1: Eliminering av skadliga vibrationer från maskiner med slående mekanismer 2: Brister i vibrationsstandarden ISO 5349 och vilka följder detta får

Transkript

1 1: Eliminering av skadliga vibrationer från maskiner med slående mekanismer 2: Brister i vibrationsstandarden ISO 5349 och vilka följder detta får Handöverförda vibrationer ??? Hans Lindell hans.lindell@swerea.se

2 Projektet: Vibrationer i Stenindustrin

3 Mejselmaskin med ATVA-dämpare (AutoTuning Vibration Absorber)

4 Mejselmaskin - Halverad vikt, 6,5 kg mot tidigare 17 kg. - Vibrationer < 2,5 m/s 2, (18 m/s 2 befintlig) - Lägre matningskraft - Lägre mejselförbrukning - Effektivare dammutsug - Bättre ergonomi - Nollserie 5 st, komponenter klara i sept.

5 Noll Vibrationsskador (Vinnova UDI) Projekttid:

6 Projektmål: Maskiner behöver inte vibrera och skada människor!!!!!

7 Angreppssätt 1. Konstruera om roterande och translaterande maskiner så att de vibrerar under 2,5 m/s2 hand-armvägd acceleration. 2. Uppmärksamma risken med transienta vibrationer och åtgärda dessa på maskinerna.

8 Problemet Orsakerna till vibrationer European Risk Observatory Report (2008)

9 Problemet Orsakerna till vibrationer European Risk Observatory Report (2008) R+M T R+M T R R T T T T T T R T T

10 Roterande maskiner - Balansring eliminerar obalanser

11 Motordrivna maskiner m fl - Exempel gräsklippare System 1 Vibrations isolatorer System 2

12 Projektets struktur

13 Maskinkandidater för ombyggnad

14 14 Vibrationsstandarden ISO 5349, missar den något?

15 Transienta vibrationer Var kommer dom från? European Risk Observatory Report (2008) T T T T T T T

16 ISO :

17 Hur ser transienta och normala vibrationer ut över 1250 Hz? Hur hanterar ISO 5349 dessa? 17

18 Vibrationsmätning vid höga frekvenser - Nya MEMS givare öppnar möjligheter Accelerometer: PCB 3501A2060KG Max acc: m/s2 Vikt: 0.15 gram (0.04 gram) Res. Frekvens: 150 khz 2 db Frekvens: 50 khz Fastsättning: Vax eller häftmassa fungerar up till 50 khz Samplingshast: 1 MHz Alias filter: 4:th order LP Bessel 200 khz Digital filtering: 6:th order LP Bessel 50 khz 18

19 19 Mutterdragare - Med och utan ISO 5349 filtrering

20 20 Slipmaskin - Med och utan ISO 5349 filtrering

21 Jämförelse Mutterdragare mot Slipmaskin Grinder=5 m/s 2 haw Impact wrench=5 m/s 2 haw 21

22 22 Påverkar högfrekventa vibrationer >1250 Hz fingret? - Modellering av finger med skinn - Simulering av tryckvågspropagering

23 c c Modellering av fingeravtryckets geometri Analyserad yta Epoxyavgjutning, 5 N tryck Confocal mikroskop b a b Utsida Insida Fingeravtryckets parametrar a = 0.22 mm ± 0.04 mm b = 0.06 mm ± 0.02 mm c = 0.06 mm ± 0.01 mm d = 133 ± 12 e = 132 ± 14 23

24 Skinnets dimensioner och materialparametrar Stratum corneum Marks (2004). 24

25 Transient ickelinjär explicit FEM-simulering 2D plain strain simulation Isotropic viscoelastic material Density 1g/cm 3 Material Shear Modulus Bulk Modulus Soft Tissue Finger MPa MPa 2190 MPa Epidermis MPa 0.2 MPa 2190 MPa Stratum Corneum MPa 10 MPa 2190 MPa Material data + geometric data sources: M. Gerling: A literature review of the mechanical behavior of the stratum corneum, the living epidermis and the subcutaneous fat tissue. Technical note PR-TN 2006/00450, Philips Research Europe, 2006 F. M. Hendriks: Mechanical Behavior of Human Skin in Vivo. A Literature Review. Report 2001/820, Philips Electronics, 2001 M. F. Leyva-Mendvil, A. Page, N.W. Bressloff, G. Limbert: A mechanistic insight into the mechanical role of the stratum corneum during stretching and compression of the skin. J. of the Mech. Behavior of biomedical materials. 49 (2015), M. Gerling: In vitro mechanical characterization of human skin layers: stratum corneum, epidermis and hypodermis, Dissertation, Technical University Eindhoven, 2006 Stephanie Marchesseau, T. Heimann, S. Chatelin, R. Willinger, Herve Delingette. Fast porous visco-hyperelastic soft tissue model for surgery simulation: Application to liver surgery. Progress in Biophysics and Molecular Biology, Elsevier, 2010, 103 (2-3), pp μm 20 μm 25

26 [m/s 2 ] Pressure [MPa] Variant 002k-1b: Pressure development versus time Accelerationpuls (Period: 0.01 ms (100 khz); Amplitude: m/s 2 ) Simulation time: 0.1 ms 0.02 ms: min. pressure 0.22 bar 0.05 ms: max pressure 0.03 bar 0.06 ms: min pressure bar Pressure [MPa] 0.01 ms: max. pressure 0.1 bar 0.09 ms: max pressure 0.08 bar

27 Variant 002k-1d:

28 28 Är transienta vibrationer ett problem?

29 Studie 1: Transient vibration from impact wrenches: Vibration negative effect on blood cells and standards for measurement Lindell H, Lönnroth I, Ottertun H., 8:th Int. Conference on Hand-Arm Vibration, 1998, Umeå, Sweden Test case Peak vibration amplitude, (m/s 2 ) Measured ISO5349 vibration, (m/s 2 ) Lysis (%) after 15 min exposure Impact wrench handle Impact wrench socket > Grinder handle while grinding

30 Studie 2: Effect of impulsive vibration on red blood cells in vitro Scand J Work Environ Health 2005;31(4): Hideo Ando, MD, Kalevi Nieminen, Esko Toppila, PhD, Jukka Starck, PhD, Tatsuya Ishitake, MD 30

31 D am age to red blood cell(%) Effect of impulsive vibration on red blood cells in vitro (Scand J Work Environ Health 2005;31(4): Hideo Ando, MD, Kalevi Nieminen, Esko Toppila, PhD, Jukka Starck, PhD, Tatsuya Ishitake, MD * ** P eak acceleration (k m /s 2 ) Blood before exposure Blood after vibration exposure 31

32 Studie 3: Dandanell, Engström (1986) Vibration from riveting tools in the frequency range 6 Hz-10MHz and Raynaud's phenomenon Scand J Work Environ Health Subject 288 riveters >10 year of work exposure 1 min/day on average 10 m/s 2 haw Rivet hammer 11 m/s 2 haw bucking bar 50 % Raynaud s phenomenon 32

33 Studie 4: L Barregard, L Ehrenström, K Marcus (2003) Hand-arm vibration syndrome in Swedish car mechanics Occup Environ Med - Mainly Impact Wrenches approx. 3.5 m/s2-10 min/day Conclusion: HAVS is common among Swedish car mechanics in spite of short daily exposure times. This underlines the need for preventive measures. 33

34 Studie 5: Govinda R. Reiley D. et al. (2011) Vibration from a riveting hammer causes severe nerve damage in the rat tail model, Muscle&Nerve, Volume 44, Issue 5, p Summary: Severe nerve damages in rat tail Studie 6: Bernesjö S. (2015) Vibration screening at Mechanical Industry in assembly line (Impact wrenches) Summary: 33% HAVS prevalence from mainly impact wrenches 34

35 Om transienta vibrationer är ett problem, kan vi då bli av med dem? JA! 35

36 Vibrationsisolerad mothållsnyckel Transient reduktion: => 150 m/s2 ISO 5348 reduktion: 13 => 6 m/s2 36

37 Mutterdragare: CP

38 Hur får vi det att hända något om vi vill det? Forskning Standard Incitament Förändring Användarkrav 38

39 Sammanfattning - HögFrekventa Vibrationer (HFV) propagerar in i fingrets vävnad och skapar en tryckvåg - Fingrets skinn har en relativt liten dämpning av tryckvågen - HFV kan sannolikt orsaka skador på fingrets vävnad - ISO 5349 kan inte användas för bedömning av HFV vilket den heller aldrig varit avsedd för - Det finns ett behov av ett tillägg till ISO 5349 för HFV för att skapa incitament för åtgärder hos tillverkare och användare 39