Các biện pháp giảm bớt dao động không mong muốn tác động lên cơ thể người

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN ANH TUẤN CÁC BIỆN PHÁP GIẢM BỚT DAO ĐỘNG KHÔNG MONG MUỐN TÁC ĐỘNG LÊN CƠ THỂ CON NGƯỜI Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật Mã số TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI-2012 Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Cơ học ứng dụng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1.
- Nguyễn Anh Tuấn (2009) Nghiên cứu giảm rung cho công nhân sử dụng máy khoan khí nén cầm tay bằng bộ TCĐL kết hợp với phương tiện bảo vệ cá nhân.
- Nguyễn Văn Khang, Triệu Quốc Lộc, Nguyễn Anh Tuấn (2009) Phương pháp thực nghiệm đo đạc găng tay chống rung và một số kết quả nghiên cứu bước đầu.
- Nguyễn Văn Khang, Triệu Quốc Lộc, Nguyễn Anh Tuấn và cs (2009) Nghiên cứu bước đầu bộ TCĐL kết hợp với phương tiện bảo vệ cá nhân.
- Nguyễn Văn Khang, Triệu Quốc Lộc, Nguyễn Anh Tuấn và cs (2009) Nghiên cứu giải pháp giảm ảnh hưởng của rung động đối với công nhân vận hành máy khoan đá khí nén.
- Triệu Quốc Lộc, Nguyễn Anh Tuấn (2010) Thực nghiệm đo đạc, đánh giá một số mô hình cơ học giảm rung cho công nhân vận hành máy khoan đá khí nén.
- Nguyễn Văn Khang, Triệu Quốc Lộc, Nguyễn Anh Tuấn (2011) Áp dụng lý thuyết bộ TCĐL tính toán giảm rung cho một vài mô hình cơ – sinh học trong bảo hộ lao động.
- Vietnam Journal of Mechanics, (Đã có xác nhận chấp nhận đăng bài) MỞ ĐẦU Dao động vừa là người bạn vừa là kẻ thù của cơ thể con người.
- Mặt khác các dao động không mong muốn cũng gây ra những ảnh hưởng khó chịu, thậm chí là các bệnh rung tác động đến cơ thể con người.
- Trong luận án này sẽ nghiên cứu các biện pháp giảm bớt tác hại của dao động không mong muốn này.
- Cơ sở khoa học Dao động luôn luôn xuất hiện xung quanh chúng ta trong lao động, cũng như trong cuộc sống hàng ngày.
- Dao động của máy, công trình xây dựng, các phương tiện giao thông vận tải thường được gọi là rung động.
- Nhìn chung ảnh hưởng của rung động đối với cơ thể người được chia làm hai loại chính.
- Ảnh hưởng rung toàn thân - Ảnh hưởng rung cục bộ Với những nghiên cứu tổng quan về ảnh hưởng của rung động đến cơ thể con người ở trong và ngoài nước sẽ thấy rõ những ảnh hưởng của rung động đến cơ thể con người là vô cùng nghiêm trọng.
- Việc phát triển của xã hội, lấy chủ thể của phát triển là con người, đã ngày càng có nhiều các công trình nghiên cứu về những giải pháp cả về y học, dự phòng cũng như các giải pháp kỹ thuật nhằm bảo vệ con người khỏi những tác động xấu của rung động.
- Mục đích nghiên cứu của luận án Trong luận án cố gắng giải quyết hai vấn đề cơ bản sau đây.
- Bước đầu xây dựng lý thuyết chống rung bằng bộ tắt chấn động lực nhằm giảm rung cho một số bộ phận, đồng thời duy trì dao động ở một số bộ phận khác của cơ hệ.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu • Đối tượng nghiên cứu của luận án Với việc nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đối với cơ thể con người, qua đó sẽ tiến hành nghiên cứu các giải pháp giảm những rung động tác động đến cơ thể con người.
- Do đó, việc mô hình hóa cơ thể con người như một hệ Cơ – Sinh học sẽ là rất phù hợp và đã được nhiều đề tài nghiên cứu áp dụng.
- Từ việc mô hình hóa cơ thể con người tương tác với hệ cơ học của các đối tương chịu kích động rung khác để có những giải pháp nghiên cứu một cách có hiệu quả.
- Đối tượng nghiên cứu của luận án là các bộ tắt chấn động lực ứng dụng cho công tác giảm rung động đến cơ thể người lao động.
- Phạm vi nghiên cứu của luận án Việc xác định các thông số tối ưu của bộ tắt chấn động lực (TCĐL) là một vấn đề rất khó khăn bởi: việc bố trí lắp đặt bộ TCĐL ở đâu trên cơ hệ là hiệu quả nhất, các tham số của bộ TCĐL có phù hợp với điều kiện thực tế để lắp đặt hay không? các kích thước, khối lượng có phù hợp hay không? có gia công chế tạo được hay không? Vấn đề này là một khó khăn lớn thường gặp phải đối với các nhà nghiên cứu, thiết kế chế tạo.
- Trong luận án này sẽ phần nào giải quyết được các câu hỏi trên thông qua việc tính toán các tham số tối ưu của bộ TCĐL lắp cho hệ nhiều bậc tự do theo quy hoạch phi tuyến có ràng buộc bằng phương pháp chuỗi các dạng toàn phương.
- Từ việc ứng dụng thành công phương pháp này, sẽ làm cơ sở giúp ích cho các nhà thiết kế, chế tạo có công cụ hiệu quả trong việc tính toán các bộ TCĐL ứng dụng trong các giải pháp giảm rung.
- Phương pháp nghiên cứu Trên cơ sở tính toán khảo sát tối ưu các tham số của bộ TCĐL cho hệ dao động nhiều bậc tự do bằng phương pháp chuỗi các dạng toàn phương, tiến hành lựa chọn những phương án tối ưu để lắp đặt bộ TCĐL sao cho hiệu quả nhất.
- Thông qua việc mô hình hóa tương tác cơ thể con người như một hệ Cơ – Sinh, luận án đã áp dụng những kết quả của phần nghiên cứu tối ưu các tham số bộ TCĐL cho hệ nhiều bậc tự do để có những giải pháp giảm rung hiệu quả.
- Để thực hiện được nội dung nghiên cứu, luận án đã sử dụng các phương pháp: mô hình hóa cơ hệ dao động.
- áp dụng lý thuyết tối ưu phi tuyến có ràng buộc dạng quy hoạch chuỗi các dạng toàn phương thông qua việc sử dụng phần mềm Maple để tính toán tối ưu các tham số của bộ TCĐL một cách có hiệu quả và phù hợp với thực tế.
- Những kết quả mới đạt được - Đánh giá tổng hợp thực trạng ảnh hưởng của rung động đối với cơ thể con người thông qua các nghiên cứu của trong và ngoài nước.
- Tối ưu được các tham số bộ TCĐL cho hệ dao động nhiều bậc tự do, từ đó đưa ra những nhận xét khuyến nghị việc bố trí lắp đặt bộ TCĐL sao cho đạt hiệu quả mong muốn.
- Kết quả này có thể áp dụng trong những giải pháp giảm rung bằng bộ TCĐL trong một cơ hệ bất kỳ.
- Áp dụng các kết quả nghiên cứu về tối ưu tham số bộ TCĐL vào công tác giảm rung trong bảo hộ lao động nhằm bảo vệ sức khỏe con người.
- áp dụng vào việc thiết kế bộ TCĐL cho mô hình hệ người ngồi trên sàn rung và mô hình người đứng trên sàn rung chịu kích động rung toàn thân.
- áp dụng vào giải pháp giảm rung cho công nhân vận hành máy khoan đá khí nén.
- Chương 1 trình bầy tổng quan nghiên cứu về ảnh hưởng của rung động đến cơ thể con người.
- Chương 2 trình bầy việc tính toán tối ưu các tham số của bộ TCĐL cho hệ dao động nhiều bậc tự do bằng phương pháp quy hoạch chuỗi các dạng toàn phương, qua đó sẽ đánh giá nhận xét lựa chọn vị trí lắp đặt bộ TCĐL.
- Chương 3 trình bầy việc nghiên cứu thực nghiệm về hiệu quả giảm rung cho hệ dao động nhiều bậc tự do khi lắp bộ TCĐL, thông qua những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm sẽ là tiền đề cơ sở lý thuyết cho việc tính toán thiết kế các giải pháp giảm rung trong công tác bảo hộ lao động được trình bầy ở chương 4.
- Các kết quả chính của luận án được tóm tắt trong phần kết luận.
- Chương1: Tổng quan về ảnh hưởng của rung động đến cơ thể người Tác động của dao động đến cơ thể con người là một trong những bài toán quan trọng của các hệ Cơ – Sinh.
- Dao động trong các máy xoa bóp, đấm lưng.
- là những dao động tác dụng có lợi lên cơ thể người.
- Trong luận án này không đề cập đến vấn đề đó.
- Loại dao động tác dụng lên cơ thể người gây bệnh tật là loại bài toán ta quan tâm trong luận án này.
- Nhìn chung ảnh hưởng của dao động đến cơ thể con người có thể được chia thành hai loại chính: Ảnh hưởng của dao động toàn thân và ảnh hưởng của dao động cục bộ.
- Trong trường hợp thứ nhất, dao động tác dụng lên toàn cơ thể, làm cho toàn cơ thể bị dao động.
- Trong trường hợp thứ hai, dao động gây ra và chỉ làm cho từng bộ phận cơ thể bị dao động.
- đã tập trung đầu tư nghiên cứu giải quyết theo hai hướng cơ bản:Các biện pháp tổ chức và kỹ thuật.
- Ở Việt Nam đã có nhiều kết quả nghiên cứu thực sự có ý nghĩa, chứng tỏ sự quan tâm đánh giá đúng mức tính nguy hiểm, độc hại của tác động rung đối với người lao động và cũng chính vì vậy bệnh rung nghề nghiệp (cả rung cục bộ và rung toàn thân) đã được chính thức đưa vào danh mục bệnh nghề nghiệp được bảo hiểm ở nước ta.
- Tuy nhiên cũng phải nhận thấy rằng những công trình nghiên cứu về rung động đối với con người ở nước ta trong thời gian qua, chủ yếu tập trung vào khía cạnh y học.
- còn những nghiên cứu về giải pháp kỹ thuật thì vẫn ít và không hệ thống.
- Do đó cần phải được đầu tư nghiên cứu nhiều hơn nữa và phải nghiên cứu một cách toàn diện cũng như phải chú trọng một số vấn đề có tính đặc điểm riêng của con người và thực tế ở Việt Nam.
- Chương 2: Ảnh hưởng của vị trí lắp đặt bộ tắt chấn động lực đến tính chất dao động của hệ nhiều bậc tự do Bộ tắt chấn động lực (TCĐL) được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như các đường truyền tải điện, xe hơi, hàng không, giá đỡ quang học và máy động cơ quay.
- Về cơ bản, một bộ TCĐL là một hệ thống dao động phụ được lắp vào hệ dao động chính (kích thước lớn hơn hệ phụ) nhằm giảm các đáp ứng động lực học.
- Frahm đã sáng chế ra một bộ TCĐL đơn giản gồm một khối lượng - lò xo - giảm chấn vào năm 1911.
- Ngoài ra còn có thể ứng dụng bộ TCĐL để khử dao động áp suất trong hệ thống thủy lực.
- Tuy nhiên, việc xác định tính toán các tham số của bộ TCĐL (độ cứng, độ cản, khối lượng) là khá khó khăn.
- Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong việc thiết kế các bộ TCĐL yêu cầu không gian lắp đặt chật hẹp, cũng như thỏa mãn tính thiết kế được (gia công được, vật liệu sẵn 4 có.
- mà vẫn phải thỏa mãn hiệu quả giảm rung chấp nhận được.
- Từ thực tế này, Luận án sẽ đưa ra một phương pháp tính toán tối ưu các tham số và vị trí lắp đặt của bộ TCĐL thông qua phương pháp quy hoạch dẫy các dạng toàn phương (SQP).
- Với phương pháp đưa ra sẽ là công cụ hữu ích đối với các nhà thiết kế, chế tạo bộ TCĐL.
- Nội dung của phương pháp này là: 1) Thiết lập các phương trình đại số phi tuyến của nghiệm tối ưu bằng cách sử dụng các điều kiện cần của cực trị Kuhn - Tucker (KT) của bài toán tối ưu có ràng buộc.
- 2) Giải hệ phương trình đại số phi tuyến bằng phương pháp Newton (hoặc các dạng cải tiến của phương pháp Newton) tìm nghiệm tối ưu một cách gần đúng.
- Dưới đây trình bầy nội dung chính của phương pháp quy hoạch dẫy các dạng toàn phương giải bài toán quy hoạch phi tuyến có ràng buộc để giải bài toán này.
- =x xd hx J xd (2.60) Hàm L trong biểu thức (2.59) là hàm Lagrange của bài toán quy hoạch phi tuyến có ràng buộc (2.34.
- ()TLf=+=x λ x λhx 0 (2.61) Bây giờ ta xây dựng hàm Lagrange của bài toán quy hoạch tối ưu dạng toàn phương (2.59) với các ràng buộc (2.60.
- Từ đó suy ra nghiệm bài toán tối ưu (2.33) giải bằng phương pháp Newton tương đương với nghiệm bài toán tối ưu có dạng toàn phương (2.59) với các ràng buộc tuyến tính (2.60).
- Bài toán quy hoạch phi tuyến có ràng buộc bất đẳng thức Bài toán quy hoạch phi tuyến có ràng buộc bất đẳng thức được phát biểu như sau: Tìm véc tơ x làm cực tiểu hàm f(x) với các ràng buộc.
- Tính toán giảm dao động mô hình dao động nhiều bậc tự do Luận án đã tiến hành tính toán tối ưu các tham số của bộ TCĐL nhằm giảm dao động.
- Thông qua việc khảo sát các mô hình với việc thay đổi các vị trí đặt lực tác động, vị trí đặt bộ TCĐL đối với các mô hình dao động nhiều bậc tự do.
- Kết quả khảo sát hiệu quả giảm rung cho các mô hình được thể hiện qua bảng 2.25 và 2.26.
- Bảng 2.25: Tổng hợp tính toán lý thuyết mô hình ba bậc tự do Mô hình Vị trí đặt TCĐL Hiệu quả giảm rung.
- Biên độ dao động tăng lên.
- Biên độ dao động giảm đi 7 8 a) b) Hình 2.41: Sơ đồ bố trí bộ TCĐL cho mô hình nhiều bậc tự do a) Bộ TCĐL tại nguồn gây rung.
- b) Bộ TCĐL đặt xa nguồn gây rung Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu tính toán giảm rung cho một số mô hình dao động nhiều bậc tự do bằng bộ tắt chấn động lực có thể rút ra một số kết luận như sau.
- Ví trí lắp bộ TCĐL được gắn ngay tại nguồn gây rung thì hiệu quả giảm rung sẽ đạt cho toàn hệ.
- (Nguồn rung tại phần tử thứ i, nếu vị trí lắp bộ TCĐL tại phần tử thứ i thì hiệu quả giảm rung sẽ đạt trên toàn hệ.
- Vị trí bộ TCĐL ở xa nguồn rung hơn thì hiệu quả giảm rung sẽ đạt tại những thành phần tiếp sau tính từ vị trí gắn TCĐL.
- Nguồn rung tại phần tử thứ i, nếu vị trí lắp bộ TCĐL tại phần tử thứ (i+n) thì hiệu quả giảm rung sẽ đạt từ phần tử thứ (i+n) trở đi + Nguồn rung tại phần tử thứ i, nếu vị trí lắp bộ TCĐL tại phần tử thứ (i-n) thì hiệu quả giảm rung sẽ đạt từ phần tử (i-n) trở về trước - Những thành phần nằm bắt đầu từ nguồn gây rung đến vị trí trước thành phần lắp bộ TCĐL sẽ hoàn toàn chịu tác động trực tiếp của nguồn gây rung, thậm chí sẽ chịu ảnh hưởng của bộ TCĐL khi lắp vào do đó sẽ không đạt hiệu quả giảm rung theo yêu cầu.
- 1, 1)k ik n±=−sẽ có thể không đạt hiệu quả giảm rung do chịu tác động trực tiếp từ nguồn rung) Những nhận xét đó là cơ sở để áp dụng vào việc tính toán găng tay chống rung cũng như tính toán bộ TCĐL lắp cho sàn thao tác và ghế ngồi giảm rung, giảm rung cho hệ máy khoan đá khí nén ở chương 4.
- 9 Chương 3: Các nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của bộ TCĐL đối với tính chất của hệ dao động Trong chương 2 đã trình bầy kết quả mô phỏng số việc sử dụng bộ TCĐL để giảm dao động cho hệ tuyến tính nhiều bậc tự do.
- Trong chương này trình bầy các kết quả thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của bộ TCĐL đến tính chất của hệ dao động.
- Các kết quả thực nghiệm được so sánh với các kết quả mô phỏng số nhằm chứng minh tính chính xác của các kết quả mô phỏng số, thông qua đó sẽ tiến hành áp dụng cho các giải pháp giảm rung đối với công tác bảo hộ lao động trong chương 4.
- Tính toán thực nghiệm với mô hình đơn giản Luận án đã tiến hành thực nghiệm nghiên cứu đối với mô hình dao động có cản và không cản.
- Các kết quả nghiên cứu đánh giá giữa thực nghiệm và lý thuyết đạt độ tin cậy cao.
- Trong bản tóm tắt luận án sẽ đưa ra kết quả thực nghiệm cụ thể đối với mô hình hệ 1 bậc tự do chịu kích động động học có lắp bộ TCĐL, với các thông số đầu vào: m1 = 0,8 kg.
- k1 = 40.000 N/m Hình 3.2: Thử nghiệm mô hình TCĐL 1 bậc tự do Bảng 3.2: Kết quả thử nghiệm mô hình TCĐL hệ hai bậc tự do Tần số đánh giá (Hz) Tham số tối ưu bộ TCĐL Hiệu quả giảm rung.
- Tính toán thực nghiệm với mô hình giảm rung cho máy khoan đá khí nén trong phòng thí nghiệm Để tiến hành giảm rung cho máy khoan đá khí nén nhằm giảm thiểu rung động tác động đến cơ thể người công nhân vận hành, luận án tiến hành việc mô hình hóa mô hình dao động của máy khoan đá khí 10 nén như trong hình 3.21.a.
- Thông qua việc mô hình hóa một cách tương đối chính xác sẽ tiến hành tính toán các giải pháp giảm rung để từ đó thiết kế gia công và tiến hành thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, từ đó ứng dụng vào các giải pháp giảm rung thực tế một cách có hiệu quả.
- Thiết lập phương trình vi phân dao động Mô hình máy khoan đá khí nén được sử dụng cho chủng loại máy 7655 với các thông số sau: m0 - Khối lượng máy 27 kg (máy khoan 7655).
- c2, k2, m2 : Đặc trưng thông số động học của bộ TCĐL.
- dao động trên thân máy F(t.
- a) b) Hình 3.21: Mô hình cơ học bộ TCĐL lắp trên máy khoan khí nén thử nghiệm trong phòng thí nghiệm a) Không sử dụng bộ TCĐL.
- b) Sử dụng bộ TCĐL Xét mô hình dao động của máy khoan đá khí nén khi chưa lắp bộ TCĐL như hình 3.21.a, ta có phương trình vi phân dao động của hệ .
- (3.1) Phương trình dao động của mô hình máy khoan đá khí nén có dạng nghiệm sau.
- (3.3) Để giảm dao động ta sử dụng bộ TCĐL với khối lượng m2.
- độ cứng và cản của bộ TCĐL tương ứng k2, c2 được gắn vào tay cầm cách rung như hình 3.21.b.
- Tương tự trên, ta xác định được hệ phương trình đại số tuyến tính cho mô hình khi sử dụng bộ TCĐL, với biến là các phần tử của các véc tơ a và b .
- Biên độ dao động tại vị trí mi của hệ khi đã lắp TCĐL: 22.
- Như vậy để cực tiểu hóa biên độ dao động tại vị trí tay cầm m1 ta phải giải bài toán tối ưu bộ TCĐL thông qua tìm các giá trị m2, k2, c2 của bộ TCĐL để biên độ dao động 221 11R ab.
- là nhỏ nhất, khi đó dao động từ máy khoan sẽ truyền lên tay người là nhỏ nhất

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt