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학위논문 동서

電動 手工具 使用時 振動傳達 特性의 人間工學的 硏究

장규표

부산 : 동아대학교 1999

136장 : 삽도 ; 26cm

학위논문(박사) 동아대학교 대학원 : 산업공학과, 1999

영문초록 : In manufacturing industry, including assembly, mechanization or automation is widely spread for advancing the productivity and safety of the workers. For the safety of the workers, power hand tools are common at the workplace, and especially, electric hand tools can reduce the physical effort of workers as well as increasing the productivity. However, due to the electric power attachment, not only the weight of the tool itself is gained but also the vibration can be occurred and it can cause the Cumulative Trauma Disorders (CTBs). In this study, the characteristics of transmitted vibration on hand-arm system are examined when operating electric hand tools. Also through the correlation analysis between anthropometric data and transmitted vibration, and comparison study with appropriate amount of work done based on the ISO criteria, the basic data for the ergonomic work design can be presented. The types of electric tools and works for the experiment are as follow; (1) Drill (general type and impact type) : The marble and iron plate (2) Grinder : The soldering iron plate (3) Wire-Brush Paint removing work on the iron plate To analyze the characteristics of transmitted vibration, the amount of transmitted vibration on X, Y and Z direction at tool (T), hand (H), wrist (W), and the joint between forearm and upper arm (A) were measured at the frequency range of 6.3 ~ 1,000[Hz]. Also, the ergonomic analysis such as the correlation between the amount of transmitted vibration and body dimension, the limit of human exposure to vibration, and the response of frequency were conducted. The results of the study show as follows; (1) The amount of acceleration of vibration was significantly different according to the electric tools, types of work, and pushing force. That is to say that the amount of vibration can be differed based on the types of electric tool, types of work, and pushing force on the material. (2) As the vibration transmitted to each part of the arm, the more distant from the tool such as at the back of the hand, wrist, and the joint between forearm and upper arm in order, the smaller the amount of acceleration of vibration. Also, The bigger the pushing force at the tool, the higher the acceleration of vibration. (3) The frequency range of the vibration reduction point was different at each part of the forearm. For impact drill and general-typed drill works, the reduction was started at high frequency range like 125~160[Hz] at the back of the hand, 50~63[Hz] at the wrist, and 16~31.5[Hz] at the joint between forearm and upper arm. For the grinder and wire-brush works, the reduction started at 25~50[Hz] at the back of the hand, 16~40[Hz] at the wrist, and 16~20[Hz] at the joint between forearm and upper arm. (4) The average magnitude of damping per octave in vibration was 11.3[dB] at the back of the hand, 13.1[dB] at the wrist, and 12.2[dB] at the joint between forearm and upper arm for the impact drill and general-typed drill. For the grinder and wire-brush, the average magnitude of damping was 8.5[dB] at the back of the hand, 11.5[dB] at the wrist, and 10.9[dB] at the joint between forearm and upper arm. (5) The correlation analysis shows that the hand length, hand breadth, hand breadth across thumb, hand thickness, hand circumference including thumb, hand circumference and hand volume have high correlation with the magnitude of damping at the back of the hand. At the wrist, the magnitude of damping showed high correlation with hand breadth, hand thickness and hand circumference including thumb, hand circumference, wrist breadth, wrist thickness and wrist circumference. At the joint between forearm and upper arm, The magnitude of damping have highly correlated with forearm breadth, forearm thickness, forearm circumference, forearm-hand length, forearm-hand volume and hand volume (6) In comparison with the ISO criteria of vibration exposure limit, the prevalence rate of the vibration induced white finger (VWF) expected to be low due to the small acceleration of vibration with the general-typed drill, grinder and wire-brush. However, with the impact drill, the prevalence rate of the VWF expected to be high. If the daily exposure time were longer than 30 minutes, 10% of prevalence rate of VWF would be expected during the 9 years, and if the daily exposure time were longer than 2 hours, 50% of the VWF prevalence rate would be expected after 10 years. / 한글초록 : 조립산업을 포함한 대부분의 제조업에 있어서는 작업자의 수작업 대신에 기계화 내지는 자동화 시스템을 갖춤으로써 생산성 향상을 기하고, 작업자의 육체적 피로와 안전을 도모하려는 노력을 하고 있다. 이러한 일련의 노력의 일환으로 생산현장에서는 수공구를 동력화하고 있으며, 전동 수공구의 사용은 작업자의 육체적 노력을 경감시키고 생산성을 향상시킬 수 있는 반면에 전동화로 인하여 공구자체의 중량이 늘어나고 진동이 발생함으로써 累積外傷病(CTDs , Cumulative Trauma Disorders) 등 또 다른 반대급부적 문제를 야기시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 전동 수공구 사용시 전완에 전달되는 진동 특성을 규명하고, 인체특성과의 상관분석과 ISO기준에 의한 적정작업량과의 비교 등을 함으로써 인간 공학적 작업설계의 기초자료를 제시하고자 한다. 본 실험에 동원된 전동공구의 종류 및 작업형태는 다음과 같다. (1) 드릴(일반형 및 충격형) : 대리석과 철판에 구멍뚫기 작업 (2) 그라인더 : 철판위의 용접부위 연마작업 (3) 와이어브러쉬 : 철판의 페인트 제거작업 진동전달특성 조사를 위한 실험에서는 6.3∼1,000[Hz] 범위에서 공구(T), 손(H), 손목(W), 앞팔(A) 등의 X, Y, Z축 방향 振動 傳達量을 측정하여 분석하였다. 또한 人體測定値와의 相關關係, 振動露出限界 및 周波數 應答 分析 등 人間工學的 分析을 행하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같이 요약된다. (1) 진동가속도의 크기는 전동공구, 작업형태 및 미는 힘에 따라 유의차가 있었다. 즉 진동의 크기는 전동공구 자체의 형태와 작업의 종류 및 작업물에 가하는 힘에 의하여 달라짐을 알 수 있었다. (2) 작업시 발생한 진동이 전완의 각 부위로 전달되면서 손등, 손목, 앞팔의 순으로 가속도 값이 작게 나타나 공구에서 멀어질수록 진동량이 감쇠됨을 보였다. 또한 공구에 가하는 힘이 클수록 가속도 값이 높게 나타났다. (3) 신체의 각 부위마다 진동의 감쇠가 시작되는 주파수대역이 다르게 나타났다. 즉, 충격형 드릴과 일반형 드릴의 경우, 손등에서는 125~160[Hz]대역의 비교적 고주파수 대역에서 감쇠가 시작되었고, 손목에서는 50~63[Hz]대역에서, 앞팔에서는 16~31.5[Hz]대역의 저주파수 대역에서 감쇠가 시작되었다. 그라인더와 와이어브러쉬 작업에서는 손등에서 25~50[Hz], 손목에서 16~40[Hz], 앞팔에서는 16~22 [Hz]대역에서부터 감쇠가 시작되었다. (4) 진동의 옥타브당 평균 감쇠량은 충격형 드릴과 일반형 드릴의 경우 손등에서는 11.3[dB], 손목에서는 13.1[dB],, 앞팔에서는 12.2[dB],의 감쇠를 보였다. 그라인더와 와이어 브러쉬의 경우는 손등에서 8.5[dB],, 손목에서 11.5[dB], 앞팔에서 10.9 [dB],의 감쇠를 보였다. (5) 전완의 인체측정치와 감쇠량과의 상관분석에서 손등의 감쇠량은 손길이, 손너비, 손바닥 너비, 손두께, 손바닥 둘레, 손둘레, 손부피 등과 높은 방관을 보였다. 손목에서의 감쇠량은 손너비, 손두께, 손바닥 둘레, 손둘레, 손목너비, 손목두께, 손목둘레 등과 높은 상관을 보였다. 앞팔에서의 감쇠량은 전완너비, 전완두께, 전완둘레, 전완길이, 전완부피, 팔부피 등과 높은 상관을 보였다 (6) 작업유형별 가속도 값에 따른 진동노출한계를 ISO 기준으로 계산해본 결과 일반형 드릴, 그라인더 및 와이어 브러쉬는 주파수 가중 가속도 값이 작기 때문에 백지증의 유병율이 낮게 나타날 것으로 예측되었으나, 충격형 드릴의 작업에서는 일일 노출 시간이 30분 이상되면 약 9년 후에는 약 10%, 일일 2시간 노출되면 10년 후에는 약 50%의 높은 유병율이 될 것으로 예측되었다.

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