[논문]농업용 트랙터의 승차 진동 수준 평가

김호중; 김경욱

doi:10.5307/jbe.2008.33.3.151

농업용 트랙터의 승차 진동 수준 평가
Evaluation of Ride Vibrations of Agricultural Tractors 원문보기

바이오시스템공학 = Journal of biosystems engineering, v.33 no.3, 2008년, pp.151 - 156

김호중 (Dept. of Biosysems and Biomaterials Science and Engineering, and Research Institute for Agriculture and Life Sciences, Seoul National University) , 김경욱 (Dept. of Biosysems and Biomaterials Science and Engineering, and Research Institute for Agriculture and Life Sciences, Seoul National University)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to evaluate ride vibrations experienced by tractor operators during plowing, rotovating, and transporting operations in Korea. Field data of ride vibrations were taken at the operator-seat interface from 49 tractors and analyzed on the basis of ISO 2631-1 and EU Directive 2002/44. Of the measured ride vibrations 15.4% in the plowing and 12.5% in farm road transport exceeded the 8-hour fatigue decreased proficiency boundary in the fore and aft directions at frequencies from 1 to 5 Hz. 93.9% exceeded the 8-hour potential health risk of ISO 2631-1. The ride vibrations exceeding the 8-hour exposure limit were 38.5% in plowing, 31.6% in rotovating, 100% in farm road transport and 88.9% in concrete road transport. Although most tractor operators were not exposed to ride vibrations greater than the 8-hour exposure limit value (ELV) of EU Directive 2002/44, 7.7% of the operators in the plowing experienced greater vibrations than the ELV in the fore-aft direction. Farm road transport produced greater vibrations than any other operations. Concrete road transport, plowing and rotovating operations followed next. Limit criteria for ride vibration exposure differ depending upon the guidelines. Exposure limit of the health guidance caution zone of ISO 2631-1 is lowest among its kinds.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 쟁기 작업, 로터리 작업 농로 운반 작업, 콘크리트 노면 운반 작업시 트랙터 운전자가 노출되는 승차 진동 수준을 평가하기 위하여 수행되었다 49대의 트랙터로부터 실제직.업시 승차 진동을 측정하였으며, ISO 2631-1, EU Directive 2002/44의 전신 진동 노출 기준에 따라 승차 진동 수준을 평가하였다.
0125 Hz로 하였다. 본 연구에서는 작업 중 트랙터 운전자가 노출되는 진동 수준의 실태를 구명하고자 하였기 때문에 반복이 있는 경우에는 평균값을구하여, X, y, z축에 대한 총 49개의 시간 영역과 주파수 영역데이터를 이용하여 승차 진동 수준을 평가하였다.
본 연구에서는 현재 국내에서 사용되고 있는 국산 및 수입트랙터를 대상으로 쟁기 작업, 로터리 작업, 농로 운반 작업, 콘크리트 도로 운반 작업을 수행할 때 운전자가 노출되는 승차 진동을 측정하여 그 수준을 구명하고, 이를 건강과 안전의관점에서 평가하고자 하였다.

제안 방법

기관 출력과 트랙터의 사용 연수가 승차 진동에 미치는 영향을 구명하기 위하여 기관 출력은 42.6 kW, 사용 연수는 3 년을 기준으로 측정 트랙터를 구분하여 승차 진동의 크기를 비교하였다. 쟁기 작업과 로터리 작업에서는 기관 출력이 크고 사용 연수가 짧을수록 승차 진동 수준이 작아지는 경향을 나타내었으나 농로와 콘크리트 노면 운반 작업에서는 이러한 경향이 나타나지 않았다.
연직 상방을 +z축으로 설정하였다. 기준 좌표계의 방향과 일치하여 3축 좌형 진동 측정 장치를 운전석 중앙에 설치하고 운전자가 깔고 앉은 상태에서 3축 방향의 진동을 동시에 측정하였다. 진동 측정 장치의 가속도계는 측정할 때마다 보정하였으며, 1회 측정 시간은 40초 이상으로 하였다.
대상 작업은 쟁기 작업, 로터리 작업, 농로 운반 작업, 포장도로 운반 작업으로 하였다. 측정시 작업 속도는 쟁기 작업과운반 작업의 경우 5~7 km/h, 로터리 작업의 경우 2~3 km/h이였으며, 쟁기 작업과 로터리 작업의 경심은 20-30 cm이였다.
승차 진동은 트랙터 소유자와 작업 일시를 약속하고 작업현장을 방문하여 작업할 트랙터에 측정 장비를 설치한 후 운전자가 평소와 같은 방식으로 작업하는 상태에서 측정하였다.
테이프 레코더에 저장한 3축 방향의 가속도는 실험실에서 재생하여 데이터의 이상 여부를 확인한 후 수치화 및 주파수분석을 실시하였다. 수치화와 주파수 분석을 위한 샘플링은 각각 厶片0.

대상 데이터

본 연구에서 승차 진동 측정 대상으로 선정한 트랙터는 국내 4개 제조업체의 경기도 지역 대리점을 통하여 추천받은 22.0-73.5 kW 범위의 트랙터 중에서 소유자가 측정을 허락한 49대로 하였다(Kim, 2008). 트랙터는 출력, 국산, 수입별로 일정 대수를 추천받았으나, 측정 현장에서 트랙터 소유자의 개인 사정으로 측정이 불가능한 경우, 측정 현장 주위에서 작업하던 트랙터를 추가로 측정하는 경우 등이 발생하여 실제 측정에 참여한 트랙터 대수는 표 1에서와 같이 출력 별로차이가 많았다.
측정시 작업 속도는 쟁기 작업과운반 작업의 경우 5~7 km/h, 로터리 작업의 경우 2~3 km/h이였으며, 쟁기 작업과 로터리 작업의 경심은 20-30 cm이였다. 포장, 농로 콘크리트 도로는 일반적인 논과 포장 지역 내에 있는 농로 및 콘크리트 노면으로 하였으며, 특별한 조건을두지 않았다 승차 진동의 측정은 김포, 부천, 시흥, 안산 지역에서 2007년 3월 31일부터 5월 18일 사이에 실시하였다. 표 2는 3축 좌형 승차 진동 측정 및 분석에 사용된 장비의주요 제원을 나타낸 것이다.

이론/모형

1/3 옥타브 중심 주파수에 대한 흡수 동력 계수 瓦는 Lee and Pradko(1968)가 제시한 값을 이용하여 보간법으로 구하였다 흡수 동력의 주파수 범위는 1~10 Hz이다 흡수 동력은 스칼라량이기 때문에 다자유도 시스템의 흡수 동력은 각 축방향의 흡수 동력을 합하여 구할 수 있다. 즉,
승차 진동 수준은 RO 2631-1(1985), ISO 2631-1(1997), EU Directive 2002/44, 흡수 동력 (Lee and Pradko, 1968)을 기준으로 평가 하였으며, 진동 데이터의 분석과 평가 방법은 각각의 기준에서 규정한 방법에 따라 실시하였다.
식 ⑴로써 구한 X, y, z축에 대한 진동 수준은 ISO 2631-1 에서 제시한 나}피로 한계(fatigue-reduced proficiency botmdary) 를 기준으로 평가하였다 총 승차 진동 수준은 X, y, z축에 대한 주파수 보정 RMS 가속도 awx, aW!/, a””를 이용하여 식 (2)에서와 같이 총 승차 진동을 구하고, ISO 2631-1(1997)의건강 주의 영역(health guidance caution zone) 을 기준으로 평가하였다.
실제직.업시 승차 진동을 측정하였으며, ISO 2631-1, EU Directive 2002/44의 전신 진동 노출 기준에 따라 승차 진동 수준을 평가하였다. 주요 결과는 다음과 같다.

성능/효과

(1) ISO 2631-1 의 8시간 내피로 한계를 초과하는 트랙터는 쟁기 작업에서 15.4%, 농로 운반 작업에서 12.5%이였으며, 전후와 수평 방향으로 주파수 범위는 각각 1〜5 Hz, 2~5 Hz이였다
(2) ISO 2631-1 의 8시간 기준 노출 한계를 초과하는 트랙터는 쟁기 작업에서 38.5%, 로터리 작업에서 31.6%, 농로운반 작업에서 100%, 콘크리트 노면 운반 작업에서 88.9%이였다. 그러나 대부분의 트랙터는 8시간 기준잠재적 건강 위험 영역을 초과하는 것으로 나타났다.
(3) 대부분의 트랙터는 8시간 기준 EU Directive 2002/44 의 ELV를 초과하지 않았으나 쟁기 작업에서는 측정트랙터의 7.7%가 X축 방향으로 ELV를 초과하였다. 그러나, X축 방향의 EAV를 초과하는 트랙터는 쟁기 작업에서 23.
(4) 흡수 동력의 한계를 초과한 트랙터는 쟁기 작업과 농로운반 작업에서 각각 7.7%, 25%이였으나 로터리 작업과 콘크리트 노면 운반 작업에서는 없었다.
(5) 작업별 승차 진동 수준은 농로 운반 작업에서 가장 높았고, 콘크리트 노면 운반 작업, 쟁기 작업 로터리 작업 순이였다
(6) 기관 출력이 42.6 kW 미만이고 사용 연수가 3년 이상인 트랙터의 승차 진동 수준은 ISO 2631-1 의 8시간 노출 한계를 초과하였으나 나머지 트랙터는 당장 건강상의 위험을 초래할 정도는 아니었다.
(7) 승차 진동의 평가 기준은 ISO 2631-1 의 잠재적 건강위험 영역이 가장 가혹한 것으로 나타났다.
4). 작업별 평균 승차 진동의 수준은 농로 운반 작업에서 가장 높았으며 시멘트 도로 운반, 쟁기 작업, 로터리 작업 순이였다.
9%이였다. 전체적으로 측정 트랙터의 93.9%가 1 일 작업 시간 8시간을 기준으로 한잠재적인 건강 위험 수준을 초과하는 것으로 나타났다.
운반 작업으로 하였다. 측정시 작업 속도는 쟁기 작업과운반 작업의 경우 5~7 km/h, 로터리 작업의 경우 2~3 km/h이였으며, 쟁기 작업과 로터리 작업의 경심은 20-30 cm이였다. 포장, 농로 콘크리트 도로는 일반적인 논과 포장 지역 내에 있는 농로 및 콘크리트 노면으로 하였으며, 특별한 조건을두지 않았다 승차 진동의 측정은 김포, 부천, 시흥, 안산 지역에서 2007년 3월 31일부터 5월 18일 사이에 실시하였다.
7%가 X축 방향으로 ELV를 초과하였다 8시간 EAV를 기준으로 하였을 때는 표 5에서오} 같이 많은 트랙터가 EAV를 초과하였다. 특히 수직 진동보디는 X축 방향의수평 진동에서 EAV를 초과하는 트랙터가 많았다 X축 방향의 EAV를 초과하는 트랙터는 쟁기 작업에서 23.1%, 로터리작업에서 21.1%, 농로 운반 작업에서 87.5%, 콘크리트 노면운반 작업에서 44.4%이였다. 특히 농로 운반 작업에서는 50%의 이상의 트랙터가 X, y, z축 방향으로 EAV를 초과하였다.
진동 수준은 표 4에서와 같이 나타났다. 표 4에서와 같이, 쟁기 작업과 농로 운반 작업에서는 측정 트랙터 모두 잠재적인 건강 위험 수준을 초과하였으며, 특히 농로 운반 작업에서는 모두 8시간 노출 한계를 초과하였다. 8시간 노출 한계를 초과한 트랙터는 쟁기 작업에서 38.

참고문헌 (10)

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ISO Standard 2631-1. 1997. Mechanical vibrations and shock -Evaluation of human body exposure to whole-body vibration- Part 1: General requirements. International Organization for Standardization, Paris
ISO Standard 2631-1. 1985. Mechanical vibrations and shock -Evaluation of human body exposure to whole-body vibration- Part 1: General requirements. International Organization for Standardization, Paris.
Kim, H. J. 2008. Evaluation of ride vibrations of agricultural tractors, Unpublished MS thesis. Seoul National University
Lee, R. A. and F. Pradko. 1968. Analytical analysis of human vibration. Transactions of SAE 77(1):346-360
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상세보기
Park, Y. J., S. B. Park and K. U. Kim. 2004. Characteristics of ride vibrations in rotary tillage and plowing operations by tractor. Journal of Biosystems Engineering 29(3):207-216. (In Korean)

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Stayner, R. M., T. S. Collins and J. A. Lines. 1984. Tractor ride vibration simulation as an aid to design. Journal of Agricultural Engineering Research 29(4):345-355

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