수전달 진동 평가를 위한 Flexible palm 어댑터 개발 연구 - 송치문 (The Graduate School, Ajou University, 2009)
본 연구에서는 동력 공구(Power tool)에서 발생하여 수완계로 전달되는 진동의 특성 및 크기를 정확히 측정할 수 있는 Flexible palm 어댑터를 개발하여 이를 공구 진동 측정 시스템에 적용하였으며, 수전달 진동 측정 결과에 대한 불확도를 구하여 실험 결과의 신뢰성을 확보하였다. 또한 Flexible palm 어댑터를 방진장갑의 성능을 평가하는 시스템에도 적용하여 방진장갑의 정확한 진동 전달률을 측정할 수 있었으며, 인체에 유해한 진동을 사전에 예방할 수 있도록 특정 공구에 대한 최적의 방진장갑을 선정할 수 있는 가이드라인을 제시하였다. 수전달 진동(Hand-transmitted vibration)은 일반적으로 산업 현장에서 작업하는 동력 공구에 의해서 주로 발생하여 동력 공구를 쥐고 있는 작업자의 손을 통해 신체로 전달되는 충격 및 진동을 의미하며, 수완계 진동(Hand-arm system vibration)이란 용어로 쓰이기도 한다. 수전달 진동은 인체에 심각한 유해성을 제공하기 때문에 대부분의 선진국에서는 수십 년 전부터 동력 공구를 사용하는 작업자들의 1일 진동 피폭량을 제한하는 규정을 시행해 오고 있다. 영국에서는 주파수 가중치가 적용된 수완계 진동 피폭량을 2.5 m/s2일 때 8시간 작업에 대한 임계치로 사용되고 있으며, 만약 피폭량이 이 값보다 10% 증가하게 되면 1일 허용 작업 시간이 6시간 40분으로 제한된다. 따라서 인체 피폭량을 정확하게 측정하는 것이 매우 중요한 사항이 된다. 하지만 동력 공구에 의한 수전달 진동을 정확하게 측정할 수 있는 평가 기준 및 시스템이 제시되어 있지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 공구에서 수완계로 전달되는 수전달 진동을 정확하게 측정하기 위하여 작업자가 공구의 핸들을 잡는데 불편함을 주지 않으며, 작업에 방해가 되지 않도록 작업자의 손과 공구 핸들의 형상에 맞도록 디자인하여 최적의 수전달 진동을 측정할 수 있는 Flexible palm 어댑터를 개발하였다. 그리고 Flexible palm 어댑터를 공구 진동 측정 시스템에 적용하여 공구 진동을 정확하게 측정할 수 있게 되었으며, 측정한 결과에 대한 불확도를 구하여 신뢰성을 확보하였다. 또한 방진장갑의 성능을 평가하는 시스템에 적용하여 방진장갑의 진동 전달률을 정확하게 측정할 수 있게 되었으며, 이를 통하여 인체에 유해한 진동을 사전에 예방할 수 있도록 특정 공구에 대한 최적의 방진장갑을 선정할 수 있는 가이드라인을 제시하였다. 본 연구에서는 첫 번째로 수전달 진동을 측정하는데 기존에 사용되어오던 어댑터들의 문제점을 해결하기 위하여 어댑터의 진동 전달률 및 작용력을 고려하여 공구의 진동을 정확히 측정할 수 있는 Flexible palm 어댑터를 개발하였다. 공구에서 발생되는 진동은 그 크기와 피폭 시간 등에 의해 그 유해성이 결정되기 때문에 수완계로 전달되는 진동을 정확히 측정하는 것은 매우 중요한 일이다. ISO 10819:1996이나 ISO 5349-1:2001과 같은 관련 국제 규격에서는 핸들에서 발생하는 진동을 3축으로 측정할 것을 권고하고 있으며, 손과 핸들 표면사이에서 측정하는 것이 가장 바람직하지만 측정이 용이하지 않을 경우에 한해 손에 인접한 지점이나 어댑터를 이용하여 측정할 것을 대안으로 제시하고 있다. 그러나 손바닥과 인접한 지점에서 진동을 측정하거나 어댑터를 사용하여 진동을 측정하는 경우 손으로 전달되는 진동과 차이가 생길 수 있으며, 이는 인체에 대한 유해성을 평가하는데 정량적으로 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서 개발한 Flexible palm 어댑터는 수완계로 전달되는 진동을 정확히 측정하기 위하여 3축 가속도계를 장착하여도 작업자가 공구의 핸들을 잡는데 불편함을 주지 않으며, 작업자의 손과 공구 핸들의 형상에 맞도록 디자인하여 제작하였다. 두 번째로는 동력 공구에서 수완계로 전달되는 수전달 진동을 정확하게 측정할 수 있도록 Flexible palm 어댑터를 공구 진동 측정 시스템에 적용하였으며, 실험한 결과에 대하여 불확도를 구하여 신뢰성을 확보하였다. 이 시스템은 산업 현장에서 공구를 사용할 때 작업자에게 피폭되는 수전달 진동을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 공구를 개발하고 제작하는 업체에서는 신뢰성 있는 데이터를 수요자에게 제시함으로써 자사의 공구에 대한 마케팅에 활용할 수 있으며, 저진동 공구를 요구하는 작업자에게는 현장에서 공구의 진동을 정확히 확인할 수 있으므로 작업에 필요한 대상 공구를 바로 선택할 수 있는 이점을 가지게 된다. 또한 작업자가 정확한 수전달 진동량을 측정하여 확인함으로써 작업시간의 허용기준을 바로 제시하여 인체에 유해한 작업을 사전에 예방할 수 있게 되었다. 마지막으로, 산업 현장에서 활용되는 공구를 선정하여 공구에서 발생하는 진동을 앞서 개발한 공구 진동 측정 시스템을 이용하여 공구별, 작업조건별로 각각 측정하여 Database를 구축하였으며, 작업자에게 피폭되는 진동량 및 작업 시간의 허용기준을 제시할 수 있는 작업 유해성을 평가하였다. 또한 동력 공구에서 발생한 진동의 주파수 특성을 고려한 방진장갑의 성능을 평가하여 특정 공구에 대한 최적의 방진장갑을 선정할 수 있는 가이드라인을 제시함으로써 인체에 유해한 수전달 진동을 사전에 차단할 수 있는 성과를 거두었다.
학위논문(박사)--아주대학교 일반대학원 :기계공학과,2009. 8
Keywords: Hand arm vibration; Flexible palm adapter; Hand-transmitted vibration; 수전달 진동; 평가