Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav lesnické a dřevařské techniky ____________________________________________________________
Rozbor změn technických a hygienických parametrů přenosných řetězových pil působených použitím pilového řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků
Bakalářská práce
______________________________________________________________________ 2011/2012
Pavel MAŤÁTKO
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Rozbor změn technických a hygienických parametrů přenosných řetězových pil působených použitím pilového řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora Mendelovy univerzity v Brně o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem dle řádné kalkulace.
V Brně, dne 2.5.2012
Pavel MAŤÁTKO
Poděkování: Děkuji vedoucímu bakalářské práce Ing. Pavlu Nevrklovi za pomoc, cenné rady a připomínky a odbornou pomoc, které mi poskytoval během řešení této bakalářské práce.
Jméno: Pavel MAŤÁTKO Název práce: Rozbor změn technických a hygienických parametrů přenosných řetězových pil působených použitím pilového řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků. Abstrakt: Práce se v první části zabývá teoretickým zpracováním problematiky omezujících vlivů přenosné řetězové pily působících na člověka, udáním hygienických limitů a stanovením metodiky měření. V další části je pak zaměřena na laboratorní zjištění technických a hygienických parametrů řetězů s nestejnou roztečí a jejich porovnání s řetězem sériové výroby. Výsledkem jsou tabulky s naměřenými hodnotami, tabulky porovnávající vypočítané hodnoty a slovní porovnání s hygienickými limity udávanými v právních předpisech vztahujících se k dané problematice. Klíčová slova: Pilový řetěz, rozteč řezacích článků, vibrace, hygiena práce
Author: Pavel MAŤÁTKO Title: Analysis of changes of technical parameters and hygiene of transferable chainsaws caused by using chain with unequal spacing of cutting articles Abstract: The first part of this thesis deals with theoretical issue of limiting effects of transferable chainsaws processing on humans, indicating the hygienic limits and providing measurement methodology. The next section is focused on technical and laboratory findings hygienic parameters of chains with unequal spacing and comparing them with mass-produced chains. The results are tables with the measured values, tables witch comparing calculated values and a verbal comparison with the indicated hygienic limits in the legislation relating to that issue. Keywords: Chain saw, spacing of cutting articles, vibration, work hygiene
Obsah
1.
ÚVOD .................................................................................................................. - 9 -
2.
CÍL PRÁCE ...................................................................................................... - 10 -
3.
TEORETICKÝ PŘÍSTUP K PROBLEMATICE ......................................... - 11 3.1.
3.1.1.
Charakteristika vibrací ........................................................................ - 11 -
3.1.2.
Termíny charakterizující vliv vibrací na člověka a jeho biodynamiku - 11 -
3.1.3.
Termíny vztahující se k měření vibrací a výpočtu jejich hodnot......... - 14 -
3.1.4.
Přípustné hygienické hodnoty expozice vibracím ................................ - 15 -
3.1.5.
Prostředky a postupy ke snížení příjmu vibrací ................................... - 16 -
3.2.
4.
NEMOCI ZPŮSOBENÉ VIBRACEMI PŘENOSNÉ MOTOROVÉ PILY ..................... - 18 -
3.2.1.
Profesionální syndrom karpálního tunelu (PSKT) .............................. - 18 -
3.2.2.
Sekundární Raynaudův syndrom ......................................................... - 19 -
MĚŘENÍ ........................................................................................................... - 21 4.1.
PROSTŘEDKY POTŘEBNÉ PRO LABORATORNÍ MĚŘENÍ ................................... - 21 -
4.1.1.
Motorová pila ...................................................................................... - 21 -
4.1.3.
Zkušební materiál ............................................................................... - 23 -
4.1.4.
Počítač ................................................................................................. - 24 -
4.1.5.
Akcelerometr ........................................................................................ - 24 -
4.1.6.
Otáčkoměr ............................................................................................ - 25 -
4.2.
5.
VIBRACE ....................................................................................................... - 11 -
POSTUPY PRO LABORATORNÍ MĚŘENÍ .......................................................... - 25 -
4.2.1.
Upevnění akcelerometru ...................................................................... - 26 -
4.2.2.
Kalibrace akcelerometru ..................................................................... - 28 -
4.2.3.
Směr, místo a podmínky měření ........................................................... - 28 -
4.2.4.
Měření hodnot ..................................................................................... - 30 -
4.2.5.
Všeobecně ............................................................................................ - 31 -
4.2.6.
Námi zaznamenaná data a informace .................................................. - 31 -
VÝSLEDKY ...................................................................................................... - 33 5.1.
PŘEHLED NAMĚŘENÝCH HODNOT ................................................................. - 33 -
5.2.
INTERPRETACE NAMĚŘENÝCH HODNOT ........................................................ - 36 -
5.2.1.
Porovnání naměřených hodnot podle chodu motoru ........................... - 36 -
5.2.2.
Porovnání ekvivalentních souhrnných hodnot vibrací ........................ - 37 -
5.3.
VÝPOČET EXPOZIČNÍHO LIMITU VLIVU VIBRACÍ ........................................... - 39 -
6.
DISKUZE .......................................................................................................... - 42 -
7.
ZÁVĚR .............................................................................................................. - 44 -
8.
SUMMARY ....................................................................................................... - 45 -
9.
POUŽITÉ ZDROJE ......................................................................................... - 46 -
10.
PŘÍLOHY ...................................................................................................... - 48 -
1.
Úvod Jako ve všech odvětvích lidské činnosti, tak i v lesním hospodářství dochází
k neustálému výzkumu a vývoji, který má za úkol snížit nebo eliminovat lidskou práci a její škodlivé faktory. V lesním hospodářství se jedná v současnosti především o vývoj a výzkum v oblasti těžby, konkrétně harvestorových technologií a přenosných řetězových pil a jejich pilových řetězů v motomanuální těžbě. Harvestorové technologie v posledních letech zaujímají stále větší procento těžby, ale převažující způsob těžby je stále motomanuální, který však klade vyšší fyzické nároky na obsluhu. Je s podivem, že v České republice, která se řadí se svou vysokou lesnatostí 33,8% na jedenácté místo mezi zeměmi Evropské unie, se výzkumem a vývojem v této oblasti zabývají v podstatě jen studenti a pracovníci lesnických vzdělávacích ústavů. Zahraniční výrobci pro svou potřebu provádí výzkumy zaměřené na zvýšení pohodlí a bezpečnosti práce, ať už se jedná o získávání lehčích, odolnějších a trvanlivějších materiálů, vývoj antivibračních a dalších bezpečnostních prvků nebo o snížení emisí hluku, výfukových plynů apod. Výzkumu v oblasti motorových pil se dostává většího prostoru z hlediska širokého spektra jejich možného využití - profesionální pily určené pro úkony v lesním hospodářství, hobby pily pro zahrádkáře, speciální pily pro práci v arboristice apod. Opomíjen by však neměl být výzkum v oblasti pilových řetězů, který je stejně starý jako výzkum motorových pil, avšak prošel již svými nejzákladnějšími fázemi, jako je vývoj ideálního tvaru řezacího zubu, úhlu ostření, snížení omezovací patky, rozteče apod. Dnešní tendr ve výzkumu pilových řetězů je zaměřen především na materiál. Všechny vyjmenované aspekty směřují k zajištění optimálních podmínek pro obsluhu a jejího komfortu. Firmy zabývající se výrobou motorových pil ze zákona musí u svých výrobků uvádět hladinu hluku a zrychlení vibrací. Tyto údaje neslouží jen výrobcům, ale především uživatelům a zaměstnavatelům, kteří na základě těchto údajů mohou přijmout organizační opatření zaměřená na snížení expozice vibracím a tím zabránění vzniku nemocí z povolání způsobených vibracemi. Laboratorní zjišťování velikostí vibrací všemožně upravovaných pilových řetězů (např. různými úhly ostření, snížením omezovací patky atd.) a porovnávání s mírou vibrací udávaných výrobcem, či laboratorně zjištěných se sériově vyráběným řetězem, patří dnes do oblasti experimentů prováděných na lesnických vzdělávacích ústavech.
-9-
Cíl práce
2.
Cílem této bakalářské práce je změřit a zanalyzovat technické a hygienické parametry pilových řetězů s nestejnou roztečí řezacích článků. Cesta k tomuto cíly se dá rozdělit na několik úrovní:
Teoretická příprava:
studium problematiky a vytvoření literárních
rešerší k danému tématu – termíny, teorie pracovních postupů, udání limitních hodnot z hygienických předpisů apod.
Technická část:
sestrojení řetězů s nestejnou roztečí, příprava na měření,
vlastní měření a zaznamenávání hladiny zrychlení vibrací na rukojetích.
Zhodnocení:
výpočet hodnot pro obě rukojeti při použití každého
jednoho měřeného řetězu, jejich vzájemné porovnání a zhodnocení a porovnání s platnými limity, které udávají hygienické předpisy.
- 10 -
3.
Teoretický přístup k problematice
3.1.
Vibrace
3.1.1. Charakteristika vibrací Mechanické kmitání kolem rovnovážné polohy; kmitání může být periodické nebo náhodné. (ČSN ISO 2041 – Vibrace, rázy a monitorování stavu - Slovník, 2010) Vibrace vznikají v důsledku vybuzení dynamických sil při provozu jakéhokoliv stacionárního nebo mobilního strojního zařízení používaného v řadě průmyslových oborů (např. strojírenství, hutnictví, hornictví, stavebnictví), zemědělství, dopravě atd. Vhodným příkladem zdrojů vibrací mohou být ruční mechanizovaná nářadí s pneumatickým, hydraulickým nebo elektrickým pohonem, nebo stroje či dopravní prostředky. (4.4.2012, http://www.szu.cz/tema/pracovni-prostredi/vibrace-prenasene-na-cloveka) Vibrace jsou definovány svou velikostí a frekvencí. Velikost vibrací je možné vyjádřit vibračním posunem (v metrech), vibrační rychlostí (v metrech za sekundu) nebo vibračním zrychlením (v metrech za sekundu na druhou neboli v m/s2). Jelikož ovšem většina snímačů vibrací poskytuje výstupní údaje spojené se zrychlením, popisují se vibrace tradičně pomocí zrychlení. (Evropská komise, 2008)
3.1.2. Termíny charakterizující vliv vibrací na člověka a jeho biodynamiku Vibrace působící na člověka se dělí podle svého směrového (osy x, y, z) nebo úhlového působení na člověka jako celek nebo na jeho části. Podle tohoto dělení pak rozlišujeme následující termíny:
Směrové vibrace [rázy]
Posuvné nebo úhlové vibrace [rázy] působící na člověka jako celek nebo na jeho části (např. ruku, hlavu nebo končetiny).
- 11 -
Vibrace [rázy] ve směru osy x
Posuvné vibrace [rázy] ve směru osy x anatomické soustavy souřadnic lidského těla nebo části těla (např. ruky).
Vibrace [rázy] ve směru osy y
Posuvné vibrace [rázy] ve směru osy y anatomické soustavy souřadnic lidského těla nebo části těla (např. ruky).
Vibrace [rázy] ve směru osy z
Posuvné vibrace [rázy] ve směru osy z anatomické soustavy souřadnic lidského těla nebo části těla (např. ruky).
Vícesměrové posuvné vibrace [rázy]
Posuvné vibrace [rázy] působící na lidské tělo nebo na část těla (např. ruku) ve vice než jednom směru.
Obr. 1 Směry os x, y, z anatomické soustavy souřadnic ruky (Evropská komise, 2008)
Kymácení
Úhlové vibrace kolem osy x anatomické soustavy souřadnic lidského těla nebo části těla (např. ruky).
- 12 -
Kývání
Úhlové vibrace kolem osy y anatomické soustavy lidského těla nebo části těla (např. ruky).
Natáčení
Úhlové vibrace kolem osy z anatomické soustavy souřadnic lidského těla nebo části těla (např. ruky).
Víceosé úhlové vibrace [rázy]
Úhlové vibrace [rázy] kolem více než jedné osy anatomické soustavy souřadnic lidského těla (např. ruky) (ČSN ISO 5805 – Vibrace a rázy – Expozice člověka – Slovník, 2000)
Vibrace působící na soustavu ruka-paže
Mechanické vibrace, které přeneseny na soustavu ruka-paže zahrnují rizika pro zdraví a bezpečnost zaměstnanců, zejména cévní, kostní a kloubní, nervové a svalové poruchy. (Směrnice evropského parlamentu a rady 2002/44/ES o minimálních požadavcích na bezpečnost a ochranu zdraví před expozicí zaměstnanců rizikům spojeným s fyzikálními činiteli (vibracemi), 2002) Ve vztahu k biodynamice člověka jsou nejdůležitějšími aspekty doba vystavení vibracím, plocha, na kterou vibrace působí a anatomické části, kterými se vibrace přenášejí do těla a na které přímo či nepřímo působí. Pro tuto práci se jedná především o tyto termíny:
Doba expozice
Skutečná nebo pomyslná doba trvání (odvozená předepsaným standartním postupem výpočtu) expozice člověka vibracím (nebo opakovanému rázovému pohybu) považovaná v podstatě za nepřerušovanou expozici
Styčný povrch
Povrch nebo oblast (rozhraní), jejichž prostřednictvím se vibrace [rázy] přenášejí na lidské tělo nebo na jednu z jeho částí (např. ruku) nebo na analogii lidského těla - 13 -
Segmentální vibrace
Vibrace [rázy] působící nebo přenášené na jednotlivou část nebo oblast lidského těla (zpravidla se rozlišují od vibrací přenášených na tělo jako celek), jako je soustava rukapaže nebo hlava.
Vibrace [rázy] přenášené na ruce HTV Vibrace soustavy ruka-paže HAV
Vibrace [rázy] působící nebo přenášené přímo na soustavu ruka-paže zpravidla prostřednictvím dlaně ruky nebo prstů svírajících nářadí nebo opracovávaný předmět (ČSN ISO 5805)
3.1.3. Termíny vztahující se k měření vibrací a výpočtu jejich hodnot Vibrace se měří speciálními přístroji, které zjišťují jejich hodnotu v určitém směru a času. Souhrnné hodnoty nebo dávky se pak vypočítají podle stanovených vzorců. V případě této práce uvažujeme s těmito výrazy a vzorci:
Zrychlení vibrací
Složka zrychlení v daném směru měření, který je specifikován v aplikačních normách.
Souhrnná hodnota vibrací
Hodnota vibrací kombinovaná ze tří směrů přímočarých vibrací stanovená výrazem
kde awx, awy a awz jsou hodnoty vibrací ve třech navzájem kolmých směrech x, y a z; kx, ky a kz násobící konstanty, jejichž hodnoty závisejí na aplikaci měření
Hodnota dávky vibrací vyvolávajících nemoc z pohybu; MSVD
Integrál druhé mocniny okamžitého váženého zrychlení v m/s1,5; veličina je definována výrazem
- 14 -
MSVD = je celkový interval, během kterého by mohlo docházet k výskytu pohybu
kde
Vibrometr, přístroj na měření vibrací
Kombinace snímače vibrací, signálového procesoru a displeje, tvořící jakýkoliv jednotlivý přístroj nebo soubor přístrojů, které jsou schopné měřit parametry vztahující se k vibracím působícím na člověka (ČSN ISO 8041 – Vibrace působící na člověka – Měřící přístroje, 2005)
3.1.4. Přípustné hygienické hodnoty expozice vibracím V §13 zákona č. 272/2011 o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací se uvádí že: (1) Přípustný expoziční limit vibrací přenášených na ruce vyjádřený průměrnou souhrnnou váženou a) hladinou zrychlení vibrací Lahv,8h se rovná 128 dB, nebo b) hodnotou zrychlení vibrací ahv,8h se rovná 2,5 m.s-2. (2) U vibrací přenášených na ruce zaměstnanců se přípustný expoziční limit vztahuje k souhrnné hodnotě translačních vibrací stanovených z vážených hodnot zrychlení ve třech navzájem kolmých směrech podle souřadné soustavy ruky. V §14 zákona č. 272/2011 se uvádí že: (2) Hygienický limit průměrných vážených hodnot zrychlení vibrací pro jinou než osmihodinovou směnu v minutách, se stanoví tak, že přípustný expoziční limit aew,8h nebo aha,8h vynásobí činitelem kT, který se stanoví podle vztahu:
- 15 -
(5) Pro expozice vibracím přenášeným na ruce po dobu 20 minut a kratší se hygienický limit rovná 142 dB nebo 12,5 m.s-2. Dle článku 3 Směrnice evropského parlamentu a rady 2002/44/ES pro vibrace působící na soustavu ruka-paže: a) denní limitní hodnota expozice normalizovaná na osmihodinovou referenční dobu činí 5 m/s2; b) denní hodnota expozice vyvolávající akci normalizovaná na osmihodinovou referenční dobu činí 2,5 m/s2. 3.1.5. Prostředky a postupy ke snížení příjmu vibrací Při používání ruční motorové řetězové pily nelze naprosto zamezit příjmu vibrací do těla. Používáním ochranných pomůcek a určitých postupů lze alespoň částečně snížit jejich působení na lidský organismus. Jedná se především o tyto postupy a pomůcky:
Organizační opatření
Tato opatření zahrnují délku směny (doba vystavení negativnímu vlivu vibrací) a dodržování povinných přestávek, popřípadě střídání pracovníků.
Síla stisku a tlaku
Snížením sil stisku nebo tlaku na nářadí rukou se vibrace přecházející do ruky a paže pracovníka zmírní. Jde o síly, kterých může být zapotřebí k držení nářadí nebo opracovávaného předmětu, k řízení nebo vedení zařízení nebo k dosažení vysokého pracovního tempa.
Výběr motorové pily
Většina výrobců v dnešní době uvádí hodnoty vibrací působených pilou. Porovnáváním jednotlivých výrobků můžeme vybrat vhodnou motorovou pilu. Důležitým aspektem je i hmotnost pily a manipulace s ní. Pracovní úlevy lze dosáhnout i vhodnou pracovní technikou; například při kácení stromů v lesnictví se při odřezávání větví může pila nechat sjíždět po kmeni shora dolů, takže lesní dělník nenese nepřetržitě plnou tíhu pily. (Evropská komise, 2008) - 16 -
Antivibrační systém
Soustava silentbloků a pružin, které vytváří tlumící zóny, jejichž cílem je snížit míru přenášených vibrací do rukou a tím zvýšit komfort práce s pilou. Většina výrobců má zavedený vlastní antivibrační systém, například Cellasto (STIHL) a LowVib (Husqvarna).
Obr. 2 Antivibrační systémy Cellasto (STIHL) a LowVib (Husqvarna) (3.4.2012, www.stihl.cz, www.amazon.com)
Údržba motorové pily
Pravidelná údržba zamezuje vzniku zvýšených vibrací. Hlavním předmětem údržby pily je správné seřízení motoru, výměna opotřebených součástí, ložisek a antivibračních prvků.
Výběr vhodných antivibračních rukavic
Jsou-li vhodně ergonomicky navržené a zhotovené, snižují expozici vibrací do rukou. V opačném případě je pro správný úchop a manipulaci s pilou zapotřebí většího stisku a tlaku. Nejvhodnější je používat certifikované antivibrační rukavice, které zároveň zabezpečují odolnost proti vodě a chladu.
Pilový řetěz
Vliv na výši vibrací má i pilový řetěz. Především pak úhel ostření a samotná ostrost řetězu, úhel čela, snížení omezovací patky a tvar zubu.
- 17 -
Obr. 3 Úhel ostření, snížení omezovací patky a úhel čela (3.4.2012, www.stromolezci.cz)
3.2.
Nemoci způsobené vibracemi přenosné motorové pily
3.2.1. Profesionální syndrom karpálního tunelu (PSKT) Syndrom karpálního tunelu je nejčastější nemocí z povolání způsobenou vibracemi. Jedná se o zúžení středního nervu (nervus medianus) v karpálním tunelu, který řídí citlivost a pohyblivost celé ruky. Nevšímalová et al. (2005) jej popisují takto: Karpální tunel je kostěný kanálek přemostěný vazivem, probíhá v něm m. flexor pollicis longus, šlachy dlouhých flexorů prstů a n. medianus. Nejčastější příčinou syndromu karpálního tunelu je chronické přetěžování, příčinou může být i úraz. Velmi často obtíže zhoršují nebo i vyvolávají jiné choroby – diabetes mellitus, myxedém, akromegalie, amyloidóza, systémová onemocnění. Bolesti jsou lokalizované do dlaně a prvních tří prstů. Jsou palčivé, často se objevují v noci, nutí k protřepávání rukou. Bývají i motorické výpadky a atrofie tenaru. EMG vyšetření ukáže prodloužení distální latence jak v motorickém, tak v senzitivním neurogramu. Téměř vždy se jedná o onemocnění dlouhodobé. Při celkových onemocněních je nutno léčit v prvé řadě tato onemocnění a dále dodržovat ochrannou životosprávu, tj. vyloučit provokující pohyby a pozice, nevhodnou práci, používat fixační ortézu. Užívají se nesteroidní antirevmatika, vazodilatancia, fyzioterapie, obstřik kortikoidy. Často je nutná neurochirurgická revize, přetětí ligamenta a revize průběhu n. medianus. MUDr. Jaroslav Dufek (2006) k profesionálnímu syndromu karpálního tunelu uvádí: Jedním z významných rizikových faktorů je přetěžování horních končetin a expozice vibracím. Pokud jde o přetěžování při plnění pracovních úkolů v zaměstnání, - 18 -
což posuzuje pracovník hygieny, označuje se SKT jako profesionální (PSKT) a takto postiženému zaměstnanci může být přiznána choroba z povolání. PSKT je nejčastější profesionální neuropatií. V letech 1996-2003 bylo hlášeno 1664 nových případů jako důsledek profesionálního přetěžování končetin. Ke vzniku PSKT je potřebná určitá délka expozice zvýšené zátěži rukou či vibracím. Ta se nejčastěji pohybuje kolem 10-25 let, v některých případech ale i pod 10 let.
Obr. 4 Syndrom karpálního tunelu (4.4.2012, http://www.ortopedie-richter.cz)
3.2.2. Sekundární Raynaudův syndrom Při sekundárním Raynaudově syndromu dochází v důsledku vibrací a chladu k zužování tepének zásobujících prsty a následné změně citlivosti a barvy konečků prstů. Prof. MUDr. Brhel, CSc. (2007) ho popisuje takto: Jde o záchvatovitou vazokonstrikci na periferních částech končetin vyvolanou chladem nebo emocí. Sekundární Raynaudův syndrom může být způsoben prolongovanou expozicí nadlimitním vibracím při práci s ručně ovládaným pneumatickým nářadím nebo s vibrujícími nástroji. - 19 -
Expozice vibracím je výrazně ovlivněna faktory fyzikálními (pracovní kmitočet stroje, časový průběh a směr působení vibrací, denní a celková doba expozice, četnost a délka přestávek v práci s vibrujícími nástroji a zařízeními aj.), biodynamickými (tělesná konstituce, hmotnost, poloha těla a končetin, obsah styčné plochy s vibrujícím nástrojem, velikost vyvozovaných sil aj.) a individuálními faktory (predispozice, kouření, užívání léků), údržbou nářadí (3). Jednotlivé pracovní nástroje se vzájemně liší svou nebezpečností. Frekvence vibrací nižší než 2 Hz a vyšší než 1510 Hz Raynaudův syndrom nezpůsobí. Základním deskriptorem pro hodnocení vibrací přenášených na člověka je průměrná hladina zrychlení vibrací. Raynaudův syndrom způsobený vibracemi má některé charakteristické rysy. Postižení je zpravidla výrazně stranově asymetrické, protože pravá a levá ruka bývají u většiny používaných nástrojů exponovány vibracím nestejnou měrou. Např. výraznější změny jsou na ruce, která nástroj přitlačuje nebo pevněji svírá, než na té, která ho vede. Jindy je nástroj přidržován jen jednou rukou apod. Postižení začíná na distálních článcích 4. a 5. prstu a teprve v pokročilejších stádiích postihuje i jiné články jiných prstů.
Obr. 5 Změna zbarvení konečků prstů při sekundárním Raynaudově syndromu (4.4.2012, http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Raynaud_phenomenon.jpg)
- 20 -
4.
Měření
4.1.
Prostředky potřebné pro laboratorní měření
4.1.1. Motorová pila Pro laboratorní měření dané problematiky jsme zvolili přenosnou motorovou pilu od renomované firmy STIHL a to model MS 362. Výrobce k ní uvádí: Profesionální motorová pila o výkonu 3,4 kW vybavená moderním motorem 2-MIX motorem. Velmi účinný antivibrační systém a systém vzduchového filtru s velmi dlouhou životností. Až o 20% nižší spotřeba paliva a 50% snížení emisí ve srovnání s konvenčními dvoutaktními motory. Vhodná zejména pro práci ve středně silných porostech. (5.4.2012, www.stihl.cz) Technická data: -
Zdvihový objem:
59,0 cm3
-
Výkon:
3,4 kW (4,6 k)
-
Hmotnost:
5,9 kg bez lišty a řetězu
-
Poměr hmotnost/výkon:
1,7 kg/kW
-
Hodnota vibrací vlevo/vpravo:
3,5/3,5 m/s2 (proklamovaná výrobcem)
-
Doporučená délka lišty:
40 cm, pilový řetěz Oilomatic Rapid Micro Comfort (RMC) s roztečí článků 3/8"
(5.4.2012, www.stihl.cz)
Obr. 7 Přenosná motorová pila STIHL MS 440 (5.4.2012, www.stihl.cz)
- 21 -
4.1.2. Pilové řetězy Pro laboratorní měření jsme použili 3 pilové řetězy: -
Řetěz č. 1 byl sériově vyráběný řetěz Rapid Micro Comfort 3/8" (RMC) s tloušťkou vodícího článku 1,6 mm od firmy STIHL, který se běžně používá při těžbě, odvětvování i krácení sortimentů a který je doporučen k námi používané pile STIHL MS 440. Výrobce k tomuto řetězu uvádí: Na bázi vysoce výkonného pilového řetězu Rapid Micro. Komfortní pilový řetěz s nízkými vibracemi, měkkým chováním při řezání a malým sklonem k chvění. (www.stihl.cz)
Obr. 8 Řetěz STIHL typu Rapid Micro Comfort 3/8" (RMC) (5.4.212, www.stihl.cz)
-
Řetěz č. 2 s nestejnou roztečí řezacích článků byl sestaven ze spojovacích článků, vodících článků a řezacích článků. Rozdíl oproti sériově vyráběným řetězům spočíval v počtu spojovacích článků vedle sebe. Na sériovém řetězu je mezi pravým a levým řezacím článkem pouze jeden článek spojovací. Na námi vyrobeném řetězu byly počty spojovacích článků mezi články řezacími různé, v počtu jednoho až tří kusů.
-
Řetěz č. 3 byl sestaven pouze z článků řezacích a vodících, tudíž mezi řezacími články nebyla žádná mezera v podobě spojovacího článku.
- 22 -
Obr. 8 Základní části pilového řetězu STIHL (5.4.2012, www.stromolezci.cz)
Rozteč řetězu r je dána polovinou vzdálenosti mezi třemi sousedními nýty. Rozteč se udává v palcích (1" = 25,4 mm). Délka řetězu se udává počtem vodících článků, případně účinnou délkou použité vodící lišty. (Neruda, Simanov, 2006)
Obr. 9 Rozteč řetězu (5.4.2012, www.stromolezci.cz)
4.1.3. Zkušební materiál Norma nám udává, že při zkouškách řezání musíme vždy vzít zdravé čerstvě pořezané dřevo z domácí tvrdé dřeviny. Šířka hranolu musí být v relaci s použitelnou činnou délkou lišty podle Tabulky 1 v normě ČSN EN ISO 22867. Řezaný hranol by neměl být ani přesušený ani zmrzlý. Řez se musí provést v části dřeva bez suků. Rozměr hranolu musí být takový, jak je znázorněno na obrázku 19 a uvedeno v Tabulce 1 normy ČSN EN ISO 2267. V našem případě s objemem motorové řetězové pily 70,7 cm³ a řeznou délkou 40 cm jsme použili dubový hranol se šířkou 30cm. (ČSN EN ISO 22867 – Lesnické stroje – Zkušební předpis pro vibrace přenosných ručních lesnických strojů se spalovacím motorem – Vibrace na rukojetích, 2009) - 23 -
Obr. 10 Rozměr zkušebního hranolu (ČSN EN ISO 22867)
4.1.4. Počítač Běžný počítač s nainstalovaným programem DEWESoft. Jde o vysoce výkonný systém pro sběr dat plně vybavený pro testování a měření. Pro svou širokou škálu možností
a
funkcí
má
velikou
amplitudu
rozšíření.
Nejvíce
používaný
je v automobilovém průmyslu. Rozšířen je dále v letectví a vzdušné obraně, železnicích, energetickém průmyslu a průmyslu jako takovém pro měření hluku, vibrací a dalších. (6.4.2012, www.dewetron.com) 4.1.5. Akcelerometr Akcelerometr je čidlo, které je určeno ke snímání vibrací a přeměně na elektrické signály. Tříosé akcelerometry nám umožňují současné měření v osách x, y, a z. Celková hmotnost akcelerometru vibrací udávajícího zrychlení ve třech směrech v každé měřící poloze musí být co nejmenší. V žádném případě nesmí být těžší než 25 g. Do celkové hmotnosti započítáváme i připevnění. Kabel nikoli. (ČSN EN ISO 22867) Piezoelekrický akcelerometr se třemi nezávislými výstupy pro současné měření ve třech vzájemně kolmých směrech (využívá piezoelektrický krystal, který generuje náboj úměrný působící síle). Akcelerometr, který jsme použili, byl od firmy Brüel & Kjaer. Přesným názvem Cubic Triaxial DeltaTron Accelerometer, typ -4524-B- 24 -
001-, jehož citlivost je vyjádřena napětím na jednotku zrychlení při 159 Hz, proudu 4 mA a teplotě 22,7 °C byla na ose x 1,004 mV/m , 9,845 mV/g, na ose y 0,9665 mV/m , 9,478 mV/g a na ose z 1,003 mV/m , 9,834 mV/g. Rozsah napětí u tohoto akcelerometru je +13 V ± 1 V a schopen měřit je v rozpětí teploty od -54 °C do 100 °C (od – 65 °F do 212 °F). (6.4.2012, www.bksv.com)
Obr. 11 Akcelerometr B and K 4524B 001 (6.4.2012, www.bksv.com)
4.1.6. Otáčkoměr Otáčkoměr je přístroj, který měří výši otáček, v tomto případě otáček motoru přenosné motorové řetězové pily. V našem případě jsme použili přístroj od firmy STIHL. Otáčky stroje se musí měřit s přesností ± 1,5% odečítané hodnoty. Otáčkoměr a jeho spojení se strojem nesmí během zkoušky ovlivnit činnost. (ČSN EN ISO 22867)
4.2.
Postupy pro laboratorní měření Veškerá měření vibrací včetně kmitočtového vážení při soustavě ruka-paže musí
být v souladu s ISO 8041 Vibrace působící na člověka – Měřicí přístroje. (ČSN EN ISO 22867) - 25 -
4.2.1. Upevnění akcelerometru Akcelerometr se musí namontovat pevně na rukojeť pomocí upevňovacího zařízení. Použijeme-li mechanický filtr, musí být připevněn stejně důkladně jako akcelerometr. Přesné návody na upevňování těchto zařízení jsou uvedeny v ISO 5348 a ISO 5349/2. Při měření na rukojetích s pružnými povlaky je možno použít pro akcelerometr vhodný adaptér. Adaptér se musí skládat z vhodné, tvarové, lehké, tuhé desky s vhodným montážním uspořádáním pro použitý akcelerometr. Použitý adaptér musí mít takovou hmotnost, rozměr a tvar, aby nijak význačně neovlivňoval signál z akcelerometru. (ČSN EN ISO 22867) Pro správné upevnění akcelerometru jsme postupovali dle normy ČSN ISO 5348 - Vibrace a rázy, mechanické připevnění akcelerometru (1999). Norma obecně rozděluje snímače monitorující vibrace do dvou širokých skupin. Jsou to akcelerometry dotykové a bezdotykové. Snímače bezdotykové se umísťují v blízkosti konstrukce a využívají vířivých proudů. Do této skupiny spadají i optické snímače. Dotykové snímače jsou pevně spojeny s konstrukcí a spadají zde piezoelektrické a piezoodporové akcelerometry a seismické snímače rychlosti. Norma se týká kontaktních akcelerometrů. Při výběru metod připevnění akcelerometru musíme dbát na základní postupy, aby byl snímač optimálně využit. Akcelerometr, připevnění akcelerometru a konstrukce by měly vykonávat stejný pohyb. Připevnění akcelerometru by mělo co nejméně ovlivňovat pohyby konstrukce a poměr signálu z akcelerometru ke skutečnému pohybu akcelerometru nesmí být zkreslen provozem příliš blízko jeho základní rezonanční frekvence při daném způsobu měření. Při všech metodách měření vibrací bychom měli dodržet ideální podmínky pro měření. Jednou z hlavních podmínek je maximálně tuhé a pevné připevnění akcelerometru ke konstrukci. Toho docílíme tím, že akcelerometr připevníme na rovné a pokud možno čisté plochy. Dané připevnění akcelerometru by mělo minimálně zkreslovat pohyb konstrukce. Kabely použité při měření by neměly být tuhé a neohebné. U akcelerometrů s axiálními konektory by mohly způsobovat nadměrné namáhání. Kabely by měly být řádně uchyceny. I špatné uchycení u piezoelektrických typů akcelerometrů by mohlo způsobovat triboelektrické efekty, což je jistý druh kontaktu elektrifikace, kdy se různé druhy materiálů stanou elektricky nabité. Všeobecná doporučení pro jednotlivé metody připevnění akcelerometru hovoří o pečlivě přešetřeném povrchu z hlediska znečistění a hladkosti. Přebroušení povrchu
- 26 -
pro měření je jen výhodou. Pokud nám to situace dovoluje, měli bychom toto přešetření povrchu provést. Dále důležité je minimalizovat jakoukoli nesouosost mezi osou citlivosti akcelerometru a směrem měření. Pokud tomu tak při měření není, vznikají chyby v měření. Při výběru metod připevnění máme možnost selekce z osmi možností. Připevnit snímače vibrací můžeme pomocí závrtného šroubu, okamžitého lepidla, včelího vosku, oboustranné lepicí pásky, rychloupínacího přípravku, vakuového připevnění, magnetu nebo akcelerometr můžeme držet rukou. Kritéria, která ovlivňují výběr metod připevnění, jsou rezonanční frekvence, teplota, hmotnost snímače a tuhost uložení a důležitost úpravy povrchu před upevněním. Nejvyšší závislost k uvedeným kritériím má metoda připevnění pomocí závrtného šroubu a nejmenší, námi zvolená možnost pro naše měření, metoda držení akcelerometru rukou. Při této metodě měření vibrací je odezva ovlivněna stálostí držení měřeného směru, stálostí přítlaku akcelerometru ke konstrukci, dostatečným přítlakem, oblastí kontaktu a orientací. Na obrázku 12 je znázorněna typická frekvenční odezva rukou drženého snímače, vztažená k absolutnímu zrychlení konstrukce v místě kontaktu. (ČSN ISO 5348 - Vibrace a rázy, mechanické připevnění akcelerometru, 1999)
Obr. 12 Typická frekvenční odezva rukou drženého snímače (ČSN ISO 5348)
- 27 -
Obr. 13 Ukázka přidržení snímače rukou (ČSN ISO 5348)
4.2.2. Kalibrace akcelerometru Celý měřící řetězec, včetně akcelerometru, se musí před a po použití zkontrolovat. Pokud je to nutné, musí se zajistit přesnost během jakékoli měřící sekvence podle ISO 8041 Vibrace působící na člověka – Měřicí přístroje. (ČSN EN ISO 22867) Pro naše měření nebyla provedena kalibrace měřícího systému, jelikož všechny řetězy byly měřeny ve stejnou dobu a hodnoty námi naměřené byly dostačující, abychom je mohli porovnat mezi sebou. Z tohoto důvodu nelze uvést datum kalibrace měřícího systému. 4.2.3. Směr, místo a podmínky měření Měření se musí provést na každé rukojeti v místě, kde obsluha normálně drží stroj. Měření se musí provést ve třech směrech x, y a z. Těžiště akcelerometrů se musí umístit v maximální vzdálenosti 20 mm od obrysu rukojeti. Jedna z os akcelerometru musí být rovnoběžná s osou rukojeti. Akcelerometry se musí umístit co nejblíže k ruce, aniž by to bránilo normálnímu sevření. Orientace a umístění akcelerometrů musí být takové, jak je - 28 -
uvedeno na obrázku 14. Jestliže u přední rukojeti nelze dodržet měření ve 25 mm podle obrázku 14, musí se akcelerometr umístit na pravý konec části rukojeti, která je určena k uchopení. U zadní rukojeti, pokud nelze dodržet měření ve 20 mm podle obrázku 14, musíme akcelerometr umístit před tu část rukojeti, která je umístěna k uchopení. Rozměry na obrázku jsou uvedeny v milimetrech. Měření se musí provádět na novém stroji, představujícím standardní zařízení, jak jej dodal výrobce. Olejová a benzínová nádrž musí být nejméně z poloviny plná. Měření se musí provádět na pile s kombinací lišty doporučené výrobcem. V našem případě tomu tak bylo. Pokud není doporučena žádná vodící lišta, je nutno použít lištu dle tabulky v normě ČSN ISO 22867. Motor a řetěz pily musí být před zkouškou zaběhnut podle doporučení výrobce. Motor řetězové pily musí mít před započetím zkoušky provozní teplotu. Pokud tomu tak není, musí se karburátor nastavit dle návodu výrobce. Podle návodu výrobce se také musí řezací zařízení namazat a nastavit na nejlepší řezací výkon. Otáčky motoru se při všech zkušebních režimech musí udržovat konstantní, v rozmezí ± 3,5
. Jakmile se začne měřit, nejsou povolené žádné změny počátečního
nastavení. (ČSN EN ISO 22867)
Obr. 14 Směr měření a příklad umístění a upevnění akcelerometrů na řetězových pilách (ČSN EN ISO 22867)
- 29 -
4.2.4. Měření hodnot Zkouška k získání požadovaných dat pro daný provozní stav se musí skládat minimálně ze čtyř měření s přestávkou na dosažení ustáleného stavu za chodu při volnoběhu mezi každým měřením. Musí se získat nejméně čtyři oddělené časové úseky s daty o vibracích v celkové délce nejméně 20 s.
Chod při volnoběhu
Za chodu při volnoběhu se drží stroj oběma rukama s pilou v normální vodorovné provozní poloze. Měření se provádí při otáčkách stroje za chodu při volnoběhu stanoveném výrobcem. Řetěz pily se nesmí pohybovat.
Chod při plném zatížení
Za chodu při plném zatížení se řežou destičky s plynovou klapkou otevřenou na plno. Během řezání se drží vodící lišta ve vodorovné poloze a kolmo k ose hranolu. Otáčky motoru se musí udržovat takové, aby odpovídaly maximálnímu výkonu motoru podle ISO 7293. Měření vibrací se musí provést v prostřední třetině průřezu hranolu. Otáčky motoru se musí řídit řeznou silou. Jakémukoliv dotyku mezi zkušebním hranolem a motorovou částí stroje nebo ozubenou opěrkou, je-li na stroji, se musí zabránit.
Chod na prázdno
Za chodu na prázdno se musí pila držet oběma rukama, s pilou v normální vodorovné provozní poloze. Měření se musí provádět při otáčkách motoru, které se rovnají 133 % otáček při maximálním výkonu motoru, určených podle ISO 7293. Jestliže má motor omezovač otáček nastavený pod tyto otáčky, musí se měření provést při maximálních dosažitelných otáčkách. Zkoušky se musí vykonat při maximálních možných ustálených otáčkách, ale nejméně při otáčkách, které nejsou více
- 30 -
než o 8 s-2 pod otáčkami stanovenými výrobcem. Otáčky motoru se musí řídit plynovou páčkou. (ČSN EN ISO 22867) 4.2.5. Všeobecně Následující informace se musí shromáždit a zaznamenat pro všechna měření provedená podle požadavků normy normu ČSN EN ISO 22867. a)
Zkoušená pila: 1) popis pily včetně zdvihového objemu jejího motoru, výrobce, typového a výrobního čísla, typu řetězu pily a délky vodící lišty; 2) provozní stavy, podle výsledné tabulky s výslednými hodnotami; 3) šířka hranolu;
b) Přístrojové vybavení 1) přístroje používané k měření včetně názvů, typu, výrobního čísla a výrobce; 2) metody použité k upevnění akcelerometru; 3) metoda používaná ke kalibraci měřícího systému; 4) datum a místo poslední kalibrace kalibrátoru akcelerometru; c)
Vibrace a jiná data 1) umístění akcelerometru (je-li nutné je možno použít náčrtek); 2) naměřené hodnoty a aritmetické střední hodnoty podle výsledné tabulky; 3) deklarovaná hodnoty; 4) poznámky jestliže nějaké jsou; 5) teplota vzduchu; 6) datum a místo měření;
(ČSN EN ISO 22867) 4.2.6. Námi zaznamenaná data a informace a)
Zkoušená pila: 1) STIHL MS 362 - viz kapitola 4.1.1. Motorová pila 2) Vibrace byly měřeny za chodu při volnoběhu, při plném zatížení a při chodu na prázdno, přičemž byly použity pilové řetězy popsané v kapitole 4.1.2 Pilové řetězy - 31 -
3) Jako řezný materiál byl použit dubový hranol o šířce 30 cm; b) Přístrojové vybavení 1) Program DEWESoft a akcelerometr firmy Brüel & Kjaer (kapitoly 4.1.5. Počítač a 4.1.6. Akcelerometr); 2) Kapitola 4.2.1. Upevnění akcelerometru; 3) Kapitola 4.2.2. Kalibrace akcelerometru; c)
Vibrace a jiná data 1) Umístění akcelerometrů je vyobrazeno na obrázku 14 v kapitole 4.2.3. Směr, místo a podmínky měření; 2) Naměřeným hodnotám je věnována kapitola 5. Výsledky; 3) Všechna měření byla provedena v jeden den, kdy průměrná denní teplota vzduchu byla 15° Celsia; 4) Měření bylo provedeno 12.11.2011.
- 32 -
5.
Výsledky
5.1.
Přehled naměřených hodnot
Tab. 1 Hodnoty vibrací na přední rukojeti při použití sériově vyráběného řetězu Provozní režim
Vypočtená data a kritéria validace
Jmenovité otáčky motoru
2
ahv, Id (m/s ) Chod při volnoběhu
āhv, Id (m/s ) 2
2
sn-1 (m/s )
2700
Cv 2
ahv, Fl (m/s ) Chod při plném zatížení
āhv, Fl (m/s2) 2
sn-1 (m/s )
9500
Cv 2
ahv, Ra (m/s ) Chod na prázdno
āhv, Ra (m/s ) 2
sn-1 (m/s2)
12635
Cv
Přední rukojeť - normální rozteč Zkouška č. 1
2
3
4
3,214
3,179
3,203
3,337
/
/
/
3,233
/
/
/
0,071
/
/
/
0,022
4,199
4,187
3,984
4,184
/
/
/
4,139
/
/
/
0,103
/
/
/
0,025
3,790
3,733
3,761
3,919
/
/
/
3,801
/
/
/
0,082
/
/
/
0,021
Tab. 2 Hodnoty vibrací na zadní rukojeti při použití sériově vyráběného řetězu Provozní režim
Vypočtená data a kritéria validace
Jmenovité otáčky motoru
ahv, Id (m/s2) Chod při volnoběhu
3,214
3,179
3,203
3,337
/
/
/
3,233
/
/
/
0,071
/
/
/
0,022
4,761
4,462
5,005
5,240
/
/
/
4,856
/
/
/
0,339
Cv
/
/
/
0,070
ahv, Ra (m/s2)
3,790
3,733
3,761
3,919
/
/
/
3,801
/
/
/
0,082
/
/
/
0,021
āhv, Id (m/s2) sn-1 (m/s2)
2700
Cv 2
ahv, Fl (m/s ) Chod při plném zatížení
Chod na prázdno
Zadní rukojeť - normální rozteč Zkouška č. 1 2 3 4
āhv, Fl (m/s ) 2
sn-1 (m/s2)
āhv, Ra (m/s2) sn-1 (m/s2)
9500
12635
Cv
- 33 -
Tab. 3 Hodnoty vibrací na přední rukojeti při použití řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků
Provozní režim
Vypočtená data Jmenovité a kritéria otáčky validace motoru ahv, Id (m/s2)
Chod při volnoběhu
āhv, Id (m/s2) 2
sn-1 (m/s )
2700
Cv 2
Chod při plném zatížení
ahv, Fl (m/s ) 2
āhv, Fl (m/s ) 2
sn-1 (m/s )
9500
Cv 2
ahv, Ra (m/s ) Chod na prázdno
āhv, Ra (m/s2) 2
sn-1 (m/s )
12635
Cv
Přední rukojeť - nestejná rozteč Zkouška č. 1 2 3 4 3,214 3,179 3,203 3,337 /
/
/
3,233
/
/
/
0,071
/
/
/
0,022
3,958
3,767
3,763
3,900
/
/
/
3,837
/
/
/
0,098
/
/
/
0,026
3,790
3,733
3,761
3,919
/
/
/
3,801
/
/
/
0,082
/
/
/
0,021
Tab. 4 Hodnoty vibrací na zadní rukojeti při použití řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků Provozní režim
Vypočtená data a kritéria validace
Jmenovité otáčky motoru
ahv, Id (m/s2) Chod při volnoběhu
Chod při plném zatížení
Chod na prázdno
Zadní rukojeť - nestejná rozteč Zkouška č. 1 2 3 4 3,214
3,179
3,203
3,337
/
/
/
3,233
/
/
/
0,071
Cv
/
/
/
0,022
ahv, Fl (m/s2)
3,482
3,573
3,640
3,566
/
/
/
3,565
sn-1 (m/s )
/
/
/
0,065
Cv
/
/
/
0,018
ahv, Ra (m/s2)
3,790
3,733
3,761
3,919
/
/
/
3,801
/
/
/
0,082
/
/
/
0,021
āhv, Id (m/s2) sn-1 (m/s2)
āhv, Fl (m/s2) 2
āhv, Ra (m/s2) sn-1 (m/s2)
2700
9500
12635
Cv
- 34 -
Tab. 5 Hodnoty vibrací na přední rukojeti při použití řetězu bez mezer mezi řezacími články Provozní režim
Vypočtená data a kritéria validace
Jmenovité otáčky motoru
ahv, Id (m/s2) Chod při volnoběhu
āhv, Id (m/s ) 2
sn-1 (m/s2)
2700
Cv 2
ahv, Fl (m/s ) Chod při plném zatížení
āhv, Fl (m/s ) 2
2
sn-1 (m/s )
9500
Cv 2
ahv, Ra (m/s ) Chod na prázdno
āhv, Ra (m/s2) 2
sn-1 (m/s )
12635
Cv
Přední rukojeť - bez mezer Zkouška č. 1
2
3
4
3,214
3,179
3,203
3,337
/
/
/
3,233
/
/
/
0,071
/
/
/
0,022
4,144
4,078
4,074
3,873
/
/
/
4,042
/
/
/
0,117
/
/
/
0,029
3,79
3,733
3,761
3,919
/
/
/
3,801
/
/
/
0,082
/
/
/
0,021
Tab. 6 Hodnoty vibrací na zadní rukojeti při použití řetězu bez mezer mezi řezacími články Provozní režim
Vypočtená data a kritéria validace
Jmenovité otáčky motoru
ahv, Id (m/s2) Chod při volnoběhu
3,214
3,179
3,203
3,337
/
/
/
3,233
/
/
/
0,071
/
/
/
0,022
3,867
4,047
3,741
4,264
/
/
/
3,980
sn-1 (m/s )
/
/
/
0,227
Cv
/
/
/
0,057
ahv, Ra (m/s2)
3,790
3,733
3,761
3,919
/
/
/
3,801
/
/
/
0,082
/
/
/
0,021
āhv, Id (m/s2) sn-1 (m/s2)
2700
Cv 2
ahv, Fl (m/s ) Chod při plném zatížení
Chod na prázdno
Zadní rukojeť - bez mezer Zkouška č. 1 2 3 4
āhv, Fl (m/s ) 2
2
āhv, Ra (m/s2) sn-1 (m/s2)
9500
12635
Cv
- 35 -
Zaznamenané hodnoty vibrací jsou zaneseny do tabulky, kterou udává norma ČSN EN ISO 22867. Dle této normy se zjišťují a zaznamenávají hodnoty vibrací ahv a jejich
střední
hodnota
āhv
se
vypočítává,
dokud
variační
koeficient
Cv
nebo směrodatná odchylka sn-1 není menší než 0,4. Doba měření pro každý řetěz představovala 1 minutu. (ČSN EN ISO 22867)
5.2.
Interpretace naměřených hodnot
5.2.1. Porovnání naměřených hodnot podle chodu motoru Z naměřených hodnot, z kapitoly 5.1. Přehled naměřených hodnot, jsem sestavil porovnávací tabulku a graf, z nichž vyplývá, že:
Při volnoběžném chodu (2500 ot./min2) nemá typ řetězu vliv na míru vibrací motorové pily a to jak na přední rukojeti, tak na rukojeti zadní, přičemž míra vibrací je v tomto případě na obou rukojetích stejná;
Při chodu na prázdno (12635 ot./min2) je situace obdobná, pouze zvýšenými otáčkami motoru vzrostla i míra vibrací;
Při chodu za plného zatížení (9500 ot./min2) se již naměřené hodnoty liší podle použitého řetězu, kde nejvyšších hodnot na obou rukojetích dosahoval řetěz sériové výroby a nejnižších hodnot naopak řetěz s nestejnou roztečí řezacích článků.
Při plném zatížení a použití sériově vyráběného řetězu jsou vibrace motorové pily větší na zadní rukojeti a to v řádu desetin m/s2. U řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků (v řádu desetin m/s2) a řetězu bez mezer mezi řezacími články (v řádu setin m/s2) jsou vibrace vyšší na přední rukojeti.
- 36 -
Tab. 7 Úroveň vibrací (m/s2) testovaných řetězů dle otáček (ot./min2)
Otáčky
ř e t ě z u
Nestejná rozteč
Bez mezer
Zadní r.
Přední r.
Zadní r.
Přední r.
Zadní r.
2700
3,233
3,233
3,233
3,233
3,233
3,233
9500
4,139
4,856
3,837
3,565
4,042
3,980
12635
3,801
3,801
3,801
3,801
3,801
3,801
Bez mezer
Přední r.
Normální rozteč Nestejná rozteč
T y p
Normální rozteč
Zadní r. Přední r. Otáčky (ot/min2) Zadní r.
12635 9500
Přední r.
2700
Zadní r. Přední r. 0
1
2 3 Zrychlení (m/s2)
4
5
Graf 1 Úroveň vibrací (m/s2) testovaných řetězů dle otáček (ot./min2)
5.2.2. Porovnání ekvivalentních souhrnných hodnot vibrací V normě ČSN EN ISO 22867 se pro výpočet ekvivalentní souhrnné hodnoty vibrací pro pily s motorem o zdvihovém objemu < 80 cm3 uvádí vzorec:
- 37 -
Podle tohoto vzorce byly vypočítány ekvivalentní souhrnné hodnoty vibrací pro přední a zadní rukojeti zvlášť. Získané hodnoty jsou zaznamenány v tabulce 8. Tab. 8 Ekvivalentní souhrnná hodnota vibrací v m/s2 Typ řetězu
Přední rukojeť
Zadní rukojeť
Normální rozteč
3,742779164
4,0197974
Nestejná rozteč
3,634212107
3,540669095
Bez mezer
3,707550042
3,684943031
4,5 4 3,5 3 2,5 Zrychlení
(m/s2)
Přední rukojeť
2
Zadní rukojeť 1,5 1 0,5 0 Normální rozteč Nestejná rozteč Bez mezer Typ řetězu
Graf 2 Ekvivalentní souhrnná hodnota vibrací v m/s2
Ze získaných údajů vyplývá, že:
Stejně jako při chodu za plného zatížení (viz. 5.2.1.) dosahovala motorová pila nejvyšších souhrnných vibrací při použití řetězu ze sériové výroby a nejnižších při použití řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků.
- 38 -
Ekvivalentní souhrnná hodnota vibrací se na zadní a přední rukojeti příliš neliší. U sériově vyráběného řetězu je hodnota vyšší na zadní rukojeti. U řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků a u řetězu bez mezer mezi řezacími články je tomu naopak.
Největší rozdíl hodnot vibrací na přední a zadní rukojeti je u řetězu sériově vyráběného, kde se rozdíl výsledných hodnot přibližuje 0,3 m/s2. U řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků se rozdíl blíží 0,1 m/s2 a u řetězu bez mezer mezi řezacími články je hodnota prakticky mizivá, jedná se o 0,02 m/s2.
Z dosažených výsledků a porovnání vyšel kupodivu nejlépe řetěz s nestejnou roztečí řezacích článků. Nejhůř se pak prezentoval řetěz sériově vyráběný, kdy rozdíl ekvivalentní souhrnné hodnoty vibrací na zadní rukojeti tohoto řetězu a řetězu s nestejnou roztečí řezacích článků činil 11,9 %.
5.3.
Výpočet expozičního limitu vlivu vibrací Podle nařízení vlády 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky
hluku a vibrací vypočítám expoziční limit působení vlivu vibrací pro dobu měření, po kterou jsme měřili. Z výše citovaných zdrojů vyplývá, že povolená výše vibrací přenášených na soustavu ruka-paže je 2,5 m/s-2 nebo 128 dB za 8 hodin (viz kapitola 3.1.4. Přípustné hygienické hodnoty expozice vibracím). Pokud jsou dodrženy tyto hodnoty, nemělo by být poškozeno zdraví vibracemi ani při dlouhodobější každodenní práci (v řádech několika desítek let). Oproti předchozím hodnotám se hodnoty 12,5 m/s-2 nebo 142 dB nesmí překročit ani krátkodobě, protože již při expozici delší než 20 minut hrozí poškození zdraví. Z těchto údajů je jasně viditelné, že při práci s motorovou pilou jsou překročeny limity pro osmihodinovou pracovní směnu. Proto se limitní výše vibrací musí vynásobit korekcí dle nařízení vlády 272/2011 Sb., §14 pro hygienický limit vibrací pro jinou než osmihodinovou pracovní dobu. Tímto předpisem je udávaný vztah: - 39 -
kde T je jiná pracovní doba než 480 minut (min)
Limit vibrací:
2,5 m/s-2 za 8 hodin (480 min)
Souhrnná hodnota vibrací na zadní rukojeti (sériový řetěz): 4,0197974 m/s-2 = 4 m/s-2 Doba měření:
75 min
Výpočet korekce:
kT = 2,52982213 m/s-2 Výpočet hladiny zrychlení: aef = 2,5 * kT aef = 6,32455532 m/s-2 Celková hladina zrychlení vibrací pro pracovní dobu 75 min. (zvolená na základě doby měření) se rovná 6,32 m/s-2. Pokud bychom chtěli zjistit maximální dobu, po kterou je možné pracovat s motorovou pilou v námi daných podmínkách (použití sériově vyráběného řetězu), museli bychom postupovat opačně: Celková hladina zrychlení vibrací na zadní rukojeti: Limit vibrací:
2,5 m/s-2 za 8 hodin (480 min)
Výpočet korekce:
kT = 4/2,5 = 1,6 m/s-2
- 40 -
4,0197974 m/s-2 = 4 m/s-2
Výpočet celkového času:
t = 480/1,62 = 187,5 min ≈ 3 hod. 8min. Celková doba, po kterou je možné řezat s pilou osazenou daným typem řetězu je 3 hodiny a 8minut.
- 41 -
6.
Diskuze Při práci s přenosnou řetězovou motorovou pilou v lesním hospodářství, ale i při
příležitostné práci v jiných oborech či „domácím“ použití, jsou jedním z limitujících faktorů vibrace, které negativně působí na soustavu ruka-paže, tak jak ji popisuje Směrnice evropského parlamentu a rady 2002/44/ES. Z tohoto důvodu jsem se na ně ve své práci zaměřil a to z hlediska poněkud experimentálního, neboť pilové řetězy s nestejnou roztečí řezacích článků se nepoužívají. V našem případě by se dalo uvažovat, že řetěz č. 2 nám nahrazuje pilový řetěz, který by měl vylámané některé řezací zuby, a tím pádem nestejnou rozteč řetězu, v důsledku dlouhodobého nesprávného používání. Takto poškozené řetězy se občas vyskytují, a kupodivu je s nimi i řezáno, u laické veřejnosti, která není ochotna investovat do nového řetězu, neboť „na těch pár polínek to není potřeba“. Měření míry vibrací přenášených z rukojetí na ruce se provádělo při příčném přeřezávání dubových výřezů motorovou pilou STIHL MS 362, která se podle výkonu 3,4 kW řadí do třídy III. středně těžké (Neruda, Simanov 2006). Při měření se postupně vyměnili všechny tři výše zmíněné vzorky pilových řetězů, pro něž se prováděla vždy 4 měření při každém ze tří režimů zátěže – chodu na volnoběh, při plném zatížení a při chodu na prázdno. Dubové výřezy o šířce 30 cm, které byly použity při testovacích řezech, byly upevněny ve stojanech. Testovací řezy se prováděly příčným přeřezáváním těchto výřezů, přičemž se obsluha pily snažila vyhnout viditelným místům s vadami a sukům tak, aby dosažené hodnoty byly nezkreslené a odpovídající. Obsluha se při měření snažila vyhnout kontaktu motoru nebo opěrky s řezaným výřezem přesně tak, jak udává norma ČSN EN ISO 22867. Motorová pila držena běžným způsobem tak, aby vodící lišta byla ve vodorovné poloze a kolmo na osu řezaného výřezu. Z námi naměřených hodnot vyplynulo, že nejvyšší hladinu vibrací při plném zatížení má sériově vyráběný řetěz, a to jak na přední, tak na zadní rukojeti, přičemž naměřená hodnota na rukojeti zadní byla vyšší o 0,7 m/s2 a tudíž nebezpečnější. Nejlépe z tohoto porovnávání vyšel řetěz s nestejnou roztečí řezacích článků. Tento řetěz, stejně jako řetěz bez mezer mezi řezacími články, měl vyšší hodnotu vibrací na přední rukojeti, což je rozdíl oproti sériově vyráběnému řetězu. - 42 -
Uvedené rozdíly (výše vibrací a vyšší vibrace na rozdílné rukojeti) nejspíše vyplývají z naprosto pravidelné rytmiky řetězu ze sériové výroby. Tento řetěz má větší počet řezných zubů, než řetěz s nestejnou roztečí a tudíž větší počet nárazů při zabírání třísky. Rozdíly mezi sériově vyráběným řetězem a řetězem bez mezer mezi řezacími články, kdy sériový řetěz má vyšší vibrace, spočívá dle mého názoru právě v oné mezeře mezi řezacími články, kterou disponuje sériový řetěz. Ta dává prostor pro zabrání větší třísky a tím většímu odporu, jehož výsledkem je silnější rozkmitání řetězu. Toto jsou však pouze hypotézy, které by se musely potvrdit dalšími měřeními a rozbory. Po porovnání naměřených a vypočítaných hodnot s hodnotami udávanými zákonem č. 272/2011 Sb. bylo zjištěno, že při použití všech řetězů dochází na obou rukojetích k překročení limitů vibrací přenášených na ruce pro osmihodinovou pracovní dobu stanovených v § 13. Naopak limitů vibrací, které podle § 14 nelze překročit po dobu delší než 20 minut, nebylo dosaženo ani v jednom z měřených případů. Pro výběr řetězu nejvhodnějšího pro řezání by bylo potřeba provést měření řeznosti a vypočítat poměr mezi řezností a výší vibrací. Pokud se ale na daný problém zaměříme objektivně, lze čistým svědomím říci, že by vítězně vyšel řetěz vyráběný sériově.
- 43 -
Závěr
7.
V této bakalářské práci jsem se zabýval rozborem změn technických a hygienických parametrů řetězů přenosných řetězových pil. Účel spočíval ve zjištění hodnot vibrací přenášených na soustavu ruka-paže, jejich vzájemné porovnání a jejich porovnání s legislativou. Testem prošly tři typy řetězů:
Sériově vyráběný řetěz STIHL Oilomatic RMC 3/8"
Řetěz s nestejnou roztečí řezacích článků
Řetěz bez mezer mezi řezacími články Tyto řetězy se lišily roztečí, přičemž sériově vyráběný řetěz měl rozteč 3/8",
druhý měl nestejnou rozteč vytvořenou spojovacími články a poslední tyto články neměl. Po změření a vyhodnocení výsledků hladiny vibrací na rukojetích bylo zjištěno, že nejvyšších hodnot dosáhl sériově vyráběný řetěz (3,742779164 m/s2 na přední rukojeti a 4,0197974 m/s2 na zadní rukojeti). Nejnižších hodnot dosáhl řetěz s nestejnou roztečí řezacích článků (3,634212107 m/s2 na přední rukojeti a 3,540669095 m/s2 na zadní rukojeti). Rozdíly hodnot však nejsou markantní. V porovnání s legislativou vyplynulo, že všechny řetězy překračují doporučené limity pro osmihodinovou pracovní směnu. Výpočtem byla stanovena maximální doba práce pro nejvyšší dosaženou hodnotu vibrací. Jedná se o 3 hodiny a 8 minut.
- 44 -
8.
Summary In this thesis I dealt with the analysis of changes in the technical and hygienic
parameters of chains of transferable chainsaws. The purpose is to determine values of vibration to hand-arm system, their mutual comparison and comparison with legislation. Three types of chains passed the test:
The mass-produced chain STIHL Oilomatic RMC 3/8 "
Chain with unequal spacing of cutting articles
The chain with no spaces between cutting articles These chains were different spacing, the mass-produced chain spacing was 3/8",
second chain had non-uniform spacing created by connecting cells and last chain had no link. After
the
measurement
and
evaluation
of
the
results
of
vibration
level at the grips was found that the highest values reached mass-produced chain (3,742779164 m/s2 on front handle and 4,0197974 m/s2 on back handle). The lowest values reached chain with unequal spacing of cutting articles (3,634212107 m/s2 on front handle and 3,540669095 m/s2 on back handle). Differences of values are not significant. Compared with the legislation showed that all the chains exceed recommended limits for the eight-hour work shift. The calculation was made for a maximum period of work for the highest value of vibration. It is 3 hours and 8 minutes.
- 45 -
9.
Použité zdroje
NERUDA, J., SIMANOV, V., 2006. Technika a technologie v lesnictví. První vydání Brno, Mendelova zemědělská univerzita v Brně, 324s. ISBN 80-7271-175-X. NEVŠÍMALOVÁ, S., RŮŽIČKA, E., TICHÝ, J. et al., 2005. Neurologie. Nakladatelství Galén, 367s. ISBN 80-7262-160-2. EVROPSKÁ KOMISE, 2008. Nezávazná příručka správných postupů pro provádění směrnice 2002/44/ES (vibrace na pracovišti), Lucemburk: Úřad pro úřední tisky Evropských společenství, 111s. ISBN 978-92-79-07529-2. DUFEK, J., 2006. Profesionální syndrom karpálního tunelu. Neurologie pro praxi, 5: 254-256. BRHEL, P., 2007. Raynaudův syndrom způsobený prací s vibrujícími nástroji. Interní medicína pro praxi: 9(10): 444-447. Nařízení vlády č. 272/2011 Sb., o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací. Směrnice evropského parlamentu a rady 2002/44/ES o minimálních požadavcích na bezpečnost a ochranu zdraví před expozicí zaměstnanců rizikům spojeným s fyzikálními činiteli (vibracemi). ČSN ISO 2041: Vibrace, rázy a monitorování stavu – Slovník, 2010 ČSN ISO 5805: Vibrace a rázy – Expozice člověka – Slovník, 2000 ČSN ISO 5348: Vibrace a rázy – Mechanické připevnění akcelerometrů, 1999 ČSN EN ISO 8041: Vibrace působící na člověka, 2005 ČSN EN ISO 22867: Lesnické stroje – Zkušební předpis pro vibrace přenosných ručních lesních strojů – Vibrace na rukojetích, 2009 ANONYMUS: [online] citováno 3. dubna 2012. Dostupné na World Wide Web: http://www.stihl.cz/technologie.aspx
- 46 -
ANONYMUS: [online] citováno 3. dubna 2012. Dostupné na World Wide Web: http://www.amazon.com/Husqvarna-240E-16-Inch-2-Cycle-Compliant/dp/productdescription/B001IGFG54 ANONYMUS: [online] citováno 3. dubna 2012. Dostupné
na
World
Wide
Web:
http://www.stromolezci.cz/arboristika/soubory/brouseni_retezu.pdf ANONYMUS: [online] citováno 4. dubna 2012. Dostupné na World Wide Web: http://www.szu.cz/tema/pracovni-prostredi/vibrace-prenasene-na-člověk ANONYMUS: [online] citováno 4. dubna 2012. Dostupné
na
World
Wide
Web:
na
World
Wide
Web:
http://www.ortopedie-richter.cz/operace.html ANONYMUS: [online] citováno 4. dubna 2012. Dostupné
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Raynaud_phenomenon.jpg ANONYMUS: [online] citováno 5. dubna 2012. Dostupné na World Wide Web: http://www.stihl.cz/Produkty-STIHL/Motorov%C3%A9-pily/St%C5%99edn%C4%9Bsiln%C3%A9-motorov%C3%A9-pily-pro-lesnictv%C3%AD/21933-130/MS-362.aspx ANONYMUS: [online] citováno 5. dubna 2012. Dostupné na World Wide Web: http://www.stihl.cz/21359/Rapid-Micro-Comfort-%28RMC%29-3-8.aspx ANONYMUS: [online] citováno 6. dubna 2012. Dostupné
na
World
Wide
Web:
http://www.bksv.com/products/transducersconditioning/vibration-transducers/accelero meters/accelerometers/4524b001.aspx ANONYMUS: [online] citováno 6. dubna 2012. Dostupné http://www.dewetron.com/int/products/software/dewesoft/
- 47 -
na
World
Wide
Web:
10.
Přílohy
Příloha č. 1 Grafický výstup programu DEVESoft při měření
- 48 -
