手牵引机运行过程中人手臂系统手传振动的测量

本实验的总体目标是研究手扶拖拉机运行过程中手臂系统的生物动力反应和振动可传播性。本研究为牵引手臂系统的手传振动测量提供了一个协议，并考虑了抓地力和振动频率的变化。这种方法将有助于理解手臂系统的振动传输特性。

首先，将手扶拖拉机放置在干燥、坚固且平地表面的试验场。取出手柄的弹性材料。在获得所有受试者知情同意后，测量每个受试者的身体尺寸，包括站立高度、质量、前臂长度、上臂长度和手长。

将加速度计适配器紧紧包裹在每个主体的手和手臂上。每个适配器都是用尼龙带和一块镀锌铁板制造的，以提供刚性和轻的附件。加速度计适配器被包裹在手背的位置，前臂的离位，前臂的近端，上臂的离位，上臂的近端和腹臂。

在开始测量之前，收集测量系统的所有组件，包括加速度计、数据采集系统、薄膜压力感应系统、转速计、数字气压计、加速度计适配器和其他相关组件。要设置加速度测量系统，首先，使用加速度计电缆，将加速度计与数据采集卡连接起来。使用以太网电缆，将底盘与计算机连接起来。

然后，将一个三轴加速度计连接到左手柄或手牵引器上，并将另一个加速度计连接到受试者左手的加速度计适配器上。将单轴加速度计一个接一个地附在受试者手臂和肩部的加速度计适配器上。调整三轴加速度计的方向，以符合指定的坐标系。

最后，使用胶带固定受试者手臂皮肤表面和拖拉机车把上的加速度计电缆。要建立抓地力测量系统，首先，使用双面胶带，在手牵引机的左手柄上安装两个薄膜传感器。然后，将屏幕系统放置在一个方便的高度。

以便受试者在手牵引器操作期间能够监控并将抓地力调整到指定级别。之后，指示主体将手柄保持并提升到水平位置。使用数字妖精测量受试者的手和手臂姿势，包括肩部水平诱拐、肩部垂直诱拐、肘部伸展、手腕伸长和手腕偏差。

要求受试者保持姿势，直到审判结束。以中性启动手牵引机，并保持低发动机速度运行，直到其稳定下来。打开测速仪、薄膜压力感应装置、笔记本电脑和加速数据采集系统。

设置数据收集的加速参数、采集模式和采样率。单击"运行"，等待大约十秒钟，直到系统稳定下来，然后单击"记录"开始记录加速数据。在测试过程中，要求受试者监控转速计，并将发动机速度调整到每分钟 1，500 转，直到其稳定下来。

然后，指示受试者将抓地力仔细调整到 20 牛顿，并将抓地力水平保持在大约 30 秒。接下来，将抓地力调整到30牛顿，并保持约30秒。然后，将抓地力调整到 40 牛顿，并保持约 30 秒。

之后，将发动机速度调整为每分钟 2，500 转，并重复上述抓地力调整程序。最后，将发动机速度调整为每分钟 3，500 转，并重复上述抓地力调整程序。试验结束时，指示受试者放下手柄，关闭手扶拖拉机的发动机。

保存振动加速度数据，拆下并放置下一个主题的加速度计。重复上述步骤，直到所有受试者的数据收集结束。并导出加速时间系列数据供进一步分析。

这些图在手柄上显示时间域和频率域加速度的示例，持续时间为半秒。X 和 Z 方向的最大加速度发生在 58 赫兹的频率下。发现大部分振动能量集中在频率范围从50到200赫兹。

获得了手臂系统的抓地力与根均等方加速度之间的均等关系。观察到，抓地力的增加显著增加了赫兹20至100赫兹频率的振动加速度。并且发现三个共振频率几乎随着抓地力的增加而线性地增加。

同时，也获得了发动机速度与根均平方加速度的关系。如图所示，较低的频率传输相对未受衰减。虽然，衰减是相当明显的更高频率。

因此，可以合理地得出结论，大部分振动能量在手和前臂中消散。此图表示手臂系统不同位置的平均可传输性。结果发现，手臂系统的可传播性随着振动源距离的增加而降低。

在手背观察到最高的可传播性。手腕和肘部可传播的共振频率约为20赫兹。还发现只有不到25赫兹的振动被有效地传送到前臂、上臂和肩膀。

该方法是根据手部传动振动标准建立的，是作为在固定条件下手扶拖拉机运行过程中测量人手臂系统手部传动振动的标准方案而开发的。加速度计和适配器的总重量应尽可能轻，以减少测量误差。应不间断地完成每个科目的测试试验，以降低操作姿势的效果。

建议方法的主要潜在应用是人-拖拉机相互作用现象的估计、手扶拖拉机的人体工程学发展以及隔离器和手套等保护装置的开发。