수전달 진동 평가를 위한 Flexible palm 어댑터 개발 연구
A Study on the Development of Flexible Palm Adapter for Estimation of Hand-Transmitted Vibration
- 주제(키워드) Hand arm vibration , Flexible palm adapter , Hand-transmitted vibration
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 채장범
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000010012
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 동력 공구(Power tool)에서 발생하여 수완계로 전달되는 진동의 특성 및 크기를 정확히 측정할 수 있는 Flexible palm 어댑터를 개발하여 이를 공구 진동 측정 시스템에 적용하였으며, 수전달 진동 측정 결과에 대한 불확도를 구하여 실험 결과의 신뢰성을 확보하였다. 또한 Flexible palm 어댑터를 방진장갑의 성능을 평가하는 시스템에도 적용하여 방진장갑의 정확한 진동 전달률을 측정할 수 있었으며, 인체에 유해한 진동을 사전에 예방할 수 있도록 특정 공구에 대한 최적의 방진장갑을 선정할 수 있는 가이드라인을 제시하였다. 수전달 진동(Hand-transmitted vibration)은 일반적으로 산업 현장에서 작업하는 동력 공구에 의해서 주로 발생하여 동력 공구를 쥐고 있는 작업자의 손을 통해 신체로 전달되는 충격 및 진동을 의미하며, 수완계 진동(Hand-arm system vibration)이란 용어로 쓰이기도 한다. 수전달 진동은 인체에 심각한 유해성을 제공하기 때문에 대부분의 선진국에서는 수십 년 전부터 동력 공구를 사용하는 작업자들의 1일 진동 피폭량을 제한하는 규정을 시행해 오고 있다. 영국에서는 주파수 가중치가 적용된 수완계 진동 피폭량을 2.5 m/s2일 때 8시간 작업에 대한 임계치로 사용되고 있으며, 만약 피폭량이 이 값보다 10% 증가하게 되면 1일 허용 작업 시간이 6시간 40분으로 제한된다. 따라서 인체 피폭량을 정확하게 측정하는 것이 매우 중요한 사항이 된다. 하지만 동력 공구에 의한 수전달 진동을 정확하게 측정할 수 있는 평가 기준 및 시스템이 제시되어 있지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 공구에서 수완계로 전달되는 수전달 진동을 정확하게 측정하기 위하여 작업자가 공구의 핸들을 잡는데 불편함을 주지 않으며, 작업에 방해가 되지 않도록 작업자의 손과 공구 핸들의 형상에 맞도록 디자인하여 최적의 수전달 진동을 측정할 수 있는 Flexible palm 어댑터를 개발하였다. 그리고 Flexible palm 어댑터를 공구 진동 측정 시스템에 적용하여 공구 진동을 정확하게 측정할 수 있게 되었으며, 측정한 결과에 대한 불확도를 구하여 신뢰성을 확보하였다. 또한 방진장갑의 성능을 평가하는 시스템에 적용하여 방진장갑의 진동 전달률을 정확하게 측정할 수 있게 되었으며, 이를 통하여 인체에 유해한 진동을 사전에 예방할 수 있도록 특정 공구에 대한 최적의 방진장갑을 선정할 수 있는 가이드라인을 제시하였다. 본 연구에서는 첫 번째로 수전달 진동을 측정하는데 기존에 사용되어오던 어댑터들의 문제점을 해결하기 위하여 어댑터의 진동 전달률 및 작용력을 고려하여 공구의 진동을 정확히 측정할 수 있는 Flexible palm 어댑터를 개발하였다. 공구에서 발생되는 진동은 그 크기와 피폭 시간 등에 의해 그 유해성이 결정되기 때문에 수완계로 전달되는 진동을 정확히 측정하는 것은 매우 중요한 일이다. ISO 10819:1996이나 ISO 5349-1:2001과 같은 관련 국제 규격에서는 핸들에서 발생하는 진동을 3축으로 측정할 것을 권고하고 있으며, 손과 핸들 표면사이에서 측정하는 것이 가장 바람직하지만 측정이 용이하지 않을 경우에 한해 손에 인접한 지점이나 어댑터를 이용하여 측정할 것을 대안으로 제시하고 있다. 그러나 손바닥과 인접한 지점에서 진동을 측정하거나 어댑터를 사용하여 진동을 측정하는 경우 손으로 전달되는 진동과 차이가 생길 수 있으며, 이는 인체에 대한 유해성을 평가하는데 정량적으로 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서 개발한 Flexible palm 어댑터는 수완계로 전달되는 진동을 정확히 측정하기 위하여 3축 가속도계를 장착하여도 작업자가 공구의 핸들을 잡는데 불편함을 주지 않으며, 작업자의 손과 공구 핸들의 형상에 맞도록 디자인하여 제작하였다. 두 번째로는 동력 공구에서 수완계로 전달되는 수전달 진동을 정확하게 측정할 수 있도록 Flexible palm 어댑터를 공구 진동 측정 시스템에 적용하였으며, 실험한 결과에 대하여 불확도를 구하여 신뢰성을 확보하였다. 이 시스템은 산업 현장에서 공구를 사용할 때 작업자에게 피폭되는 수전달 진동을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 공구를 개발하고 제작하는 업체에서는 신뢰성 있는 데이터를 수요자에게 제시함으로써 자사의 공구에 대한 마케팅에 활용할 수 있으며, 저진동 공구를 요구하는 작업자에게는 현장에서 공구의 진동을 정확히 확인할 수 있으므로 작업에 필요한 대상 공구를 바로 선택할 수 있는 이점을 가지게 된다. 또한 작업자가 정확한 수전달 진동량을 측정하여 확인함으로써 작업시간의 허용기준을 바로 제시하여 인체에 유해한 작업을 사전에 예방할 수 있게 되었다. 마지막으로, 산업 현장에서 활용되는 공구를 선정하여 공구에서 발생하는 진동을 앞서 개발한 공구 진동 측정 시스템을 이용하여 공구별, 작업조건별로 각각 측정하여 Database를 구축하였으며, 작업자에게 피폭되는 진동량 및 작업 시간의 허용기준을 제시할 수 있는 작업 유해성을 평가하였다. 또한 동력 공구에서 발생한 진동의 주파수 특성을 고려한 방진장갑의 성능을 평가하여 특정 공구에 대한 최적의 방진장갑을 선정할 수 있는 가이드라인을 제시함으로써 인체에 유해한 수전달 진동을 사전에 차단할 수 있는 성과를 거두었다.
more초록/요약
In this study, Flexible Palm Adapter was developed which can measure precisely the characteristics and magnitude of the hand-arm system vibration generated by power tools, adapting this into the System for Measurement of Tool Vibration, we obtained the reliability of the test by calculating the uncertainty of the Hand-transmitted vibration measurements. Besides we adapted this Flexible Palm Adapter into the system for evaluating anti-vibration glove performances. we could measure the precise vibration transmissibility of the gloves, so that we can show the guideline to select optimal anti-vibration gloves for specific tools to prevent hazardous vibration to human body. Hand-transmitted vibration is the impact and vibration transmitted to the body through the worker's hand who works with the power tool, and is also called as hand-arm system vibration. Hand-transmitted vibration does serious hazard to human body, therefore most of developed countries have regulated the limits of the daily vibration exposure of the workers since several decades. For instance, in Great Britain as the critical value for 8 hours' work, 2.5m/s2 of exposure to hand-arm vibration considering frequency weighting is being determined. When this value is higher about 10%, daily allowed working time is limited to 6 hours 40 minutes. For this reason, to measure the human vibration exposure precisely is very important. However the evaluating criteria and system to measure this value is not clearly indicated. In this research, the Flexible Palm Adapter is developed which is able to measure this value precisely considering the special design of this system not to give any inconvenience to grab the handle of the tools, and not to disturb the tool operation. At first, we developed the Flexible Palm Adapter which can measure the tools' vibration precisely considering the vibration transmissibility and applied force to the adapter to solve the problem of preexistent adapters. International standards such as ISO 10819:1996, ISO 5349-1:2001 recommend strongly to measure the vibration from 3 axes, and to measure directly between hand and the tool handle, but they show the alternative to measure through adapter near at hand when direct measurement is not easy. But in this case, it may make quantitative discrepancy in evaluating the hazardousness to human body. So our system is designed to the shape of the tool and hand not to give any inconvenience in working even when 3-axes accelerometer is applied. At second, to measure precisely we applied the Flexible Palm Adapter in the system for measurement of tool vibration, we calculated the uncertainty of the results to get reliability. this system can do real time monitoring the vibration exposed to the workers, so that the manufacturers of tools can inform the reliable data to the end users and utilize this as a marketing of their products. And to the tool users who want low vibration tools, it is possible to select tools checking them on the spot. Besides they can protect hazardous work in advance by allowed work time control knowing the precise vibration quantity. At last, we constructed database of the currently used industrial tools according to the various sort of tools and different work circumstances. And we evaluate the hazardousness of work to indicate the criteria of together with exposed vibration quantity and allowed work time. In addition we tested anti-vibration glove performances considering the frequency characteristics of generated vibration by the power tool. we show the guideline to select optimal gloves so that we can prevent the harmful vibration to human body in advance.
more목차
감사의 글 ⅰ
요 약 ⅱ
목 차 ⅴ
그림목차 ⅷ
표 목 차 ⅻ
제 1 장 서 론 1
제 1 절 연구 배경 1
제 2 절 연구 목표 3
제 2 장 수전달 진동의 연구 및 동향 6
제 1 절 ISO 5349:2001에 의한 평가 6
제 2 절 ISO 10819:1996에 의한 평가 10
제 3 절 ISO 10068:1998에 의한 평가 14
제 4 절 작업 유해성 평가 19
제 1 항 U.K. Action Limit 19
제 2 항 NIOSH Guideline 20
제 3 항 ISO 5349-1:2001 21
제 3 장 수전달 진동 평가를 위한 Flexible palm 어댑터 개발 23
제 1 절 수전달 진동 측정용 어댑터의 필요성 23
제 1 항 기존에 사용되던 어댑터의 문제점 23
제 2 항 가속도 측정 위치에 따른 진동 변화 26
제 2 절 Flexible palm 어댑터 개발 28
제 3 절 어댑터를 이용한 수전달 진동 측정 32
제 1 항 실험에 사용된 어댑터 32
제 2 항 실험 조건 33
제 3 항 어댑터 성능 실험 방법 36
제 4 절 어댑터들의 성능 비교 결과 38
제 1 항 어댑터의 진동 전달률 38
제 2 항 수전달 진동량의 비율 결과 41
제 5 절 Flexible palm 어댑터의 성능 평가 45
제 4 장 Flexible palm 어댑터를 사용했을 때의 평가 불확도 47
제 1 절 Flexible palm 어댑터를 이용한 공구 진동 측정 장치 47
제 2 절 수전달 진동 평가지수 및 산출 프로그램 50
제 1 항 ISO 5349-1:2001에 의한 수전달 진동 평가 50
제 2 항 수전달 진동 평가 방법 및 산출 프로그램 53
제 3 절 불확도를 포함한 수전달 진동량 59
제 1 항 Flexible palm 어댑터를 이용한 수전달 진동 실험 59
제 2 항 수전달 진동 측정 결과 61
제 3 항 측정불확도 추정 과정 62
제 4 항 실험 결과에 대한 측정불확도 64
제 4 절 수전달 진동량의 신뢰도 확보 76
제 5 장 특정 공구에 대한 최적의 방진장갑 선정 가이드라인 78
제 1 절 동력 공구의 수전달 진동 78
제 1 항 실험 대상 공구 선정 78
제 2 항 공구 진동 측정 조건 80
제 3 항 공구별 진동량 Database 구축 83
제 4 항 산업 현장의 유해성 평가 88
제 5 항 동력 공구 진동의 주파수 특성 분석 91
제 2 절 공구에 대한 방진장갑 선정 가이드라인 110
제 1 항 방진장갑의 진동 전달률 111
제 2 항 특정 공구에 대한 최적의 방진장갑 선정 120
제 3 항 최적의 방진장갑 선정 가이드라인 122
제 6 장 결 론 126
참고문헌 129
Abstract 138
