Efecte Biomecanice Datorate Actiunii Vibratiilor Asupra Sistemului Mana Brat

Cuprins

Capitolul 1 TEHNICI AVANSATE DE MODELARE TEORETICĂ A ORGANISMULUI UMAN 10

1.1 Principiile modelării 10

1.2 Etape de elaborare a modelului dinamic al unui sistem 11

1.2.1 Modelarea fizică 12

1.2.2 Modelarea matematică 14

1.2.3. Investigarea modelului matematic 15

1.2.4 Validarea modelului 16

1.3 Elemente de modelare a sistemului mână-braț

1.3.1 Modelul de translație cu un singur grad de libertate

1.3.2 Modelarea dinamică a sistemului mână-braț

Capitolul 2 IDENTIFICAREA SURSELOR DE VIBRAȚII 18

2.1 Vibrația ca un factor de mediu artificial creat de om 18

2.2 Vibrații-generalități 18

2.2.1 Vibrația armonică

2.2.2 Vibrația armonizată

2.3 Intervale de frecvență a vibrațiilor 20

2.4 Mărimi caracteristice vibrațiilor umane 23

2.5 Analiza normelor de vibrații admisibile existente in România și UE 25

Capitolul 3 EFECTE BIOMECANICE DATORATE ACȚIUNII VIBRAȚIILOR ASUPRA SISTEMULUI MÂNĂ-BRAȚ 27

3.1 Studiul bolilor profesionale generate de vibrații 27

3.1.1 Sindromul vibrațiilor intregului corp 27

3.1.2 Sindromul vibrațiilor sistemului mână-braț 29

Capitolul 4 PROIECTAREA UNEI PROTEZE DE MÂNĂ 34

4.1 Alegerea soluției constructive pentru proteză 34

4.2 Proiectarea protezei 35

Capitolul 5 PROTECȚIA IMPOTRIVA VIBRAȚIILOR 44

5.1 Masuri pentru reducerea expunerii vibratorii 44

5.2 Echipamente individuale de protecție impotriva vibrațiilor 46

5.3 Dispozitive de măsurare a vibrațiilor 47

Capitolul 6 CONCLUZII 49

BIBLIOGRAFIE 50

Anexe

Rezumat

Lucrarea tratează aspectele semnificative ale problemelor cauzate de vibrații asupra sistemului mână-braț, analiza normelor de vibrații admisibile existente in România dar și proiectarea unei proteze de mână.

Capitolul 1- Tehnici avansate de modelare teoretică a organismului uman prezintă mai intâi principiile modelării apoi etape de elaborare a modelului dinamic al unui sistem.

Capitolul 2- Identificarea surselor de vibrații prezintă vibrații ca factor de mediu creat de om, generalități ale vibrațiilor, intervale de frecvență a vibrațiilor, mărimi caracteristice ale vibrațiilor dar si analiza normelor de vibrații admisibile in România si UE.

Capitolul 3-Efecte biomecanice datorate acțiunii vibrațiilor asupra sistemului mână braț prezintă bolile generate de vibrații.

Capitolul 4-Proiectarea unei proteze de mână prezintă etapele de proiectare a unei proteze de mână folosind programul SolidWorks.

Capitolul 5-Protecția impotriva vibrațiilor prezintă unele echipamente de protecție impotriva vibrațiilor dar si aparate de măsurarea vibrațiilor.

Capitolul 6- Concluzii cuprinde părerea mea despre ce se intamplă in domeniul muncii in România.

Lucrarea se incheie cu bibliografia utilizată.

Summary

            This paper is approaching the significant aspects of the problems caused by the vibrations exercised upon hand-arm system, the analysis of the permitted vibrations institutions that exist in Romania, but it also approaches the engineering of a hand prosthesis.

           Chapter 1- Advanced Techniques of Theoretical Modeling of the Human Body – at first it presents the modeling principles, then the elaboration phases of the dynamic model of a system

            Chapter 2- Vibrations' Source Identification – it presents the vibrations as an environmental factor created by men, vibrations' generalities,  frequency succession of vibrations, vibrations' representative measures and the analysis of the permitted vibrations institutions that exist in Romania and EU.

            Chapter 3 – Bio-mechanical effects of the vibrations' actions upon the hand-arm system  it presents the diseases generated by vibrations.

      Chapter 4 – Engineering of a hand prosthesis  it presents the hand prosthesis' engineering phases, using SolidWorks software.                              

            Chapter 5 – Anti -Vibration Protection it presents some anti-vibration equipment, but also some vibration measurement devices.

            Chapter 6- Conclusions – it expresses my opinion towards what is happening in the Romanian working field.

            The paper closes with the used bibliography.

CAPITOLUL 1

Tehnici avansate de modelare teoretică a organismului uman

Principiile modelării

În natură nu exista fenomene izolate, intodeauna simultan cu fenomenul investigat se desfășoară un număr apreciat de fenomene cu care acesta are relații și se influențează reciproc.

Pentru a modela corect un proces este necesară cunoșterea sa cât cuprinzătoare, ceea ce reduce nevoia de a-l cerceta. Pe de altă parte modelul trebuie să fie adecvat scopului propus :un model exesiv de complicat – care iși propune sa aibă in vedere toate aspectele posibile ale fenomenului- poate deveni costisitor , greoi sau chiar inoperant, iar un model simplist , prea sumar , poate fi incorect ca urmare a neglijării unor aspecte importante ale fenomenului.

In esență modelarea reprezintă extragerea orcărei din mulțimea celor din realitate, informații care sunt de interes pentru atingerea scopului din criterii tehnice sau informații care descriu elemente si permit reprezentarea convenabilă intr-un sistem informatic pe calculator.

In cel mai larg sens, modelele pot fi funcționale, de calcul sau experimentale. pentru a stabili ce inseamnă, ce cuprinde un model, trebuie stabilit ce informații se asteaptă a se obține prin manipularea lui.

Modelul functional este un model structural, teoretic sau experimental, care pune in evidență diversele componente ale fenomenului și ilustrează calitativ legaturile reciproce ale acestora astfel încât să rezulte funcțiile globale fundamentale ale ansamblului.

Modelul de calcul este un model teoretic . Pornește de la un set coerent de ipoteze și stabilește o schemă de calcul, un numar de toereme, și relații de calcul ce descriu calitativ si cantitativ fenomenul. Implementarea modelului de calcul intr-un program poate mări considerabil eficiența acestuia.

Modelul experimental este un obiect fizic , un dispozitiv sau o instalație care reproduce in anumite condiții fenomenul care interesează.

Este exident ca cele trei tipuri de modele sunt complementare in descrierea unui fenomen, fiecare având avantaje , dezavantaje si limitari. De cele mai multe ori se folosesc serii succesive de diverse tipuri de modele , pe masură ce se culeg date despre fenomenul ce se cercetează perfecționându-se modelele respective.

Un model trebuie astfel proiectat și investigat incat să poată determina in anumite limite de precizie, comportarea sistemului original prin determinarile efectuate pe un model.

Modelul este o reprezentare a aspectelor esentiale ale unui sitem (existent sau virtual).

Etapele prin care se realizează , la modelul clasic, modelarea, in sens restrâns sunt, in general, următoarele:

Construirea modelului de bază :

-analiza preliminară a sistemului sursă in vederea evidențierii parametrilor relevanți și a legăturilor funcționale dintre ei;

-stabilirea unei structuri a modelului

b) analiza modelului prin simulare;

c) compararea rezultatelor analizei cu datele de comportare ale sistemului sursă in condiții echivalente ;

d) corectarea modelului, in sensul apropierii comportamentului de cel al sistemului sursă.

In sens mai larg , prin modelare se intelege metoda de studiu bazată pe utilizarea modelelor, metodă la acre apelează , la ora actuală, majoritatea cercetătorilor din toate domeniile tehnice (și nu numai).

Etape de elaborare a modelului dinamic al unui sistem

In procesul de proiectare a unui produs , este de maximă importanța cunoașterea comportării sale dinamice. Prima etapă a oricărei analize dinamice o constituie modelarea sistemului fizic supus investigației. Principalul obiectiv al procesului de modelare il constituie obținerea unui model matematic al sistemului , adica determinarea unei mulțimi de relații analitice care sa-i descrie comportarea. In acest fel, modelul devine un instrument deosebit de concis și util in sintetizarea cunoștințelor cu privire la respectivul sistem. Alegerea tipului de model din multitudinea variantelor existente depinde de observațiile in legatura cu proprietațiile sistemului, capacitatea și experiența inginerului, caracteristicilesistemului de studiat, etc. Indiferent insă de modelul ales , procedura generală de modelare a sistemelor dinamice presupune, de regulă, umărește parcurgerea următoarelor etape:

Modelarea fizică : specificarea sistemului supus studiului și imaginarea unui model fizic simplu oa carei comportare să aproximeze suficient de bine comportarea sistemului real.

Modelarea matematică : dezvoltarea unuis sistem matematic corespunzător pentru reprezentarea modelului fizic, ceea ce presupune, de obicei, obtinerea ecuatiilor de miscare.

Investigarea modelului matematic: studiul comportării dinamice a modelului matematic prin rezolvarea ecuațiilor diferențiale de mișcare, dacă se cunosc condițiile la limită sau condițiile inițiale.

Validarea modelului: un proces continuu destinat dezvoltării unui model corespunzător din punc de vedere al preciziei și complexitații, dat fiind un anumit interval de validare.

Modelarea fizică

In acesta prima etapă se stabilește un model imaginar al sistemului supus studiului-un model asemănător in mod esențial real, dar care este mai simplu și mai ușor de analizatdin punct de vedere matematic. Un astfel de model „ideal” se consideră a fi modelul fizic al unui sistem. In vederea reprezentărilor interacțiunilor din sistemul real și mediul inconjurător , modelul trebuie completat cu specificarea condițiilor la limită. In procesul de constituire a modelului fizic se au in vedere o serie de aproximăari sau ipoteze simplificatoare , a căror corectitudine in adoptare influențează , in mare masură, analiza inginerească.in majoritatea problemelor de analiză dinamica a structurilor mecanice sunt utile următoarele aproximații:

Se neglijează efectele minore.

Se presupune că mediul inconjurător al sistemului nu este afectat de acțiuniile din sistem .

Inlocuirea parametrilor distribuiți ai sitemului prin parametri concentrați .

Intre variabilele fizice ale sistemului se presupune existența unei relații liniare cauză-efect.

Se presupune că parametrii fizici ai sistemului nu se modifică in timp (sunt invariați in timp).

Se neglijează perturbațiile nesistematice și zgomotul din sistem.

In concluzie, se poate spune căecuațiile de mișcare exacte care descriu comportarea dinamică a sistemelor fizice sunte, in general, grupate in sisteme de ecuații diferențiale neliniare cu derivate parțiale.

In paragrafele anterioare s-au prezentat șase tipuri de aproximații care se adoptă, de regulă, in analiza teoretică (matematică) a sistemelor. O imagine sintetică a acestora, alaturi de simplificările pe care le introduc , este dată in tabelul 1.1

Tabelul 1.1 Tipuri de aproximari in analiza sistemelor mecanice

In cazul analizei dinamice a structurilor mecanice, in general se consideră, de asemenea , că structura se supune principiului lui Maxwell , conform caruia raspunsul intr-un punct p , datorat unei cauze aplicate intr-un punct q , este identic cu raspunsul in punctul q, datorat aplicării aceleași cauze in punctul p . Aceasta ipoteză duce la obținerea matricilor simetrice pentru masă, rigiditate , amortizare și funcțiile de raspuns in frecvență.

Modelarea matematică

Inainte de a se trece la a doua etapă in construirea modelului unui sistem dinamic , respectiv, modelare matematică, sunt necesare câteva considerații preliminare.

Principala problemă in dezvoltarea unui model matematic o constituie alegerea variabilelor de stare. Variabilele de stare alese in mod obisnuit reprezintă descrierea inmai de aproximații care se adoptă, de regulă, in analiza teoretică (matematică) a sistemelor. O imagine sintetică a acestora, alaturi de simplificările pe care le introduc , este dată in tabelul 1.1

Tabelul 1.1 Tipuri de aproximari in analiza sistemelor mecanice

In cazul analizei dinamice a structurilor mecanice, in general se consideră, de asemenea , că structura se supune principiului lui Maxwell , conform caruia raspunsul intr-un punct p , datorat unei cauze aplicate intr-un punct q , este identic cu raspunsul in punctul q, datorat aplicării aceleași cauze in punctul p . Aceasta ipoteză duce la obținerea matricilor simetrice pentru masă, rigiditate , amortizare și funcțiile de raspuns in frecvență.

Modelarea matematică

Inainte de a se trece la a doua etapă in construirea modelului unui sistem dinamic , respectiv, modelare matematică, sunt necesare câteva considerații preliminare.

Principala problemă in dezvoltarea unui model matematic o constituie alegerea variabilelor de stare. Variabilele de stare alese in mod obisnuit reprezintă descrierea inmagazinării de energie și masă in sistem ( de ex: poziții și viteze- pentru sistemele mecanice , tensiuni și intensitați-pentru sistemele electrice, nivele si debite- pentru sisteme hidraulice, temperaturi, presiuni și densitați pentru sistemele termice.)

Urmatorul obiectiv îl constituie stabilirea ecuațiilor de echilibru pentru forțe, momente, masă, energie sau scrierea relațiilor de compatibilitate ale sistemului in vederea descrierii modului in care sunt legate mișcarile diverselor elemente componente ca urmare a interconectării acestor elemente.

Ultimul aspect esential este luarea in considerare a legii fizicii la care se supun diversele elemente componente ale sistemului : relații mecanice intre forțe și deplasări , relații electrice intre tensiuni și curenți , relații electromagnetice intre forță și câmpul magnetic, relații termodinamice intre temperatură, presiune , energie, internă, etc.

In sfârșit , in momentul in care s-au stabilit variabilele de stare , ecuațiile de echilibru sau de compatibilitate și legile fizice, relațiile rezultate sunt „combinte” in maniera algebrică intr-un sistem de ecuații de mișcare.

Modelele matematice deduse in modulul descris mai sus, având la bază legiile fizicii , se numesc modele teoretice. Totuși, in unele cazuri nu etse posibilă construcția unui model complet exclusiv pe baza cunoștiințelor fizice. Dacă cunoștiințele existente sau cele teoretice nu sunt suficinte , acestea pot fi completate cu informații empirice. Acest mod de dezvoltare a modelului unui sitem pe baza experimentelor se numește identificare a sistemului iar efectul unei asemenea modelări rezultă intr-un model experimental (sau empiric). In legătură cu acest mod de abordare a modelării trebuie, insă, subliniate potențialele dificultăți și cheltuieli , privind mai ales:

alegerea variabilelor care urmează sa fie observate;

alegerea modelului matematic ipotetic;

înțelegerea și interpretarea rezultatelor experimentale

La ora actuală există o multitudine de tehnici de estimare a parametrilor care fac posibilă determinarea acestor valori teoretice ale parametrilor sistemului ce nu pot fi măsurate sau calculate.

Investigarea modelului matematic

Acestă atapă a procesului de modelare constă in următoarele aspecte:

Stabilirea condițiilor de univocitate pentru fenomenul modelat:

intervalul de modificare a parametrilor modelului pentru care modelul format este valid;

condiții inițiale;

condiții la limită.

Alegerea metodei corespunzătoare de rezolvare a ecuațiilor de mișcare din următoarele trei categori:

metode analitice;

metode analitice aproximative;

metode numerice aproximative.

Modalitatea evidentă și cea mai puțin costisitoare de a rezolva ecuațiile modelului matematic o reprezintă , bineînțeles , soluția analitică. Utilizând metode standard , pot fi obținute soluții exacte dacă sistemul este descris de ecuații diferențieleordinare liniare cu coeficienți constanți. In ceea ce privește ecuațiile variaționale sau neliniare, acestea sunt mult mai greu de rezolvat, neexistând metode generale in acest sens. Totuși, merită reținut faptul că uneori pot fi aplicate anumite metode elementare (de exemplu: separarea variabilelor , utilizarea factorilor de intergrare, etc.). pentru obținerea de soluții exacte chiar și pentru ecuațiile neliniare.

De maximă utilitate pentru un model matematic sunt soluțiile analitice in formă inchisă (care nu conțin integrale și nu reprezintă dezvoltarea unei serii) deoarece ele pun clar in evidență caracteristicile calitative importante ale soluției , prin aceasta contribuind semnificativ la ințelegerea comportării sistemului.

Dacă nu se poate obține o soluție exactă , este uneori posibilă deducerea nuei soluții analitice aproximative. Acest tip de soluții pot avea o formă inchisă, deși, de cele mai multe ori reprezintă dezvoltarea unei serii. Dacă respecvtiva serie poate fi limitată la numai cațiva termeni semnificativi, soluția analitică aproximativă poate constitui un instrument utiul in ințelegerea sistemului și a cacacteristicilor sale calitative.

Metodele numerice aproximative conduc la soluții ale ecuațiilor sistemului in forma unor valori numerice ale variabilelor de stare la momente de timp diferite (succesive). Avantajul principal al acestor metode il constituie largul domeniu de aplicabilitate, putând fi utilizate in vederea obținerii de soluții chiar și pentru ecuații deosebit de complexe. Deoarece in acest caz este necesar un volum mare de calcule pentru obținerea unei soluții suficient de precise, utilizarea calculatorului etse indispensabilă aplicarii metodelor numerice.

Validarea modelului

Modelul matematic reprezintă o ipoteză a legii generale care guvernează comportarea sistemului supus studiului. Prin urmare, acesta trebuie validat, adică analizat in ce masură modelul decrie in mod corespunzător comportarea sistemului in condițiile stabilite de scopul respectivului studiu. Procesul de validare păresupune o serie de testari constând in compararea soluției modelului matematiccu procesul real.

Validarea reprezintă un proces continuu, derulat in paralel cu construcția modelului, intr-o manieră iterativă de construcție-validare-construcție și așa mai departe. Această procedură este necesară atâta timp cât dezvoltarea unui model implică o serie de erori și date incomplete; astfel, este mult mai convenabil ca acestea să fie puse în evidență separat și nu la nivelul global al modelului, unde efectele lor s-ar putea suprapune. Pe de altă parte , validarea matematică , testările si evaluările parametrilor trebuie efectuate in cadrul unor etape specifice procesului de modelare cu posibilitatea modificăarii, dacă este necesar , a modelului fizic sau matematic. Testările și evaluările se desfășoară , in general, până se obține un grad suficient de incredere in ceea ce privește validarea modelului într-un anumit interval al aplicației in discuție.

În figura următoare avem reprezentate stadiile procesului de modelare a sistemelor mecanice. Cele patru stadii caracteristice modelării sunt reprezentate prin săgeți duble care fac legătura dintre categoriile succesive de procese reale , modele fizice, modele matematice și soluțiile modelelor matematice.

Din figură observăm că săgerata care indică etapa de identificare conectează categoriile proceselor reale și a modelelor matematice , fără a lua in considerare categoria modelelor fizice și doua dintre etapele modelării: modelarea fizică și modelarea matematică. Săgețiile simple indică influențele anumitor etape de modelare asupra etapelor anterioare. Acetse influențe cuprind activități numite modificări și au in vedere efectuarea corecțiilor in modelele fizice sua matematice pentru a le conferi acestora mai mult realism. De fapt, acest aspect se referă la caracterul continuu al procesului de validarea modelului.

Fig.1.1 Stadiile procesului de modelare a sistemelor mecanice

Elemente de modelare a sistemului mână-braț

Utilizarea tehnicii modelării ca metodă de cercetare în investigarea organismului uman s-a dovedit a avea succes: se poate spune că progrese notabile în medicină nu s-au obținut decât atunci când organismul nu a mai fost privit ca un tot individ ci ca o suprapunere de mai multe sisteme, aparate, funcții etc. În acest mod s-au diferențiat aparatul locomotor în ansamblu, sistemul osteo-articular, sistemul muscular, sistemul nervos, etc. La rândul său, fiecare sistem poate fi privit din punct de vedere anatomicsau fiziologic, in condiții normale sau patologice. De fapt, fiecare sistem, aparat sau organ este un model mai mult sau mai puțin complet al realității.

Modelul de translație cu un singur grad de libertate

Se consideră modelul dinamic din figura 1.2 format dintr-o masă m aflată in mișcare de translație .

Fig.1.2

Forța elastică ce acționează asupra masei este dată de elementul elastic de constantă k. Elementul care introduce amortizarea este reprezentat printr-un cilindru fix în care se poate mișca intr-un mediu vâscos un piston legat la masa m.

Din exterior acționează o forță dependentă numai de timp F(t), numită forță perturbatoare.

Ecuația de echilibru dinamic este:

F(t) + mg- m- c- ky=0 (1.1)

sau o putem scrie in felul următor:

m- c- ky= F (t) + mg (1.2)

unde : y este deplasarea masei față de originea aleasă

Dacă se alege originea de măsurare a deplasării masei m in poziția de echilibru static , ecuația diferențială devine mai simplă. Notând cu x noua deplasare, se poate scrie:

y= yst + x, (1.3)

unde yst este deformația statică a arcului , și deci:

kyst =mg (1.4)

Derivând relația (1.3) și înlocuind în relația (1.2) se obține:

m- c- ky= F (t) (1.5)

In acestă ecuație numai apare forța ce determină poziția de echilibru static. In lipsa frecării ecuația (1.5) este liniară.

Modelarea dinamică a sistemului mână-braț

Plecând de la ce am menționat mai sus, in paragraful 1.3, modelul dinamic adoptat pentru analiza comportării sistemului mână-braț reprezintă problema intr-un mod schematic ; in cele mai multe cazuri implică o abordare simplificată prin acceptarea unui set de ipoteze. Conform acestui mod de abordare, pot apărea câteva observații referitoare la utilizarea modelului dinamic:

prea multe ipoteze simplificatoare pot conduce la rezultatea fără relevanță in practică, chiar dacă ele ar determina reducerea volumului de calcul;

identificarea comportării dinamice a sistemului prin apelarea la un model prea complex poate introduce calcule dificile, consumatoare de timp, cu efect asupra costurilor de proiectare.

Indiferent de ipotezele inițiale, un model dinamic corect ar trebui să asigure, cel puțin pentru un anumit domeniu al intrărilor, aceeași ieșiri ca sistemul inițial ( neafectat de ipotezele simplificatoare). În investigarea dinamicii sistemului mână-braț este utilizat sistemul biodinamic propus de Harris reprezentat in figura 1.3.

Fig.1.3 .Modelul biodinamic al sistemului mână-braț

Analiza implică scrierea ecuațiilor de mișcare pentru modelul cu 4 grade de libertate. Aceasta conduce la următoarele ecuații matriciale:

[M]{(t)}+[C]{(t)}+[K]{y(t)}={F(t)} (1.6)

unde F(t) este forța de intrare ; y(t), (t), (t)sunt ieșirile (deplasare, viteză și accelerație)

[M]= matricea maselor (1.7)

[C]= este matricea de amortizare (1.8)

[K]=

este matricea de rigiditate (1.9)

Aplicând transformata Laplace, in condițiile inițiale de zero, rezultă următoarea ecuație:

(p2 [M]+p[C]+[K]{ y(p)}={F(p)} (1.10)

unde p2 [M]+p[C]+[K]=[Z(p)] este rigiditatea dinamică, și inversa matricei de transfer [H(p)]. Pentru rezolvare, această problemă trebuie transformată intr-o problemă de valori proprii, conform ecuației (1.11):

(p[A]+[B]){Y’}={F’} (1.11)

unde [A]=, [B]= , {Y’}= , {F’}= (1.12)

Astfel se obține ecuația valorilor proprii:

[A]+[B]=0 (1.13)

Aceasta generează 8 valori proprii complexe, in perechi complexe conjugate. Soluțiile ecuației (1.8) i , *i , i=1….4, i , *i =i ji , oferă deasemenea frecvențele naturale ale sistemului și modurile proprii corespunzătoare.

Capitolul 2

Identificarea surselor de vibrații

Vibrația ca un factor de mediu artificial creat de om

În timpul procesului de evoluție omul, conștient sau nu, face schimbări asupra mediului. El a creat artificial condiții externe noi, ca rezultate al progresului tehnic și industrial, din dorința creșterii vitezei și puterii mașinilor și echipamentelor tehnologice. Importanța oricărui factor de mediu individual, anterior nesemnificativ pentru viața umană, are ca rezultat o semnificație crescută.

Acestă tendință se observă fără dubii dacă considerăm vibrațiile-oscilațiile mecanice ale corpurilor elastice de diverse tipuri – pe care omul le întâlnește in prezent în fiecare zi.

Dorința omului de a mecaniza munca manuală grea, ca și cea de a străbate rapid distanțe lungi, s-a concretizat în mașini și echipamnete de transport de viteze ridicate. Oricum, odată cu dezvoltarea tehnologiei , problema protecției omului impotriva influențelor dăunătoare ale solicitărilor vibratorii generate de diverse mașini, mecanisme și linii de producție automate, a devenit acută.

Studierea interacțiuni dintre om și mediul său înconjurător, a influenței vibrației asupra omului cu scopul de a crea mijloace efective de protecție vibratorie, este doar o parte a efortului general de menținere a calității mediului înconjurător pe planeta noastră, pentru îmbunătățirea vieții omului pe Pământ, pentru protecția bogățiilor naturale inconjurătoare. Această problemă modernă are atât aspecte sociale, cat și economice.

Vibrații- generalităti

În natură nu există doar un singur tip de vibrație. Conceptul actual de vibrație acoperă o mare varietate de fenomene și procese fizice. Nu este deci deloc surprinzător faptul că nu s-a găsit un mijloc universal de protecție a omului impotriva vibrației.

Vibrația este mișcarea oscilatorie, de obicei periodică, a unui corp sau a particulelor unui mediu, efectuată în jurul unei poziții de echilibru, cu frecvență relativ înaltă, în condiții actuale de funcționare a mașinilor și utilajelor cu viteze sporite.

Vibrația armonică

Dacă se notează cu x coordonata mișcării, care poate fi o lungime sau un unghi, legea vibrației armonice va fi dată de una din funcțiile:

x=A cos(t+), (2..1)

sau

x=A sin(t+). (2.2)

unde: A, , sunt mărimi constante. Din ecuația 2.1 rezultă că x poate lua valori intre A și -A, adică punctul P oscilează pe axa Ox intre două poziții extreme M și N. (Figura 2.1)

Fig. 2.1

Valoarea instantanee x a parametrului mișcării este elongația, valoarea pozitivă A, maximul elongației, este amplitudinea vibrației , argumentul = t+ este faza la momentul t, iar este faza initială (la momentul t=0), valoarea ,derivata in raport cu timpul a fazei este pulsația ( frecvența circulară) a vibrației, care se măsoară in rad/s.

Folosind legea de mișcare (2.1), prin derivări succesive în raport cu timpul se obțin viteza și accelerația punctului P:

v= = -A sin(t+)=Acos(t + + ) (2.3)

a=x=-Acos(t+)=-x (2.4)

Este util să reținem că ecuațiile diferențiale de forma:

+x=0 (2.5)

și au soluții de forma (2.1) adică: x=A cos(t+).

Din relațiile (2.1), (2.3), (2.4) se vede că elonganța, viteza și accelerație se exprimă prin funcțiile trigonometrice sinus sau cosinus, care sunt funcții periodice cu perioada 2. Din acest motiv și mișcarea vibratorie armonică este periodică.

Vibrația armonizată

Legea unei vibrații amortizate este de forma:

x=Acos ( pt+ ) (2.6)

unde A, H, p și sunt constante. Coordonata x se numește elongație și poate reprezenta o mărime liniară sau unghiulară. Constanta h 0 se numește factor de amortizare.

Prin derivarea în raport cu timpul a legii de mișcare (2.6) se obține viteza:

v== -hx-A psin (pt+) (2.7)

Accelerația este:

a==-h-h (+hx)-p2x (2.8)

Este ușor de văzut co și valorile maxime ale vitezei, respectiv accelerației, descresc.

Dacă h=0 vibrația este crescătoare, modulată exponențial-crescător in amplitudine.

Fig.2.2 Diagrama vibrației amortizate

Diagrama vibrației amortizate este tangentă curbelor exponențiale x= .

Vibrația amortizată este o mișcare neperiodică, deoarece elementele mișcării nu se repetă identic după un anumit interval de timp. Totuși, anumite proprietăți ale mișcării cum sunt: trecerile prin x=0 în aceeași sens, intervalul între două maxime sau minime succesive, se repetă după intervalul de timp T= numită pseudoperioadă.

Intervalele de frecvență a vibrațiilor

Cercetările efectuate in medicina muncii au pus in evidență trei intervale de frecvență cu influență negativă asupra organismului uman:

Intervalul 0,1-2 Hz, cu următoarele profesiuni expuse: personalul din transportul aeronautic, maritim,etc

Fig. 2.1 transport maritim (vapor) Fig. 2.2 Transport aeronautic (avion)

Intervalul 2-20 Hz, cu următoarele profesiuni expuse: conducatori de camioane, vehicule (pentru transport intrauzinal), tractoare (agricole,forestiere), escavatoare, buldozere, betoniere, muncitori din jurul mașinilor fixe care transmit trepidații prin sol.

Fig.2.3 Tractor

Fig. 2.4 Buldozer

Intervalul 20-200 Hz, cu următoarele profesiuni expuse: toate profesiunile care utilizează unelte mașini vibratorii, ce acționează asupra sistemului mână-braț: mineri (ciocane pneumatice pentru perforarea rocilor, hidrocentrale, cai ferate etc.), muncitori din industria constructoare de mașini (nituire, debavurarea pieselor turnate, etc); muncitori forestieri (care taie copacii cu fierăstraiele mecanice); muncitorii din construcția de drumuri, etc.

Fig. 2.5 Ciocan pneumatic Fig. 2.6 Fierăstrău mecanic

Vibrațiile care ataca omul se împart in doua mari categorii:

vibrații ale intregului corp uman -cu efecte asupra intregului organism, cunoscute în literatura de specialitate sub acronimul WBV (Whole Body Vibrations);

vibrații pe segmente ale corpului uman –care nu transmit accelerații sau deplasări semnificative decât pe anumite segmente ale corpului, cum ar fi ansamblul mana-braț; acestea fiind cunoscute în literature de specialitate sub acronimul HAV (Hand Arm Vibrations)

În tabelul de mai jos sunt prezentate sectoarele de activitate în cadrul cărora s-au raportat cele mai frecvente manifestări clinice ale muncitorilor expuși la vibrații.

Tabelul 2.1 Sectoare de activitate cu risc crescut din punctul de vederea al axpunerii la vibrații

Mărimi caracteristice vibrațiilor umane

Se definesc ca fiind marimi caracteristice vibrațiilor umane următoarele marimi:

PEAK – valoarea de vârf reprezintă cea mai înaltă valoare absolută ( pozitivă sau negativă) a semnalului instantaneu al vibrației ( vibrae umană, accelerație, viteză sau deplasare), de-a lungul unui interval de măsurare de o secundă.

Se definesc: valoarea pozitivă de vârf ( positive peak); valoarea negativă de varf ( negative peak); intervalul maxim intre două valori de vârf ( maximum peak-peak); nivelul valorii de vârf ( peak level)

RMS- abaterea medie pătratică (RMS- root mean square) a valorilor accelerației ponderate in frecvență, determinate pe axele ortogonale Ox; Oy; Oz.

Leq- nivel de zgomot echivalent [db]; exprimă nivelul constant al sunetului care, de-a lungul unei perioade de timp specificate, ar produce aceeași energie echivalentă ca și nivelul de sunet variabil ce apare in mod real.

CREST- factorul Crest este raportul dintre valoarea de vârf și valoarea RMS pentru o vibrație selecatată( vibrație umană, accelerație, viteză sua deplasare), de-a lungul unui interval de măsurarea de o secundă:

CREST=PEAK/RMS;

VDV- valoarea dozei de vibrații ( definită in standardul BS6472:1992) se calculează ca rădăcină de ordinul 4 a integralei puterii a 4-a a acelerației ponderate în frecvență; accelerația ponderată în frecvență se măsoară in [m/s2] iar intervalul de timp pentru care se măsoară valoarea dozei de vibrații este exprimat in secunde [s]. Rezultă unitatea de măsură pentru VDV: [m/s1,75 ].

a)

b)

c)

d)

Fig.2.7 Mărimi caracteristice pentru măsurarea nivelului de expunere la vibratii.

a) semnalul abateri mediei pătratice b) semnal complex aperiodic c) semnal rectificat d) semnal mediat, mediat liniar

Analiza normelor de vibrații admisibile existente in România și UE

Directiva parlamentului European și a Consiliului cu numărul 2002/44/CE din 25 iunie 2002 are in vedere garantarea unui nivel mai ridicat de protecție a sănătații lucrătorilor. Încă din septembrie 1990 Parlamentul Europeana a adoptat o rezoluție privind un program de acțiune și a solicitat redactarea directivei specifice privitoare la riscurile provocate de zgomot și de alți agenți fizici la locul de muncă. În acest sens s-a considerat necesar ca în prima etapă să se introducă măsuri de protejare a lucrătorilor împotriva riscurilor generate de vibrații.

Directiva stabilește următoarele definiții:

a) “vibrația transmisă sistemului mână-braț”ca fiind vibrația mecanică care in cazul când este transmisă sistemului uman mână-braț generează riscuri pentru sănătatea și securitatea lucrătorilor, in special tulburări vasculare, leziuni ale vaselor sau articulațiilor sau tulburări neurologice ori musculare.

b) “vibrația transmisă intregului corp” este vibrația mecanică care în cazul când este transmisă intregului corp, generează riscuri pentru sănătatea si securitatea lucrătorilor, în special lombalgie și traumatisme ale coloanei vertebrale.

c) Pentru fiecare din aceste cazuri Directiva stabilește valorile limită de expunere după cum urmează:

1. Pentru vibrațiile transmise sistemului mână braț:

a) Valoarea limită de expunere zilnică , standardizată la o perioadă de referință de opt ore, trebuie să fie de 5 m/s2.

b) Valoarea de expunere zinică, care declanșează acțiunea bolii standardizată la o periodă de refernță de opt ore , trebuie să fie 2,5 m/s2.

Evaluarea nivelului de expunere se bazează pe calcularea valorii expunerii zilnice (standardizată la perioada de referință de opt ore) exprimată ca abaterea medie pătratică – RMS – a valorii accelerației ponderate in frecvență, determinate pe axele ortogonale ahwx, ahwy, ahwz definite de standardul ISO 5349-1 (2001)

Evaluarea nivelului de expunere se poate face fie printr-o estimare având la bază informații furnizate de producători privitoare la nivelul emisiei echipamentelor de lucru realizate, fie bazată pe măsurători.

2. Pentru vibrațiile transmise intregului corp:

a) Valoarea limită de expunere zilnică, standardizată la o perioadă de referință de opt ore, trebuie să fie de 1,15 m/s2 sau statul membru la alegere poate adopta o valoare a dozei de vibrații de 21 m/s1,75.

b) Valoarea de expunere zilnică, care declanșează acțiunea bolii, standardizată la o perioadă de opt ore, trebuie să fie de 0,5 m/s2, sau la alegerea statului membru o valoare a dozei de vibrații de 9,1 m/s1,75.

Evaluarea nivelului de expunere la vibrații se bazează pe calcularea expunerii zilnice A(8) exprimată ca accelerație continuă echivalentă pe o perioadă de opt ore, calculată ca fiind cea mai mare valoare a abaterii medii pătratice (RMS) sau ca fiind cea mai mare valoare a dozei de vibrații (VDV) a accelerațiilor ponderate in frecvență, determinate de cele trei axe ortogonale ( 1,4 awx; 1,4awy; 1,4awz) pentru un lucrător așezat sau în picioare în conformitate cu standardul ISO 2631-1 (1997).

Evaluarea nivelului de expunere poate fi efectuată printr-o estimare bazată pe informațiile furnizate de producători, privitoare la nivelul emisiei de la echipamentele de lucru utilizate, precum și pe respectarea practicilor de lucru specifice sau pe măsurători.

Capitolul 3

Efecte biomecanice datorate acțiunii vibrațiilor asupra sistemului mână-braț

Studiul bolilor profesionale generate de vibrații

În Legiile Protecției Muncii, bolile profesionale, sunt afecțiuni care se produc ca urmare a exercitării unei meserii sau profesii, cauzate de factori nocivi fizici, chimici, biologici sau psihosociali caracteristici locului de muncă, precum și de suprasolicitarea diferitelor aparate și sisteme ale organismului în cadrul procesului de muncă, indiferent de tipul de contract de muncă existent între angajator și angajat. Sunt considerate, de asemenea, boli profesionale, afecțiunile produse în condițiile enunțate mai sus, afecțiuni suferite de elevi, studenți, ucenici, în timpul efectuării practicii.

Vibrațiile acționează direct asupra corpului uman determinând modificări anatomice și funcționale ale acestuia. Asupra corpului uman vibrațiile acționează în două moduri diferite: fie acțiunea se exercită asupra întregului corp prin intermediul membrelor inferioare sau superioare, fie la nivelul sistemului mână-braț.

Sindromul vibrațiilor întregului corp

Acest sindrom este cunoscut sub acronimul WBVS – Whole Body Vibrations Syndrome și este produs de vibrații cu frecvență 0,1-20 Hz până la 100 Hz și afectează, în general, lucrătorii din domeniul minier, șoferi de camioane, muncitori care lucrează pe mașini agricole, utilaje forestiere, utilaje de construcții.

Din punct de vedere medical expunerea organismului la vibrații mecanice pe termen scurt are efecte fiziologice mai reduse, putând genera următoarele simptome: dureri abdominale, senzatie de greață, vărsături- grupate în sindromul digestiv superior, stare de cefalee dureri toracice, creșterea frecvenței cardiace, afectarea vorbirii, vedere neclară.

Expunerea pe temen lung la vibrații, are efecte nocive majore al nivelul sistemului musculo-scheletal, in special la nivelul coloanei vertebrale.

Fig. 3.1 Relația dintre expunerea la vibrații și afectarea coloanei vertebrale

Fig. 3.2 Direcțiile de acționare ale vibrațiilor mecanice transmise întregului corp prin intermediul suprafetei de sprijin

Sindromul vibrațiilor sistemului mână-braț

Teremnul de „vibrații ale sistemului mână-braț” reprezintă transferul trepidațiilor generate de o unealtă sau o piesă de lucru la mâna și /sau brațul muncitorului. Aceste vibrații au frecvență cuprinsă intre 0,1-200 Hz. Sindromul propus, cunoscut in literatura de specialitate sub acronimul HAVS (Hand Arm Vibrations Syndrome), este o afecțiune cronică progresivă, care include afectarea sistemelor circular, nervos și musculo-scheletal. Este o boală profesională indusă de utilizarea pe termen lung a uneltelor vibratorii sau a uneltelor statice care pot transmite vibrații prin intermediul piesei de lucru.

Cauza aparitiei HAVS o constituie expunerea zilnică, pe o perioadă îndelungată, la vibrații care se transmit la nivelul sistemului mână-braț. Sursa acestor vibrații sunt unelte, ca de exemplu: ciocane pneumatice, fierăstraie electrice, malaxoare, polizoare, etc, utilizate in diferite domenii industriale.

Sindromul vibrațiilor transmise la nivelul sistemului mână-braț (HAVS) se imparte in următoarele tipuri de afectiuni:

Afecțiuni vasculare

Aceste afecțiuni se manifestă prin paloarea degetelor („boala degetelor albe”Efectul Raynaud); este cauzată de ocluzia completă , intermitentă a vaselor de sânge prin mecanisme centrale și periferice.

Fenomenul Raynaud reprezină afectiunea caracterizată prin procese vasospastice

intense si recurente ce determină modificari de culoare și temperatură în special la nivelul degetelor mâinilor și picioarelor, dar și a altor extremitați (ca de exemplu nas, urechi). Factorii declanșatori clasici ai fenomenului Raynaud sunt stresul emotional intens și expunerea la vibrații. Aceștia determină o vasoconstricție (micsorare a diametrului vaselor sangvine prin contracția fibrelor musculare netede din pereții lor) ce reduce brusc afluxul sangvin la nivelul segmentelor expuse.

Fenomenul Raynaud include atat boala Raynaud sau Raynaud primar, cat si sindromul Raynaud sau Raynaud secundar, cand simptomatologia apare in contextul altei boli cronice de fond. In timpul unei crize, arteriolele si capilarele din tegumente se îngusteaza foarte mult, determinând scăderea aportului sangvin catre teritoriul respectiv, în special degetele mâinii și picioarelor, și mai puțin la nivelul nasului, urechilor. Această reducere determină apariția paresteziilor, amorțelilor și durerii locale, precum și modificarilor de culoare, vizibile cu ochiul liber. Inițial tegumentele devin palide ajungând chiar albe. Pe masura ce vascularizația se reia, colorația se modifică și ea: este cianotică, apoi rosie, zonele devenind intens dureroase.

Definirea Fenomenului Raynaud:

atacurile de poluare pot evolua cu albirea falangelor distale și uneori cu extinderea rapidă la falangele proximale chiar înainte de afectarea completă a celor distale sau de ameliorarea acestora;

zonele de paloare care pot să apară în timpul unui atac sau în perioada de revenire după atac;

anestezia poate să apară în urma unui atac dar senzația de amorțeală poate să nu fie prezentă;

poate fi prezentă o succesiune de modificări de culori (albă, albastră și roșie) a degetelor. Culoarea roșie provoacă și o durere a degetelor.

oamenii cu tulburări vasculare induse de vibrații pot sa își simtă degetele anormal de reci chiar și în absența atacurilor de paloare.

odată cu progresia bolii pot apărea tulburări de pigmentare și leziuni trofice la nivelul degetelor.

In figurile următoare avem diferiti pacienți care suferă de fenomenul Raynaud in diferite stadii ale bolii.

Fig. 3.3 Efectul Raynaud in perioada de inceput (degetele devin palide-albe)

Fig. 3.4 Efectul Raynaud cand degetele sunt albe

Fig. 3.5 Efectul Raynaud cand degetele deja prind o culoare albastră

Fig. 3.6 Efectul Raynaud cand degetele au o culoare rosiatică

Afecțiuni neurologice

Studiile epidemologice arată că afecțiunile neurologice se manifestă prin tulburări senzitive, motorii și trofice localizate periferic, cu distribuție difuză sau multifocală. Practic oricare dintre nervii membrelor superioare pot fi afectați de vibrații. Cele mai frecvent întalnite simptome sunt senzațiile de amorțeală și paresteziile.

Au fost descoperite schimbări în senzația tactilă a degetelor la dentiști și la tehnicieni dentari care sunt expuși la vibrații de inaltă frecvență (1000Hz)

Afectiuni musculo-scheletice

Tulburările musculo-scheletice (TMS) afectează lucrătorii din toate sectoarele

economiei naționale, cele mai ridicate rate inregistrându-se în agricultură și construcții.

Aceste afecțiuni se manifestă prin modificări degenerative la nivelul oaselor și articulațiilor membrelor superioare, în special la nivelul articulației radio-carpiene și a coatelor dar și a sistemului muscular. Cel mai frecvent sindrom este durerea.

În România lista cu boli profesionale cauzate de aceste afecțiuni cuprinde: artritra, periartritele, stiloiditele, necrozele aseptice, osteocondilitele, bursitele, epicondilitele.

Artrita este o boală care se caracterizează prin dureri mecanice provocate de uzura articulațiilor, mai ales a cartilagiilor. Zonele afectate cel mai frecvent de artroză sunt: mâinile, genunchii, picioarele, șoldurile, gâtul și coloana vertebrală.

Fig. 3.7 Artrită la nivelul degetelor

Periartirita este o inflamație a țesuturilor din jurul unei articulații.

Osteonecroza este fenomenul de moarte a unui țesut osos, cauzat de o intrerupere a circulației sangvine.

Fig. 3.8 Osteonecroza aseptică a semilunarului stâng comparativ cu cel drept.

Bursita este o inflamație a bursei, un mic sac cu fluid care căptușește și lubrifiază zona in care elementele articulare- inclusiv os, tendon, ligament, mușchi sau piele- se freacă una pe alta.

Epicondilita este o inflamație a epicondilului (apofiză a extremității inferioare a humerusului).

Alături de aceste trei afecțiuni ale HAVS, expunerea la vibrații care acționează asupra sistemului mână-braț mai poate determina tulburări ca: scăderea forței musculare la nivelul mâinilor și brațelor, agravarea hipoacuziei și tulburări la nivelul sistemului nervos central.

Evaluarea clinică și paraclinică a muncitorului cu risc de HAVS necesită parcurgerea următoarelor etape:

anamneza care conține date personale fiziologice și patologice, identificarea simptomelor vasculare și/sau neurologice și corelarea lor cu locul de muncă efectuată sau cu alte activități care implică expunerea la vibrații.

examenul clinic

teste de laborator pentru investigarea componentei vasculare.

Capitolul 4

Proiectarea unei proteze pentru mână

Alegerea soluției constructive pentru proteză

După cum am vorbit in capitolul 3.1 vibrațiile afectează mâna, iar dacă bolile care afectează mâna nu sunt tratate se va ajunge la amputarea mâinii.

Pentru studiul și proiectarea unei proteze de mâini , am considerat un caz in care pacientul sufera de Efectul Raynaud în stadiu avansat in care au aparut si unele probleme musculo-scheletice, iar o posibilitate ca acest om sa ducă o viață normala este înlocuirea sistemului mână-brat cu o proteză totală de mână. Am ales o proteză totală de mână deoarece pacientul suferă și de afecțiuni musculo- scheletice.

Fig.4.1 Proteză totală pentru mână

Această proteză este o proteză care permite mișcarea degetelor mâinii in forma de „pumn” și mișcarea de flexie-extensie a cotului.

Proiectarea protezei

Toate parțiile componente ale protezei au fost realizate cu ajutorul programului SolidWorks.

Pentru inceput am ales planul de lucru.

Fig 4.2 Fereastra de inițiere a modului Part

Fig. 4.3 Realizarea schiței bazei protezei (realizarea brațului )

Am ales din meniul programului optiunea Sketch , am facut schița antebratului după care am dat Revolved Boss/Base.

Fig.4.4 Obținerea formei piesei cu ajutorul comenzii Revolved.

Fig. 4.5 Realizarea formei finale a brațului

Fig. 4.6 Realizarea antebrațului

Fig. 4.7 Realizarea mâinii

Pentru realizarea mâinii am folosit două plane, unul pentru realizarea degetelor altul pentru realizarea palmei.

Fig. 4.8 Șurubul de legatură

Fig. 4.9 Capacul șurubului

Fig. 4.10 Elasticul de legatura

Fig. 4.11 Proteza totală de mână cu tot cu elasticul de legătură

Fig. 4.12 Proteza totală de mână fără elastic

Fig. 4.13 Desenul 2D de executie al protezei

Capitolul 5

Protecția impotriva vibrațiilor

Măsuri pentru reducerea expunerii vibratorii

Uneltele vibratoare, mașinile, motoarele, agregatele in lucru pot produce vibrații dar si un nivel mare de zgomot care sunt transmise mâinii și brațului operatorilor. Principalele domenii de activitatea care implică expunerea la vibrații sunt:

construcția de avioane/intreținere

asamblarea autovehiculelor

forestier

metalurgie, siderurgie

minerit

intreținerea căilor ferate

construcția de drumuri/ intreținere

construcția de nave/ intreținere

cioplitoria in piatră

construcția de tunele

construcțiile

conducerea autovehiculelor

și cele mai utilizate unelte care provoacă vibrații transmise mâinii sunt:

fierăstraie cu lanț

ciocane pneumatice

burghie pneumatice

scule de nituit

scule de călăfătuire, ștemuire, matare

scule de debavurare

scule de perforat

polizoare, mașini de șlefuit

cuțite de finisare

motoare in mișcare

Dar nu numai aceste unelte cauzează intodeauna probleme; cercetările pun acum un accent deosebit pe alte unelte folosite in domeniul forestier, in agricultură și , in particular, pe unelte de percuție și cele rotative folosite in industriile constructoare.

Reducerea vibrațiilor uneltelor nu inseamnă introducerea unor dispozitive de izolație magice sau descoperirea de materiale noi. Diferitele unelte și procese reclamă soluții diferite. Mai mult decât atât, reducerea vibrației nu este niciodată singurul obiectiv: performanța, costul , siguranța, mărimea, greutatea, factorii ergonomici și mulți alți factori trebuie luați in considerare. Este clar că proiectarea și alegerea unei unelte pentru fiecare operație reprezintă o preocupare in echilibrarea tuturor acestor factori. Obiectivul reducerii vibrației nu este acela de a reduce turația unei unelte particulare, ci de a reduce expunerea la vibrație.

Protecția efectivă a omului impotriva vibrației la impactul cu uneltele vibratoare ținute de mână este posibilă prin separarea totală a mânerului uneltei de sursele vibratorii. Toate sursele vibratoriiale uneltelor manuale sunt legate la o sursă de putere, de aceea, intre operator și sursa de putere trebuie introdus un sistem de separație efectiv, ca in figura următoare:

Vechile unelte de mână folosite in industrie nu erau echipate cu sisteme antivibratorii și operatorii esau direct conectați cu corpul uneltei.

Proiectanții unelteltelor vibratoare de mână se confruntă cu două mari probleme pe care trebuie să le reconcilieze. Pe de o parte asigurarea unei interacțiuni maxime intre unealta de lucru și locul de muncă, acest lucru insemnând surse de vibrație mari. Pe de altă parte mânerele uneltelor vin in contact direct cu mâinile operatorilor in această situație cere limitarea nivelelor de vibrație la acelea admisibile de standardele de sănătate si vibrații.Aceste probleme pot fi reconciliate doar prin proiectarea unui sistem de vibroizolație foarte eficient.

Echipamente individuale de protecție impotriva vibrațiilor

Pentru protecția mâinii atunci când lucrăm cu aparate ce produc vibrații avem următoarele echipamente de protecție:

suporturi elastice pentru incheietura mâinii și a palmei

Fig 5.1 Suport elastic pentru încheietura mâinii

Fig.5.2 Suport elastic pentru încheietura mâinii și a palmei

mănuși anti vibrații

Fig. 5.3 Mănuși anti vibrații.

Cerințele materialelor din care sunt confecționate aceste echipamente trebuie să indeplinească următoarele cerințe:

atenuare a vibrației de cel puțin 5dB într-un domeniu larg de frecvențe și la grosimi de cel puțin 10mm;

fără rezonanță;

fără imbătrânire și deterioarare în timpul expunerii îndelungare la vibrații;

moliciune și elasticitate (pentru o bună dexteritate a mâinii și o manipulare precisă a uneltei).

Pentru găsirea de materiale cu proprietăți antivibratorii, cooperarea dintre chimiști și experți in vibrații este esențială.

Materialele care in urma cercetărilor s-au dovedit a avea bune calități antivibratorii sunt:

latex natural fără plastifiant, grade de expandare 4 și 4,5;

latex natural cu 10% plastifiant, grade de expandare 3,5 și 5;

latex natural cu 5 % plastifiant, grad de expandare 4;

polietan/ polistiren expandat cu 5, 10, 15 mm grosime;

cauciuc poros cu 110 mm grosime;

poliizubotilenă (cauciuc natural) cu masa moleculară 150 și 200 și 15 mm grosime.

Dispozitive de măsurarea a vibrațiilor

Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S – lider mondial in domeniul aparaturii și aplicațiilor dedicate vibrațiilor și zgomotelor a adus pe piață un aparat portabil de măsurare a vibrațiilor umane:

Analizorul de vibratii umane tip 4447 vine în întampinarea cerintelor celor care doresc sa controleze  si sa reduca influenta dăunatoare a vibrațiilor externe asupra corpului uman in conformitate cu HG1876/2005.

Fig. 5.4 Analizor de vibrații umane tip 4447

Cu ajutorul analizorului de vibrații umane tip 4447 B&K putem măsura foarte usor vibrațiile din sistemul mână braț. Modul de fixare al aparatului pe instrumentul de muncă rezultă din figura 5.6, iar o imagine a intreg echipamentului de măsurare a vibrațiilor este arătat in figura 5.5.

Fig.5.5 Echipament de testare pentru vibrațiile sistemului mână-braț

Fig.5.6 Modul de fixare a accelerometrului în timpul procesului de măsurare a vibrațiilor din sistemul mână-braț

Pentru masurarea vibrațiilor din întreg corpul avem nevoie de următoarea instalație de testare:

Fig.5.7 a) Acelerometrul triaxial b) Adaptorul pentru măsurarea vibrațiilor ingregului corp: constructie și mod de fixare.

Figura 5.8 prezintă modul de realizare a unei instalații experimentale utilizând sistemul PIMENTO. Acest sistem, PIMENTO, permite realizarea de analize extinse , privind vibrațiile organismului uman, atât pentru sistemul mână-braț cât și pentru intregul corp. Aplicațiile incluse in programul de achiziție și prelucrare a datelor sunt in conformitate cu standardele in vigoare ISO 2631, ISO 8662, ISO 5349, permitând măsurarea vibrațiilor, calculul nivelurilor de accelerație și valorile dozei de vibrații.

Acest sistem PIMENTO este compus din:

software: analizor Pimento FFT P-4000-NP, analizor Pimento Octave P-4040-NP

hardware: sistem de achiziție și prelucrare a datelor pe patru canale P101DT4

senzori: accelerometru triaxial.

Fig. 5.8. Sistemul portabil de măsurare PIMENTO.

Fig. 5.9 Analiza vibrațiilor cu sistemul portabil de măsurare PIMENTO.

În figura 5.9 sunt afișate graficele care rezultă in urma măsurări vibrațiilor cu sistemul Pimento.

Capitolul 6

Concluzii

Avand in vedere condițiile de lucru in România și necesitatea oamenilor de a sta la ore suplimentare, chiar dacă incalcă unele dispoziții ale Protecșiei Muncii, îi face pe acestea să se expună mai mult decat este voie la factori care acționează asupra sănătății lor.

După cum știm sunt mulți pacienti care au nevoie de o proteză de mână, dar nu își permit sau nu se pot acomoda cu ea.

Modelarea și proiectarea oricărei proteze de membru superior se bazează pe analiza necesitătilor de mișcare ce decurg din anatomia fumcțională a membrului uman. Astfel este necesar să se studieze modelul membrului uman și apoi să se elaboreze și studieze modelul protezei.

Ca orice stiință și știința protezării a evoluat.La inceput am inlocuit mâna cu un carlig, apoi cu o mână care nu iși putea folosi degetele individual doar ca un ansamblu, apoi a urmat ,care esste si ultima inovație in domeniu, mâna bionică care iți permite folosirea fiecărui deget ca și cum ai avea mâna ta nu proteză.

Este foarte important să avem grijă de noi, chiar dacă suntem expuși zilnic la vibrații să avem un control periodic la medic pentru a preveni orice fel de boală. Este de preferat să avem noi grijă de noi să nu ajungem să aibă alții grijă de noi.

Un slogan foarte important al celor care se ocupă de Protecția Muncii este:

Vibrațiile „zdruncină” sănătatea.

Bibliografie

Niculescu T. Medicina muncii, Editura Medmun, București 2003

Sasz L.C Curs de Medicina Muncii, Universitatatea de Medicină și Farmacie Târgu Mureș, 2002

Griffin, M.J , Bovenzi M The diagnosis of disorders caused by hand-arm vibrations, Southampton Workshop 2000, Int. Arch. Occup. Environ Health 2002, nr 75

Simona Lache , D.B. Barbu Boli profesionale datorate influenței vibrațiilor asupra organismului uman, Editura Universității Transilvania din Brasov, 2008

Ioana Busuioceanu , I Magheti Comportarea sistemului mână-braț la vibrații.A XXVII-a Conferință națională de Mecanica solidelor, Pitești 23-24 mai 2003

Buzdugan Gh, Fetcu I, Radeș M Vibrații mecanice Ed. Didactică și pedagogică, București , 1982

Engstrom K, Dandanell R Exposure conditions and Raynaud’s phenomenon among riveters in the aircraft industry. Scand J Work Environ Healt 12.

http://www.envi.ro/WFP_512_v1.pdf

http://www.romcontrola.ro/upload/noutati%20enviro%20consult%20romcontrola%202009.pdf

http://www.zainea.com/body.htm

http://www.lmsintl.com/

http://osha.europa.eu/fop/romania/en/pdfs/normele_generale_de_protectie_a_muncii.pdf

http://images.google.ro/imgres?imgurl=http://www.codrosu.ro/wp-content/uploads/2009/02/artrita_reumatism_guta_tratament_natural.jpg&imgrefurl=http://www.codrosu.ro/scapa-de-reumatism-si-guta-tratamente-naturiste-artrita/&usg=__A4izycd5kX0eUfsIAuXSmYABdy8=&h=300&w=300&sz=18&hl=ro&start=2&um=1&tbnid=aOMkk2vDBe8jXM:&tbnh=116&tbnw=116&prev=/images%3Fq%3Dartrita%26hl%3Dro%26rlz%3D1W1ADBS_en%26sa%3DG%26um%3D1

Constantin Ursoniu, Mihai Toader, Buletin științific al Universității „Politenica” din Timișoara Modificări osteoarticulare datorate acțiunilor vibrațiilor mecanice transmise prin sistemul mână-braț.

Ioan Smicală, Liviu Bereteu, Vibrații mecanice cu apțicații, Editura Mirton Timișoara, 1993

Ioan Smicală, Ivan Orgovici, Mecanică Teorie și aplicații volumul II Cinematică, Timișoara 1993.

Ioan Smicală, Liviu Bereteu, Alexandru Tocarciuc, Mecanică și vibrații Teorie și aplicații, Ed Politehnica Timișoara, 2008

Anexe

Anexa 1

Direcțiile de acționare ale vibrațiilor mecanice asupra corpului omenesc

Fig.1 Direcțiile de acționare ale vibrațiilor mecanice asupra corpului omenesc

ax, ay, az ,accelerațiile după direcțiile x, y și z.

axa x de la spate spre piept

axa y de la dreapta spre stânga

axa z de la picioare spre cap

Anexa 2

Limite maxime admise pentru vibrațiile cu acțiune locală transmisă prin sistemul mână-braț.

Fig.2 Limite maxime admise pentru vibrațiile cu acțiune locală transmisă prin sistemul mână-braț: Ac. pentru o expunere regulată și continuă; Ai pentru o expunere intermitentă.

Anexa 3

Limite maxime admise pentru vibrațiile pe axa x și pe axa y (ax, ay) pentru locurile de muncă obișnuite, care necesită o solicitare neuropsihică și psihosenzorială crescută.

Fig. 3.. Limite maxime admise pentru vibrațiile pe axa x și pe axa y (ax, ay) pentru locurile de muncă obișnuite, care necesită o solicitare neuropsihică și psihosenzorială crescută.

Anexa 4

Limite maxime admise pentru vibrații pe axa Z (az) pentru locuri de muncă obișnuite care necesită o solicitare neuropsihică și psihosenzorială crescută.

Fig.4. Limite maxime admise pentru vibrații pe axa Z (az) pentru locuri de muncă obișnuite care necesită o solicitare neuropsihică și psihosenzorială crescută.

Anexa 5

Limite maxime admise pentru vibrațiile pe axa x și pe axa y (ax, ay) pentru locurile de muncă obișnuite, care necesită o solicitare neuropsihică și psihosenzorială normală.

Fig. 5 Limite maxime admise pentru vibrațiile pe axa x și pe axa y (ax, ay) pentru locurile de muncă obișnuite, care necesită o solicitare neuropsihică și psihosenzorială normală.

Anexa 6

Limite maxime admise pentru vibrații pe axa Z (az) pentru locuri de muncă obișnuite care necesită o solicitare neuropsihică și psihosenzorială normală.

Fig. 6. Limite maxime admise pentru vibrații pe axa Z (az) pentru locuri de muncă obișnuite care necesită o solicitare neuropsihică și psihosenzorială normală.

Anexa 7

Proiectarea protezei