当前世界环境

介绍

采矿业与许多职业健康危害有关，需要进行监测和评价。全身振动(WBV)是一个多世纪以来已知的危害之一，由于它可能对工作人群的健康产生负面影响，在各种文献中被广泛讨论。^1-13在露天采矿中，各种重型土方机械用于所有主要作业。所有这些机器往往更复杂，技术更先进。矿石从爆破面运输到破碎厂是采矿作业中必不可少的步骤之一。倾卸车被广泛用于矿物和覆盖层的运输。目前印度矿山的倾卸机容量从10吨到240吨不等。

矿主通常将矿物运输外包给第三方承包商。印度矿山的技术进步在本质上并不统一;公司通过承包商使用普通的平板卡车。在顶级矿业集团中，这与他们自己的高质量翻车机相结合，比如沃尔沃或小松生产运输用翻车机。在任何一种情况下，驾驶车辆和将矿物从采矿租赁区运送到破碎厂的任务都是经济驱动的，因此即使在不利和艰苦的条件下也经常这样做。不同矿山的车辆类型、悬挂系统或座椅质量各不相同。此外，运输道路的条件是现场特定的因素，并不总是有利于平稳行驶。因此，在移动翻车机中运输矿物时，翻车机操作员暴露于WBV。

根据Mandal(2014)在印度矿山进行的一项研究，在总共66名(66名)自卸车操作员中，约59名(59名)被发现每天暴露在振动中至少6小时。¹⁴WBV对健康的影响如此之大，已成为矿业部门优先关注的问题。长期暴露于WBV(0.5至80 Hz)对操作人员的健康有许多不利影响。腰痛(LBP)被认为是一个众所周知的职业健康问题，在车辆操作员暴露于WBV。^{6、2、15、16}这种健康障碍当然是不可取的，在许多国家会导致相当大的经济赔偿。此外，这种疾病导致了矿工生活质量的普遍下降。

振动主要由路面与轮胎的相互作用引起，并通过车辆悬架系统的一个或多个阶段到达驾驶员座位。座椅主要可以分为两种类型，常规座椅和悬挂座椅。传统的座椅通常由钢框架、聚氨酯泡沫垫和织物覆盖制成。有时，这些类型的座椅的某些功能是可调节的，如座椅高度，靠背角度和前后调节。然而，传统座椅的一个重要特点是缺乏独立的悬挂机构。悬挂座椅，然而，包括一个独立的悬挂机制，除了传统的泡沫垫。悬挂机构由弹簧和安装在坐垫下面的阻尼器组成。图1描述了典型悬架座椅的一般工程设计。¹⁷

图1:典型的悬架座椅及其部件 点击此处查看图

此外，悬架座椅可以根据所提供的悬架布置类型进行分类。例如，在这个试点研究中，所有的自卸车都配备了气动悬挂座椅。Ebe和Griffin (2000a,b)考虑了座椅不适的静态和动态因素。随着振动幅度的增大，动力特性的相对重要性也随之增加。^18、19目前在实地条件下进行的研究已适当考虑到这一点。

Mansfield(2005)指出，预防这些操作人员接触WBV有两种主要选择:要么缩短接触时间，要么减少接触程度。¹⁷现在，在8小时的轮班中，将暴露时间减少到6小时以下是不现实的。由于采矿业运输矿物的经济方面，这是不现实的。在经济情况下，该行业越来越走向私有化，劳动者越来越多地通过合同代理获得资源，由于工作时间延长，工作时实际暴露于振动的时间甚至可能超过8小时。因此，减轻振动风险的唯一选择是降低进入人体的振动强度。为此，设计工程控制措施或预防策略，需要对自卸车座椅从振动源向人体传递的有效性进行评价。本次初步调查的基本目的是评价所研究矿区使用的气动自卸车座椅的传播系数。计算了共15台(n=15)自卸车气动座椅在动场条件下的有效振幅传递率或阀座系数。

材料与方法

进行实时实验的翻车机和座椅的选择

选择了两种类型的倾卸机进行研究。所有十五(15)个翻车机的座椅类型都是气动的。所有座椅都是各自制造的翻车机的组成部分，可根据操作员的体重进行调节。这样调整靠背的高度和倾斜度应该是一种标准做法。表1列出了用于初步评估的倾卸车的详细信息以及座位信息。根据B B Mandal(2010 & 2014)的研究，除了一些特殊情况外，大多数矿用运输道路上的自卸车的主要振动轴是垂直轴或z轴。¹⁵关于在工作中接触振动的人的脊柱健康，已经发布了一项专门的国际标准ISO 2631-5: 2004，该标准只涉及z轴振动。^20.因此，决定测量矿井自卸车底座(底板)和座面z轴振动。

表1:所研究的倾卸器和座椅的详细情况 以及静态和动态元素 影响WBV和SEAT因子 点击这里查看表格

表2:加速度计标定数据

座椅垫加速度计SV38A (mV/g)			单轴加速度计SV80 (mV/g)
x轴	y轴	z轴	z轴的
101.6	100.5	101.3	102.6

仪器仪表和测量

按照国际标准ISO 8041:1990和ISO 2631- 1:20 97进行振动测量和数据解释。将三轴座垫加速度计(图2)放置在操作员坐骨结节(臀部的两个部分)之间的座位上，用于记录座位表面三个方向(x, y, z)的振动。

图2:三轴座垫加速度计 放置在操作员的座位上 点击此处查看图

x轴按前后方向排列，y轴按左右横向排列，z轴按垂直方向排列。由于研究的目的是了解振动信号在z轴上的传递率，因此将另一个单轴加速度计(表示为z')垂直放置在地板上，并采用强磁性安装，牢固地附着在金属底座(地板)上。地板地毯的一部分偶尔从机舱地板上移除，以获得磁性附着的金属地板(图3)。

图3:SV80单轴加速度计磁力 被固定在驾驶室的地板上 点击此处查看图

三轴座垫加速度计(SVANTEK制造SV 38A)收集所有三个正交轴的平移或直线振动数据。单轴或单轴加速度计(SVANTEK制造SV 80，安装磁铁SA 32)同时刚性地放置在地板上，以记录垂直方向的信号。从驾驶员-驾驶员界面发出的振动信号被记录下来，用于整个操作周期，即装载、拖运、倾倒和自卸车返回装载点。为了进行一次观测，考虑了一个周期的运行时间。一个周期的平均观察时间约为7分钟，不包括自卸车因任何原因处于闲置状态的时间。由于操作相似且重复，因此取一个操作周期作为一天中所有其他周期(行程)的代表。将一个周期所需的时间乘以作业次数，求出该作业人员一天的总暴露时间。²¹在测试开始之前，根据测试实验室提供的校准数据(表2)，对所有四个加速度计进行了校准。在测量期间，操作人员被指示继续进行日常工作。

健康风险预测

为了了解我们正在处理的暴露的严重程度，我们首先收集了座位振动的频率加权平均加速度(RMS)值。坐姿暴露的比例因子(W_dx轴和y轴=1.4,W_k= 1.0为z轴)应用于沿所有三个轴的RMS加速度。我们在MS-EXCEL中开发并使用了振动风险计算器，利用测量到的振动强度和每天的暴露时间，快速预测对健康的影响。为此，我们计算了A(8)值，以便与ISO 2631- 1:20 97标准的暴露限值进行比较²²(表3)印度矿山安全总局(DGMS)规定了遵循ISO标准的准则。²³暴露作用值和暴露限值通常用A(8)值表示。A(8)值通过确定8小时暴露当量进行归一化，该当量由公式导出:

地点:

一个_w为支撑面在x、y、z三个正交方向上的实测振动量级(RMS频率加权加速度量级);

T暴露的持续时间是振动的大小一个_w;

T₀参考时长是8小时，又是

k是一个乘法因子(k= 1.4 x和y轴和1.0 z轴)。用x、y、z轴中A(8)的最高值与极限值进行比较。²⁴

传递率的测量

利用座椅有效振幅透射率(seat)值来评估WBV从地板到座椅的透射率。SEAT值是座位处的强度与地板处的WBV的比值。一个典型的刚性座椅将显示一个统一的座椅值。SEAT值通常使用RMS和VDV值来评估。Mansfield(2005)将传递率精确定义为座位表面的振动与座位基座(通常是车底)的振动之比作为频率的函数:

在那里,T (f)是传递率，一个_座位(f)加速度在座位上吗一个_地板上(f)座位底部的加速度是频率吗f。如果地板和座椅表面的加速度大小相同，则传递率为单位，即没有实际衰减。总体传递率可以用单个SEAT值表示，该值是座椅和地板上的总体加速度RMS值(或VDV)的比值。

SEAT%值表示汽车座椅在振动传递率方面的整体性能指标。进一步了解问题的范围，并提供足够的细节以进行有效的工程控制，已被排除在本研究案例研究之外。

结果与讨论

主要观察到，所有15个自卸车都以z轴或垂直轴作为座椅振动的主导轴。与ISO 2631- 1:20 97的健康指导警告区(HGCZ)相比，考虑到沿主轴的振动幅度和每天各自的暴露时间，所有操作员都表明存在健康风险(表3)。

表3:使用r.m.s加速度进行振动暴露的健康风险评估

	频率加权均方根加速度(ms2）			RMS加速度乘以刻度\因子(ms2）
设备	一个的天气	一个王寅	一个wz	一个的天气	一个王寅	一个wz	暴露时间	健康风险评估，按照HGCZ (ISO 2631 - 1:1997) 沿主导轴
自卸车- 10	0.26	0.27	0.67	0.36	0.38	0.67	6.25	表示
自卸车- 11	0.30	0.32	0.66	0.42	0．45	0.66	6.25	表示
自卸车- 12	0.31	0.30	0.72	0.43	0.42	0.72	6.25	表示
自卸车- 13	0.48	0.49	0.78	0.67	0.69	0.78	4.40	表示
自卸车- 14	0.36	0.31	0.89	0.50	0.43	0.89	6.25	表示
自卸车- 15	0.47	0.48	0.73	0.66	0.67	0.73	4.77	表示
自卸车- 16	0.38	0.34	0.87	0.53	0.48	0.87	5.50	表示
自卸车- 17	0.33	0.39	0.82	0.46	0.55	0.82	6.25	表示
自卸车- 20	0.31	0.30	0.76	0.43	0.42	0.76	6.60	表示
自卸车- 23	0.24	0.27	0.62	0.34	0.38	0.62	6.23	表示
自卸车- 25	0.43	0.37	0.86	0.60	0.52	0.86	5.50	表示
自卸车- 28	0.31	0.39	0.85	0.43	0.55	0.85	5.50	表示
自卸车- 31	0.39	0．35	0.66	0.55	0.49	0.66	6.60	表示
自卸车- 32	0.33	0.37	0.71	0.46	0.52	0.71	6.23	表示
自卸车- 33	0．25	0.32	0.73	0．35	0．45	0.73	6.60	表示

尽管Dumper -13和Dumper - 15的暴露时间低于5小时，但健康风险并没有下降。人们认为，在所有15个倾倒者中，即使暴露时间略有增加，也会造成很高的健康风险。总之，r.m.s加速度值明显高到足以引起关注。这些健康风险主要是指发生腰痛(LBP)和其他脊柱疾病的可能性。令人惊讶的是，气动悬架座椅的峰值加速度至少是其平均加速度的9倍。似乎先进的悬架产生了更多的弹跳效果相比，他们的刚性对应。因此，波峰系数(CF)大于9，气动座椅的振动剂量值进一步考虑到ISO 2631- 1:20 97中规定的附加评估。The health risk was further affirmed by additional analysis using VDV values (Table 4). In the prevailing circumstances, none of the fifteen (15) operators were free from adverse health risk due to exposure to vibration during their daily work.

表4:使用VDV进行健康风险评估_T对于CF> 9的设备

设备	VDVx	VDVy	VDVz	暴露时间	VDVT沿主导轴	按照HGCZ (ISO 2631- 1:20 97)进行健康风险评估
自卸车- 10	1.84	2.08	4.08	6.25	-	表示
自卸车- 11	2.35	2.65	5.20	6.25	11.63	表示
自卸车- 12	2.39	2.30	4.73	6.25	-	表示
自卸车- 13	3.12	3.48	5.41	4.40	-	表示
自卸车- 14	2.95	2.37	5.73	6.25	-	表示
自卸车- 15	2.96	3.07	4.62	4.77	-	表示
自卸车- 16	2.93	2.54	5.85	5.50	-	表示
自卸车- 17	2.57	3.51	6.06	6.25	13.55	表示
自卸车- 20	2.34	2.26	5.83	6.60	12.63	表示
自卸车- 23	1.79	2.23	5.80	6.23	12.56	表示
自卸车- 25	3.33	3.05	7.08	5.50	15.31	表示
自卸车- 28	2.34	2.40	5.60	5.50	-	表示
自卸车- 31	3.20	2.81	5.21	6.60	11.26	表示
自卸车- 32	2.43	2.62	4.33	6.23	-	表示
自卸车- 33	1.91	2.56	5.78	6.60	12.52	表示

因此，了解从阀座基座到阀座表面的传输过程中是否存在有效衰减就显得尤为重要。因此，计算了所有这些座位的z/z′的比率(表5)。总体而言，这十五(15)个座位的振动环境是这样的，只有两个(2)个座位在减少振动暴露方面是有效的。31号和33号翻车机座位使用均速加速度值比值的SEAT值分别为79%和78%(表5)。

表5:座椅和地板通道的频率加权均方根加速度值

	座位通道(毫秒)2）			地板通道(ms)2）	座位系数(z/z ')
设备	轴	轴	z轴	z”——轴
自卸车- 10	0.26	0.27	0.67	0.73	0.92
自卸车- 11	0.30	0.32	0.66	0.71	0.93
自卸车- 12	0.31	0.30	0.72	0.64	1.13
自卸车- 13	0.48	0.49	0.78	0.66	1.18
自卸车- 14	0.36	0.31	0.89	0.81	1.10
自卸车- 15	0.47	0.48	0.73	0.65	1.12
自卸车- 16	0.38	0.34	0.87	0.72	1.21
自卸车- 17	0.33	0.39	0.82	0.83	0.99
自卸车- 20	0.31	0.30	0.76	0.65	1.17
自卸车- 23	0.24	0.27	0.62	0.56	1．11
自卸车- 25	0.43	0.37	0.86	0.69	1.25
自卸车- 28	0.31	0.39	0.85	0.77	1.10
自卸车- 31	0.39	0．35	0.66	0.84	0.79
自卸车- 32	0.33	0.37	0.71	0.75	0.95
自卸车- 33	0．25	0.32	0.73	0.93	0.78
平均数±标准差					1.05±0.14

这两(2)个座位的基于VDV的SEAT值分别为79%和84%，也是组中最低的。其他十三(13)个座位有座位_智慧化数值范围从92到125%，远远不能令人满意。正如在研究时所观察到的，31号和33号自卸车偶然在水平道路上运输，如表1所示。

表6:座椅和地板通道的振动剂量值(VDV)

	座位通道(毫秒)-1.75）			地板通道(ms)-1.75）	座位系数(z/z ')
设备	轴	轴	z轴	z”——轴
自卸车- 10	1.84	2.08	4.08	4.73	0.86
自卸车- 11	2.35	2.65	5.20	5.55	0.94
自卸车- 12	2.39	2.30	4.73	4.44	1.07
自卸车- 13	3.12	3.48	5.41	4.56	1．19
自卸车- 14	2.95	2.37	5.73	5.35	1.07
自卸车- 15	2.96	3.07	4.62	4.17	1．11
自卸车- 16	2.93	2.54	5.85	4.89	1.20
自卸车- 17	2.57	3.51	6.06	6.45	0.94
自卸车- 20	2.34	2.26	5.83	4.70	1．24
自卸车- 23	1.79	2.23	5.80	4.19	1.38
自卸车- 25	3.33	3.05	7.08	5.06	1.40
自卸车- 28	2.34	2.40	5.60	5.17	1．08
自卸车- 31	3.20	2.81	5.21	6.62	0.79
自卸车- 32	2.43	2.62	4.33	4.91	0.88
自卸车- 33	1.91	2.56	5.78	6.85	0.84
平均数±标准差					1.07±0.18

结果表明，由于振动暴露，对翻车机操作员的健康有中等风险。基于频率加权r.m.s.加速度值和振动剂量值(VDV)， 15台自卸车的SEAT因子几何平均值分别为1.03%和1.05%。本初步研究的结果与其他研究文献一致。SEAT值的取值范围(0.78 ~ 1.31;Gunaselvam和Niekerk(2005)在对坏砾石路面上的重物的研究中得到的平均值±标准差为1.02±0.16)与我们的结果接近(0.79 ~ 1.40;平均值±标准差1.07±0.18)[25]。这些发现清楚地表明，安装在自卸车中的座椅在减少振动方面效率不高，或者可能没有正确安装。它们肯定没有按照知名制造商通常规定的程序使用。正如Paddan和Griffin(2002)所回应的那样，选择合适的汽车座椅对于降低全身振动强度同样重要。此外，座椅悬架系统的不正确调整会放大振动暴露[26]。 As mentioned by Gunaselvam and Niekerk (2005) due to the frequency dependent properties of the suspension system, industrial seats should be selected properly for the specific vehicles or work places [25]. As observed by Blood等(2011)在他们的研究中，更高质量的减振座椅技术比行业标准的空气悬架座椅更有效[27]。所研究的自卸车采用工业标准气动座椅可能是导致其性能不理想的原因之一。然而，在解释SEAT因子时，运输道路特性是一个需要考虑的动态参数。正如王芳芳等人(2016)所提到的，并非所有气动空气悬架座椅的行为都是一样的。在他们的研究中，与公路路段相比，未铺设的运输道路条件导致了更高的WBV[28]。因此，需要对这类自卸车的工程设计和座椅工效学进行进一步深入的评估。整车振动的工程控制方法是减少振动从源到受源的传递，主要包括改进车辆悬架、驾驶室悬架和悬架座椅。座椅悬架对振动的衰减起着至关重要的作用。可以清楚地观察到，座位因子值在很大程度上取决于座车组合[29]。在我们的研究中，结果表明，大多数气动座椅实际上放大了从车身接收的振动。 Further, frequency analysis needs to be conducted for understanding the problem with adequate details for effective engineering control and utilizing the seats more optimally to yield better comfort for the dumper operators.

结论

首先要实现用气动座椅代替旧自卸车原有的刚性座椅的目的。具有先进功能的气动座椅应该为操作人员提供舒适的座位，并且必须具有令人满意的动态特性。有害振动的衰减是汽车座椅在动态条件下的主要要求之一。作者是印度第一个对采矿车辆的SEAT因素进行此类研究的人。从初步研究可以宣布，仅仅安装气动座椅可能不足以解决问题。安装本身不应被视为矿主责任的终结。随着这项研究的展开，安装的座椅的效率需要在现场条件下进行技术和人体工程学检查。考虑到操作人员的体重，座椅需要经常调整，但由于振动强度有多因素来源，因此需要重新检查整体效果。因此，需要了解车辆使用的路面、道路状况、车辆速度、操作人员的驾驶风格、操作人员的重量和高度、自卸车的装卸情况等信息，才能全面解决问题。

鸣谢

作者感谢那格浦尔(印度)国家矿工健康研究所所长为开展这项研究提供了一切必要的设施。这篇研究文章是在由印度政府矿产部资助的科技项目“开发采矿设备振动危险潜在评估协议”下完成的工作成果。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

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