Влияние силы подачи на вибрации расклинивающего стержня

Ударная клепка – это основной процесс прикрепления внешних «шкур» листового металла самолета к его планеру. Работники, использующие клепальные инструменты с ручным управлением (клепальные молотки, насадка-заклепочник и зажимные стержни для заклепок), подвергаются значительному воздействию вибрации, передаваемой через руки (HTV), и подвергаются риску развития компонентов синдрома вибрации рук и рук (HAVS). Чтобы защитить работников, работодатели могут оценивать и выбирать клепочные инструменты, которые снижают воздействие HTV.

Исследователи из Национального института безопасности и гигиены труда (NIOSH) разработали лабораторный аппарат и методологию для оценки вибраций прижимных планок заклепок. Используя этот метод имитации клепки, в этом исследовании исследовалось влияние силы подачи на вибрации нескольких типичных расклинивающих стержней заклепок, которые воздействуют на запястье оператора расклинивающих стержней. Пять моделей расклинивающих стержней были оценены при трех уровнях усилия подачи. Результаты исследования показывают, что сила подачи может быть основным фактором, влияющим на вибрации перекладин. Подобные эффекты силы подачи наблюдались на запястье оператора. Это исследование также показывает, что различные конструкции перекладин будут по-разному реагировать на изменения усилия подачи. Некоторые конструкции перекладин могут предлагать уменьшенное воздействие вибрации на пальцы оператора штанги при небольшом ослаблении ускорения запястья. Знание того, как модели расклинивающих планок реагируют на вибрации клепаного молотка, может быть важным для выбора информации о планках раскряжевки. Результаты исследования показывают, что, чтобы помочь в правильном выборе растягивающих стержней, подходящие модели стержней должны оцениваться при нескольких уровнях усилия подачи. Результаты также показывают, что модель стабилизирующей штанги, уровень усилия подачи или оператор стабилизирующей штанги не оказывают существенного влияния на вибрационное возбуждение (расклепочный молоток), что также свидетельствует о том, что испытательный аппарат, предложенный исследователями NIOSH, отвечает основным требованиям для стабильной работы. источник вибрации в лабораторных оценках вибрации штанги. Это исследование предоставляет соответствующую информацию, которая может быть использована для разработки стандартизированной лабораторной методики оценки опорных планок и для выбора подходящих опорных планок для различных применений  рабочего места приковывания.

Релевантность для промышленности: поскольку уровень силы подачи может влиять на воздействие HTV операторам распорки, усилие подачи, необходимое для конкретных операций клепки, должно быть важным фактором при выборе моделей распорки.

В аэрокосмической промышленности ударная клепка – это основной процесс прикрепления внешних «шкур» листового металла самолета к его планеру во время сборки и технического обслуживания. Миллионы заклепок необходимы для прикрепления участков фюзеляжа большого континентального самолета; даже небольшой региональный самолет или истребитель требует сотен тысяч заклепок (Campbell, 2006; Xi et al., 2013). Заклепки некоторых самолетов выполняются с использованием автоматических и полуавтоматических клепальных машин, но из-за размеров и ограниченной маневренности этих роботизированных устройств такие автоматизированные процессы обычно ограничиваются крупными плоскими конструкциями (Xi et al., 2013). Для доступа к более узким пространствам и для более сложных форм сборочного узла часто используется ручной процесс клепки.

В типичном ручном процессе клепки металлические заклепки индивидуально вставляются в листовой металл с предварительно просверленными и утопленными отверстиями. Оператор использует клепку молоток, чтобы последовательно установить каждую заклепку, как он приводится в движении против бара металлических компенсирующего принадлежащего второго оператором инструмента, расположенного на противоположной стороне планера (см. Фиг.1). Даже в наш век передовой робототехники и инновационных материалов этот ручной процесс по-прежнему представляет собой основной метод крепления кожухов из листового металла к каркасам коммерческих и военных самолетов во всем мире (Jorgensen и Viswanathan, 2005; Campbell, 2006; Cheraghi, 2008).

Рабочие, использующие клепальные инструменты с ручным приводом, подвергаются значительным уровням вибрации, передаваемой через руки (HTV), и воздействие ударного HTV среди заклепщиков стало серьезной проблемой гигиены труда. Исследования показали, что пневматические ударные клепальные молотки могут создавать большие вибрации (Dandanell and Engstrom, 1986; Burdorf and Monster, 1991; McDowell et al., 2012).

Эта ударная вибрация может эффективно передаваться на руки и пальцы операторов клепки и раскряжевки (Kattel and Fernandez, 1999). HTV, вызванный заклепками, был связан с развитием компонентов вибрационного синдрома кисти-руки (HAVS), таких как вибрационный грызун (VWF) (Yu et al., 1986; Burdorf and Monster, 1991). Сообщалось, что в некоторых профессиональных условиях у более чем 50% операторов клепальных инструментов могут проявляться симптомы HAVS в течение первого десятилетия их карьеры (Engström and Dandanell, 1986; Burdorf and Monster, 1991). Комбинации интенсивного воздействия HTV, сильных нагрузок, повторяющихся действий и неуклюжих положений рук и пальцев могут сделать операторов бараков особенно уязвимыми (McKenna et al., 1993; Fredericks and Fernandez, 1999). Эти эргономические факторы также могут быть связаны с увеличением частоты синдрома запястного канала и других нарушений костно-мышечной системы кисти и запястья у рабочих из листового металла (Burdorf and Monster, 1991; NIOSH, 1997). Базовая биомеханика, вовлеченная в развитие HAVS, в основном неизвестна, но несколько исследований выявили влияние перкуссионного HTV в этиологии синдрома. В исследовании, использующем модель “крысиный хвост”, Govinda Raju et al. (2011) пришли к выводу, что ударные вибрации, предназначенные для имитации воздействия HTV на стержень заклепки, могут вызвать серьезное повреждение нерва. Крайнак и соавт. (2013) также сообщили, что ударная вибрация может отрицательно повлиять на периферические нервы. Перкуссивный HTV также связан с повреждением суставного хряща (Gemne and Saraste, 1987). Воздействие заклепочных вибраций также было связано с острыми сосудистыми эффектами у рабочих (McKenna et al., 1993). Кроме того, импульсные колебания, как было показано, вызывают повреждение эритроцитов in vitro (Ando et al., 2005).

Из-за сильной связи между ударным воздействием HTV и вышеупомянутыми проблемами со здоровьем на многих рабочих местах стало общепринятой практикой разрабатывать стратегии контроля воздействия HTV в попытках минимизировать потенциальный вред. Во многих частях мира работодатели по закону обязаны осуществлять программы контроля воздействия HTV (Директива ЕС, 2002). Руководящие принципы и / или требования к программам контроля ВТВ содержатся в национальных и международных стандартах для оценки и контроля профессионального воздействия ВТВ; Большинство из этих стандартов воздействия HTV включают аспекты стандартов Международной организации по стандартизации (ISO) для измерения и оценки воздействия HTV (ISO 5349-1, 2001a; ISO 5349-2, 2001b). В Европейском союзе Директива ЕС 2002/44 / EC о воздействии вибрации на человека требует, чтобы оценки воздействия HTV проводились в соответствии с этими стандартами ISO (Директива ЕС, 2002).

В Директиве ЕС также указывается суточное значение воздействия (EAV) и суточное предельное значение воздействия (ELV). Эти значения представляют верхние границы значений суточного воздействия HTV, нормированных на 8-часовую рабочую смену. В США положения директивы ЕС, включая EAV и ELV, повторяются в стандарте воздействия HTV в США (ANSI S2.70, 2006).

Ответственность за контроль воздействия HTV обычно ложится на работодателя, и вышеупомянутые национальные и международные стандарты формируют основу для большинства программ контроля HTV работодателя. Стандарты инструктируют работодателей в первую очередь сосредоточить внимание на снижении ВТВ у источника (Директива ЕС, 2002; ANSI S2.70, 2006), поэтому для работодателей характерно применение методов выявления и выбора ручных инструментов с электроприводом, которые генерируют уменьшенное воздействие ВТВ. Международный авиационно-космический стандарт SAE AS6228 (SAE, 2014) предоставляет техническое руководство по выбору ручного инструмента, которое включает оценку стоимости жизненного цикла, производительности и факторов безопасности / здоровья, включая воздействие HTV. Чтобы сравнить модели инструментов на основе их вибрационных выбросов, инструменты должны быть оценены, пока они испытывают трудности в сопоставимых условиях эксплуатации. В идеале инструменты должны оцениваться во время работы во время реальных рабочих задач, для которых они предназначены. Однако, как правило, очень трудно поддерживать согласованные условия загрузки пробных и общих инструментов в рабочей среде. Такие систематические оценки вибрации инструмента на рабочем месте также могут быть трудоемкими и дорогостоящими; для получения статистически надежных сравнений моделей инструментов обычно требуется много операторов инструментов из-за потенциально больших внутриоператорских и межоператорских вариаций. Затраты существенно возрастают, когда в оценке инструмента участвуют несколько моделей инструментов. В качестве альтернативы, сравнение вибрации инструмента может проводиться в лаборатории с использованием моделируемой рабочей станции, в результате чего различные инструменты могут быть испытаны в сопоставимых условиях загрузки инструмента. Хотя лабораторные испытания не подходят для оценки воздействия вибрации на рабочем месте, они могут использоваться для первоначальных проверок, чтобы предсказать, какие модели инструментов могут привести к снижению воздействия вибрации на рабочем месте. Для стандартизации таких оценок инструментов и обеспечения прямой сопоставимости межлабораторных результатов ИСО разработала серию стандартов 28827 лабораторных стандартов вибрационных испытаний инструментов на основе ISO. Эти стандарты предназначены для сравнения инструментов в соответствии с их вибрацией на рукоятке инструмента. Эти стандарты предписывают положения и условия загрузки, при которых инструменты будут оцениваться. Например, часть 10 этой серии (ISO 28927-10, 2011) относится конкретно к отбойным молоткам и клепальным молоткам. Исследователи из Национального института безопасности и гигиены труда США (NIOSH) обнаружили, что метод ISO является приемлемым для идентификации клепаных молотков, которые, как можно ожидать, будут демонстрировать более низкие вибрации в рабочей среде (McDowell et al., 2012). К сожалению, не существует стандартизированного метода сравнения расклинивающих стержней с точки зрения их вибрационного воздействия. С этой целью недавнее исследование NIOSH включало разработку лабораторного метода для оценки вибраций стержневых планок (McDowell et al., 2015). Это исследование показало, что метод испытаний NIOSH показывает перспективность для определения конструкций расклинивающих стержней, которые могут снизить воздействие HTV на рабочем месте для рабочих из листового металла.

Использованные источники

1. Ando, H., Nieminen, K., Toppila, E., Starch, J., Ishitake, T., 2005. Effect of impulse vibration on red blood cells in vitro. Scand. J. Work. Environ. Health 31 (4), 286–290.
2. ANSI, 2006. ANSI S2.70: Guide for the Measurement and Evaluation of Human Exposure to Vibration Transmitted to the Hand (Revision of ANSI S3.34-1986). American National Standards Institute (ANSI), New York.
3. Besa, A.J., Valero, F.J., Suner, J.L., Carballeira, J., 2007. Characterisation of the mechanical impedance of the human hand-arm system: the influence of vibration direction, hand-arm posture and muscle tension. Int. J. Ind. Ergon. 37, 225–231.
4. Burdorf, A., Monster, A., 1991. Exposure to vibration and self-reported health complaints of riveters in the aircraft industry. Ann. Occup. Hyg. 35 (3), 287–298.
5. Burström, L., Lundström, R., 1994. Absorption of vibration energy in the human hand and arm. Ergonomics 37 (5), 879–890.
6. Campbell, F.C., 2006. Chapter 11-Structural Assembly Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials. Elsevier Science, Oxford, pp. 495–537.
7. Cheraghi, S.H., 2008. Effect of variations in the riveting process on the quality of riveted joints. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 39, 1144–1155.
8. Dandanell, R., Engstrom, K., 1986. Vibration from riveting tools in the frequency range 6 Hz-10 MHz and Raynaud’s phenomenon. Scand. J. Work. Environ. Health 12, 338–342.
9. Dong, J.H., Dong, R.G., Rakheja, S., Wu, J.Z., 2007. Predictions of the Distributed Biodynamic Responses in the Hand-arm System Proceedings of the 11th International Conference on Hand-arm Vibration. pp. 359–368 Bologna, Italy.
10. Dong, R.G., McDowell, T.W., Welcome, D.E., 2005. Biodynamic response at the palm of the human hand subjected to a random vibration. Ind. Health 43 (1), 241–255.
11. Dong, R.G., McDowell, T.W., Welcome, D.E., Warren, C., Schopper, A.W., 2004. An evaluation of the standardized chipping hammer test specified in ISO 8662-2, 1992. Ann. Occup. Hyg. 48 (1), 39–49.
12. Dong, R.G., Welcome, D.E., McDowell, T.W., Wu, J.Z., 2006. Measurement of biodynamic response of human hand-arm system. J. Sound Vib. 294 (4–5), 807–827.
13. Engström, K., Dandanell, R., 1986. Exposure conditions and Raynaud’s phenomenon among riveters in the aircraft industry. Scand. J. Work. Environ. Health 12, 293–295.
14. EU, 2002. Directive 2002/44/EC of the European Parliament and the Council of 25 June 2002 on the Minimum Health and Safety Requirements Regarding the Exposure of Workers to the Risks Arising from Physical Agents (Vibration) (16th Individual Directive within the Meaning of Article 16(1) of Directive 89/391/EEC). The European Parliament and the Council of the European Union (EU), Luxembourg.
15. Fredericks, T., Fernandez, J., 1999. The effect of vibration on psychophysically derived work frequencies for a riveting task. Int. J. Ind. Ergon. 23, 415–429.
16. Gemne, G., Saraste, H., 1987. Bone and joint pathology in workers using hand-held vibration tools. Scand. J. Work. Environ. Health 13, 290–300.
    Govindaraju, S.R., Rogness, O., Persson, M., Bain, J., Riley, D.A., 2011. Vibration from a riveting hammer causes severe nerve damage in the rat tail model. Muscle Nerve 44, 795–804.
17. Griffin, M.J., 1990. Handbook of Human Vibration. Academic Press, London.
18. ISO, 1992. ISO 8662-2: Hand-held Portable Power Tools – Measurement of Vibrations at the Handle – Part 2: Chipping Hammers and Riveting Hammers. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland.
19. ISO, 1997. ISO 8662-8667: Hand-held Portable Power Tools – Measurement of Vibrations at the Handle – Part 7: Wrenches, Screwdrivers, and Nut Runners with Impact, Impulse, or Ratchet Action. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland.
20. ISO, 2001a. ISO 5349-1: Mechanical Vibration – Measurement and Evaluation of Human Exposure to Hand-transmitted Vibration – Part 1: General Requirements. International Organization for Standardization, Geneva.

The effects of feed force on rivet bucking bar vibrations
T.W. McDowell, X.S. Xu, C. Warren, D.E. Welcome, R.G. Dong