ارتعاش تمام بدن

(تاریخ مستندسازی – ۲۰۲۳)

حدود آستانه (TLVs) که با خط ساده در شکل ۱ نشان داده شده و در جدول ۱ فهرست شده‌اند، به جمع برداری مقادیر روزانه ریشه میانگین مربعات (rms) شتاب وزن‌دهی‌شده کل ناشی از ارتعاش مکانیکی تمام بدن (WBV) در ۳ محور عمود بر هم اشاره دارند. میزان مواجهه روزانه اپراتور یا فرد نشسته باید در طول مدت مواجهه روزانه مورد انتظار در یک دوره ۲۴ ساعته، زیر منحنی حد آستانه (TLV) یا حد مجاز مواجهه باقی بماند. سطوح اقدام (ALs) که با خط چین در شکل ۱ نمایش داده شده و در جدول ۱ فهرست شده‌اند، همچنین به جمع برداری مقادیر روزانه ریشه میانگین مربعات (rms) شتاب وزن‌دهی‌شده کل ناشی از ارتعاش مکانیکی تمام بدن در ۳ محور عمود بر هم اشاره دارند. اکیداً توصیه می‌شود اقدام جهت کاهش ارتعاش برای هرگونه مواجهه روزانه اپراتور یا فرد که در ناحیه بین منحنی TLV و منحنی AL برای مدت مواجهه روزانه مورد انتظار در یک دوره ۲۴ ساعته قرار می‌گیرد، انجام شود. شایان ذکر است که تأثیرات روانی یا فیزیولوژیکی ناشناخته ممکن است بر استعداد فرد در برابر خطرات سلامت تأثیر بگذارد. اگرچه منحنی‌های TLV و AL می‌توانند به عنوان راهنما در کنترل مواجهه با ارتعاش تمام بدن مورد استفاده قرار گیرند، اما نباید به عنوان مرز مشخصی بین سطوح ایمن و خطرناک در نظر گرفته شوند.

حد آستانه (TLV) یا حد مجاز مواجهه و حد اقدام (AL) مندرج در جدول ۱ بر حسب زمان (ساعت) مواجهه (T) از رابطه‌های زیر محاسبه می‌شوند:

$$TLV_{T (hr)} = \dfrac{2.45}{\sqrt{T}} \, \, \, \, (ms⁻² \, rms)$$$$AL_{T (hr)} = \dfrac{1.22}{\sqrt{T}} \, \, \, \, (ms⁻² \, rms)$$

یادآوری: این معادلات برای مدت‌های مواجهه کمتر از ۱۰ دقیقه یا بیشتر از ۲۴ ساعت اعمال نمی‌شوند.

نکته‌ها

۱. منحنی حد آستانه (TLV) یا حد مجاز مواجهه با مرز بالایی «مناطق احتیاط راهنمای سلامت» تعریف شده در استاندارد ISO 2631-1 مطابقت دارد ^(۱،۲). این مقادیر حداکثر جمع برداری شتاب‌های rms وزن‌دهی‌شده کل را برای یک مدت مواجهه روزانه مشخص نشان می‌دهند که اعتقاد بر این است اکثریت اپراتورها و سرنشینان وسایل نقلیه زمینی، هوایی و آبی ممکن است با احتمال خطر کم برای سلامتی‌شان در طول یک دوره ۲۴ ساعته در معرض آن قرار گیرند. مواجهات بالاتر از حد آستانه (TLV) یا حد مجاز مواجهه یا مرز بالایی ISO، با خطرات احتمالی برای سلامت مرتبط اند. منحنی حد اقدام (AL) با مرز پایینی «مناطق احتیاط راهنمای سلامت» تعریف شده در استاندارد ISO 2631-1 مطابقت دارد ^(۱،۲). مواجهاتی که در محدوده بین مرز پایینی (خط چین) و مرز بالایی (خط ساده) در شکل ۱ برای مدت مواجهه روزانه مورد انتظار در یک دوره ۲۴ ساعته قرار گیرند، با پتانسیل ایجاد خطرات سلامت مرتبط دانسته شده‌اند. مواجهاتی که پایین‌تر از حد اقدام (AL) یا مرز پایینی ISO قرار گیرند، با خطرات سلامت غیرمحتمل مرتبط هستند.
روش‌های شرح داده شده در این سند، برای ارزیابی ریسکات سلامت مطابق با استاندارد ISO 2631-1 و برای شتاب‌های انتقالی اپراتور یا سرنشین در حالت نشسته و راست‌قامت اعمال می‌شوند ^(۱،۲).

۲. شتاب ارتعاش یک بردار است که بزرگی آن بر حسب متر بر مجذور ثانیه (ms⁻²) بیان می‌شود. شتاب گرانشی، g = ۹.۸۱ ms⁻² است. سیستم مختصات بیودینامیکی مورد استفاده برای اندازه‌گیری شتاب‌های اپراتور یا سرنشین در حالت نشسته در شکل ۲ نشان داده شده است.

۳. حدود آستانه (TLV) و حد اقدام (AL) مرتبط با جمع برداری کل شتاب‌های rms وزن‌دهی‌شده روزانه، ممکن است خطر سلامت برای ارتعاش‌های دارای شوک‌های گاه به گاه یا قابل توجه ، یا ارتعاش‌های گذرا را دست‌کم گیرند. استاندارد ISO 2631-1 راهنمایی در مورد روش‌های جایگزین ارائه می‌دهد. این روش‌ها شامل «مقدار دوز ارتعاش» (VDV) می‌شوند. استاندارد ISO 2631-5 راهنمایی برای ارزیابی ارتعاش با شوک‌های متعدد ارائه می‌دهد و باید برای ارزیابی مواجهاتی که شامل شوک یا ضربه‌های فراتر از ۹.۸۱ m/s² (پیک ۱ g) هستند، در نظر گرفته شود. این روش‌های جایگزین باید علاوه بر روش rms مورد استفاده قرار گیرند (به نکته‌های ۷ و ۸ مراجعه کنید). حد آستانه (TLV) یا حد مجاز مواجهه و حد اقدام (AL) فقط به اپراتور یا سرنشین در حالت نشسته محدود می‌شوند و هدف استفاده در ساختمان‌های ثابت، سازه‌های فراساحلی یا کشتی‌های بزرگ را ندارند.

۴. خلاصه‌ای از روش‌های اندازه‌گیری ارتعاش تمام بدن به شرح زیر است:

الف. سه شتاب‌سنج سبک‌وزن (یا یک شتاب‌سنج سه‌محوره) که هر کدام حساسیت بین محوری کمتر از ۱۰٪ دارند، مطابق با استاندارد ISO 10326-1 به صورت عمود بر هم در مرکز یک دیسک لاستیکی سخت نصب می‌شوند ^(۴) . وزن کل دیسک لاستیکی مجهز و کابل‌های آن نباید از ۴۰۰ گرم تجاوز کند.

ب. حداقل، و برای ارزیابی ریسک سلامت، یک دیسک لاستیکی مجهز باید روی صندلی اپراتور یا سرنشین و در رابط بین باسن و سطح صندلی قرار داده شود. یک دیسک لاستیکی مجهز دوم می‌تواند در رابط بین پشت اپراتور یا سرنشین و پشت صندلی تماس‌یافته قرار داده شود، به‌ویژه اگر ارزیابی آسایش مدنظر باشد (به ISO 2631-1، بخش ۸.۲ مراجعه کنید) ^(۱،۲).

پ. در محل اندازه‌گیری رابط، اندازه‌گیری‌های شتاب پیوسته باید به طور همزمان در امتداد سه محور عمود بر هم (x, y, z) نشان‌داده‌شده در شکل ۲ (سطح/کفی صندلی و پشت صندلی [اختیاری]) به دست آید و ثبت شود. مدت زمان اندازه‌گیری باید دقت اندازه‌گیری را تضمین کند و نمایانگر مواجهه ارتعاشی اپراتور یا سرنشین در طول مدت مواجهه روزانه مورد انتظار باشد.

۵. خلاصه‌ای از روش‌های پردازش داده‌های ارتعاش تمام بدن، شامل محاسبه شتاب RMS وزن‌دهی‌شده کل در هر محور (x, y, z) و جمع برداری شتاب‌های RMS وزن‌دهی‌شده کل برای ارزیابی ریسک سلامت به شرح زیر است:

الف. اکیداً توصیه می‌شود که از تکنیک‌های پردازش سیگنال برای تولید محتوای طیفی وزن‌دهی‌نشده در هر محور استفاده شود تا فرکانس‌های متناظر با پیک‌های شتاب اصلی شناسایی شوند. این طیف‌ها می‌توانند در باندهای فرکانسی باریک با پهنای باند ثابت، یا باندهای نسبی حداکثر به اندازه یک‌سوم اکتاو تولید شوند.

ب. حداقل برای ارزیابی ریسک سلامت، اندازه‌گیری‌های شتاب به‌دست‌آمده برای هر محور در سطح صندلی تماس‌یافته با باسن، باید مطابق با استاندارد ISO 2631-1 برای اپراتور یا سرنشین در حالت نشسته، با استفاده از روش ارزیابی پایه و ضرایب وزن‌دهی فرکانسی و ضریب‌های ریسک سلامت، ثبت و پردازش شوند ^(۱،۲). این کار می‌تواند در دامنه زمان یا دامنه فرکانس و با استفاده از داده‌های باند باریک یا باند یک‌سوم اکتاو که در بالا ذکر شد، انجام شود. منحنی‌های وزن‌دهی فرکانسی برای خطر سلامت در شکل ۳ نشان داده شده‌اند. ضرایب (k_l) ریسک سلامت در جهت یا محورهای مربوطه در زیر آورده شده است. محدوده فرکانسی ۰/۵ تا ۸۰ هرتز است. این محاسبات، شتاب RMS وزن‌دهی‌شده کل را در هر محور (x, y, z) به دست می‌دهد. محاسبه در دامنه زمان در معادله ۱ نشان داده شده است.

(۱)

$$a_{wl} = k_l \left( \dfrac{1}{T} \int_{0}^{T} \, a_{wl}^2 \, (t) \, dt \right)^{0.5}$$

جایی که:
a_wl = شتاب RMS کل وزن‌دهی‌شده در محور l (که l می‌تواند x، y یا z باشد) بر حسب (ms⁻² RMS) که با مدت زمان اندازه‌گیری T (بر حسب ثانیه) مرتبط است.
k_l = ضریب برای جهت l (مقدار k برای x و y برابر ۱.۴ و برای z برابر ۱.۰ است).
a_wl(t) = شتاب وزن‌دهی‌شده به عنوان تابعی از زمان در محدوده فرکانسی ۰.۵ تا ۸۰ هرتز بر حسب (ms⁻²)
T = مدت زمان اندازه‌گیری بر حسب ثانیه

محاسبه در دامنه فرکانس در معادله ۲ نشان داده شده است:

(۲)

$$a_{wl} = k_l \left( \sum [W_{li} \cdot a_{li}]^2 \right)^{0.5}$$

در این رابطه:
a_wl = شتاب کل RMS وزن‌دهی‌شده در محور l (l = x، y یا z) بر حسب (ms⁻² rms)
k_l = ضریب تکثیر برای جهت l (مقدار k برای محورهای x و y برابر ۱.۴ و برای محور z برابر ۱.۰ است)
W_li = وزن‌دهی فرکانسی برای محور l در فرکانس باند باریک یا فرکانس مرکزی باند ۱/۳ اکتاو مربوطه، i، از ۰.۵ تا ۸۰ هرتز
a_li = مقدار شتاب RMS در محور l در فرکانس باند باریک یا فرکانس مرکزی باند ۱/۳ اکتاو مربوطه، i، از ۰.۵ تا ۸۰ هرتز بر حسب (ms⁻² RMS)

اگر ارتعاش اندازه‌گیری شده در مدت زمان T نمایانگر مواجهه روزانه اپراتور یا سرنشین در یک دوره ۲۴ ساعته باشد، در این صورت:

(۳)

$$a_{wl, daily} = a_{wl}$$

در این رابطه:
a_wl,daily = شتاب RMS کل وزن‌دهی‌شده روزانه در محور l (که l می‌تواند x، y یا z باشد) بر حسب (ms⁻² RMS) که با مدت زمان مواجهه روزانه مورد انتظار، T_e مرتبط است.

اگر مواجهه روزانه با ارتعاش از بیش از یک منبع (استفاده از چندین وسیله نقلیه) یا از دوره‌های مواجهه عملکردی متفاوت (ارتعاش با بزرگی و مدت زمان مختلف) که در یک بازه ۲۴ ساعته به هم پیوسته رخ می‌دهند ناشی شود، شتاب RMS کل وزن‌دهی‌شده روزانه در هر جهت x، y و z را می‌توان از ترکیب این مواجهات به صورت زیر محاسبه کرد:

(۴)

$$a_{wl, e} = \left( \dfrac{\sum [a_{wlj}^2 \cdot T_j]}{\sum T_j} \right)^{0.5}$$

در این رابطه:
a_wlj = شتاب RMS کل وزن‌دهی‌شده در جهت l (x، y یا z) برای دوره مواجهه j (بر حسب ms⁻² RMS) (محاسبه‌شده از معادلات ۱ یا ۲)
T_j = مدت زمان مواجهه روزانه پیش‌بینی‌شده برای منبع یا دوره مواجهه j (بر حسب ثانیه)

مدت زمان مواجهه روزانه پیش‌بینی‌شده برای دوره‌های چندگانه مواجهه به صورت زیر تعریف می‌شود:

(۵)

$$T_e = \sum_j T_j$$

ج. شتاب‌های RMS کل وزن‌دهی‌شده روزانه ممکن است در امتداد محورها یا جهت‌های انتقالی x، y و z مشابه یا غیرمشابه باشند. بنابراین، حرکت ترکیبی تمام سه محور عمود بر هم به عنوان جمع برداری شتاب‌های RMS کل وزن‌دهی‌شده، a_v,daily، محاسبه می‌شود:

(۶)

$a_{v, daily} = \left([a_{wx, daily}]^2+[a_{wy, daily}]^2+[a_{wz, daily}]^2 \right)^{0.5}$

در این رابطه:
a_v,daily = جمع برداری شتاب‌های RMS کل وزن‌دهی‌شده روزانه (بر حسب ms⁻² RMS) در ۳ محور عمود بر هم که با مدت‌زمان مواجهه روزانه پیش‌بینی‌شده (T_e) مرتبط است.

۶. خلاصه‌ای از روش آنالیز به شرح زیر است:
الف. جمع برداری شتاب‌های RMS کل وزن‌دهی‌شده روزانه (a_v,daily) با حدود آستانه (TLV) و سطوح اقدام (AL) نشان داده شده در شکل ۱ برای مدت‌زمان مواجهه روزانه پیش‌بینی‌شده (T_e) مقایسه می‌شود تا مشخص گردد آیا از حد آستانه فراتر رفته است (خطر سلامت محتمل)، آیا مواجهه روزانه بین حد آستانه و حد اقدام قرار دارد (خطر سلامت بالقوه)، یا آیا مواجهه روزانه پایین‌تر از حد اقدام است (خطر سلامت غیرمحتمل).

ب. ممکن است محاسبه مواجهه روزانه ارتعاش (در یک دوره ۲۴ ساعته) که به یک دوره مرجع ۸ ساعته استاندارد شده است، مطلوب باشد. این محاسبه به شرح زیر انجام می‌شود:

(۷)

$$a_{v, \, daily}(8) = a_{v, \, daily} \left[(\dfrac{T_e}{T_0})^{0.5} \right]$$

در این رابطه:
T₀ = مدت‌زمان مرجع ۸ ساعت یا ۲۸,۸۰۰ ثانیه

سپس می‌توان مقدار a_{v, daily (8)} را با استفاده از شکل ۲ یا جدول ۱ در مدت‌زمان T₀ (۸ ساعت) ارزیابی کرد.

۷. با استناد به استاندارد ^(۱) ISO 2631-1، روش RMS وزنی که در بالا توضیح داده شد ممکن است اثرات ارتعاش‌های حاوی شوک‌های گاه‌به‌گاه یا قابل‌توجه، یا ارتعاش‌های گذرا را دست‌کم گیرد. علاوه بر روش RMS، مقدار VDV (مقدار دوز ارتعاش) با توان چهارم را می‌توان در هر جهت به صورت زیر محاسبه کرد:

(۸)

$$VDV_l = k_l \left(\int_0^T [a_{wl} \, (t)^4] dt \right)^{0.25}$$

ذکر این نکته ضروری است که بر خلاف شتاب RMS کل وزن‌دهی‌شده که مطابق با معادلات ۱ و ۲ محاسبه می‌شود، VDV_l به مدت زمان اندازه‌گیری وابسته است. اگر مدت زمان اندازه‌گیری (T) مرتبط با VDV با مدت زمان مواجهه روزانه پیش‌بینی‌شده (T_e) برابر نباشد، اما ارتعاش اندازه‌گیری‌شده نمایانگر مواجهه رخ‌داده در طول T_e باشد، در این صورت:

(۹)

$$VDV_{l, \, daily} = VDV_l \left [(\dfrac {T_e}{T})^{0.25} \right]$$

اگر مواجهه روزانه با ارتعاش از بیش از یک منبع (استفاده از چندین وسیله نقلیه) یا از دوره‌های مواجهه عملکردی متفاوت (ارتعاش با بزرگی و مدت زمان مختلف) که در یک بازه ۲۴ ساعته به هم پیوسته رخ می‌دهند ناشی شود، می‌توان VDV_l روزانه را از ترکیب این مواجهات به صورت زیر محاسبه کرد:

(۱۰)

$$VDV_{l, \, daily} = (\sum_j VDV_{lj}^4)^{0.25}$$

در این رابطه:
VDV_lj = مقدار VDV_l مرتبط با دوره مواجهه j

هنگام استفاده از این روش، حد آستانه (TLV) یا حد مجاز مواجهه در هر جهت با مقدار ۱۷.۰ m/s ^{- ۱.۷۵} برای VDV_l تعریف می‌شود و نباید در طول مدت مواجهه از این مقدار تجاوز کند. حد اقدام (AL) در هر جهت با مقدار ۸.۵ m/s ^{- ۱.۷۵} برای VDV_l تعریف می‌شود. اکیداً توصیه می‌شود که برای کاهش هر مقدار VDV_l که بین ۸.۵ m/s ^{- ۱.۷۵} تا ۱۷.۰ m/s ^{- ۱.۷۵} قرار دارد، اقدامات کاهش ارتعاش انجام شود.

توجه داشته باشید که نه استاندارد ISO 2631-1 و نه انجمن ACGIH هیچ جمع برداری برای VDV تعریف نکرده‌اند. روش VDV نباید برای مواجهاتی که بیش از ۶ ساعت طول می‌کشند به کار رود. برای مواجهات بیش از ۶ ساعت، باید از حدود آستانه و حد اقدام مرتبط با روش RMS برای ارزیابی ریسک سلامت استفاده شود.

۸. برای مواجهه با ارتعاش‌های دارای شوک یا ضربه که از ۹.۸۱ m/s^۲ (پیک ۱ g) تجاوز می‌کنند، باید از دستورالعمل‌های استاندارد ISO 2631-5 برای محاسبه متغیر تنش (R) پیروی کرد. حد آستانه (TLV) یا حد مجاز مواجهه با مقدار R برابر ۱.۶ تعریف می‌شود و نباید از آن تجاوز شود. این مقدار R معادل خطر نسبتاً پایین آسیب است. استاندارد ISO 2631-5 همچنین یک روش جایگزین برای مواجهات حاوی شوک یا ضربه در سطح ۹.۸۱ m/s² (پیک ۱ g) یا پایین‌تر از آن ارائه می‌دهد. این روش‌ها باید علاوه بر روش RMS که در نکات ۱ تا ۶ توضیح داده شد، به کار روند تا مشخص شود که آیا از حد آستانه‌ای تجاوز است یا خیر.

۹. هنگامی که مدت‌زمان مواجهه روزانه ناشناخته است یا انتظار می‌رود در روزهای مختلف متغیر باشد، و این فرض قابل اتکا است که برآورد جمع برداری شتاب‌های RMS کل وزن‌دهی‌شده روزانه (a_{v, daily}) انتظار می‌رود نمایانگر مواجهه مرتبط با اکثر مواجهات روزانه باشد، می‌توان مدت‌زمان (T) برای رسیدن به حد آستانه (TLV) یا حد مجاز مواجهه را به صورت زیر تخمین زد:

(۱۱)

$$T = \dfrac{0.6}{a_{v, daily}^2}$$

به طور مشابه، مدت زمان (T) برای رسیدن به حد اقدام (AL) را می‌توان به صورت زیر تخمین زد:

(۱۲)

$$T = \dfrac{1.5}{a_{v, daily}^2}$$

ذکر این نکته ضروری است که متغیر T در معادلات ۱۱ و ۱۲ با متغیر T به عنوان مدت زمان اندازه‌گیری متفاوت است.

منابع