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A avaliação da vibração do assento do operador em máquinas de movimentação de solo

Quais são os símbolos e termos abreviados usados nessa norma? Quais são as tolerâncias na vibração de entrada? Quais são as características da vibração simulada de entrada para diferentes tipos de máquinas? O que deve conter o relatório de ensaio? Essas perguntas estão sendo respondidas na NBR ISO 7096 de 03/2022 - Máquinas de movimentação de solo - Avaliação em laboratório da vibração transmitida pelo assento do operador.

13/04/2022 - Equipe Target

NBR ISO 7096 de 03/2022 - Máquinas de movimentação de solo - Avaliação em laboratório da vibração transmitida pelo assento do operador

A NBR ISO 7096 de 03/2022 - Máquinas de movimentação de solo - Avaliação em laboratório da vibração transmitida pelo assento do operador especifica, de acordo com a ISO 10326-1:2016, um método de laboratório para a medição e avaliação da efetividade da suspensão do assento, a fim de reduzir a vibração vertical em todo o corpo, que é transmitida ao operador de máquinas de movimentação de solo nas frequências entre 1 Hz e 20 Hz. Este documento também especifica os critérios de aceitação para aplicação em assentos de diferentes máquinas.

Este documento é aplicável aos assentos do operador utilizados nas máquinas rodoviárias definidas na NBR ISO 6165. Estabelece as classes espectrais de entrada requeridas para as seguintes máquinas de movimentação de solo. Cada classe estabelece um grupo de máquinas que contém características de vibração similares: caminhões basculantes fora de estrada com chassi rígido, com massa de operação > 4 500 kg; caminhões basculantes fora de estrada com chassi articulado; escrêiperes sem eixo ou sem suspensão do chassi1); pás-carregadeiras com rodas, com massa de operação > 4.500 kg; motoniveladoras; buldôzeres de rodas; compactadores de solo; retroescavadeiras; caminhões basculantes fora de estrada de esteiras; pás-carregadeiras de esteiras; buldôzeres de esteiras, com massa de operação ≤ 50.000 kg); caminhões basculantes fora de estrada compactos, com massa de operação ≤ 4.500 kg; pás-carregadeiras compactas com rodas, com massa de operação ≤ 4.500 kg; pás-carregadeiras de direção por rotação variada (minicarregadeiras), com massa de operação ≤ 4.500 kg para máquinas de rodas e ≤ 6.000 kg para máquinas de esteiras.

As seguintes máquinas transmitem entradas de vibração vertical suficientemente baixas nas frequências entre 1 Hz e 20 Hz no assento, durante a operação, e, por esta razão, estes assentos não requerem suspensão para reduzir a vibração transmitida: escavadeiras, incluindo escavadeiras com pernas e escavadeiras operadas por cabo); valetadeiras; compactadores para aterro; rolos-compactadores não vibratórios, exceto compactadores de solo; rolos-compactadores vibratórios, exceto compactadores de solo; assentadores de tubos; perfuratrizes direcionais horizontais (HDD). Os ensaios e critérios estabelece neste documento são destinados aos assentos do operador utilizados em máquinas de movimentação de solo de projeto convencional.

Outros ensaios podem ser apropriados para máquinas com características de projeto que resultem em características de vibração significativamente diferentes. Não é abrangida a vibração que atinge o operador, exceto aquela transmitida por seu assento, por exemplo, a vibração que é percebida pelos pés do operador sobre a plataforma ou pedais, ou pelas mãos do operador no volante da direção.

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Quais são os símbolos e termos abreviados usados nessa norma?

Quais são as tolerâncias na vibração de entrada?

Quais são as características da vibração simulada de entrada para diferentes tipos de máquinas?

O que deve conter o relatório de ensaio?

Este documento é uma norma tipo C, conforme declarado na NBR ISO 12100. É de relevância, especificamente, para os seguintes grupos de partes interessadas que representam os agentes de mercado com relação à segurança de máquinas: fabricantes de máquinas (pequenas, médias e grandes empresas); órgãos de saúde e segurança (reguladores, organizações de prevenção de acidentes, vigilância de mercado, etc.).

Outros podem ser afetados pelo nível de segurança de máquinas alcançado com os meios do documento pelos grupos de partes interessadas mencionados acima: usuários de máquinas/empregadores (pequenas, médias e grandes empresas); usuários de máquinas/funcionários (por exemplo, sindicatos, organizações para pessoas com necessidades especiais); prestadores de serviços, por exemplo, para manutenção (pequenas, médias e grandes empresas); consumidores (no caso de máquinas destinadas ao uso pelos consumidores). Os grupos de partes interessadas mencionados acima tiveram a possibilidade de participar no processo de redação deste documento.

As máquinas afetadas e a extensão em que os perigos, situações perigosas ou eventos perigosos são abrangidos estão indicadas no escopo deste documento. Quando os requisitos desta norma tipo C forem diferentes dos que são declarados em normas tipo A ou tipo B, os requisitos desta norma tipo C têm prioridade sobre os requisitos das outras normas para as máquinas que foram projetadas e construídas de acordo com os requisitos desta norma tipo C.

Os operadores de máquinas de movimentação de solo são frequentemente expostos a um ambiente de vibração de baixa frequência, em parte causado pelo movimento das máquinas sobre solo irregular e pelas tarefas realizadas. O assento compõe o último estágio da suspensão antes do operador. Para ser eficiente na redução da vibração, convém que o assento com suspensão seja escolhido de acordo com as características dinâmicas da máquina.

O projeto do assento e sua suspensão são uma combinação entre os requisitos para reduzir o efeito da vibração e o impacto sobre o operador, e lhe proporcionando estabilidade para possa controlar a máquina de uma forma efetiva. Consequentemente, a redução na vibração do assento é uma combinação de um número de fatores, e a seleção dos parâmetros de vibração do assento precisa ser obtida no contexto com os outros requisitos para o assento.

Os critérios de desempenho fornecidos neste documento foram estabelecidos de acordo com o que é atingível, utilizando a melhor prática de projeto no momento. Estes critérios de desempenho não asseguram necessariamente a proteção completa do operador contra os efeitos da vibração e do impacto. Eles podem ser revisados considerando futuros desenvolvimentos e melhorias no projeto da suspensão.

As entradas de ensaio incluídas neste documento são baseadas em um número muito grande de medições feitas no local, em máquinas de movimentação de solo utilizadas sob condições severas de operação, porém típicas. Os métodos de ensaio são baseados na ISO 10326-1:2016, que é um método geral aplicável a assentos para diferentes tipos de máquinas.

A máquina deve estar em conformidade com os requisitos de segurança e/ou com as medidas de proteção/redução de risco desta Seção. Além disso, a máquina deve ser projetada de acordo com os princípios da NBR ISO 12100:2013 para perigos relevantes, porém não significativos, que não são tratados neste documento. A vibração vertical da máquina simulada em laboratório, especificada como classe espectral de entrada, é baseada nos dados representativos medidos das máquinas sob condições severas de operação, porém típicas.

A classe espectral de entrada é um envelope representativo para as máquinas dentro da classe, conforme medida sob condições severas. Dois critérios são utilizados para a avaliação do assento: o fator de transmissibilidade da amplitude efetiva do assento (seat effective amplitude transmissibility - SEAT), de acordo com a ISO 10326-1:2016, 10.2, porém com a frequência ponderada de acordo com a ISO 2631-1:1997/Amd 1:2010; a relação máxima de transmissibilidade no ensaio de amortecimento, de acordo com a ISO 10326-1:2016, 10.2.

O equipamento de medição deve estar de acordo com as ISO 8041-1:2017 (instrumento tipo 1) e ISO 10326-1:2016, Seções 4 e 5. A frequência ponderada deve incluir os efeitos dos filtros restritivos da banda e estar de acordo com a ISO 2631-1:1997/Amd 1:2010. As precauções de segurança devem estar de acordo com a ISO 13090-1:1998. Quaisquer mecanismos de travamento ou dispositivos normalmente montados nas versões de produção do assento a ser ensaiado, a fim de minimizar o efeito do movimento da suspensão além do seu curso, devem ser colocados no local correto para os ensaios dinâmicos.

As condições e procedimentos de ensaio devem estar de acordo com a ISO 10326-1:2016, Seções 8 e 10. Para a simulação da vibração, uma plataforma com dimensões que correspondam aproximadamente àquelas da plataforma do operador de uma máquina de movimentação de solo deve ser montada sobre um vibrador que seja capaz de gerar vibração ao longo do eixo vertical (ver figura abaixo).

Clique na imagem acima para uma melhor visualização

 

No caso das classes EM 1 e EM 2, convém que o vibrador seja capaz de simular uma vibração senoidal que tenha uma amplitude de deslocamento de no mínimo ±7,5 cm, a uma frequência de 2 Hz. O assento do operador para ensaio deve ser representativo dos modelos de série produzidos, em relação à construção, às características estáticas e vibracionais e a outros aspectos que possam afetar o resultado do ensaio de vibração.

Antes do ensaio, os assentos com suspensão devem ser amaciados sob condições especificadas pelo fabricante. Se o fabricante não especificar tais condições, então o assento deve ser amaciado durante 5 000 ciclos, com medições a intervalos de 1 000 ciclos.

Para esta finalidade, o assento deve ser carregado com uma massa inerte de 75 kg e regulado com a massa de acordo com as instruções do fabricante. O assento e a suspensão devem ser montados sobre a plataforma de um vibrador, e uma vibração de entrada senoidal deve ser aplicada na plataforma aproximadamente na frequência natural da suspensão. Esta vibração de entrada deve ter um deslocamento de pico a pico suficiente para causar o movimento da suspensão do assento acima de 75% de seu curso aproximadamente.

É provável que um deslocamento de pico a pico da plataforma de aproximadamente 40% do curso da suspensão do assento seja atingido. Convém tomar cuidado para assegurar que não ocorra aquecimento excessivo do amortecedor da suspensão durante o amaciamento, para o qual resfriamento forçado é aceitável.

O assento deve ser considerado amaciado se o valor para a transmissibilidade vertical permanecer dentro de uma tolerância de ±5%, quando três medições sucessivas forem realizadas sob a condição descrita acima. O intervalo de tempo entre duas medições deve ser de meia hora, ou 1.000 ciclos (o que for menor), com o assento sendo constantemente amaciado.

O assento deve ser regulado na altura da pessoa para o ensaio, de acordo com as instruções do fabricante. Nos assentos em que o curso da suspensão disponível não é afetado pela regulagem da altura do assento ou pelo peso da pessoa para o ensaio, o ensaio deve ser realizado com o assento regulado no centro do curso. Nos assentos em que o curso da suspensão disponível é afetado pela regulagem da altura do assento ou pelo peso da pessoa para o ensaio, o ensaio deve ser realizado na posição mais baixa que proveja o curso total da suspensão de trabalho, conforme especificado pelo fabricante do assento.

Quando a inclinação do encosto for ajustável, ela deve ser regulada aproximadamente na posição vertical, levemente inclinada para trás (aproximadamente 10° ± 5°). A postura da pessoa durante o ensaio deve estar de acordo com a figura acima. As diferenças na postura da pessoa durante o ensaio podem causar uma diferença de 10% entre os resultados do ensaio. Por esta razão, os ângulos recomendados dos joelhos e tornozelos foram especificados na figura acima.

O ensaio simulado da vibração de entrada deve ser realizado com duas pessoas. A pessoa leve deve ter uma massa total entre 52 kg e 55 kg, na qual não mais que 5 kg podem ser carregados em um cinto em torno da cintura. A pessoa pesada deve ter uma massa total entre 110 kg e 115 kg, na qual não mais que 12 kg podem ser carregados em um cinto em torno da cintura.

A vibração simulada de entrada utilizada para determinar o fator SEAT é definida de acordo com a ISO 10326-1:2016, 9.2, porém a frequência ponderada deve estar de acordo com a ISO 2631-1:1997/Amd 1:2010. A entrada de ensaio para cada classe é definida por uma densidade espectral de potência, G*P(f), da aceleração vertical (eixo Z) da plataforma de vibração, e pelas acelerações verticais do valor rms não ponderado sobre a plataforma (a*P12, a*P34).

A vibração de entrada deve ser determinada (calculada) sem componentes nas frequências fora da faixa de frequência definida por f1 e f2. A Tabela 4 na norma define, ainda, os valores de entrada de ensaio para a Densidade Espectral de Potência (PSD) de entrada de ensaio real na base do assento. Três ensaios devem ser realizados para cada pessoa e para cada vibração de ensaio, de acordo com a ISO 10326-1:2016, Seção 10.

A duração efetiva de cada ensaio deve ser no mínimo de 180 s. Se nenhum dos valores do fator SEAT relativos a uma configuração de ensaio em particular desviar em mais que ±5% da média aritmética, então, em termos de repetibilidade, os três ensaios mencionados acima devem ser considerados válidos. Se este não for o caso, tantas séries de três ensaios quantas forem necessárias para atender a este requisito devem ser realizadas.

O tempo de amostragem, Ts, e a largura de banda, Be, devem atender ao seguinte critério: 2 × Be × Ts > 140 Be < 0,5 Hz. A classe EM 7 é também utilizada para ensaiar assentos de tratores agrícolas com rodas para trator classe I (ver NBR ISO 5007:2017). Quaisquer meios, incluindo integradores duplos, filtros e geradores de sinais analógicos, e geradores de sinais digitais com conversores digitais para analógicos, podem ser utilizados para produzir as características PSD e rms requeridas na base do assento para o ensaio simulado da vibração de entrada.

O ensaio de amortecimento é composto por duas etapas: a primeira é a busca para determinar a frequência de ressonância da suspensão; a segunda determina a transmissibilidade da suspensão nessa frequência. O assento deve ser carregado com uma massa inerte de 75 kg e, em seguida, deve ser excitado por uma vibração senoidal na faixa entre 0,5 a 2 vezes a frequência de ressonância esperada da suspensão.

A massa inerte deve, se necessário, ser presa no assento, a fim de evitar que a massa se movimente sobre o assento ou caia dele. Convém que sacos preenchidos com chumbo ou com outro material com densidade similar sejam utilizados como massa inerte. Para determinar a frequência de ressonância, a faixa de frequência deve ser investigada com uma varredura de frequência linear ou em intervalos máximos de 0,05 Hz.

Em qualquer um dos métodos, convém que a frequência seja alterada de uma frequência mais baixa (igual a 0,5 vez a frequência de ressonância esperada da suspensão) até uma frequência mais alta (igual a 2 vezes a frequência de ressonância esperada da suspensão), e retornando novamente à frequência mais baixa. A varredura da frequência deve ser efetuada em um intervalo de tempo de no mínimo 80 s, em um deslocamento constante de pico a pico da plataforma, que é igual a 40 % do curso total da suspensão especificado pelo fabricante do assento, ou 50 mm, o que for menor.

O ensaio de amortecimento e o cálculo da transmissibilidade de ressonância H(fr) devem ser realizados de acordo com a ISO 10326-1:2016, 9.5. Em todos os casos, o ensaio de amortecimento propriamente dito na frequência de ressonância deve ser conduzido com um deslocamento de pico a pico da plataforma de 40% do curso total da suspensão, mesmo se o valor de 40 % exceder 50 mm. Somente uma medição necessita ser conduzida na frequência de ressonância da suspensão do assento.

FONTE: Equipe Target

Baseado nos documentos visitados

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