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 INTERSTATE COUNCIL FOR
STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION |
|
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
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
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 |
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,
if((xyz=='z') | (xyz=='Z'))
mx=0;
end
else
[mx,
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