DESENVOLVIMENTO DE UM AMORTECEDOR SEMI-ATIVO PARA VIBRAÇÕES DE CORPO INTEIRO

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1 DESENVOLVIMENTO DE UM AMORTECEDOR SEMI-ATIVO PARA VIBRAÇÕES DE CORPO INTEIRO Euzébio D. de Souza UFMG - euzebiod@ufmg.br Maria Lúia Mahado Duarte UFMG - mlduarte@dedalus.i.ufmg.br Eduardo José Lima UFMG - eduardo@deme.ufmg.br Resumo O estudo das diversas fontes de vibrações de orpo inteiro as quais os trabalhadores estão expostos durante sua jornada de trabalho deve ser efetuado por todas as empresas, objetivando a manutenção da saúde e apaidade de trabalho do indivíduo. A legislação estabelee parâmetros, abendo aos engenheiros estudar o impato da intensidade assoiadas as fontes de vibrações as quais o trabalhador está exposto. Espeifiamente quanto aos ondutores de veíulos pesados e oletivos as exposições que se situam próximas ao nível de ação não possuem uma abordagem espeífia. Desta forma este trabalho propõe o estudo de um amorteedor semi-ativo que ao ser integrado ao assento do trabalhador permitirá o ontrole dos níveis da VCI. Palavras have: Vibrações de orpo inteiro, Controle semi-ativo, Ergonomia. INTRODUÇÃO A insalubridade por VCI somente é garantida por lei nos asos em que os níveis de vibrações ultrapassam o limite de tolerânia (Atlas, 9). Nos asos em que os níveis assoiados a fonte não geram o direito ao adiional não são adotadas intervenções de ontrole. Durante a análise de riso oupaional em um grupo de trabalhadores uja função é a ondução de arretas, os níveis de vibração se enontravam próximos ao nível de ação, no aso.5 m/s (Cunha e Giampaoli, ). As ações tradiionais de manutenção om a substituição dos amorteedores de vibrações junto ao motor e aixa de transmissão, apesar de implementadas não foram efetivas (Sao, ). Este quadro retrata um enário omum a diversas empresas do segmento de transporte de argas ou passageiros, sendo este araterizado por veíulos om anos em média de uso e empresas om baixo nível de reursos para investimento. O relato frequente de dores lombares e afastamentos reorrentes são outros elementos que ompõem o enário em foo, araterizando a neessidade de uma ação de ontrole na fonte mais efetiva (Queiróga, 999). O ponto de partida para esta ação é a avaliação oupaional de risos, objetivando não apenas a proteção da apaidade laborativa dos ondutores, mas também a manutenção da produtividade e redução de relamatórias trabalhistas (Maedo e Battistella, 7).. AVALIAÇÃO OCUPACIONAL DAS VIBRAÇÕES DE CORPO INTEIRO A avaliação ambiental onsiste em se efetuar medições dos fatores de riso previamente identifiados por profissionais da área de segurança do trabalho (Saliba, 9). Esta observação busa obter uma representação fiel das ondições de trabalho as quais o indivíduo está exposto ao longo de sua jornada de trabalho. No estudo das vibrações de orpo inteiro (VCI) o instrumento empregado fornee a magnitude de vibração ponderada nas frequênias de -5Hz em onformidade om as normas abíveis. O aelerômetro foi posiionado no posto de trabalho, espeifiamente sobre o assento do trabalhador onforme se pode ver na figura. Figura - Posiionamento do aelerômetro no veíulo sob estudo - (Cunha e Giampaoli, )

2 Euzébio D. de Souza, Maria Lúia Mahado Duarte e Eduardo José Lima Desenvolvimento de um Amorteedor Semi-ativo para Controle Vibrações de Corpo Inteiro Durante o proesso de avaliação se busou avaliar o nível de aeleração em ada eixo bem omo o nível global de vibrações e o seu equivalente para uma jornada de 8 horas. Os resultados são apresentados na tabela. O veíulo é uma aminhão Volvo modelo WL6 4XT EDO fabriado em 996, sendo seu modelo 997. A tabela apresenta os níveis de aeleração om destaque para o eixo z, além disto se pode evideniar que a medição para uma jornada de 8 horas se enontra próxima do nível de ação. Desta forma não abe o direito ao adiional de insalubridade, ontudo nos moldes da NHO 9 a empresa deve busar adotar medidas de ontrole para que a exposição não atinja o limite de tolerânia. As empresas e portanto os profissionais de engenharia devem avaliar dentre as diversas ténias de ontrole a que gere melhor resultado para o aso em estudo.. TÉCNICAS DE CONTROLE Tabela - Resultados para a avaliação oupaional de VCI Eixo X Y Z Nível Global Global Exposição Ponderação Wd Wd Wk Corpo Inteiro (av) A(8) Coefiiente.4.4 Nível (m/s ),,,5 Corrigido (m/s ),45,4,5,8,5 8h Nível de alerta (m/s ),5 7hm6s Nível limite (m/s ),5 7h57m55s Dose evdv (m/s,75) 8, 7,88 9,6 8h Uma vez que as abordagens tradiionais, foadas na manutenção do veíulo se mostraram inefiazes, o foo das ações de ontrole deve ser dirigido ao posto de trabalho, espeifiamente a adeira do motorista. Uma vez que esta é parte integrante do veíulo, ainda assim a ação é araterizada por ontrole na fonte. A Figura () ilustra as araterístias de uma assento para operação de veíulos pesados (Mansfield, 5). Mola Amorteedor Curso superior Enosto Assento Estrutura Estrutura Curso inferior Ajuste do peso do operador Figura - Desrição dos omponentes do assento do operador - (Mansfield, 5). Os elementos responsáveis por absorver a energia são a mola e o amorteedor, sendo estes desprovidos de qualquer sistema de ontrole. Este tipo de posto de trabalho por possuir um sistema de amorteimento reduz o nível de vibrações de orpo inteiro transmitido ao trabalhador, ontudo o omportamento dinâmio do veíulo em relação as ondições da via e do peso da arga não são onsiderados. De modo a viabilizar as ações de ontrole abe o estudo do modelo dinâmio do posto de trabalho, este modelo pode ser visto na figura. Figura - Modelo dinâmio do assento om o absorvedor dinâmio - (Segla e Trisovi, ).

3 ENEBI 5 Enontro Naional de Engenharia Biomeânia O modelo representado na Figura () é omposto por uma massa do assento e as massas onetadas ao operador, sendo estas representadas por m s + m, a mola representada por seu oefiiente elastiidade k op aliada ao amorteedor semiativo om seu oefiiente de amorteimento. A exitação que o assento reebe é a variável u, enquanto que a sa variável x representa a posição da massa tomando omo referênia a almofada do assento. O oefiiente é o oefiiente de amorteimento gerado por meio da ação do algoritmo de ontrole Skyhook, uja estrutura pode ser vista na figura 4. O efeito de amorteimento variável é representado por meio do desloamento x (Segla e Trisovi, ), sendo o amorteedor omposto por uma mola om oefiiente de elastiidade k e m que é a massa assoiada ao amorteedor variável, a onstante de amorteimento do sistema onsiderando a ação de ontrole é dada por meio da equação. sa dx = () ( dx du ) A implementação deste algoritmo de ontrole será efetuada mediante um iruito miroontrolado, onde o oefiiente de amorteimento variável será obtido por meio de um amorteedor reológio. O diagrama em bloos do iruito eletrônio é apresentado na Fig. (4), onde se pode visualizar o aelerômetro que forneerá dados em tempo real dos níveis de vibração. Desta forma mediante a atuação do algoritmo Skyhook, Sankaranarayanan et al,(998) a tensão na entrada de ontrole do amorteedor será modifiada, possibilitando a variação do oefiiente de amorteimento. Coefiientes Skyhook Fonte de Corrente Solenóide Filtro Integrador Miroontrolador x u aeleração Miroontrolador Aelerômetro 4. SIMULAÇÕES Figura 4 - Diagrama em bloos do amorteedor om ontrole semi-ativo e estrutura do algoritmo Skyhook - Fonte o autor. As simulações permitirão entender a variação dos oefiientes de amorteimento, bem omo entender as ações de ontrole a serem implementadas por meio do algoritmo Skyhook. O primeiro ponto neste estudo foi avaliar quais parâmetros do amorteedor variam om relação a tensão e se há algum que não sofre influênia da tensão. Mediante a pesquisa bibliográfia foi verifiado que somente três parâmetros sofrem efetiva influênia da tensão, sendo estes os oefiientes de amorteimento visoso para baixas veloidades, o oefiiente de amorteimento visoso para altas veloidades e uma variável auxiliar que ajusta a força iniial do amorteedor. Os parâmetros que são imunes a variação da tensão de exitação são listados na Tab. (), estes elementos são neessários à modelagem dinâmia do amorteedor MR RD 5- (Carneiro, 9). Os parâmetros que sofrem variação da tensão são representados por meio das equações a 4 respetivamente, sendo estes o oefiiente de amorteimento visoso para alta veloidade o oefiiente de amorteimento visoso para baixa veloidade e a variável auxiliar α. Tabela - Parâmetros do amorteedor imunes a variação da tensão A (m) Β(m) γ (m) x ) ( x k d (N) k (N/m) 6 η + = (.5v + 4.5v.6) x (Ns/m), ()

4 Euzébio D. de Souza, Maria Lúia Mahado Duarte e Eduardo José Lima Desenvolvimento de um Amorteedor Semi-ativo para Controle Vibrações de Corpo Inteiro + = (.5v v.87) x (Ns/m), () = ( 58v + v + 5) x α (Ns/m), (4) Nas Figuras (6) até a Figura (8) são apresentados os resultados das simulações para uma tensão de volts, om uma exitação senoidal de.5 Hz, araterizando assim o omportamento do amorteedor quanto aos seus oefiientes de amorteimento. Desta forma será possível obter informações sobre o omportamento destes em relação ao nível de tensão, forneendo subsídios para o projeto do ontrolador, espeifiamente quanto aos níveis de tensão de saída. 6 - Coefiiente Visoso para Altas Veloidades 4 x 4 - Coefiiente Visoso para Baixas Veloidades 4 A m o rte im e n to (N s /m ) A m o rte im e n to (N s /m ) Figura 6 - Variação do oefiiente de amorteimento para altas veloidades. Figura 7 - Variação do oefiiente de amorteimento para baixas veloidades. 6 x 5 alfa - variável auxiliar 5 4 Força (N) Figura 8 - Variação variável auxiliar em função da tensão.

5 ENEBI 5 Enontro Naional de Engenharia Biomeânia 5. CONCLUSÕES As simulações demonstraram que para onseguir do amorteedor uma resposta dinâmia direionada a fontes de vibrações om aelerações elevadas, o ontrolador deve forneer tensões mais baixas, mantendo o nível de orrente elétria em até um A. Enquanto que para sistemas om níveis de aelerações mais baixas é neessário obter na saída do ontrolador níveis de tensões mais elevados. Desta forma a saída do ontrolador deve forneer tensões negativas ou positivas de até volts, possibilitando a adequação do amorteedor às araterístias da fonte de vibração. A variável auxiliar α determina a rigidez iniial assoiada ao amorteedor, araterizando o limiar de ação deste. A onstrução de um protótipo e a realização de testes para validar a ação do algoritmo Skyhook, serão efetuadas futuramente. Então será possível apliar uma ação de ontrole efetiva para a redução dos níveis de vibração de orpo inteiro, em asos onde atualmente não existem abordagens prátias e de rápida adoção. 6. REFERÊNCIAS Atlas, Equipe, 9, " Segurança e Mediina do Trabalho: Lei nº 6.54, de de Dezembro de 977", 6. ed. Atlas, São Paulo, 84 p. Carneiro, R. B.. 9, "Controle Semi-Ativo de Vibrações Estruturais Utilizando Amorteedor Magnetorreológio", Tese (Doutorado), Universidade de Brasília, Brasília, DF, 5p. Cunha A. Irlon, Giampaoli Eduardo,, "Norma de Higiene oupaional: NHO 9: Avaliação Oupaional das Vibrações de Corpo Inteiro: Proedimento Ténio", Fundaentro, 6 p. Maedo, C. S. G. Battistella, L.R., 7, "Impato da Lombalgia na Qualidade de Vida de Motoristas de Ônibus Urbano", Arqu. Ciên. Saúde, Unipar, Umuarama,v, n.. p.6-67.set./dez. Mansfield J. Neil, 5, " Human Response to Vibration", CRC Press. Boa Raton, Florida, P 44. Queiróga, M. R., 999, "Influenia de fatores individuais na inidênia de dor músulo-esquelétia em motoristas de ônibus da idade de Londrina", Rev. Bras. Ativ. Fis. Saúde. v4, n, p Sao, I. C. N. et al.,, "Avaliação de Posturas Sentadas em Automóvel: Impliações da Antropometria Estudo de Caso". Revista Fisioterapia e Pesquisa, v., n., p. 4-4, jan./jun. Saliba, T. M., 9, "Manual Prátio de Avaliação e Controle de Vibração", LTR, São Paulo, Brasil, p. Segla Stefan, Trisovi N,, "Optimization of Semi-ative Seat Suspension", Amerian Journal of Mehanial Engineering,, Vol., No. 7, pp. -5. Sankaranarayanan et al, 978, "Vehile Chassis Control Using Adaptive Semi-Ative Suspension", 7th IFAC World Congress (IFAC'8), The International Federation of Automati Control, Seoul, Korea, july ABSCTRACT The study of various soures of whole body vibration whih workers are exposed during their working hours must be made by all ompanies, aiming to maintain the health and individual's ability to work. The legislation establishes parameters, leaving engineers to study the impat of intensity assoiated vibration soures whih the worker is exposed. Speifially the drivers of heavy vehiles that are exposed to the levels near to ation value. Thus this paper proposes the study of a semi-ative damper that to be integrated into the worker's seat will allow ontrol of the Whole body Vibration levels. 8. RESPONSABILIDADES PELAS INFORMAÇÕES Os autores são os únios responsáveis pelas informações ontidas neste trabalho