت چپ صندوقه: انحراف مرکز جرم بار از مرکز سطح صندوقه بار کامیون به اندازه 100، 200 و 300 میلیمتر به چپ - سه حالت - .
▪ بار یکنواخت: انطباق مرکز جرم بار و مرکز سطح صندوقه بار کامیون - یک حالت - .
علاوه بر این، به منظور بررسی شرایط جاده از طبقهبندی سازمان بینالمللی ایزو استفاده شده است. در طبقهبندی ناهمواریهای سطحی جاده توسط سازمان بینالمللی استانداردسازی ایزو، ارتباط بین تابع چگالی طیفی - Sg - Ω - - و بسامد فضایی - Ω - برای جادههای مختلف با دو خط مستقیم با شیبهای متفاوت در مقیاس لگاریتمی به صورت شکل 1 استفاده شده است. این ارتباط برای دو بازه مختلف از فرکانس به صورت روابط - 3 - و - 4 - بیان شده است
در روابط بالا، ثابتهای N1 و N2 به ترتیب برابر با 2 و 1/5 در نظر گرفته میشوند. مقادیر Sg - Ω0 - در فرکانس فضایی Ω0 1/2 سیکل بر متر برای جادههای مختلف در جدول 3 آورده شده است
شکل :1 نمودار طبقهبندی ناهمواریهای سطحی جادهای سازمان بینالمللی استانداردسازی ISO
جدول :3 طبقهبندی ناهمواریهای جاده پیشنهادی سازمان بینالمللی استانداردسازی ISO
به منظور بررسی شرایط جاده سه مقطع جاده در کلاسهای خوب، متوسط و ضعیف بر اساس پیشنهاد ایزو مطابق شکل 2 در نظر گرفته شده است.
شکل :2 مقاطع مختلف جاده
با در نظر گرفتن هفت سرعت مختلف، 13 حالت برای تمرکز بار در صندوقه بار کامیون و نیز سه جاده مطلوب، متوسط و ضعیف، کامیون شبیهسازی شده در - 13×4×7= - 364 شرایط عملیاتی مختلف اجرا شده است. در تمام مراحل یاد شده، شتاب قائم ارتعاشات وارد بر سمت چپ - راننده - اتاقک کامیون اندازهگیری شده است. در نهایت، با بهرهگیری از مشخصات صندلی کامیون - به عنوان سیستم با یک درجه آزادی - ، شتاب وارده مستهلک شده و میزان شتاب وزنیافته فرکانسی با فرض مدت زمان مواجهه روزانه به اندازه 7 ساعت محاسبه شده است.
-4 بحث و نتایج
شتاب قائم وزنیافته فرکانسی وارد بر کامیون در تمام شرایط عملیاتی اشاره شده، محاسبه و مورد تحلیل قرار گرفته است. به عنوان نمونه، سیگنال ارتعاشات قائم وارد بر کامیون با بار یکنواخت 30 تن در حالی که با سرعت 40 کیلومتر بر ساعت در جادهای با شرایط خوب حرکت میکند، در هر دو حوزه زمان و فرکانس در شکل 3 آورده شده است.
شکل :3 سیگنال شتاب قائم ارتعاشات در حوزه زمان و فرکانس
میزان RMS شتاب قائم وارد بر کامیون در چنین شرایطی، برابر با 0/642 متر بر مجذور ثانیه بوده که با انحراف بار کامیون به اندازه 300 میلیمتر به سمت جلو و عقب به ترتیب به 0/691 و 0/649 متر بر مجذور ثانیه افزایش یافته است. واضح است که در چنین شرایطی، تمرکز بار کامیون به سمت جلو صندوقه بار، منجر به افزایش شتاب ارتعاشات شده است.
سیگنالهای ارتعاشات در حوزه فرکانسی با استفاده از تبدیل سریع فوریه - FFT - نشان داد که عمده انرژی ارتعاشات در فرکانس 0/1 هرتز بوده و دومین پیک ارتعاشات در فرکانسهای بین 2 تا 2/5 هرتز رخ داده است. علاوه بر موارد فوق، RMS شتاب ارتعاشات در سایر موارد، محاسبه و برای جادههای خوب، متوسط و ضعیف به صورت شکل 4 آورده شده است.
با توجه به شکل 4، بیش از %95 از کل حالتهای شبیهسازی در جاده با کیفیت مطلوب، در محدوده ریسک سلامت متوسط قرار داشته است. در چنین جادهای، ارتباط مستقیمی بین سرعت کامیون و ریسک سلامت وجود داشته است. به عبارت دیگر در شرایط جادهای مطلوب، سرعت کامیون نسبت به نحوه تمرکز بار، تاثیر بیشتری بر ارتعاشات قائم داشته است.
شکل :4 شتاب وزنیافته فرکانسی برای جاده خوب - a - ، متوسط - b - و ضعیف - c -
با کاهش کیفیت جاده از مطلوب به متوسط و ضعیف، ارتعاشات قائم وارد بر کامیون به طور قابل توجهی افزایش یافته است.
