Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1: Eliminering av skadliga vibrationer från maskiner
med slående mekanismer
2: Brister i vibrationsstandarden ISO 5349 och vilka
följder detta får
Handöverförda
vibrationer 2016-09-08
Hans Lindell [email protected] ???
Projektet: Vibrationer i Stenindustrin
Mejselmaskin med
ATVA-dämpare (AutoTuning Vibration Absorber)
Mejselmaskin
- Halverad vikt, 6,5 kg mot tidigare 17 kg.
- Vibrationer < 2,5 m/s2, (18 m/s2 befintlig)
- Lägre matningskraft
- Lägre mejselförbrukning
- Effektivare dammutsug
- Bättre ergonomi
- Nollserie 5 st, komponenter klara i sept.
Noll Vibrationsskador (Vinnova UDI)
• Projekttid: 2015-05-15 - 2017-08-31
Projektmål:
Maskiner behöver inte vibrera och
skada människor!!!!!
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.
Problemet
Orsakerna till vibrationer European Risk Observatory Report
(2008)
Problemet
Orsakerna till vibrationer European Risk Observatory Report
(2008)
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
R
R
R
R+M
R+M
Roterande maskiner - Balansring eliminerar obalanser
Motordrivna maskiner m fl - Exempel gräsklippare
System 1
System 2
Vibrations isolatorer
Projektets struktur
Maskinkandidater för ombyggnad
Vibrationsstandarden ISO 5349,
missar den något?
14
Transienta vibrationer
Var kommer dom från?
European Risk
Observatory
Report (2008)
T
T
T
T
T
T
T
ISO 5349-1:2001
16
Hur ser “transienta” och “normala” vibrationer ut
över 1250 Hz?
Hur hanterar ISO 5349 dessa?
17
Vibrationsmätning vid höga frekvenser
- Nya MEMS givare öppnar möjligheter
Accelerometer: PCB 3501A2060KG
Max acc: 600 000 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
Mutterdragare - Med och utan ISO 5349 filtrering
20
Slipmaskin - Med och utan ISO 5349 filtrering
Jämförelse Mutterdragare mot Slipmaskin
Grinder=5 m/s2haw
Impact wrench=5 m/s2haw
21
Påverkar högfrekventa vibrationer >1250 Hz
fingret?
- Modellering av finger med skinn
- Simulering av tryckvågspropagering
22
a
b bc c
Modellering av fingeravtryckets geometri
Epoxyavgjutning, 5 N tryck Confocal mikroskop
Analyserad yta
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
Skinnets dimensioner och materialparametrar
Marks (2004).
Stratum corneum
24
25
Transient ickelinjär explicit FEM-simulering
• 2D plain strain simulation
• Isotropic viscoelastic material
• Density 1g/cm3
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), 197-219.
• 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.185-
196.
80 μm
20 μm
Material Shear Modulus Bulk Modulus
Soft Tissue Finger 0.0017 MPa - 0.017 MPa 2190 MPa
Epidermis 0.021 MPa – 0.2 MPa 2190 MPa
Stratum Corneum 0.600 MPa – 10 MPa 2190 MPa
Variant 002k-1b:
• Accelerationpuls (Period: 0.01 ms (100 kHz); Amplitude: 10 000 m/s2)
• Simulation time: 0.1 ms
0.01 ms: max. pressure 0.1 bar
0.02 ms: min. pressure 0.22 bar 0.05 ms: max pressure 0.03 bar
0.06 ms: min pressure -0.05 bar
0.09 ms: max pressure 0.08 bar
[m/s
2]
Pressure [MPa]
Pre
ssu
re [M
Pa
]
Pressure development versus time
Variant 002k-1d:
Är transienta vibrationer ett problem?
28
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/s2 )
Measured ISO5349
vibration, (m/s2)
Lysis (%) after
15 min exposure
Impact wrench handle 15 000 2.2 0.4
Impact wrench socket > 30 000 10 100
Grinder handle while grinding 1 000 7.1 0.1
29
Studie 2: Effect of impulsive vibration on red blood cells
in vitro Scand J Work Environ Health 2005;31(4):286-90. Hideo Ando, MD, Kalevi Nieminen, Esko Toppila, PhD, Jukka Starck, PhD, Tatsuya Ishitake, MD
30
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
50 100 150 200 250 300
Peak acceleration (k m /s2)
Dam
age to red
blood
cell (%)
*
**
Effect of impulsive vibration on red
blood cells in vitro (Scand J Work Environ Health 2005;31(4):286-90.
Hideo Ando, MD, Kalevi Nieminen, Esko Toppila, PhD, Jukka Starck, PhD, Tatsuya
Ishitake, MD
Blood before exposure
Blood after vibration exposure
31
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/s2haw Rivet hammer
11 m/s2haw bucking bar
50 % Raynaud’s phenomenon
32
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
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. 795–804
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
Om transienta vibrationer är ett problem,
kan vi då bli av med dem?
JA!
35
Vibrationsisolerad
mothållsnyckel Transient reduktion: 8 000 => 150 m/s2
ISO 5348 reduktion: 13 => 6 m/s2
36
Mutterdragare: CP-734
37
Hur får vi det att hända något om vi vill det?
Forskning Standard Incitament Förändring
Användarkrav
38
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