手扶拖拉机手把振动的评价

  洛阳拖拉机研究所张季群

    摘要叙述了振动引起白指的问题，分析了振动评价的有关问题，提出了评价指标的量值建议。

    【Abstract] The paper describes white finger problem caused by vibration,analyses problems

    related to bibration evaluation,makes a suggestion on evaluation index.

    叙词：手把振动加权加速度

    全国手扶拖拉机制造厂近百个，手扶拖拉机的保有量已达500多万台，是世界上拥有量最多的国家，在农村经济的发犀中发挥着巨大的作用．然而，手扶拖拉机手把振动较大，危害着驾驶员的身体健康。有必要尽快研究如何评价和限制手扶拖拉机手把振动，以保证驾驶员的身体健康。

    一、局部振动病

    操作手扶拖拉机时，象使用其他手持振动工具一样，振动作用于人手、会引起以末稍循环障碍为主的疾病，称为局部振动病。发病的部位多在上肢的末端，典型表现为手指变白，称为“白指”。英文称作VWF (Vibration-indueed White fincer)，意义很明确，就是振动引起的白指。白指是一种很复杂的观象，主要的机理是在长时间受振的情况下，手和手指处的平滑肌萎缩，从而减少了流向手和手指的血液流量，使手指变白，产生疼痛、麻木、发冷、僵硬、发胀，无力等局部症状。也可能出现头疼，耳鸣、失眠、关节疼等全身性症状。特别是在寒冷的气候下使用振动工具，更容易发生这种症状。

    手持振动工具很多，如风镐、手砂轮机、气动扳手、气动铆枪等。产生振动的手操作机械，如手扶拖拉机等，其局部振动病的危害便不容忽视。为此，世界上许多国家的专家都开展了这方面的研究。例如：曾有人对使用气动钻（风镐）和手砂轮机的与在同样微气候环境中工作但不遭受振动的人进行了对比检查；结果发现，遭受振动的比不遭受振动的人，其手部皮肤血液流量减少了38%—67%。

血液流量减少的后果之一是降低了皮肤的温度。有研究者曾作过一项测定，用两组人，其中一组为受振组，另一组为不受振组，开始时，受振组的手部温度较低，然后将两组人的手都放到45℃的水中加温lOmin，使两组人的手温接近一致，接着逐渐冷却。结果，受振组的手温低2℃左右，一直到恢复至常温，受振组的手温仍比较低，见图1。 大多数人不会因为白指而导致健康衰弱，但是有可能引起指尖坏死。  

 二、局部振动的评价

    找国对于局部振动引起的振动疾患给予了注意，国家卫生部早在1985年即颁布实施了国家标准GB4869-85《职业性局部振动病诊断标准及处理原则》。标准中对职业性接触局部振动出现的振动疾患按程度不同为三级：观察对象级，轻度局部振动病级及重度局部振动病级，并给出了相应的诊断标准与处理原则。对观察对象，应1～2年复查一次。对轻度的，应调离振动作业并进行适当的治疗。而对重度的则必须调离振动作业，积极治疗，病情减轻后才能作其他轻工作。这表明局部振动病可能危及健康并导致工作能力的丧失。

    为了对局部振动进行评价并加以限制，国外许多国家提出了不少方法和准则，但这些准则之间的差别很大，由于缺乏足够的医学和生理学方面的依据，很难判定究竟哪一种最正确，应该采用哪一个。国际标准化组织(ISO)于1977年制订了一套评价指南——lSO/DIS5349《人体接触手传振动的测量和评价指南》（图2），这一指南以倍频程及1／3倍频程分析对各频带的振动水平进行限制，同时考虑了受振时间及振动间隔情况等因素。经过几年的使用和研究，又于1983年1月提出了修改草案，其编号及名称均维持原稿不变，只是在评价的方法上作了较大的变动（图3），主要的有两点：第一是评价的基本观点是振动输入给手的能量，认为相等的能量将引起相同的危害，该修改草案以每日4h等能量频率加权加速度作为评价的主要参数。第二是考虑振动对人体危害的群体统计结果，而不是象原草案中只要有一个频率的振动水平超出所规定的界限，即视为不允许的。图3中各量之间的关系可以用下列近似关系式表示：

题，不同的人对同一振动的反应不同，即使同一个人，在不同的时间、不同的情况下对同一振动的反应也是不相同的，年令、性别、生理与心理状态以及环境的温度与湿度等因素都会影响到人对振动的反应。因此，很难用一个量值作出绝对确切、肯定的评价。从最初提出对手传振动进行评价的问题至今已20多年了，ISO的评价指南修改草案到现在也有10年了，但由于目前仍然缺乏手传振动对人危害作用的足够的定量资料，因此仍未形成为正式的评价准则标准。已足见解决此一问题的复杂性和困难性，尽管如此，基于保护大多数人的身体健康的ISO/DIS5349评价指南在目前的条件下不失是～个较为客观的指导性准则。在对手扶拖拉机手把振动的评价中，采用草案作为依据是比较合适的。

三、手扶拖拉机手把振动的评价

    目前已经有了国家标准GB7927-87《手扶拖拉机振动测量方法》，但要对振动进行准确的评定，还必须对其中的有关条件和因素加以较严格的规定。

    1．测量状态

    过去，人们习惯地把拖拉机停置、发动机工作状态下测量振动称为“静态测量”，而把拖拉机行驶中的振动测量称为“动态测量”。由于仪器等条件的限制，大多数都采用了较为简便的“静态测量”。即非行驶状态下的测量。然而，这种测量状态下不能反映实际情况。第一，非行驶状态下的手把振动，仅仅是由发动机的工作过程及其工作不平衡性引起的，没有地面激励通过车轮引起的振动，而这恰恰是影响较大的低频振动。第二，在非行驶状态下，手扶拖拉机主要是进行抽水、脱粒等固定式作业，而此时，拖拉机手没有必要握住拖拉机的手把，也就不存在振动对人体的作用。基于上述两个原因，测量非行驶状态的振动无实际意义，而应进行行驶状态的测量。

    手扶拖拉机行驶状态下的作业类型主要有3种，即犁耕、旋耕及道路运输。试验表明，在这3种作业中，以运输作业时的手把振动最高，旋耕次之，犁耕最低（见表1）。而在我国的手扶拖拉机实际使用中，恰恰也是运输作业占较大比例。因此，为了有效保护拖拉机手的身体健康，应以模拟运输状态的道路试验测量进行评价较为合理。

    2．测量道路

    GB7927 - 87．中规定振动测量在典型的农村土路或在标准的人工振动试验跑道上进行。但是实际的农村土路，各地差异很大，即使是同一条土路，在不同的时间，例如经过雨雪以后或是使用过一段时间之后，都会发生很大的变化，测量结果的重复性差，测量结果的相互之间的可比性差，这样，以产品性能质量的鉴定、检查、评定对比为目的的振动测量，在实际的农村土路上进行显然是不合适的，而应当在路面情况稳定不变，又能代表农村土路的硬路面上进行，国家标准GB6972-86《农业拖拉机驾驶座振动测量》中规定的lOOm标准人工跑道正是能够满足这一要求，又为国际上普遍承认和采用的代表农村土路的人工标准路面，在这种跑道上测量的结果具有较高的重复性和可比性。

    3．测量车速

    试验表明，行驶速度财测量的结果影响较大。例如，对样机在人工标准跑道上测量，车速为10. 9km/h时，加权加速度为10.787In／S2，行驶速度提高到11. 8km/h时，加权加速度增大到12. 396m/s2，即速度提高0. 9km/h，结果增大1.609rri／s2。手扶拖拉机一般具有两个运输作业档，第一运输档大多在15—18km/h，用于路面条件较好的柏油路、砂石路上作业。第二运输档大多在10～12km/h，用于路面条件较差的土路。振动测量的车速宜用第二运输档，统一规定为1.2士0. 5km/h，有的拖拉机可能不具有1 2士0. 5km/h的工作档，则可通过改变发动机的转速将车速调整到此范围内。为了判明发动机转速的变化对测量结果的影响，对上述同一台样机，先用V档，发动机油门全开，此时发动机转速为2700r／min，行驶速度为11. Okm/h，测得加权加速度为11. 271m/s2，然后用Ⅵ档，行驶速度仍维持在11. okm/h，此时发动机转速降至1 820rlmin，结果为11. 023m/s2。可以看出，发动机转速降低约1/3，而结果只减小0.248m/s2。由此可见，拖拉机行驶速度对测量结果影响较大，而发动机转速耐结果影响甚小，完全可以通过改变发动机的转速将拖拉机的行驶速度调整到规定的范围内。

    4．测量方向

    在手传振动评价中，主要依据z、y、z三坐标方向中具有最大加权加速度的单方向进行，对不同功率的25种型号的手扶拖拉机进行了测量，结果表明，无一例外地均以z方向（即铅垂方向）最大(见图4)，因此，实际上可以只对z方向进行测量并依此进行评价。这样就简化了试验，减少了数据处理的工作量，测量用的仪器也比较简单，一般制造厂容易实现。

    5．评价指标的量值

    采用单方向的频率加权加速度作为评价的指标，在确定其量值限制时，考虑两个因素，首先，应起到保护健康的作用；其次还应考虑到我国手扶拖拉机的现有技术水平。如果不考虑这一点，要求过严，现有机型无一能达到要求，就会使制造厂心中无数，容易造成互相观望、等待现象。如果要求过松，全部通过，就达不到保护驾驶员身体健康的目的，同时也不利于拖拉机技术水平的提高。

    从以上两个因素考虑，建议以连续驾驶手扶拖拉机4年后，90%的人不出现振动病，也就是说，发病的可能只有10%为依据．这样，由前面列出的公式就能很容易地算出4h等能量加权速度驾驶员并不是全年都持续不断地操作拖拉机，因此，实际的安全工作年限大于4年。

    从已测量的情况看，其中约有25%的拖拉机可以达到此要求，另有30%左右接近此值，稍作改进即可达到，而其余约半数的机型需要通过认真的工作才能达到要求。这样对拖拉机的技术进步也是一种促进。