/ Zbornik gozdarstva in lesarstva, Ljubljana, 33, 1989, str. 123-152 ODC 304:307:37S.4:383.6/.7 ROPOT IN TRESENJE VRTALNIH STROJEV PIONJ.AR Marjan LIPOGLAVŠEK* lzvl«ek Med neugodnimi obremenitvami v delovnem okolju vrtalcev pri gradnji gomnib traktorskih vlak sta oajpomembneja ropot in tresenje. Jakost ropota med čistim vrtanjem je na 7 deloviščih na dinarskem območju Slovenije znašala 102 - 104 dB(A), dnevna obremenitev vrtalcev pa 99 - 102 dB(A), daleč nad dopustnimi mejami. Za obremenitev s tresenjem so odločilne vertikalne vibracije. Obremenitev vrtalcev z njimi -tehtana vsota pospeškov- znaša pri togih ročajih 25 - 33 m/s2 , pri AV ročajih pa 14 - 16 m/s2 • Pri 40 Hz presegajo vse dopustne meje izpostavljenosti, tudi tiste za kraja časovna obdobja med delom. Kljulne besede: ropot, tresenje, obremenitev vrtalcev, rocni vrtalni stroji, gradnja traktorskih vlak, varstveni ukrepi NOISE ANO VIBRA TIONS WHEN USING PIONJAR DRILLING MACHINES Marjan LIPOGLAVŠEK* Abstract Among the adverse factors to which the drillers are exposed during building forest tractor skidding roads, noise and vibrations are the two most important ones. In seven working fields in the Dinnaric part of Slovenia, tbe noise level during drilling was 102 -104 dB (A). Tbe daily exposure on the other band was 99 - 102 dB ( A) which is far above tbe allowed limita. Vertical vibrations are the most important ones when we speak about the exposure to vibrations. Tbe exposure of the drillers to vibrations - the weighted acceleration sum - is 25 - 33 m/s2 on stiff bandles and 14 - 16 m/s2 on AV handles. At 40 Hz they exceed ali permitted limits of exposure, even those valid for shorter periods of working time. Key words: noise, vibrations, exposure of drillers, hand apperated dri/Jing mashines, the building of tractor skidding roads, protection measures · • dr., dipl. ing. gozd., redni profesor Biotehniška fakulteta, VTOZD za gozdarstvo, 61000 Ljubljana, Večna pot 83, YU 123 Zbornik gozdarstva in lesarstva VSEBINA l. UVOD 2. METODE MERJENJA IN OBDELA VE PODATKOV 3. ROPOT 3 . 1 . Delovne razmere med sneman jem ropota 3 . 2 . Jakost ropota med delom 3 . 3 . Frekvenčna analiza ropota vrtalnih strojev 3. 4. Dnevna obremenitev vrtalcev z ropotom 4. TRESENJE 4 . 1 . Delovne razmere med sneman jem tresenja 4. 2. Jakost vibracij na ročajih vrtalnih strojev 4. 3. Obremenitve vrtalcev s tresenjem 5. LITERATURA IN VIRI 6. SUMMARY 124 Lipoglav!ek, M., Ropot in tresenje vrtalnih strojev Pionjar 1. UVOD V gozdarstvu Slovenije uporabljamo ročne vrtalne stroje pri gradnji cest in vlak. Pri gradnji vlak prevladujejo vrtalni stroji Pionjar švedske tovarne Berema. Pri gradnji cest jih lahko uspešno zamenjujejo pnevmatska kladiva in lafete, za vrtanje vrtin pri miniranju gozdnih vlak pa ne moremo mimo uporabe teh strojev. Že na . prvi pogled pomeni delo z njimi za delavca velike obremenitve. Najbolj neugodne so ropot, tresenje in prenašanje težkih strojev od vrtine do vrtine oz. rokovanje z njimi. Manj neugodni so mineralni prah, ki se hitro useda na tla, podnebne razmere pri delu na prostem in izpušni plini strojev, ki pa jih gibanje zraka hitro razredči. Leta 1982 smo opravili prve meritve jakosti ropota in vibracij, ki jih povzroča jo vrtalni stroji Pionjar 120 in jih primerjali s tistimi, ki jih povzročajo pnevmatska kladiva RK 21. V letih 1983 do 1988 smo na več deloviščih pri gradnji vlak na področju gozdnih gospodarstev Postojna in Kočevje ( eno delovišče) izmerili ropot ob ušesu vrtalcev in vibracije na ročajih vrtalnih strojev Pionjiir 120. Večino meritev sta opravila asist. Igor Potočnik in prof. Marjan Lipoglavšek. Pri posameznih meritvah sta sodelovala še dipl. inž. Milan Trkman in dipl.inž. Mirko Medved. Ob nekaterih merjenjih je potekal tudi študentski terenski pouk. Meritve smo opravili v okviru raziskovalne naloge Humanizacija dela, ki jo finansirajo gozdnogospodarske organizacije Slovenije. Vse meritve, skupaj s tistimi iz leta 1982, smo obdelali v letu 1989. Pri obdelavi je sodeloval tehnični sodelavec Jurc Pok_orn. Pri organizaciji snemanj so sodelovali tudi strokovni sodelavci in seveda vrtalci obeh gozdnih gospodarstev. Vsem, ki so pripomogli k rezultatom, predstavljenim v tej študiji, se najlepše zahvaljujemo. 2. METODE MERJENJA IN OBDELA VE PODATKOV Ropot smo merili na sedmih deloviščih. Med delovnimi operacijami oz. med delom dnevnega delovnega časa smo merili jakost ropora ob ušesu vrtalca tako, da je bil mikrofon pritrjen na čelado v višini oči 5 cm od desnega ušesa. Jakost ropota, izmerjenega v dB( A) vrednostih z nastavitvijo inštrumenta na "fast", smo beležili na papirni trak baterijskega pisalnika. Uporabili smo naslednje instrumente: - merilnik ropota Brtiel et K jaer 2209 - oktavni filter Bruel et Kjaer 1613 - baterijski pisalnik Bri.iel et Kjaer 2306 Hkrati z merjenjem jakosti ropora je potekal tudi .študij časa, tako da smo kasneje na zapisu vsaki jakosti lahko pripisali časovni interval posameznega elementa dela. Snemali smo pretežno produktivne elemente dela, medtem ko zastojev in odmorov 125 Zbornik cozdarstva in lesarstva večinoma nismo snemali, razen na enem delovišlu (Karlovica). Tam smo posneli tudi daljši odmor vrtalca, medtem ko je delal v bližini drug vrtalni stroj. Snemanja so trajala po posameznih deloviščih od 15 do 136 minut produktivnega časa. Podrobnejši podatki o deloviščih in- snemanjih so prikazani v poglavju 3. Med vrtan jem smo na vseh deloviščih naredili oktavno frekvenčno analizo ropota ob ušesu vrtalca, na dveh deloviščih pa smo opravili oktavno frekvenčno analizo tudi med prostim tekom motorja. Zbrane podatke o jakosti ropota med delom smo obdelali tako, da smo na zapisu sistematično, približno vsakih 10 sek (3 mm na zapisu pri hitrosti 0,3 mm/s), odčitali višino zapisa ločeno po elementih dela. S pomočjo računalnika in posnete kalibracije smo izračunali za vsak element dela in za ves produktivni čas (srednjo) ekvivalentno jakost ropota (Lekv)• Na zapisu smo odčitali tudi največjo in najmanjšo zabeleženo vrednost jakosti ropota. Jakost vibracij smo merili na sedmih deloviščih na zgornjem levem ročaju ob delavčevem palcu. Ta ročaj drži delavec najpogosteje. Na petih deloviščih smo merili tudi tresenje na spodnjem ročaju, ki ga delavec drži med delom le občasno. Vibracije smo merili v treh pravokotnih smereh in sicer vertikalno v smeri vrtanja oz. svedra, horizontalno v smeri naprej - nazaj in vzdolž ročaja v smeri levo - desno (aksialno). Večinoma smo uporabili troosni akcelerometer, ki smo ga na ročaj prek obloge pritrdili s kovinsko objemko. Istočasno smo lahko merili samo eno komponento (smer) tresenja. Jakost vibracij smo merili med produktivnimi delovnimi postopki najprej na vsem frekvenčnem območju - linearno, kar smo med snemanjem večkrat ponovili. Nato smo v vseh smereh merili jakost vibracij po terenih frekvenčnih pasovih od 0,8 - 1250 Hz. Pri merjenju smo uporabili naslednje instrumente: - akcelerometre Brtiel et Kjaer - merilnik vibracij Bet K 2511 - frekvenčni filter Bet K 1621 - baterijski pisalnik B et K 2306 Obdelava podatkov je potekala tako, da smo na papirni zapis najprej vnesli mejne vrednosti snemanj časa (elementi dela in spremembe frekvenčnih pasov). V obdobjih snemanj vsega frekvenčnega območja (linearno) smo odčitali višino zapisa vsakih 10 sekund (sistematično vzorčenje) in izračunali kvadratično sredino pospeškov za posamezne elemente dela. Po terenih pasovih pa smo za celotna posneta obdobja čistega vrtanja ocenili na zapisu srednjo višino jakosti. Kadar je bil isti frekvenčni pas posnet večkrat, smo izračunali kvadratično sredino več ocen jakosti. Tako dobljene frekvenčne porazdelitve jakosti vibracij smo nato primerjali z dopustnimi mejami izpostavljenosti človeka tresenju. 126 Lipoglav§ek, M, Ropot in tresenje vrtalnih strojev Pionjlir 3. ROPOT 3 . 1 . Delovne razmere med sneman jem ropota Jakost ropota smo merili pri vrtanju z vrtalnimi stroji Pionjar 120. Tehnični podatki tega stroja so: Prostornina motorja: Število vrtljajev motorja: Udarni učinek: Poraba goriva: Masa: Dolžina: Dolžina svedra: 185 cm3 2600 - 2800 min- 1 3,5 kpm 1,6 l/h, 8% mešanica 26kg 73cm 40 cm ( standardna oprema) Vsa merjenja ropota smo naredili pri vrtanju na vlakah na apneni podlagi kraškega sveta. Vlake so bile večinoma take, da so bili njihovi vzdolžni in prečni nakloni blagi. Skalovitost pa je bila različna in zato tudi pogostost vrtanja in dolžina prehodov med vrtinami. Delovni čas pri vrtanju sestavljajo naslednji elementi dela: čisto vrtanje, prehodi od vrtine do vrtine, zastoji in odmori. Izpihovanje prahu iz vrtine je običajno tako kratek element dela, da ga pri snemanju ni mogoče ločiti od vrtanja. Poleg standardnega svedra so delavci pogosto uporabljali tudi sveder 80 cm. To pomeni, da je stroj med delom više in bliže ušesu vrtalca. V bolj skalovitem in nagnjenem terenu so uporabljali daljši, na manj kamnitem in ravnem delu vlak pa krajši sveder. Tudi globina vrtanja je bila različna in se je nepravilno spreminjala od vrtine do vrtine. Vrtanje je teklo večinoma vertikalno, le posamezne vrtine so bile poševno navzdol. Tedaj delavec stroj naslanja na telo. Preglednica 1: DELOVIŠČA, STROJI IN VRTALCI PRI SNEMANJU ROPOTA Table 1: WORKING FIELDS, MACHINES AND DRILLERS DURING NOISE RECORDING Delovišče Datum Vrtalni stroji Vrtalci Traj. Štev. snemanja ser.štev. uporab. ime in star. staž T.v. T.t. snem. vrtin svedri priimek let let cm kg min CERKNICA 22.12.82 93120 80,40cm 23 8 KARLOVICA 26.01.83 413512 80,40cm F.P. 10 95 36 NANOS 12.06.84 40,80cm 98 41 GRINTOVEC 21.08.84 409321 80,40cm M.P. 3 177 70 136 68 BUKOVJE 13.08.86 428273 40,80cm V.L. 21 1 174 70 15 MENIŠIJA 12.05.88 438311 40,80cm D.P. 25 1 173 84 42 MENIŠIJA 13.05.88 428268 40,80cm K. 80 27 127 Zbornik gozdarstva in lesarstva Kadar vrta pokončno, drži stroj z obema rokama ali samo z eno roko in ga občasno tudi nasloni na noge ali telo. Posamezniki so med vrtanjem obtežili stroj tudi tako, da so eno nogo položili na zgornji ročaj, nekako napol sedli na stroj. Na vlakah sta hkrati delala dva ali več delavcev. Pregled sedmih posnetih delovišč, nekatere podatke o njih in o snemanjih ropota prikazuje preglednica 1. 3. 2. Jakost ropota med delom Jakost ropota med vrtanjem vrtin za miniranje pri gradnji gozdnih vlak močno niha in je zlasti odvisna od elementov dela. Najmočnejši je ropot med čistim vrtanjem. Pri premikih od vrtine do vrtine delavec ne ugaša stroja, zato je tedaj ropot tudi relativno visok kljub temu, da stroj del tega časa teče v prostem teku. Ropota med zastoji in odmori večinoma nismo snemali. V tistih zastojih med vrtanjem, ko se sveder zatakne v vrtini je ropot prav tako visok, saj delavec posktIBa stroj sprostiti, ne da bi ga ugasnil. Tudi v odmorih, ki smo jih posneli (delovišče Karlovica), smo izmerili ob delavčevem ušesu visoko jakost ropota, ker je v bližini deloval drug vrtalni stroj. Taki odmori torej ne zmanjšujejo bistveno obremenitve delavcev z ropotom. Jakost ropota med posameznimi elementi dela je močno odvisna od oddaljenosti stroja od ušesa vrtalca. Med čistim vrtanjem je ropot relativno enakomeren oziroma ni velikih nihanj. Jakost je na začetku vsake vrtine višja, potem pa enakomerno pada proti koncu vrtanja. Ropot namreč povzroča motor in udarjan je svedra. Na začetku vrtine je motor više oz. bliže ušesu vrtalca pa tudi sveder bolj skače po površini skale. Grafikon 1 prikazu je tipičen potek jakosti ropota med delom. V preglednici 2 pa so prikazane srednje ekvivalentne jakosti ropota po elementih dela in skupaj za produktivni čas po posameznih deloviščih. V njej je navedeno tudi trajanje posnetih elementov dela in maksimalne zabeležene jakosti ropota. Graf. 1: ZAPIS JAKOSTI ROPOTA VRTALNEGA STROJA Graph 1: DRILLING MACH/NE NO/SE LEVEL RECORD dB( A) jakost 110 105 100 _.,.,____ smer zapisovanja jakosti ropota , .. 90 >, IZ ,4! • 1 MA 1 ,r II L v 1 1 _.,., ji 1 -· 1 ,, t • .._ t' .... It ... .,... ~ ..... t' 128 r ________________ ____________________ _ min trajanje 8 6 4 2 o Lipoglavlek, M., Ropot in trt'Se.nje vrtalnih strojev Pionjiir Preglednica 2: JAKOST ROPOTA MED VRTANJEM NA GOZDNIH VLA- KAH Z VRTALNIM STROJEM PJONJAR 120 Table 2: NO/SE LEVEL DURING DRILLING ON SKIDDING TRACKS WITH THE PIONJAR 120 DRILL Elementi de 1 a DeloviUe VRTANJE PREHOD PROD.ČAS.SK. ZASTOJ ODMOR Čil 1110, L,h as 1110 L.t. &s L,h tu 1110. L,h as 1110 L.t. 11i1 dB(A) dB(A) 11i1 dB(A dB(A) 11i1 dB(A) 11i1 dB(A) dB(A) 11i1 dB(A) dB(A) CERKNICA 19,3 111 103,8 3,6 108 100,2 22,9 103,4 0,2 101 100,7 KARLOVICA 4S,6 ll l 103,9 3,1 104 97,5 48,7 103,7 1,2 81 80,8 46,2 102 96,9 NANOS 87,6 ll l 105,3 9,9 l 10 101,5 91,5 103,8 0,2 97 92,4 GRINTOVEC 122,3 110 103,l 13,4 108 99,l m,1 102,7 BUKOVJB 13,8 108 102,1 1,0 106 98,0 14,8 101,9 MENIŠIJA 69,5 113 104,7 6,1 110 101,9 15,6 104,0 2,5 ID8 96,9 6,0 99 91,0 MENIŠIJA 64,6 112 104,0 12,7 llO 102,9 77,3 104,0 1,6 109 97,9 1,2 74 73,6 Jakost ropota (srednja ekvivalentna jakost) je torej največja med čistim vrtanjem in znaša po deloviščih ob ušesu vrtalca od 102 - 105 dB(A). Med prehodi od vrtine do vrtine znaša jakost ropota od 98 - 103 dB(A) in v skupnem produktivnem času od 102 .- 104 dB(A). To pomeni, da je lahko na enem delovišču znatno večja kot na drugem, če vemo da pomenijo 3 dB(A) podvojitev obremenitve delavca z ropotom. Med odmori in zastoji so jakosti ropota zelo različne, odvisno od tega, ali v bližini Preglednica .1: VARIABILNOST JAKOSTI ROPOTA MED VRTANJEM S STROJEM PIONJAR 120 Table 3: NOJSE LEVEL VARIABJLITY DURJNG DRILLJNG WITH PIONJAR 120 Elementi dela Delovišče VRTANJE PREHOD PROD. ČAS ZASTOJ ODMOR x s x s x s x s x s dB(A) dB(A) dB(A) dB(A) dB(A) dB(A) dB(A) dB(A) dB(A) dB(A) CERKNICA 101,7 8,5 99,7 2,4 101,4 7,8 100,7 KARLOVICA 102,8 3,3 96,4 3,0 102,2 80,8 79,6 10,5 NANOS 104,3 2,7 99,4 7,4 103,8 3,8 92,4 GRINTOVEC 102,2 3,0 96,1 6,7 101,5 4,2 BUKOVJE 101,5 2,6 96,2 5,3 101,0 3,3 MENIŠIJA 103,9 2,8 97,6 8,9 103,2 4,4 91,2 8,7 86,8 6,7 MENIŠIJA 103,3 2,7 101,3 6,2 103,0 3,6 86,2 13,2 73,6 .... ·-- ---------·--·----·---- --------- . - -·-- - -·-·- ... -- ---·---- -----. 129 Zbornik gozdarstva in lesarstva delajo še drugi stroji oziroma ali stroj, s katerim delavec dela tudi deluje. Najmanjše izmerjene jakosti ropota so v posameznih elementih dela zndale od 50 do 96 dB(A). Veliko variabilnost oz. nihanje jakosti ropota lahko ponazorimo z izračunanimi aritmetičnimi sredinami posameznih odčitavanj jakosti (vsakih 10 sekund) in s standardnimi odkloni, kar je prikazano v preglednici 3. Iz aritmetične sredine pa ne moremo sklepati na obremenitve vrtalcev z ropotom, ker ravno pri velikih nihanjih močno odstopa jo od ekvivalentne jakosti in niso v skladu z občutljivostjo človeka. · Med vrtanjem znaša standardni odklon posameznih odčitkov najmanj, m sicer okrog 3 dB(A), med prehodi je dva do trikrat večji, med odmori in zastoji pa so nihanja jakosti še večja, vendar je bilo za zanesljivo ugotavljanje variabilnosti snemanj premalo. 3 . 3 . Frekvenčna analiza ropota vrtalnih strojev Na vseh deloviščih smo med čistim vrtanjem naredili tudi frekvenčno analizo ropota. Čeprav v vseh oktavnih pasovih niso bile med vrtanjem povsem enake razmere, menimo da so analize vendarle pomembne za odkrivanje virov ropota. Frekvenčne analize smo naredili med vrtanjem nekaj vrtin tako, da smo vmes spreminjali frekvenčne pasove na oktavnem filtru in sproti odčitavali in zapisovali jakosti ropota. Razmere na začetku vrtine niso povsem enake kot na koncu. Na dveh deloviščih smo naredili tudi frekvenčni oktavni analizi med prostim tekom vrtalnega stroja brez pogona svedra. Podobne razmere vladajo me<:I prehodi oziroma med prenašanjem stroja od vrtine do vrtine. Frekvenčne analize prikazu jemo na grafikonih 2 - 3. Frekvenčne analize ropota kažejo, da je ropot med vrtanjem močan na širokem frekvenčnem območju od 250 Hz do 16 kHz. Stroji na posameznih deloviščih se sicer med seboj razlikujejo, vendar na območju od 1 - 8 kHz vsi presegajo normativno krivuljo 95 NR. še na veliko širšem območju pa presegajo NR 85, do katere še ne bi prišlo do okvar zdravja. Kažeta se dva maksimuma jakosti ropota, vendar različno po deloviščih. Na vseh deloviščih je izrazit maksimum pri 1 kHz, na nekaterih pa še drugi pri 8 ali celo pri 16 kHz. Ropot med prostim tekom ni veliko nižji od ropota med vrtanjem, saj je njegova jakost pri nizkih frekvencah do 500 Hz enaka kot med vrtanjem. šele pri frekvencah nad 8 kHz pade pod NR 85. Ker se delovišča razlikujejo med seboj, smo za dve skupini delovišč izračunali srednje frekvenčne porazdelitve ropota. Prikazujemo jih na grafikonu 4 in jih primerjamo s frekvenčno analizo med vrtanjem s pnevmatskim kladivom RK-21. Vidimo, da je ropot tega kladiva približno enak ropotu Pionjfira 120, vendar močan še na širšem frekvenčnem območju. Ima podoben drugi maksimum pri 8kHz kot 130 Lipoglavkk, M., Ropot in tresenje vrtalnih strojev Pionjiir Graf. 2: FREKVENČNE ANALIZE ROPOTA VRTALNIH STROJEV PIONJAR 120 MED VRTANJEM IN V PROSTEM TEKU Oraph 2: FREQUENCY ANALYSIS OF THE PIONJAR 120 DRILLING MACH/NE NO/SE DUR/NO DRILLINO IN NEUTRAL RUN dB 110 100 90 80 70 60 jakost NR95 31,5 125 .500 Hz 2 Cerknica Karlovica Nanos Grintovec .... . . . . _.. \_vrtanje - . -\ .~ ~-· \ ·, '· \ \ # \ i----- ,c ) \ \\ .. .. ~\ ' \ \ : \ \ '. \ ' ·, ' \ \ \ ' ·. \ \ \ \ \ \ \ ' \ \ \ 8 31,5 frekvenca kHz 131 Zbornik gozdarstva in lesarstva Graf. 3: FREKVENČNE ANALIZE ROPOTA VRTALNIH STROJEV PIONJAR 120MED VRTANJEM Graph 3: FREQUENCY ANALYSIS OF THE PIONJ.A.R 120 DRILLING MACH/NE NO/SE DURJNG DRILLJNG dB \ jakost 1001 90 ·•. 80 70 60 31,5 132 \ NR95 \,, '\ 125 500 Hz Delovišča: -- Bukovje - - - Menišija I · · · · • • •· Menišija II ,- - --, 2 / / / 8 \ \ \ \ \ \ \ \ \ 31,5 frekvenca kHz Lipoglavlek, M, Ropot in tresenje vrtalnih strojev Pionjiir Graf. 4: PRIMERJAVA SREDNJIH FREKVENČNIH PORAZDELITEV ROPOTA VRTALNIH STROJEV Graph 4: COMPARISON OF MEDJUM FREQUENCY DJSTRIBUTION OF DRILL/NG MACH/NE NO/SE