使用割灌機(jī)是現(xiàn)代林業(yè)和農(nóng)業(yè)勞動經(jīng)常采用的作業(yè)形式,園林工人在清除雜草、修剪灌木時經(jīng)常使用割灌機(jī)來完成綠化作業(yè),農(nóng)民在收割牧草、小麥、水稻、青稞、桑樹等農(nóng)作物也經(jīng)常使用割灌機(jī)。勞動者在操作便攜式割灌機(jī)作業(yè)時,一般要以一定的姿勢負(fù)重,暴露在自然環(huán)境中,背負(fù)質(zhì)量、作業(yè)姿勢、機(jī)器產(chǎn)生的振動和噪聲等會增加勞動者的負(fù)荷,造成作業(yè)疲勞,極易導(dǎo)致職業(yè)病的發(fā)生,甚至產(chǎn)生作業(yè)事故。因此,基于人機(jī)工程學(xué)理論,運(yùn)用精確可靠的評估方法和實驗測量工具對割灌機(jī)操作者的人體疲勞度進(jìn)行研究評價十分必要。此項研究可以科學(xué)的量化工人的作業(yè)疲勞,為確定工人的工作時限、崗位輪換、安全事故防范、職業(yè)病預(yù)防與治療等標(biāo)準(zhǔn)提供參考,也是國內(nèi)外人機(jī)工程學(xué)專家學(xué)者們?yōu)榻档土謽I(yè)勞動損傷發(fā)生率提供有效措施保障而努力的科研方向。本論文便是在此背景下,基于生物力學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計學(xué),對割灌機(jī)作業(yè)中的人體作業(yè)疲勞進(jìn)行系統(tǒng)的實驗與研究,研究要點如下:基于人機(jī)工程學(xué)與統(tǒng)計學(xué)原理,分析在割灌機(jī)作業(yè)中影響人體作業(yè)疲勞的工效學(xué)因素,建立割灌機(jī)作業(yè)人體疲勞度多指標(biāo)評價體系,確立割灌機(jī)作業(yè)人體疲勞評價步驟,利用調(diào)查問卷、觀察法和RULA方法對各評價指標(biāo)進(jìn)行評估賦值,用嫡值法和層次分析法對其進(jìn)行權(quán)重指標(biāo)計算,提出人體疲勞度量化模型并進(jìn)行求解計算,借助血氧實驗驗證該量化模型的準(zhǔn)確性。運(yùn)用生物力學(xué)與運(yùn)動學(xué)原理,利用動作捕捉技術(shù)采集勞動者使用割灌機(jī)進(jìn)行打草作業(yè)、割灌木作業(yè)和打枝作業(yè)的動力學(xué)及運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù),使用生物力學(xué)軟件對其進(jìn)行評價分析;采用生物力學(xué)方法,建立割灌機(jī)作業(yè)中人體在三種工況不同作業(yè)姿勢下的簡化受力模型;利用表面肌電技術(shù)對不同作業(yè)姿勢中人體各軀干肌肉的活動與功能進(jìn)行實驗分析,描述和評估割灌機(jī)作業(yè)中人體骨骼肌肉疲勞的負(fù)荷因子。使用三維坐標(biāo)系對兩種常見割灌機(jī)使用不同刀具在發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)、低速作業(yè)、高速作業(yè)時人體的手傳振動計權(quán)加速度均方根值與振動總值進(jìn)行測量分析,得出背負(fù)式割灌機(jī)和側(cè)掛式割灌機(jī)使用不同刀具時的(8)閾值,與我國現(xiàn)行職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較;應(yīng)用問卷調(diào)查統(tǒng)計法和冷水復(fù)溫試驗方法評估作業(yè)工人的白指患病率,利用回歸分析評估振動危害癥狀與工人接振總劑量的關(guān)聯(lián)性。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)和工程心理學(xué)理論中噪聲的客觀物理參數(shù)測量方法對勞動者每個工作日操作割灌機(jī)作業(yè)的噪聲暴露劑量和噪聲頻譜進(jìn)行實際測量和記錄,與我國現(xiàn)行職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較;選取人體腦電作為噪聲對人體心理及生理負(fù)荷的影響情況的評價指標(biāo),分析割灌機(jī)作業(yè)現(xiàn)場噪聲對勞動者腦電的影響,以及噪聲與勞動者作業(yè)疲勞度的關(guān)聯(lián)性。基于以上研究,提出割灌機(jī)背負(fù)架、手把的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計原則,建立割灌機(jī)作業(yè)中的人體上肢模型和手臂運(yùn)動模型,計算得出割灌機(jī)手把長度,提出割灌機(jī)減振設(shè)計的方法和降噪設(shè)計的方法;提出一種基于人機(jī)工程學(xué)的背負(fù)式割灌機(jī)改進(jìn)設(shè)計方案,使用人體建模和仿真軟件JACK對其進(jìn)行人機(jī)工效仿真評價,使用RULA和OWAS模塊對其在不同工況下的作業(yè)姿勢分別進(jìn)行人因分析。本研究可為確定勞動者在操作割灌機(jī)作業(yè)時的人體疲勞度提供參考,為研究作業(yè)姿勢、振動和噪聲對體力勞動能力和生理負(fù)荷的影響、割灌機(jī)的設(shè)計與改進(jìn)、矯正不良作業(yè)姿勢、降低作業(yè)疲勞、預(yù)防和降低職業(yè)性骨骼肌肉損傷、振動和噪聲危害,改善勞動者的職業(yè)健康狀況、促進(jìn)作業(yè)安全管理等提供理論依據(jù),是保障我國林業(yè)、農(nóng)業(yè)從業(yè)者職業(yè)健康、增長林業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力基礎(chǔ)性課題,對農(nóng)林機(jī)械的新科技、新產(chǎn)品研發(fā)提供了良好的參考經(jīng)驗,具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。
【學(xué)位單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S776.272
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 本文的研究背景、目的和意義
        1.1.1 本文的研究背景
        1.1.2 本文的研究目的及意義
    1.2 割灌機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 國外割灌機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)割灌機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 作業(yè)疲勞的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 作業(yè)疲勞度評價方法研究現(xiàn)狀
        1.3.2 作業(yè)疲勞度實驗測量分析的研究現(xiàn)狀
    1.4 農(nóng)林作業(yè)的作業(yè)疲勞研究現(xiàn)狀
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容與方法
        1.5.1 本文主要研究內(nèi)容
        1.5.2 本文研究方法及技術(shù)路線
2 割灌機(jī)作業(yè)中的人體作業(yè)疲勞評估與量化
    2.1 割灌機(jī)作業(yè)中的人體作業(yè)疲勞評價指標(biāo)
        2.1.1 割灌機(jī)作業(yè)的主要工況
        2.1.2 割灌機(jī)作業(yè)的人體作業(yè)疲勞因素
    2.2 割灌機(jī)作業(yè)人體疲勞度多指標(biāo)評價體系
        2.2.1 評價指標(biāo)體系
        2.2.2 割灌機(jī)作業(yè)人體疲勞評價步驟
    2.3 割灌機(jī)作業(yè)中人體疲勞度量化模型
        2.3.1 權(quán)重指標(biāo)計算
        2.3.2 割灌機(jī)作業(yè)中人體疲勞度量化模型計算
        2.3.3 結(jié)果分析
        2.3.4 血氧實驗
    2.4 本章小結(jié)
3 割灌機(jī)作業(yè)中人體姿勢的力學(xué)負(fù)荷評估與主要肌肉活動分析
    3.1 割灌機(jī)作業(yè)中人體姿勢的三維運(yùn)動學(xué)分析
        3.1.1 割灌機(jī)作業(yè)中人體姿勢動作捕捉實驗
        3.1.2 實驗結(jié)果與分析
        3.1.3 實驗小結(jié)
    3.2 割灌機(jī)作業(yè)中人體下背部的力學(xué)負(fù)荷評估
        3.2.1 研究方法
        3.2.2 割灌機(jī)作業(yè)中人體不同作業(yè)姿勢下的簡化受力模型
        3.2.3 討論
    3.3 割灌機(jī)作業(yè)中上肢生物力學(xué)分析
    3.4 割灌機(jī)作業(yè)中人體姿勢的主要肌肉活動分析
        3.4.1 實驗設(shè)計
        3.4.2 結(jié)果與分析
        3.4.3 討論
    3.5 本章小結(jié)
4 割灌機(jī)作業(yè)中手傳振動對人體的負(fù)荷研究
    4.1 割灌機(jī)振動的測量與特性
        4.1.1 割灌機(jī)振動的的特性
        4.1.2 手傳振動的測量儀器
        4.1.3 振動傳感器的位置和方向
        4.1.4 振動幅值的基本參量
        4.1.5 多軸向振動
    4.2 手傳振動暴露的特性
        4.2.1 日暴露時間
        4.2.2 日振動暴露量
        4.2.3 手傳振動的限值標(biāo)準(zhǔn)
        4.2.4 振動信號的分析
    4.3 手傳振動測量實驗
        4.3.1 實驗設(shè)備
        4.3.2 實驗設(shè)計
        4.3.3 振動測量結(jié)果
        4.3.4 討論
    4.4 割灌機(jī)作業(yè)振動暴露與工人手臂損傷影響因素分析
        4.4.1 對象與方法
        4.4.2 結(jié)果
        4.4.3 討論
    4.5 本章小結(jié)
5 割灌機(jī)作業(yè)中噪聲對人體的負(fù)荷研究
    5.1 噪聲的評價標(biāo)準(zhǔn)
        5.1.1 現(xiàn)有噪聲評價的標(biāo)準(zhǔn)
        5.1.2 割灌機(jī)噪聲的評價與測定標(biāo)準(zhǔn)
        5.1.3 割灌機(jī)噪聲的測定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)
    5.2 割灌機(jī)作業(yè)的噪聲檢測實驗
        5.2.1 實驗設(shè)計
        5.2.2 實驗方法
        5.2.3 結(jié)果與討論
    5.3 割灌機(jī)作業(yè)噪聲對人體腦電波的影響
        5.3.1 實驗對象和設(shè)備
        5.3.2 實驗方法
        5.3.3 結(jié)論與討論
    5.4 本章小結(jié)
6 基于人機(jī)工程學(xué)的割灌機(jī)改進(jìn)設(shè)計與評價
    6.1 基于作業(yè)姿勢疲勞的割灌機(jī)改進(jìn)設(shè)計原則
        6.1.1 割灌機(jī)背負(fù)架的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計原則
        6.1.2 割灌機(jī)手把的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計原則
    6.2 基于振動負(fù)荷和噪聲負(fù)荷的割灌機(jī)改進(jìn)設(shè)計原則
        6.2.1 割灌機(jī)減振設(shè)計的方法
        6.2.2 割灌機(jī)降噪設(shè)計的方法
    6.3 基于人機(jī)工程學(xué)的背負(fù)式割灌機(jī)改進(jìn)設(shè)計
        6.3.1 整機(jī)設(shè)計
        6.3.2 背負(fù)架設(shè)計
        6.3.3 傳動桿支架設(shè)計
    6.4 割灌機(jī)改進(jìn)設(shè)計方案的人機(jī)工效仿真評價
        6.4.1 人機(jī)工效仿真分析的流程
        6.4.2 數(shù)字人體模型和三維虛擬環(huán)境的建立
        6.4.3 割灌機(jī)改進(jìn)設(shè)計方案的人機(jī)工效仿真評價
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝
東北林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文修改情況確認(rèn)表

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2840624