ГОСТ 31191.5-2007 Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 5. Вибрация, содержащая множественные ударные импульсы

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ
(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION
(ISC)

межгосударственный

стандарт

ГОСТ

31191.5-

2007

(ИСО 2631-5:2004)

Вибрация и удар

ИЗМЕРЕНИЕ ОБЩЕЙ ВИБРАЦИИ И ОЦЕНКА ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЧЕЛОВЕКА

Часть 5

Вибрация , содержащая множественные ударные импульсы

(ISO 2631-5:2004, MOD)

Москва

Стандартинформ

2008

Предисловие

Цели , основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0- 92 «Межгосударственная система стандартизации . Основные положения» и ГОСТ 1.2- 97 «Межгосударственная система стандартизации . Стандарты межгосударственные , правила , рекомендации по межгосударственной стандартизации . Порядок разработки , принятия , обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно - исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» на основе собственного аутентичного перевода международного стандарта , указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 183 «Вибрация и удар»

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации , метрологии и сертификации ( протокол № 31 от 8 июня 2007 г .)

За принятие проголосовали :

Краткое наименование страны по MK ( ИСО 3166) 004 - 97

Код страны по МК ( ИСО 3166) 004 - 97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Азербайджан

AZ

Азстандарт

Армения

AM

Минторгэкономразвития

Беларусь

BY

Госстандарт Республики Беларусь

Казахстан

KZ

Госстандарт Республики Казахстан

Кыргызстан

KG

Кыргызстандарт

Молдова

MD

Молдова - Стандарт

Российская Федерация

RU

Ростехрегулирование

Таджикистан

TJ

Таджикстандарт

Узбекистан

UZ

Узстандарт

Украина

UA

Госпотребстандарт Украины

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 2631-5:2004 «Вибрация и удар . Оценка воздействия общей вибрации на человека . Часть 5. Метод оценки вибрации , содержащей множественные ударные импульсы» ( ISO 2631-5:2004 « Mechanical vibration and shock - Evaluation of human exposure to whole - body vibration - Part 5: Method for evaluation of vibration containing multiple shocks » ) путем изменения содержания положений , объяснение которого приведено во введении к настоящему стандарту . Полный перечень технических отклонений в виде изменений в тексте стандарта приведен в приложении Е .

Международный стандарт разработан ИСО / ТК 108/ ПК 4 «Воздействие вибрации и ударов на человека» . Перевод с английского языка ( en ). Официальные экземпляры международных стандартов , на основе которых подготовлен настоящий межгосударственный стандарт и на которые даны ссылки , имеются в Ростехрегулировании .

Степень соответствия - модифицированная ( MOD )

5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 июля 2008 г . № 138- ст межгосударственный стандарт ГОСТ 31191.5 - 2007 ( ИСО 2631-5:2004) введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 октября 2008 г .

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация о введении в действие ( прекращении действия ) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты» .

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе ( каталоге ) «Национальные стандарты» , а текст изменений - в информационных указателях «Национальные стандарты» . В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»

Введение

Целью настоящего стандарта является установление метода , позволяющего количественно охарактеризовать влияние на здоровье человека общей вибрации , состоящей из множественных ударных импульсов . Такую вибрацию наблюдают , например , при движении машины по неровной поверхности , на судне во время шторма , на самолете при попадании в воздушную яму .

Долговременное воздействие ударных импульсов оказывает вредное воздействие , прежде всего , на поясничный отдел позвоночника . В приложении А приведено руководство по оценке влияния воздействия множественных ударов на здоровье человека .

Метод , установленный настоящим стандартом , основан на прогнозировании отклика концевых пластинок позвонков ( плотных тканей ) для прямосидящего человека , не имеющего патологических изменений позвоночника и костных тканей . При этом следует иметь в виду , что эпидемиологические обследования , в ходе которых прогнозная модель и метод оценки подверглись бы проверке , не проводились .

В приложении В рассматривается влияние воздействия множественных ударов и позы человека на межпозвоночные диски ( мягкие ткани ). В приложении С приведены основы расчета отклика позвоночника в вертикальном направлении z . В приложении D рассмотрены принципы построения и приведен пример компьютерной программы для расчета дозы вибрации .

По сравнению с примененным международным стандартом ИСО 2631-5:2004 в текст настоящего стандарта внесены следующие изменения :

- в раздел 2 добавлены ГОСТ 12.1.012 и ГОСТ ИСО 8041 ( перенесен из структурного элемента «Библиография» ), в которых приведены термины и определения , используемые в настоящем стандарте , а также ГОСТ ИСО 10326-1 ( перенесен из структурного элемента «Библиография» ), на который приведена ссылка в тексте стандарта ;

- в раздел 3 добавлены ссылки на ГОСТ 12.1.012 , ГОСТ ИСО 8041 и ГОСТ 31191.1 ;

- удален структурный элемент «Библиография» , содержащий труднодоступные источники .

Содержание

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины, определения и обозначения

3.1 Термины и определения

3.2 Обозначения

3.2.1 Обозначения величин

3.2.2 Обозначения, применяемые в подстрочных индексах

4 Измерение вибрации

5 Определение дозы ускорения реакции позвоночника

5.1 Общие положения

5.2 Расчет реакции позвоночника

5.2.1 Общие положения

5.2.2 Реакция позвоночника в горизонтальных направлениях (оси х и у)

5.2.3 Реакция позвоночника в вертикальном направлении (ось z)

5.3 Расчет дозы ускорения

5.4 Блок-схема расчета дозы ускорения

5.5 Соотношение между значением дозы ускорения и эффектом неблагоприятного воздействия вибрации на здоровье

Приложение А (обязательное) Руководство по оценке влияния множественных ударов на здоровье человека

Приложение В (справочное) Влияние воздействия множественных ударов и принимаемой позы на поясничный отдел позвоночника

Приложение С (справочное) Использование рекуррентной модели нейронной сети для получения оценки ускорения реакции поясничного отдела позвоночника на множественные удары в направлении оси z

Приложение D (справочное) Разработка компьютерных программ для расчета отклика и дозы ускорения

Приложение Е (справочное) Перечень технических отклонений от примененного международного стандарта ИСО 2631-5:2004

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Вибрация и удар

ИЗМЕРЕНИЕ ОБЩЕЙ ВИБРАЦИИ И ОЦЕНКА ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЧЕЛОВЕКА

Часть 5

Вибрация , содержащая множественные ударные импульсы

Vibration and shock. Measurement and evaluation of human exposure to whole-body vibration. Part 5. Vibration containing multiple shocks

Дата введения - 2008 - 10 - 01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает метод оценки воздействия множественных ударов , передаваемых через подушку сиденья оператора , и руководство по оценке влияния такого воздействия на здоровье человека ( см . приложение А ). Данный метод применяют , если объектом неблагоприятного воздействия является поясничный отдел позвоночника .

В соответствии с настоящим стандартом реакцию поясничного отдела позвоночника на механические воздействия рассчитывают исходя из предположения , что подвергающийся воздействию вибрации человек сидит, выпрямившись и не теряет контакт с подушкой сиденья в продолжение всего воздействия .

Примечание - Следствием различия в принимаемых позах будет различие в реакции позвоночника на множественные удары .

Ограничения применяемой расчетной модели приведены в 5.2. Метод , установленный настоящим стандартом , не применяют при оценке воздействия одиночных сильных ударов .

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты :

ГОСТ 12.1.012- 2004 Система стандартов безопасности труда . Вибрационная безопасность . Общие требования

ГОСТ ИСО 8041- 2006 Вибрация . Воздействие вибрации на человека . Средства измерений

ГОСТ ИСО 10326-1- 2002 Вибрация . Оценка вибрации сидений транспортных средств по результатам лабораторных испытаний . Часть 1. Общие требования

ГОСТ 24346- 80 Вибрация . Термины и определения

ГОСТ 31191.1- 2004 ( ИСО 2631-1:1997) Вибрация и удар . Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека . Часть 1. Общие требования

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов на территории государств по соответствующему указателю стандартов , составленному по состоянию на 1 января текущего года , и по соответствующим информационным указателям , опубликованным в текущем году . Если ссылочный стандарт заменен ( изменен ), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим ( измененным ) стандартом . Если ссылочный стандарт отменен без замены , то положение , в котором дана ссылка на него , применяется в части , не затрагивающей эту ссылку .

3 Термины, определения и обозначения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 12.1.012 , ГОСТ ИСО 8041 , ГОСТ 24346 и ГОСТ 31191.1 .

3.2 Обозначения

3.2.1 Обозначения величин

В настоящем стандарте использованы следующие обозначения величин :

a - ускорение ;

A - пиковое значение ускорения ;

c - постоянная величина ;

D - доза ускорения ;

f - частота ;

m - коэффициент дозы ;

R - множитель ;

s - перемещение ;

S - напряжение при сжатии ;

t - время ;

u - член в модели ускорения ;

v - скорость ;

w , W - коэффициенты в модели ускорения ;

ξ - коэффициент критического демпфирования ;

ω - угловая частота .

3.2.2 Обозначения, применяемые в подстрочных индексах

В настоящем стандарте использованы следующие обозначения , применяемые в подстрочных индексах :

d - суточный или ежедневный .

Пример - Время ежедневного воздействия td ;

е - эквивалентный .

Пример - эквивалентное статическое напряжение при сжатии Se ;

i , j - переменные , принимающие целочисленные значения ;

k - переменная , принимающая значения х , у или z ;

I - относящийся к поясничному отделу позвоночника ;

m - относящийся к измерениям .

Пример - Период измерений tm ;

n - собственный .

Пример - Собственная частота fn ;

s - относящееся к сиденью ;

u - предельный .

Пример - предельное напряжение Su ;

х , у , z - оси системы координат .

4 Измерение вибрации

Требования к измерению вибрации , включая направление измерений , положение датчиков вибрации , длительность измерений и представление результатов , - по ГОСТ 31191.1 ( раздел 5) . Требования к средствам измерений - по ГОСТ ИСО 8041 , точки измерений на сиденье и конструкции подушки сиденья - по ГОСТ ИСО 10326-1 .

Субъект испытаний должен быть пристегнут ремнем безопасности и сохранять свое положение неизменным в течение всей процедуры сбора данных .

При измерениях вибрации , содержащей множественные ударные импульсы , необходимо обеспечить регистрацию знака ( положительный или отрицательный ) сигнала ускорения .

Частота выборки сигнала , измеренного в направлениях х и у , должна быть достаточной для проведения анализа в диапазоне до 80 Гц . Вследствие особенностей модели преобразования ускорения в направлении z рекомендуется , чтобы частота выборки сигнала в этом направлении была кратна 160 отсчетам в секунду .

Длительность измерений должна быть достаточной , чтобы в нее были включены множественные ударные импульсы , типичные для исследуемого воздействия .

5 Определение дозы ускорения реакции позвоночника

5.1 Общие положения

Определение дозы ускорения для сигнала реакции позвоночника на входное воздействие состоит из следующих этапов :

- расчета реакции позвоночника ;

- подсчета числа максимумов в сигнале реакции позвоночника и определение их значений ;

- вычисления дозы ускорения на основе применения модели накопления усталостных повреждений Пальмгрена - Майнера .

5.2 Расчет реакции позвоночника

5.2.1 Общие положения

Оценку ускорений ( а l x , а l у , a l z ) позвонков поясничного отдела в направлениях х , у и z как результат отклика на входное воздействие ( a sx , a sy , a sz ), измеренного на подушке сиденья в направлении тех же базицентрических осей , осуществляют на основе прогнозных моделей .

Примечание - При накоплении дополнительных экспериментальных данных используемые модели могут быть пересмотрены и уточнены .

5.2.2 Реакция позвоночника в горизонтальных направлениях (оси х и у)

В направлениях х и у отклик позвоночника на входное воздействие можно приближенно считать линейным , описываемым системой с одной степенью свободы ( ОСС ) с сосредоточенными параметрами , имеющей следующие характеристики :

- собственную частоту f n = 2,125 Гц ( ω n = 13,35 с -1 );

- коэффициент критического демпфирования ξ = 0,22.

Отклик позвонков поясничного отдела а l к , м / с 2 , рассчитывают из уравнения движения системы ОСС

                                                      (1)

где k - подстрочный индекс , принимающий значения х или у ;

s sk и s l k - сигналы перемещения на подушке сиденья и позвонка поясничного отдела соответственно , м ;

v sk и v l k - сигналы скорости на подушке сиденья и позвонка поясничного отдела соответственно , м / с .

Приведенные выше значения резонансной частоты и критического коэффициента демпфирования для системы ОСС дают следующие значения коэффициентов модели в формуле (1): 2 ξω n = 5,87 с -1 и ω 2 n = 178 с -2 .

5.2.3 Реакция позвоночника в вертикальном направлении (ось z)

В направлении z отклик поясничного отдела позвоночника на входное воздействие является нелинейным и может быть представлен в виде рекуррентной модели нейронной сети .

Основы применения моделей такого вида рассмотрены в приложении С . Ускорение позвоночника поясничного отдела a l z , м / с 2 , в направлении z рассчитывают по формулам :

(2)

(3)

Коэффициенты моделей в формулах (2) и (3) определены для частоты выборки 160 отсчетов в секунду . Поэтому , если при сборе данных была использована другая частота выборки , эти данные необходимо пересчитать для значения частоты выборки 160 отсчетов в секунду .

Значения коэффициентов Wj и wji приведены в таблицах 1 и 2 соответственно .

Примечание - Большое число значащих цифр в коэффициентах таблиц 1 и 2 не свидетельствует о высокой точности получаемого прогноза , а обусловлено особенностями технологии преобразования данных нейронными сетями .

Таблица 1 - Коэффициенты модели в формуле (2) для движения в направлении z

W1

W2

W3

W4

W5

W6

W 7

W 8

57,96539

52,32773

49,78227

53,16885

56,02619

-27,79550

72,34446

21,51959

Таблица 2 - Коэффициенты модели в формуле (3) для движения в направлении z

Коэффициент
wji

Значение j

1

2

3

4

5

6

7

wj 1

0,00130

0,01841

-0,00336

0,01471

0,00174

0,00137

0,00145

wj 2

-0,00646

-0,00565

-0,00539

0,01544

-0,00542

0,00381

0,00497

wj 3

-0,00091

-0,02073

0,00708

-0,00091

0,00255

-0,00216

0,01001

wj 4

0,00898

-0,02626

0,00438

-0,00595

-0,00774

-0,00034

0,01283

wj 5

0,00201

0,00579

0,00330

-0,00065

-0,00459

-0,00417

-0,00468

wj 6

0,00158

0,00859

0,00166

0,00490

-0,00546

0,00057

-0,00797

wj 7

0,00361

0,00490

0,00452

0,00079

-0,00604

-0,00638

-0,00529

wj 8

0,00167

-0,00098

0,00743

0,00795

-0,01095

0,00627

-0,0341

wj 9

-0,00078

-0,00261

0,00771

0,00600

-0,00908

0,00504

0,00135

wj 10

-0,00405

-0,00210

0,00520

0,00176

-0,00465

-0,00198

0,00451

wj 11

-0,00563

0,00218

-0,00105

0,00195

0,00296

-0,00190

0,00306

wj 12

-0,00372

0,00037

-0,00045

-0,00197

0,00289

-0,00448

0,00216

wj 13

-0,31088

-0,95883

-0,67105

0,14423

0,04063

0,07029

1,03300

5.3 Расчет дозы ускорения

Дозу ускорения D , м / с 2 , в направлении k определяют по формуле

(4)

где A ik - значение i - го локального максимума в ускорении отклика a l k ( t ), м / с 2 ;

k - подстрочный индекс , принимающий значения х , у или z .

Под локальным максимумом понимают максимальное ( по модулю ) значение ускорения отклика на участке между двумя последовательными пересечениями нуля . Для направлений х и у учитывают максимальные ( по модулю ) значения разных знаков ( т . е . локальные максимумы и минимумы сигнала отклика ). Для направления z в расчет принимают только положительные значения сигнала , так как степень жесткости воздействия оценивают для условий сжатия позвоночного столба .

Поскольку в формулу (4) входят значения локальных максимумов , возведенных в 6- ю степень , те максимумы , значения которых относительно невелики ( отличается от наивысших значений в три и более раза ), дадут незначительный вклад при расчете дозы ускорения , поэтому ими можно пренебречь .

Для оценки влияния воздействия вибрации на состояние здоровья человека рекомендуется определять среднесуточную дозу ускорения D kd , м / с 2 , по формуле

(5)

где t d - длительность суточного воздействия , с ;

t m - период времени , для которого было получено значение D k , с .

Формулу (5) можно использовать , если вибрация на одном периоде измерений представительна для всей вибрации в течение суток . Если же вибрация в течение суток изменяет свой характер и включает два и более периода ( общим числом n ) с существенно разным уровнем вибрации , то общую суточную дозу ускорения следует рассчитывать по формуле

(6)

где t dj - длительность j - го периода воздействия вибрации в течение суток ;

t mj - период времени , для которого было получено значение D kj .

5.4 Блок-схема расчета дозы ускорения

Процедура расчета дозы ускорения приведена на рисунке 1.

Руководство по составлению программы расчета отклика и дозы ускорения приведено в приложении D .

Рисунок 1 - Блок - схема расчета дозы ускорения

5.5 Соотношение между значением дозы ускорения и эффектом неблагоприятного воздействия вибрации на здоровье

Руководство по оценке неблагоприятного воздействия повторяющихся ударов на основе расчета дозы ускорения приведено в приложении А . Настоящий стандарт устанавливает метод расчета отклика на входное вибрационное воздействие концевых пластинок позвонков ( плотных тканей ). Влияние множественных ударов в сочетании с позой сидящего человека на межпозвоночные диски ( мягкие ткани ) рассмотрено в приложении В .

Приложение А
(обязательное)
Руководство по оценке влияния множественных ударов на здоровье человека

А .1 Зависимость неблагоприятного воздействия вибрации на здоровье от значения дозы ускорения

Настоящее руководство распространяется на людей с нормальным состоянием здоровья , которые регулярно подвергаются воздействию вибрации , содержащей множественные ударные импульсы . Лица , которые прежде уже имели заболевания позвоночника , включая лиц , страдающих скрытым остеопорозом или другими схожими заболеваниями , могут быть в большей степени подвержены травматизму вследствие воздействия подобной вибрации . В настоящем руководстве приведена оценка поступательной вибрации в направлении осей х , у и z базицентрической системы координат , связанной с телом человека . Оно не распространяется на сильные одиночные удары наподобие тех , что имеют место во время дорожных происшествий и которые могут привести к травматическим последствиям .

Предполагается , что результатом многократно повторяющихся ударов является изменение давления в концевых пластинках поясничных позвонков , что с течением времени приводит к нарастанию усталостных процессов в тканях позвонков и , как следствие , к ухудшению состояния здоровья . Ключевыми факторами , которые необходимо принимать во внимание при рассмотрении вибрационного воздействия такого рода , являются число локальных максимумов сжатия позвоночника и количественные значения этих максимумов . Максимальная компрессия в позвоночнике зависит от антропометрических характеристик человека ( массы тела , размеров концевых пластинок ) и принимаемой им позы .

В число неблагоприятных факторов , связанных с длительным воздействием множественных ударов , входит повышенный риск повреждений нижней части поясничного отдела позвоночника и связанного с ним участка нервной системы . Чрезмерные механические напряжения , нарушения питания тканей диска и диффузионные процессы в них могут привести к дегенеративным процессам в поясничном сегменте . Воздействие вибрации и множественных ударов может вызвать также определенные эндогенные патологические изменения в позвоночнике .

Для оценки влияния изменений внутреннего давления применена модель Пальмгрена - Майнера . Из экспериментальных данных следует , что значение показателя Пальмгрена - Майнера изменяется в зависимости от вида биологической ткани и методологии испытаний в пределах от 5 до 14 для трубчатых костей и трабекул до 20 для хрящевых тканей . В целях оценки неблагоприятного воздействия вибрации на здоровье было выбрано умеренное значение показателя , равное 6.

Соотношение между расчетным изменением давления и расчетной общей толерантностью человека , подвергающегося воздействию вибрации , может быть использовано для оценки потенциального неблагоприятного эффекта этого воздействия . За основу был взят расчетный отклик концевых пластинок позвонков ( плотных тканей ). Оценку строят исходя из предположения , что человек находится в сидячем положении с выпрямленной спиной . Поза с наклоном или поворотом спины с большой вероятностью приведет к усилению неблагоприятного эффекта .

Влияние занимаемой позы и многократно повторяющихся ударов на межпозвоночные диски ( мягкие ткани ) рассмотрено в приложении В .

А .2 Оценка влияния на состояние здоровья

Использование биомеханической модели , построенной на основе экспериментальных данных , показывает наличие линейной связи между частью компрессионного напряжения , обусловленного воздействием ударных импульсов , и пиковыми значениями ускорения отклика в позвоночнике . Эквивалентное постоянное компрессионное напряжение S e , МПа , рассчитывают по формуле

( А .1)

где D k - доза ускорения в k - м направлении , м / с 2 ;

m к - коэффициенты , для которых рекомендованы следующие значения :

m х = 0,015 МПа /( м / с 2 ),

m у = 0,035 МПа /( м / с 2 ),

m z = 0,032 МПа /( м / с 2 ).

Доза суточного эквивалентного постоянного напряжения S ed может быть рассчитана из формулы ( А .1) подстановкой вместо D k дозы ускорения D kd для среднего суточного времени воздействия в соответствии с формулой (6)

( A .2)

В общем случае для оценки неблагоприятного влияния на здоровье , основанной на расчетных значениях дозы ускорения , может быть использован показатель R . Этот показатель следует определять на протяжении ряда лет , принимая во внимание изменение возраста человека ( и связанное с этим уменьшение прочности тканей ) и нарастающее время воздействия , по формуле

( A .3)

где N - число дней в году , когда имеет место воздействие вибрации ;

I - порядковый номер года ;

n - число лет , в течение которых имело место воздействие вибрации ;

с - постоянная , обусловленная статическим напряжением вследствие действия сил гравитации , МПа ;

S ui - предельная прочность для поясничного отдела позвоночника у человека в возрасте ( b + i ) лет , МПа ;

b - возраст , в котором началось воздействие вибрации .

Для позы , которую обычно принимает водитель во время управления транспортным средством , типичным считают значение с = 0,25 МПа .

Значение S ui зависит от плотности костной ткани позвонка , которая обычно с возрастом уменьшается . В результате лабораторных исследований было получено следующее соотношение между величинами Sui , МПа , и возрастом ( b + i ), годы :

S ui = 6,75 - 0,066( b + i).                                                                            ( А .4)

В условиях большой индивидуальной изменчивости принято считать , что при R < 0,8 вероятность неблагоприятного воздействия вибрации с множественными импульсами на здоровье человека мала , а при R > 1,2 - велика .

Последовательные расчеты в соответствии с формулой ( А . 3 ) показывают , что человек , на которого воздействие вибрации началось в 20- летнем возрасте ( b = 20), достигнет значения R = 0,8 к 65 годам ( n = 45) в случае , если суточная доза воздействия S ed будет равна 0,5 МПа . Для того же человека к 65 годам значение R достигнет 1,2, если суточная доза воздействия S ed будет равна 0,8 МПа . При расчетах было использовано предположение , что человек подвергается воздействию вибрации 240 дней в году ( N = 240). Если значение иное , то соответствующие предельные значения для S ed будут получены умножением числа 0,5 ( или 0,8) на коэффициент (240/ N )1/6.

Примечание - По мере накопления опыта применения настоящего стандарта значения S ed , сопровождающие соответствующие эффекты изменения состояния здоровья человека , могут быть уточнены .

Процедура оценки неблагоприятного влияния вибрации на здоровье человека на основе расчета дозы ускорения приведена на рисунке А .1.

А . 3 Пример оценки неблагоприятного влияния вибрации на здоровье

Измерения проводили в течение 2,5 мин на месте сиденья водителя внедорожного транспортного средства во время его движения .

Реакция позвоночника рассчитана в соответствии с формулами (1), (2) и (3). На рисунке А .2 показаны входной сигнал и расчетный сигнал отклика в направлении х на периоде времени от 75 до 80 с .

Для расчета дозы ускорения в соответствии с формулой (4) были определены локальные максимумы и минимумы отклика для направлений х и у и локальные максимумы отклика для направления z .

Значение дозы на периоде записи 2,5 мин было рассчитано как корень 6- й степени от суммы значений локальных максимумов ( по модулю ), возведенных в 6- ю степень . В результате получено :

D x, 2,5 min = 8,6 м /c2;

D y , 2,5 min = 13,6 м/с2;

D z , 2,5 min = 7,26 м / с 2 .

В предположении , что запись сигнала ускорения является типичной для условий , в которых работает водитель транспортного средства , и что воздействие вибрации имеет место в среднем в течение 30 мин за рабочий день , из формулы (5) можно получить значение средней суточной дозы ускорения :

D xd = 8,6 (30/2,5)1/6 = 13,0 м / с 2 ;

D yd = 13,6 (30/2,5)1/6 = 20,6 м / с 2 ;

D zd = 7,2 (30/2,5)1/6 = 10,9 м / с 2 .

* Если число дней воздействия вибрации в году существенно отличается от 240, то числовое значение следует умножить на коэффициент (240/ N )1/6.

Рисунок А .1 - Блок - схема оценки неблагоприятного влияния вибрации на здоровье человека

По формуле ( А .2) определяют суточное эквивалентное постоянное напряжение :

S ed = [(0,015 × 13,0)6 + (0,035 × 20,6)6 + (0,032 × 10,9)6]1/6 = 0,72 МПа .

Результат показывает , что данные условия воздействия вибрации являются средними (0,5 МПа < S ed < 0,8 МПа ) с точки зрения вреда здоровью человека , который подвергался подобному воздействию все годы своей работы по данной профессии .

Рисунок А .2 - Входное ускорение и отклик спинного отдела позвоночника в направлении х на участке времени от 75 до 80 с общего периода измерения вибрации

Приложение В
(справочное)
Влияние воздействия множественных ударов и принимаемой позы на поясничный отдел позвоночника

Исследования показали , что межпозвоночные диски , связки и мышцы ( мягкие ткани ) подвержены риску травматических последствий в результате многократного воздействия механических ударов по следующим причинам :

a ) поза сидящего человека может вызвать появление механического напряжения в межпозвоночных дисках ;

b ) различие в позах может оказать влияние на отклик в ответ на воздействие множественных ударов , так что реальный отклик не будет соответствовать используемой расчетной модели ;

c ) межпозвоночный диск может изменять внутреннее давление , смягчать боль , усиливать ее или изгибаться ( перекашиваться ) под воздействием многократных приложений нагрузки ;

d ) сегмент межпозвоночной области , приводимый в движение , зависит от того , насколько правильно работает нервно - мышечный аппарат активной и пассивной стабилизации , препятствующий изгибанию ( перекашиванию ) дисков ;

e ) удар может вызывать неприятные ощущения , быть внезапным , неожиданным , и потому вызывать чрезмерную реакцию мышечного аппарата ;

f ) удар , особенно многократно повторенный , может привести к изгибу ( перекосу ) в сегменте движения вследствие неспособности нервно - мышечного аппарата среагировать достаточно быстро , чтобы компенсировать внешнее воздействие .

Приложение С
(справочное)
Использование рекуррентной модели нейронной сети для получения оценки ускорения реакции поясничного отдела позвоночника на множественные удары в направлении оси z

Экспериментальные исследования показали , что использование линейной модели для расчета отклика на входное воздействие поясничного отдела позвоночника , откалиброванной при низком уровне входной вибрации , приводит к заниженным результатам , если уровень входной вибрации возрастает . Более точные результаты позволяет получить использование нелинейных моделей . Для нахождения оценки ускорения реакции поясничного отдела позвоночника на входное воздействие на подушке сиденья в направлении z использована рекуррентная модель нейронной сети ( РНС ). Данная модель рассчитана для человека , сидящего в свободной позе , выпрямившись , без опоры на спинку сиденья .

Искусственная нейронная сеть представляет собой компиляцию алгоритмов , позволяющих построить модель неизвестной системы по известным сигналам входа и выхода [ см . формулы ( 2) и ( 3)]. Структура модели представляет собой некоторое число взаимодействующих элементов или нейронов . Каждый нейрон после поступления на вход воздействия с соответствующим весом осуществляет его нелинейное преобразование в выходной сигнал uj ( t ).

Систему описывают набором весовых коэффициентов w ij получаемых в ходе обучающих экспериментов . Общий выход системы представляет собой линейную сумму взвешенных выходов каждого элемента ( нейрона ). В РНС реализована обратная связь через подачу на вход выходных сигналов с задержкой alz ( t - i ). Таким образом , входные сигналы сети представляют собой совокупность задержанных входных сигналов системы ( ускорение на подушке сиденья a sz ) и задержанных выходных сигналов сети ( al z ). Поскольку каждый выходной сигнал является функцией всех предшествующих входных и выходных сигналов , РНС представляет собой существенно нелинейный фильтр с бесконечной импульсной характеристикой .

Обучение РНС проводилось для вибрации и ударов в направлении z в диапазоне амплитуд от -20 до 40 м / с 2 и в диапазоне частот от 0,5 до 40 Гц . Нелинейность модели и соответственно невозможность ее экстраполяции на другие диапазоны ограничивает область применения метода , установленного настоящим стандартом .

Приложение D
(справочное)
Разработка компьютерных программ для расчета отклика и дозы ускорения

D .1 Общие положения

Расчет ускорения отклика а l к по сигналам ускорения a sk в направлениях х и у может быть осуществлен с помощью любых программ , предназначенных для вычисления ударного спектра процесса . Для расчета дозы ускорения в направлении z стандартной программы не существует , но ее можно написать с помощью стандартных математических приложений . Пример такой программы , написанной в MATLAB ® , приведен в разделе D .3.

D .2 Тестовый пример

Настоящий пример может быть использован для проверки работоспособности программы . Входной сигнал ускорения ask ( t ) на подушке сиденья для каждого из трех направлений измерений представляет собой кусочно - линейную функцию , состоящую из шести отрезков прямых . Каждый отрезок описывается линейной функцией a sk ( t ) = c 1 t + с 2 . Значения коэффициентов c 1 и с 2 указаны в таблице D .1. Расчет реакции поясничного отдела позвоночника должен дать результат в виде функций , изображенных на рисунке D .1.

Таблица D .1 - Кусочно - линейная функция тестового сигнала

Номер отрезка функции

c 1 , м / c 3

с 2 , м / с 2

Диапазон изменения t , c

1

40

0

0 ≤ t ≤ 0,05

2

0

2

0,05 < t ≤ 0,2

3

-20

6

0,2 < t ≤ 0,4

4

0

-2

0,4 < t ≤ 0,5

5

40

-22

0,5 < t ≤ 0,55

6

0

0

0,55 < t ≤ 2

а ) Входной сигнал ускорения на подушке сиденья

Рисунок D .1 - Тестовая входная функция и расчетные отклики , полученные в результате использования компьютерной программы ( указаны значения основных локальных экстремумов в м / с 2 ) ( лист 1)

Рисунок D .1 - Тестовая входная функция и расчетные отклики , полученные в результате использования компьютерной программы ( указаны значения основных локальных экстремумов в м / с 2 ) ( лист 2)

D .3 Пример программы для MATLAB ®

function SpineAcc(path, xfile, yfile, zfile)

%SpineAcc: Calculates the human response of the spine, alx, aly and alz, and also Dx, Dy and Dz,

% from acceleration measurements in the seat.

%path: Directory in which the measurement files are located.

%xfile, yfile, or zfile: ASCII file with a time vector in the first column and the measurement result in the х -, у - or

% z-direction, asx, asy, or asz, in the second column.

%If any of the filenames is given as an empty string '' , calculations will not be performed in that direction.

%subfunction calls

if xfile ~ "

figure(1)

clf

SpineAccXY(path, xfile, ' x ' );

end

if yfile ~ "

figure(2)

clf

SpineAccXY(path, yfile, ' y ' );

end

if zfile ~ "

figure(3)

clf

SpineAccZ(path, zfile);

end

function SpineAccXY(path, file, XorY)

%SpineAccXY: Calculates the human response of the spine, alx, aly, Dx and Dy from acceleration

% measurements in the seat. The result is stored in the file_al.txt, along with the time

vector.

%load input file

as=load([path,file, ' .txt']);

%separation of input time data measurement data

time=as(:,1);

as=as(:,2);

%calculation of al(t)

a=[1,-1.957115,0.963949];

b=[0.0192752,0.00433451,-0.0167763];

a1=filter(b, a, as);

%call the function CountPeaks to cakculate Dk

Dk=CountPeaks(a1, XorY);

%plot the result

plot (time, a1)

title (file)

legend(['D ' XorY, ' =', num2str(Dk)], 1)

%add the time column to the calculated response and the calculated value Dk to the last row and second

%column

a1=[time, a1; 0 Dk];

eval (['save', path, file, '_al. txt a1 -ascii -tabs'])

function SpineAccZ (path, zfile)

%SpineAccZ: Calculates the human response of the spine, alz and Dz from acceleration measurements in

% the seat. The result is stored in the file zfile_al.txt, along with the time vector.

%path: Directory in which measurement files are located.

%zfile: ASCII file with a time vector in the first column and the measurement result, asz, in the

% second column.

%load input file

asz=load ([path, zfile,'. txt']);

(['save', path,file, '_al.txt alz-ascii-tabs'])

%separation of input time data and measurement data

time=asz(:, 1);

asz=asz(:, 2);

%extension of asz with 8 samples

asz=[0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; asz];

%preallocation of memory

alz=zeros (size (asz));

x=zeros (length (asz), 7);

%constants

w=[0.00130 0.01841-0.00336 0.01471 0.00174 0.00137 0.00145;

-0.00646-0.00565-0.00539 0.01544-0.00542 0.00381 0.00497;

-0.00091 0.02073 0.00708-0.00091 0.00255-0.00216 0.01001;

0.00898-0.02626 0.00438-0.00595-0.00774-0.00034 0.01283;

0.00201 0.00579 0.00330-0.00065-0.00459 -0.00417-0.00468;

0.00158 0.00859 0.00166 0.00490-0.00546 0.00057-0.00797;

0.003610.00490 0.00452 0.00079-0.00604-0.00638-0.00529;

0.00167-0.00098 0.00743 0.00795-0.01095 0.00627-0.00341;

-0.00078-0.00261 0.00771 0.00600-0.00908 0.00504 0.00135;

-0.00405-0.00210 0.00520 0.00176-0.00465-0.00198 0.00451;

0.00563 0.00218-0.00105 0.00195 0.00296-0.00190 0.00306;

-0.00372 0.00037-0.00045-0.00197 0.00289-0.00448 0.00216;

-0.31088-0.95883-0.67105 0.14423 0.04063 0.07029 1.0330];

w= [57.96539 52.32773 49.78227 53.1688556.02619-27.79550 72.34446, 21.51959];

%calculation of alz(t)

for t = (9: 1ength (asz));

for j=1:7

x(t, j) = sum(alz (t - 1:-1 : t - 4).*w(1 : 4, j)) + sum(asz(t-1 : -1 : t-8).*w(5:12, j))

+w(13, j);

x(t, j) = tanh (x(t, j));

end

alz(t) = sum(W(1 : 7). *x(t, 1 : 7)) +W(8);

end

alz=alz(9:1ength (asz));

%call the function CountPeaks to calculate Dz

Dz=CouhtPeaks (alz,'z');

%plot the result in figure 3

plot (time, alz)

title (zfile)

legend ([' Dz =', num2str(Dz)], 1)

%add the time column to the calculated response and the calculated value Dz to the last row and second

%column

alz=[time, alz; 0 Dz);

(['save', path, zfile,'_al. txt alz-ascii -tabs'])

function Dk=CountPeaks (alk, xyz)

%CountPeaks: Calculates Dk from the input signal alk.

%Dk: Calculated output value Dk.

%alk: Input vector: One column with the response alk.

%xyz: String expression: ' x ' ' у ' or 'z' depending on which direction the input vector represents.

Dk=0;

i=1;

id1=1;

id2=1;

%set the array pointers id1 and id2 each time signal changes sign (+/-) and find the maximum between id1 and

%id2

for i=1 : 1ength (alk)-1

if (((alk (i) > 0) & (alk (i + 1) < 0)) | ((alk (i) < 0) & (alk (i + 1) > 0)))

id2=i;

if alk(id2)<0

[mx, ind]=min((alk(id1 : id2)));

if((xyz=='z') | (xyz=='Z'))

mx=0;

end

else

[mx, ind] =max ((alk (id1 : id2)));

end

Dk=Dk+mx ^ 6;

id1=id2;

end

end

Dk = Dk ^ (1/6)

Приложение Е
(справочное)
Перечень технических отклонений от примененного международного стандарта ИСО 2631-5:2004

Таблица Е .1

Раздел , подраздел , пункт , подпункт , таблица , приложение

Модификация

2 Нормативные ссылки

Дополнен ссылкой на ГОСТ 12.1.012 - 2004 «Система стандартов безопасности труда . Вибрационная безопасность . Общие требования» .

Ссылка на «ИСО 2041:1990 Вибрация и удар . Термины и определения» заменена ссылкой на ГОСТ 24346 - 80 1) «Вибрация . Термины и определения» .

Ссылка на «ИСО 2631-1:1997 Вибрация и удар . Оценка воздействия общей вибрации на человека . Часть 1. Общие требования» заменена ссылкой на ГОСТ 31191.1 - 2004 2) «Вибрация и удар . Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека . Часть 1. Общие требования» .

Ссылка на «ИСО 5805:1997 Вибрация и удар . Воздействие на человека . Термины и определения» исключена .

Ссылка на «ИСО 8041:2005 Воздействие вибрации на человека . Средства измерений» заменена ссылкой на « ГОСТ ИСО 8041- 2006 3) Вибрация . Воздействие вибрации на человека . Средства измерений» .

Ссылка на «ИСО 10326-1:1992 Вибрация . Метод оценки вибрации сидений транспортных средств в условиях лабораторных испытаний . Часть 1. Общие требования» заменена ссылкой на « ГОСТ ИСО 10326-1 :20023) Вибрация . Оценка вибрации сидений транспортных средств по результатам лабораторных испытаний . Часть 1. Общие требования»

Библиография

Структурный элемент исключен

1) Степень соответствия - NEQ .

2) Степень соответствия - MOD .

3) Степень соответствия - IDT .

Ключевые слова : вибрация , удары , общая вибрация , оценка , позвоночник , модель , нейронная сеть

Еще бесплатно скачать

Рейтинг:
  • Итоги рейтинга 1.00/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
1.0/5 (1 голос)

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить