Utvärdering av dämpande förarstolar i snabbgående båtar.

1

Utvärdering av dämpande förarstolar i snabbgående båtar.

Victor Ekström

Kandidatexamensarbete i marina system VT 2017

Handledare: Karl Garme

2

Förord

Jag vill tacka alla de personer som hjälpt och stötta mig i denna uppsats. Jag vill ge ett speciellt tack till min handledare Karl Garme för hans råd och stöd genom projektets gång.

Jag vill också tacka Kustbevakningen som tillhandahållit mätutrustning som möjliggjort studien. Ett stort tack till de besättningsmedlemmar som givit mig återkoppling på deras arbetsmiljö och de egenskaper för stötdämpande stolar besättningen efterfrågade för bättre arbetsmiljö.

Sammandrag

Arbetsmiljön ombord på höghastighetsbåtar inom till exempel Kustbevakningen, Försvaret och Sjöräddningen innebär en daglig exponering av helkroppsvibrationer hos besättningen på grund av höga hastigheter i kombination med hård sjö.

Denna studies syfte är att påvisa värdet av att installera stötdämpande stolar för att reducera riskerna för skador hos besättningen som är kopplade till exponering av helkroppsvibrationer.

Studien har utvärderat de stötdämpande stolar som är installerade på Kustbevakningens höghastighetsbåtar genom att mäta stolarnas reducerande förmåga och utvärdera hur det påverkar den mänskliga kroppen ur ett hälsoperspektiv. På grund av vattenskada i mätutrustningen kunde endast två av tre valda mätgrupper undersökas under en kortare period. Det gavs dock tillräckligt med mätdata för att kunna utvärdera och sammanställa ett resultat. Stolarnas HKV (helkroppsvibration) reducerande förmåga utvärderades gentemot de internationella standards SS-ISO 2631-5 och SS-ISO 2631-1 vilka är grunden för det svenska och europeiska vibrationsdirektivet, utifrån vilket arbetsmiljöverket arbetar. Ett

simuleringsprogram framtaget av Katrin Olausson användes även för att variera olika HKV påverkande faktorer hos stolarna i syfte att ta fram en mer HKV reducerande design av stolarna. Slutsatsen av studien visar att det är hälsomässigt gynnsamt att installera stötdämpande stolar på höghastighetsbåtar där besättningen utsätts för starka

helkroppsvibrationer. Men att ytterligare studier bör genomföras för att få fram mer detaljerad information om förbättringsområden.

3

Innehållsförteckning

Titelsida………...1

1. Introduktion ………4

1.1 Bakgrund………...4

1.2 Frågeställningar.…..………..5

1.3 Syfte………..5

1.4 Metod………5

2. Experimentella mätdata………..8

2.1Mätuppställning………....8

2.2 Mekanisk struktur-princip av stötdämpad stol..………..10

3. Stolsimulering...………15

3.1 Simuleringsprogram finner optimalare stolskonstruktion ………..15

3.2 Människans stötdämpande förmåga………...18

4. Vibrationsexponeringens negativa hälsoeffekter………..20

4.1 ISO 2361-1 använder RMS och VDV i utvärderingen av HKV……..…………....21

4.2 ISO 2361-5 beräknar risken för ländryggskador……….…………22

4.3 Besättningens synpunkter kring komfort och arbetsmiljö………..22

5. Resultat och analys……….………...24

5.1 Simuleringsresultat………..27

5.2 Möjlighet till stolsförbättring………...……….………..29

6. Diskussion och slutsats……….31

7. Källförteckning……….34

4

1. Introduktion

1.1 Bakgrund

Höghastighetsbåtar i professionell användning inom till exempel Kustbevakningen, Försvaret och Sjöräddningen utrustas ofta med stötdämpande stolar vars syfte är att förbättra komforten men framförallt minska risken för skador, som är kopplade till starka helkroppsvibrationer, hos besättningen vid grov sjögång. Svenska kustbevakningen har idag en stor flotta bestående av fartyg som gör över 30 knop samt mindre båtar som går upp emot 50 knop, exempelvis ribbåtar och truppbåt TTB2000 [1].

Daglig HKV-exponering i dessa hastigheter väcker frågor kring säkerheten och hälsan för de besättningsmän som tjänstgör på dessa båtar och kring hur dessa skadliga vibrationer kan reduceras med exempelvis installation av stötdämpande stolar. I takt med att båtar i sig blir mer effektiva inom skrovdesign, vikt, hastighet etc. så ökar de skadliga vibrationer som besättningen utsätts för. I en rapport kring materialval vid konstruktion av höghastighetsbåtar påvisas ett samband mellan ett 50% lättare skrovdesign av KBV 13 där båtens totala vikt, det totala deplacementet reducerats med 18%, och ökade vertikala accelerationer med 20% [2].

Det innebär att lättare och snabbare båtar ger ännu mer helkroppsvibrationer och ökar riskerna för negativa hälsoeffekter hos besättningen.

De vibrationer som uppstår i båtskrovet ute till havs på höghastighetsbåtar karakteriseras av enskilda starka stötar och kontinuerliga vibrationer. Arbetsmiljöverket visar att de negativa hälsoeffekterna av att vara utsatt för helkroppsvibrationer kan leda till nedsatt

prestationsförmåga, rörelsesjuka, störd motorik, synpåverkan, ökad risk för trötthet. Det kan även ge bestående nackskador och ryggskador [3]. De två sistnämnda negativa

hälsoeffekterna är ofta kopplade till situationer med enskilda starka stötar. Rapporten visar att 2 timmar per dag med exponering av helkroppsvibrationer på en höghastighetsbåt leder till att besättningen efter 5 år ligger i riskzonen för negativa hälsoeffekter [4].

5

1.2 Frågeställningar

Studien omfattar följande frågeställningar:

• Hur påverkar helkroppsvibrationer, som uppstår i båtskrovet, besättningen ur ett hälsoperspektiv kopplat till stötdämpande stolar alternativt odämpade stolar?

• Hur mycket reducerar de olika komponenterna i den stötdämpande stolen de vibrationer som uppkommer till havs i höga hastigheter?

• Hur mäter man på effektivaste sätt skillnaden mellan en stötdämpad stol gentemot en odämpad stol på en höghastighetsbåt?

• Vad kan utvecklas i de befintliga stötdämpande stolarna för att skapa ännu bättre arbetsmiljö och minska de negativa hälsoeffekterna som uppstår vid

helkroppsvibrationer?

• Går det att med hjälp av ett simuleringsprogram skapa en fiktiv arbetsmiljö ombord på en höghastighetsbåt och därmed testa olika stötdämpande faktorer hos stolarna? Eller krävs faktiska mätningar till havs?

1.3 Syfte

Syftet med den här studien är att belysa vilka negativa hälsoaspekter som framkommer på grund av exponering av helkroppsvibrationer hos besättningen på höghastighetsbåtar. Och hur dessa kan undvikas alternativt reduceras med rätt stötdämpande faktorer på de stolar som finns ombord. Studien undersöker skillnaden i skadliga vibrationer mellan att ha en dämpad stol gentemot en icke-dämpad stol i en höghastighetsbåt. Studien visar hur de stötdämpande stolarna påverkar besättningen ur ett hälsoperspektiv och vilka egenskaper hos

komponenterna i stolen som kan påverkas för att förbättra hälsofrämjande effekter. Studien syftar inte till en specifikt stötdämpande stolmodell utan kan tillämpas på alla de stolar som följer samma mekaniska princip som på stolen från vilken studien utgått ifrån.

1.4 Metod

I syfte att analysera positiva hälsoeffekter av en stötdämpad stol på höghastighetsbåt jämförs helkroppsvibrationerna mellan odämpad och stötdämpad stol. Detta görs genom att mäta accelerationer i tre fästpunkter för stolarna. Accelerationer är grundenheten för att mäta vibrationer och stötar.

Mätverktyget som användes ombord på båten placerades i följande tre positioner:

• Vid infästningspunkten för stolen i båtskrovet, för att fånga upp de skrovvibrationerna som representerar vibrationerna utan stolsdämpning.

• På stolsdynan för att fånga upp de vibrationerna som kroppen utsätts för.

• På stolchassit för att se hur mycket stolsdynan i sig isolerar vibrationer.

Mätningarna genomfördes med tre olika försökspersoner eftersom den mänskliga vikten kunde vara en påverkande faktor i vibrationernas styrka. Tre olika viktklasser representerades i mätningen, 65, 95 och 125 kilo, i dessa vikter ingick även utrustning.

6 Att mäta ute till havs, i faktisk miljö, benämns som exprimentiell mätning. Detta görs för att fånga upp faktiska data kring de helkroppsvibrationer som uppstår i besättningens dagliga arbetsmiljö på höghastighetsbåtar. Denna uppmätta data kan därefter användas i ett teoretiskt simuleringsprogram, skapat av Katrin Olausson. Programmet simulerar stolens dämpande förmåga utifrån indata kring accelerationer från båtskrovet. Programmet ger möjligheten att variera olika faktorer hos den stötdämpande stolen som kan påverka vibrationer som uppstår av accelerationer vid båtskrovet och som går ut i kroppen på besättningsmannen. De faktorer som kan ändras i programmet är egenskaper hos stolens fjäder samt dämpare, stolsvikten och försökspersonens vikt. Genom simuleringsprogrammet får vi även information kring hur den mänskliga kroppen reagerar och fungerar i syfte att själv hantera accelerationerna som kroppen utsätts för. Om den simulerade datan från simuleringsprogrammet, överensstämmer med den experimentellt uppmätta datan, så kan simuleringsprogrammet användas för att testa olika scenarion, där stolens egenskaper regleras för optimalt resultat utifrån hälsoaspekterna som tidigare nämnts. Ett simuleringsprogram är på detta sätt ett effektivt och ekonomiskt arbetssätt i strävan att minska de negativa hälsoeffekterna som uppkommer vid exponering av helkroppsvibrationer.

Resultatet från både simuleringsprogrammet och det exprimentiella testet utvärderas gentemot två så kallade ISO parametriska standarder, SS-ISO 2631-1 och SS-ISO 2631-5. Detta är internationella standards som anger generella riktlinjer för hur mätning och utvärdering av helkroppsvibrationers inverkan på hälsan ska genomföras. I rapportens kapitel 4 beskrivs dessa standards ytterligare i samband med utvärderingen av vibrationsexponeringen i testen.

Det finns tre metoder inom dessa två ISO standards som ska användas för att utvärdera hur helkroppsvibrationer påverkar människokroppen ur ett hälsoperspektiv. I denna studie har jag använt alla tre metoderna, vilka benämns RMS, VDV och R-värdet [5 och 6].

RMS, Route Mean Square, är en form av medelvärde av de helkroppsvibrationerna som försökspersonen utsätts för, under studiens testperiod. För RMS värden finns det EU-direktiv kopplat till olika gränsvärden och krav på åtgärder hos arbetsgivaren.

VDV, Vibrations Dose Value, rekommenderas av standarden ISO 2631-1 för att användas vid bedömningen av vibrationer som innehåller riktigt stora stötvibrationer, som peakar i

vibrationskurvan. Detta eftersom VDV bygger på en matematisk princip som bättre tar hänsyn till ytterligheter i uppmätta värden, än medelvärdesprincipen i RMS. Rapportens kapitel 4 går djupare in på dessa metoder.

R-värdet, är en metod som bygger på att analysera faktorer hos försökspersonen som ålder och antal år i yrket där försökspersonen exponeras för helkroppsvibrationer. Faktorn R används för utvärdering av risken för allvarliga skador på ländryggen hos besättningen.

Kommentarer från besättningen under testperioden har också sammanställts i studien då dessa kommentarer och reflektioner har betydelse för framtida utveckling av stötdämpande stolar på höghastighetsbåtar. De experimentella mätningarna har skett i samarbete med

Kustbevakningen i Göteborg.

Studiens mål är att få fram förbättringsförslag angående stötdämpande stolar på

höghastighetsbåtar i syfte att förbättra arbetsmiljön för besättningen, minska riskerna för negativa hälsoeffekter samt öka komforten ombord. Detta mål uppnås genom att

sammanställa all data från experimentella testerna samt simuleringsprogrammets olika

7 testresultat resultat, vilket ger en karta och vägledning i vilka åtgärder och förbättringar som är mest givande för att minska den vibrationsexponering som besättningen utsätts för.

8

2. Experimentella mätdata

I syfte att få fram hur mycket grov sjögång, vibrationer och stötvågor i den verkliga arbetsmiljön påverkar kroppen hos en besättningsman ombord på en höghastighetsbåt, så används experimentella mätdata. Detta är mätdata som samlas in ombord på båten under testkörning till havs. Dessa mätpunkter är viktiga att samla in eftersom det i dag finns en väldigt begränsad databank gällande helkroppsvibrationer på höghastighetsbåtar under grov sjögång.

Dessutom används experimentella mätvärden till att ytterligare utvärdera hur väl vi kan simulera den stötdämpande förmågan hos stolar, eftersom simuleringsprogrammet bygger på inmatade data från verkliga scenarion. Ju mer experimentella data vi har, desto fler olika simuleringar kan vi göra, vilket ger en mer empirisk bevisning kring simuleringsprogrammets trovärdighet. Simuleringsprogrammet har starka fördelar då det är en dyr och tidskrävande operation att samla in experimentella mätdata.

För att få fram mätvärden som är viktiga i analysen av stötdämpande stolars hälsoeffekter hos besättningen är det viktigt att mäta rätt saker på rätt sätt. Det handlar om att välja rätt

mätpunkter ombord, hitta och mäta de faktorer som påverkar helkroppsvibrationerna mest och därmed har störst relevans i studien. För att kunna välja rätt mätpunkter krävs kunskap om stolens konstruktion och funktion, samt kunskap om vilka av de stötdämpande faktorer på stolen som är av störst betydelse och som därav ska tas med i simuleringsprogrammets tester.

2.1 Mätuppställning

De experimentella mätningarna sker ute till havs med hjälp av 3 olika försökspersoner med olika kroppsvikter, 65, 85 samt 125 kilo. Mätinstrumenten är monterade på 3 ställen av den stötdämpande stolen. Vibrationer och stötar mäts i accerelation i tre riktningar, X, Y och Z riktning. Detta med hjälp av accelerometrar av modell Bruel och Kjaer-system [7].

Infästningspunkterna för accelerometrarna på stolen är mellan stol och durk (1), stolschassit (2) och sätesdynan (3) enligt figuren nedan. Infästningspunkt 1 ger oss vibrationsdata från båtskrovet vilket motsvarar effekten av odämpad stol. Infästningspunkt 2 på stolschassit behövs för att få information om hur mycket stolen dämpar vibrationerna om det inte fanns en sätesdyna. Infästningspunkt 3 i sätesdynan är för att fånga upp de accelerationer som går ut i föraren.

9 Figur 1: Ullman stol av typ Atlantic med positionerna för accelerometrar markerade.

10

2.2 Mekanisk struktur-princip för stötdämpad stol

För att förhindra att de kraftiga stötarna från vågor och grov sjögång tar sig vidare från

båtskrovet, genom stolen till besättningens kroppar, installeras både en fjäder och en dämpare i stolen. Fjäderns uppgift är att fånga upp rörelsen, vilket den gör genom att dra ihop sig och dämparens uppgift är att begränsa fjäderns utsläpp av rörelsen, då fjädern går tillbaka till sitt ursprungsläge. Om inte dämparen lyckas stå emot fjäderns återgångshastighet och dämpa ner den, skulle rörelsen överföras till besättningens kroppar. Denna konstruktion av stol kallas för den mekanistiska principen.

Den mekaniska principen för hur den stötdämpande stolen fungerar, kan beskrivas som ett enfrihetsgradssystem, se figur 2. Där fjäderkonstanten (K1 i N/m), dämparkonstanten (C1 i Ns/m) och stolsmassan (M1 i kg) är okända konstanter. Principen för den stötdämpande stolen innebär att den rörelseenergi som uppstår när skrovet rör sig, tas upp av det stötdämpande systemet, som består av en fjäder och en dämpare. Där omvandlas rörelseenergin till

värmeenergi via det stötdämpande systemet. Värmeenergin absorberas sedan av omgivningen.

Fjädern lagrar energi genom att komprimeras, vilket betyder att den trycks ihop. Detta kräver kraft, se ekvation 2.1. Problemet med att endast ha en fjäder men ingen dämpare, är att när den lagrade energin måste föras vidare så görs det i form av rörelseenergi. Denna energi går rakt ut i besättningens kroppar. Därför behövs något som dämpar den energin.

Dämparen fungerar så att den alltid skapar en motverkande kraft i förhållande till det

dämpade objektets rörelseriktning, se ekvation 2.2. När fjädern vill frigöra sin energi sker det genom att fjädern expanderar till sitt ursprungsläge, vilket dämparen motverkar. Den lagrade energin i fjädern omvandlas då till rörelseenergi, som tas upp av dämparen och blir till värmeenergi som sedan absorberas upp av omgivningen.

Men detta system absorberar inte all energi utan en del energi kommer att föras vidare genom stolen och in kroppen hos föraren, i form av helkroppsvibrationer. Det är dessa vibrationer som skapar de negativa hälsoeffekterna hos föraren. Stolens vikt spelar en viktig faktor här då energi kan definieras som: arbetet som åtgår för att flytta objektet en bestämd sträcka. Det betyder att ett tyngre objekt, i det här fallet en tyngre stol, kräver mer arbete (kraft) för att förflytta stolskroppen och därmed kommer stolens massa samt vikt att påverka de

helkroppsvibrationer som går ut i förarens kropp.

Dessa tre konstanter, stolens vikt, fjädern och dämparen, påverkar därmed den stötdämpande förmågan i stolen. Då ett mål med den här studien är att kunna applicera denna mätmetod på alla stolar av samma mekaniska princip så bestäms dessa tre konstanters värde experimentellt och tas inte fram ur ett faktablad från konstruktören.

11 För att bestämma stolens dämpar och fjäderkonstant betraktar vi stolen i sitt jämviktsläge och adderar därefter en konstant kraft:

Figur 2: mekanisk stolsmodell

𝐹𝑗ä𝑑𝑒𝑟𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡𝑒𝑛(𝐹_𝑓) = 𝐾1 ∙ 𝑦 2.1 𝐷ä𝑚𝑝𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡𝑒𝑛(𝐹_𝑑) = 𝐶1 ∙ 𝑦̇(𝑡) 2.2 𝐾𝑟𝑎𝑓𝑡 𝑓𝑟å𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 = (𝑀1 + 𝐴) ∙ 𝑦̈ 2.3

𝐾𝑟𝑎𝑓𝑡𝑒𝑘𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛:

(𝑀1 + 𝐴) ∙ 𝑦̈(𝑡) + 𝐶1 ∙ 𝑦̇(𝑡) + 𝐾1 ∙ 𝑦(𝑡) − 𝐹 = 0 2.4 A motsvarar en känd extern pålagd massa.

𝑦̈(𝑡) + 2δ𝑦̇(𝑡) + 𝜔₀𝑦(𝑡) = 𝑔 2.5 𝜔₀ = √ ^𝑘1

(𝑚1+𝐴)= 𝑒𝑔𝑒𝑛𝑣𝑖𝑛𝑘𝑒𝑙𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑠𝑒𝑛 𝑓ö𝑟 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚𝑒𝑡 2.6 δ = ^C1

2(M1+A)= 𝑑ä𝑚𝑝𝑎𝑟𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛 𝑖 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚𝑒𝑡. 2.7

𝑔 = 𝐹

𝑀1 + 𝐴

Fjäderkonstanten bestäms genom att mäta förskjutningen mellan jämnviktsläget innan den pålagda massan och jämnviktsläget efter den pålagda massan.

𝐾𝑟𝑎𝑓𝑡𝑒𝑘𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛:

𝐴 ∙ 𝑔 = 𝐾1 ∙ ∆𝑦 2.8 𝐾1 =^𝐴∗𝑔

∆𝑦 2.9

12 För att bestämma dämparens konstant studeras två scenarier som kan uppstå beroende på dämparens styrka. Gemensamt för dessa är att stolen trycks ihop till en viss höjd ∆𝑦. Stolen frigörs därefter och återgår till ett jämnviktsläge. Det är denna rörelse som studeras.

Förflyttningen till jämnviktsläget kan ske genom ett svagt dämpat system eller ett starkt dämpat system, styrt av dämparens styrka.

𝜔₀² < 𝛿² ⇒ 𝑠𝑡𝑎𝑟𝑘𝑡 𝑑ä𝑚𝑝𝑎𝑡 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 𝜔₀² > 𝛿² ⇒ 𝑠𝑣𝑎𝑔𝑡 𝑑ä𝑚𝑝𝑎𝑡 𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚

För ett svagt dämpat system ges sambandet 3.0. Som med ekvation 2.7 ger C1 𝛿 =^{(ln(𝐴max 𝑖)/ ln(𝐴max 𝑖+1))}

𝑇 3.0 I scenariot med ett svagt dämpat system kan förskjutningen beskrivas med ekvation 3.1. Där K är avståndet från jämnviktsläget innan stolen frigörs och t är tiden.

Alfa (𝛼) läses ut grafiskt (figur3 graf till höger) som ihop med ekvation 2.4, 2.6 och 2.7 ger C1. Givet C1 och K1 kan M1 lösas ur 2.4.

𝑦 = 𝐾 ∙ 𝑒^𝛼𝑡 3.1 𝛼 = −𝛿 ± √𝛿²− 𝜔₀² 3.2

Figur 3: Svagt dämpad svängning kontra starkt dämpad svängning. Graferna visar förflyttningen kring jämnviktsläget över tid.

13 I praktiken innebar testet att en förare, med kroppsvikten 92 kg, satte sig på stolen och

kompressionen av stolen mättes upp med hjälp av ett måttband. Det visade sig att stolen trycktes ner med en förflyttning på 31,5 cm, vilket gav fjäderkonstanten K1 enligt tabellen nedan. För att kunna bestämma värdet på dämparkonstanten fick samma förare sätta sig ner igen på stolen, vänta till att stolen helt sänkt ner sig till det nya jämnviktsläget i belastat läge och inte var i gungning utan stod helt still. Därefter ställde sig föraren så hastigt upp att stolen inte längre hade någon kontakt med föraren. Stolen åkte då upp till det jämviktsläge som stolen varit i som obelastad stol. Detta upprepades 10 gånger. Vid varje tillfälle uppmättes accelerationen av stolen som belastad och obelastad. Accelerometrar var fästa på stolen och dessa kunde mäta upp accelerationskurvan som uppstod vid stolens förflyttning mellan de olika jämviktslägena. Testet gjordes 10 gånger och resultaten kan ses i figur 4a.

Det vi kunde se i denna kurva från figur 4a var att det rörde sig om en starkt dämpad

svängning. En inzoomad bild av en de 10 störningarna i kurvan i figur 4b, visar att när stolen rör sig tillbaka från belastat till obelastat jämviktsläge, blir det en harmoniskt avtagande kurva som inte oscillerar i slutet. Vilket betyder att när stolen närmar sig det obelastade

jämviktsläget så sker det inga små svängningar runt jämviktsläget innan stolen stannar. Det betyder att stolen följer en starkt dämpad svängning.

Detta kan liknas med en bil som bromsar in för ett hinder. Om inbromsningen sker under kontrollerade former så blir det inget ryck när bilen stannat, vilket det kan bli vid en hastig inbromsning. Ett dämpat stopp uppnås. Detta var kriteriet för en dämpad svängning enligt figur 3. Anledningen till att figur 3 är upp och ner jämfört med figur 4b, är att figur 4b visar en acceleration där rörelsen är uppåt, jämfört med figur 3, som visar en förflyttning neråt.

För varje störning så kunde α bestämmas grafiskt då accelerationen för en dämpad svängning fås genom dubbel intergration av ekvation 3.1 vilket ger:

𝑎 = 𝐾𝛼²∙ 𝑒^𝛼𝑡 3.3 K motsvarar kompressionen som mättes upp till 31,5 cm eller 0,315 m. Detta gav ett värde på α för alla 10 störningar genom att i kombination med ekvation 3.3 beräkna

amplitudskillnaderna i kurvan över ett bestämt tidsintervall och sedan lösa ut exponenten α som i sin tur gav 10 olika värden för C1: 2358, 2357, 2360, 2356, 2352, 2359, 2361, 2357, 2360, 2358. Medelvärdet av dessa tio värden användes för att bestämma konstanten för dämparen C1 vilket blev 2358 Ns/m.

Figur 4a: acceleration av den stötdämpande stolen vid bestämmande av α med en förare på

92 kg

14 Figur 4b: inzoomad bild av accelerationskurvan vid inbromsning av den stötdämpande stolen

med en förare på 92 kg

K1 2.5813*10^4 N/m

C1 2358 Ns/m

M1 35 kg

Tabell 1: Konstanterna för stolen.

15

3. Stolsimulering

I syfte att kunna ta fram en förbättrad stötdämpad stol, som motverkar de negativa

hälsoeffekter som exponering av helkroppsvibrationer innebär, genomfördes i studien en rad simuleringar av stolens stötdämpande förmåga. Detta med stöd av Katrin Olaussons

simuleringsprogram.

Fördelen med att simulera olika scenarios med den stötdämpande stolen är att det enkelt och effektivt går att byta värden på konstanterna i strävan att uppnå det bästa resultatet. Stolens egenskaper kan varieras för att se vad som bör justeras för att uppnå ett ännu bättre resultat.

Det är både mer kostnads- samt tidseffektivt att simulera stolens stötdämpande egenskaper, vilket kan göras genom att variera dämpare, fjäder, och massa. Men för att få fram

simuleringsresultat som är rimligt överensstämmande med verkligheten, krävs också att vi tar med den mänskliga kroppens förmåga att dämpa de vibrationer den utsätts för. Det går inte att räkna på en konstant stilla kropp, eftersom vi hela tiden som människor försöker parera

vibrationer med våra egna rörelser. Alltså behöver vi få in värden i simuleringen som stämmer överens med en mänsklig kropps rörelser. Simuleringsprogrammet som Katrin Olausson tagit fram, tar hänsyn till detta genom att betrakta både stolen och den mänskliga kroppen som ett sammanhängande vibrationsdämpande system. Mer om Katrin Olaussons beräkning av den mänskliga inverkan på vibrationsdämpning beskrivs i kapitel 3.2.

3.1 Simuleringsprogram finner optimalare stolskonstruktion

Katrin Olaussons simuleringsprogram av den stötdämpande stolen bygger på en mekanisk simulering av både stolens dämpande förmåga och den mänskliga kroppens dämpande förmåga. Mekanisk simulering sker genom att man betraktar både stolen och den mänskliga kroppen som ett dämpat svängningssystem. Vilket betyder att både stolen och den mänskliga kroppen anses ha en fjäder och en dämpare för vilka det går att sätta värden på. Krafterna som påverkar dämpningssystemet beskrivs med hjälp av fjäderkraften, dämpningskraften och kraften från accelererande massa enligt Newtons andra lag om kraft och massa, kombinerat med Hookes lag vilket är en fysikalisk princip om hur kraft deformerar mekaniska fjädrar.

Simuleringsprogrammet ger möjligheten att på ett enkelt sätt reglera massan på stolen, fjäderkonstanten, dämparkonstanten och kroppsvikten på föraren. Vi kan därför variera och testa de olika faktorerna hur mycket och hur ofta som helst, i syfte att nå fram till en

optimalare konstruktion av en stötdämpande stol.

16 Figur 5: Tvåfrihetsgradssystem av stötdämpande stol och människans stötdämpande

förmåga.

I simuleringsprogrammet används följande konstanter:

• C1 = Dämparkonstant hos människan (Ns/m)

• K1 = Fjäderkonstanten hos människan (N/m)

• C2 = Dämparkonstant i stolens dämparsystem (Ns/m)

• K2 = Fjäderkonstanten i stolens dämparsystem (Ns/m)

Jämnviktsläget för stolen, när den är obelastad, uppnås när stolsmassan M1(kg) och den mänskliga stela massan M2(kg) befinner sig i positionen för stolens masscentrum Y1(m) respektive positionen det mänskliga masscentret Y2(m). Detta är när en människa befinner sig i stolen men inga rörelser sker, båten ligger still och havet är helt stilla.

17 Följande kraftekvationer och kraftsystem används i simuleringsprogrammet för att beräkna hur mycket effekt den stötdämpande stolen ihop med mänskliga kroppens stötdämpande förmåga ger:

𝐹𝑗ä𝑑𝑒𝑟𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡𝑒𝑛(𝐹𝑓) = 𝑲 ∙ 𝒚 3.4 𝐷ä𝑚𝑝𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡𝑒𝑛(𝐹𝑑) = 𝑪 ∙ 𝒚̇ 3.5 𝐾𝑟𝑎𝑓𝑡 𝑓𝑟å𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 = 𝒎 ∗ 𝒚̈ 3.6

𝐾𝑟𝑎𝑓𝑡𝑒𝑘𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛:

𝑴 ∙ 𝒚̈ + 𝑪 ∙ 𝒚̇ + 𝑲 ∙ 𝒚 = 𝑭 3.7 𝒚̈ = [𝑎₁

𝑎₂] 𝒚̇ = [𝑣₁

𝑣₂] 𝒚 = [𝑦₁

𝑦₂]

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 − 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑠 = 𝑴 = [𝑚₁ 0 0 𝑚₂] 𝑑ä𝑚𝑝𝑎𝑟 − 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑠 = 𝑪 = [𝑐₁+ 𝑐₂ −𝑐₂

−𝑐₂ 𝑐₂ ] 𝑓𝑗ä𝑑𝑒𝑟 − 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑠 = 𝑲 = [𝑘₁+ 𝑘₂ −𝑘₂

−𝑘₂∗ 𝑘₂ 𝑘₂∗ 𝑘₂] Den exciterande kraften från infästningen i skrovet beskrivs som:

𝐹𝑒 = 𝑪 ∙ 𝒚_𝟎̇ + 𝑲 ∙ 𝒚_𝟎 3.8 𝒚_𝟎= [𝑦₀

𝑦₀] 𝒚_𝟎̇ = [𝑦₀̇

𝑦₀̇ ] 𝒚_𝟎̈ = [𝑦̈₀

𝑦̈₀]

Detta ger den sätes/bas relaterade förflyttningen till:

𝑌𝑟 = 𝒚 − 𝒚_𝟎 3.9

18 Vilket tillsammans med ekvation 3.4 ger:

𝑴 ∙ 𝒚̈_𝒓+ 𝑪 ∙ 𝒚_𝒓̇ + 𝑲 ∙ 𝒚_𝒓= 𝑴 ∙ 𝒚̈𝒐 3.10 𝒚_𝒓 = [𝑦_𝑟1

𝑦_𝑟2] 𝒚̇_𝒓= [𝑦̇_𝑟1

𝑦̇_𝑟2] 𝒚_𝒓̈ = [𝑦̈_𝑟1

𝑦̈_𝑟2]

Ekvationen 3.7 räknas ut med hjälp av funktionen ode45 i programmet Matlab, ett matematiskt program. Ode45 beräknar differentialekvationen numeriskt baserat på den matematiska metoden Runge-Kutta [8].

𝑍_𝑟 = [ 𝑧_𝑟1 𝑧_𝑟2 𝑧_𝑟2 𝑧_𝑟4

] = [ 𝑦_𝑟1 𝑣_𝑟1 𝑦_𝑟2 𝑣_𝑟2

]

𝑍_𝑟̇ = [ 𝑧_𝑟1 𝑧_𝑟2̇ 𝑧_𝑟2̇ 𝑧_𝑟4̇̇

] = [ 𝑣_𝑟1 𝑎_𝑟1 𝑣_𝑟2 𝑎_𝑟2

]

Ekvation 3.4 konverteras från ett andragradssystem till ett förstagradssystem, vilket expanderar C, K, och M.

M = [

0 0

0 𝑚₁

0 0

0 0

0 0 0 0

0 0

0 𝑚₂

] K = [

0 0

𝑘₁+ 𝑘₂ 0

0 0

𝑘₂ 0

0 0

−𝑘₂ 0

0 0

𝑘₂ 0

] C = [

0 0

0 𝑐₁+ 𝑐₂

0 0

0 𝑐₂

0 0

0 𝑐₂

0 0

0 𝑐₂ ]

Den nya ekvationen blir:

Ż𝐫 = M⁻¹(−[C + K] ∙ Zr − M ∙ 𝑦̈₀) 3.11 För vilket lösningen är:

𝑦₂̈ = 𝑦̈_𝑟2+ 𝑦₀̈ 3.12

19

3.2 Människans stötdämpande förmåga

Den mänskliga inverkan på dämpningen av vibrationer och stötar ute till havs på höghastighetsbåtar beskrivs i Katrin Olausson avhandling [9]. Eftersom den mänskliga kroppen inte beter sig som en stel kropp med solid massa, som till exempel en träplanka, så kan den totala massan ej antas vara stel i simuleringsprogrammet. Den stela massan av kroppen varierar stort mellan person till person. Därför används den normaliserade modellen som bygger på Fariley och Griffins [hemsida] undersökningar av 60 personer, vid beräkningar av den stela massan i den mänskliga kroppen. I deras undersökningar visade det sig att kvoten mellan ^𝑚(𝑓)

𝑚2 (där m(f) är total-massan vid en mätt frekvens och 𝑚₂ är den stela massan av en kropp) varierade mycket mindre än vad man trodde från början. Vidare visade det sig att vid frekvensen 5 hertz så kunde den mänskliga kroppen moduleras likande ett

enfrihetsgradssystem. Det gav det följande samband:

𝑚₂ = 0,72 ∙ 𝑚_𝑡𝑜𝑡 3.13 𝑘₂ = 𝑚₂ ∙ (𝜔₀²+ ( ^𝑐2

2𝑚₂)²) 3.14 𝜔₀ = 2𝜋𝑓₀ 3.15 𝑐₂ = 21.25 ∗ 𝑚_𝑡𝑜𝑡 3.16

Där 𝑚_𝑡𝑜𝑡 motsvarar mot den totala massan på föraren. 𝑓₀ är resonansfrekvensen av den mänskliga kroppen, vilket motsvarar cirka 5hz. För våra tre förare ges:

Vikt (kg) 𝑚₂(𝑘𝑔) 𝑘₂(𝑁/𝑚) 𝑐₂(𝑁𝑠/𝑚)

65 46.8975 56460 1381

95 68.5425 82510 2018

125 90.1875 108570 2656

Tabell 2: Simuleringskonstanter för den mänskliga kroppen.

20

4. Vibrationsexponeringens negativa hälsoeffekter

Syftet med installation av stötdämpande stolar är som tidigare nämnts att reducera

helkroppsvibrationer som förekommer när någon sitter på ett vibrerande underlag och där exponeringen är sådan att hela kroppen utsätts för vibrationer. Helkroppsvibrationer ombord på höghastighetsbåtar bidrar till negativa hälsoeffekter hos besättningen och det är därför av stor vikt att reducera dessa.

Den internationella standarden SS-ISO 2631-1 anger generella riktlinjer för hur mätning och utvärdering av helkroppsvibrationers inverkan på hälsan ska genomföras. Den grundläggande storheten för vibration som uppmäts är accelerationen, (a), i tre mot varandra vinkelräta riktningar: Framåt – bakåt (x) sidled (y) och vertikalt (z). Uppmätta värden i de olika riktningarna ska därefter viktas (w, efter eng. weighted) för att ta hänsyn till att människans känslighet för vibrationer är olika vid olika frekvenser. För vibrationer i de horisontella riktningarna gäller en annan frekvensvägning än för de vertikala riktningarna. I denna studie analyserades enbart de vertikala vibrationerna, då det är utifrån dessa som de stötdämpande stolarna är byggda för att reducera.

SS-ISO 2631-1 använder främst RMS-värdet för att utvärdera helkroppsvibrationer. RMS (efter eng. root-mean-square) är det frekvensvägda medelvärdeskvadraten av de

helkroppsvibrationer som uppstår, även kallat effektivvärde. Som alternativ till RMS-värdet kan också vibrationsdosvärdet (VDV) beräknas genom att accelerationen upphöjs till fyra.

VDV-värden rekommenderas av standarden ISO 2631-1 vid bedömning av vibrationer som innehåller upprepande stötar, eftersom dess förmåga att analysera kraftiga stötar är bättre än RMS. Föreskrifterna om vibrationer är baserade på Europeiska Unionens (EU:s) direktiv 2002/44/EG om arbetstagares exponering för risker i samband med vibrationer och stötar i arbetet. Direktivet beskriver minimikraven för arbetstagarnas säkerhet och hälsa som gäller i EU:s medlemsländer. Sverige är som medlem i EU skyldigt att överföra direktivet till svenska bestämmelser med följande gränser för RMS och VDV. Detta genom ett gränsvärde samt ett åtgärdsvärde [10]

RMS VDV_8tim

Gränsvärde 1.15 𝑚/𝑠² 21 𝑚/𝑠²

Åtgärdsvärde 0.5 𝑚/𝑠² 9.1 𝑚/𝑠²

Tabell 3: Gränsvärden och åtgärd värden för RMS och VDV

De utvärderingsmetoder som definieras i de internationella standarderna används ofta för analys av HKV-exponering, men deras lämplighet för den marina miljön, specifikt för höghastighetsgående båtar ifrågasätts. Skepticismen är huvudsakligen inriktad mot den lagstadgade gränsen kring VDV- och RMS-värdena. Diskussionen handlar om värdenas rimlighet för helkroppsvibrationer som till stor del består av enskilda starka stötar, vilket medför att RMS och VDV-värdena uppfylls relativt fort jämfört med exempelvis vibrationerna från en lastbilshytt som inte upplever samma typ av vibrationer. Dock anses gräns och

åtgärdsvärdena användbara för att ge en indikation om arbetsmiljön, då de trots allt är empiriskt bevisade för arbetsmiljöer i vilka helkroppsvibrationer uppstår.

21 Vidare anger standarden SS–ISO 2631-5 (3) en alternativ metod, som mer explicit beskriver hur mekanisk påverkan av ländryggen vid upprepad exponering för stötar ska behandlas.

Påverkan på ländryggen baseras på beräkning av det tryck som ryggen utsätts för vid stötar. I denna beräkning ingår parametrar om hur kraftiga dessa stötar är, hur många stötar som föraren utsätts för och hur mycket av energin i stöten som överförs till ländryggen. Standarden syftar därför till att uppskatta vilket kompressionstryck ländryggen utsätts för vid stötarna.

Utifrån trycket beräknas sedan en så kallad ekvivalent dos för statiskt kompressionstryck, 𝑆_𝑒𝑑. Utifrån 𝑆_𝑒𝑑 kan riskfaktorn R bestämmas, vilket indikerar risken för om en skada är hög eller låg som ett resultat av många år i tjänst. Det ska noteras att R endast är applicerbart då accelerationstopparna inte överstiger ^40𝑚

𝑠² , vilket är vanligt för mindre marina farkoster. Den amerikanska standarden ASTMF1166-07 [11] har då definierad den maximala gränsen för 𝑆_𝑒𝑑 till 4.7 mPa.

4.1 ISO 2361-1 använder RMS och VDV i utvärderingen av HKV

RMS är definierad enligt ISO 2361-1 som:

𝑅𝑀𝑆 = {¹

𝑇∫ [𝑎₀^𝑇 _𝑤(𝑡)]²𝑑𝑡}

1

2 4.1 Där tiden är t, och T är tidsperioden för mätningen och 𝑎_𝑤 är den frekvensvägda

accelerationssignalen. För att beräkna ett noggrannare RMS över de kraftigare stötar som uppkommer används 𝑅𝑀𝑆_𝜏. Vilket är sekvens av RMS värdet vid 𝑡₀ eller vid en tidpunkt som stöten pikar med en sekvenslängd av 𝜏.

𝑅𝑀𝑆_𝜏[𝑎_𝑤(𝑡₀)] = {¹

𝜏∫_𝑡^𝑡0 [𝑎_𝑤(𝑡)

0−𝜏 ]²𝑑𝑡}

1

2 4.2 Där standard är 𝜏 =1s. Integralen beräknas sedan för 𝑡₀, 𝑡₀+ 𝜏. 𝑡₀+ 2𝜏 osv… Detta ger ett mer exakt värde för RMS vid stöten.

VDV (vibration dose value) används också vid stötberäkning. VDV är liknande RMS, men tar accelerationerna upphöjt i 4. Vilket förstärker effekten av stötar ännu mer.

𝑉𝐷𝑉 = {∫ [𝑎₀^𝑇 𝑤(𝑡)]⁴𝑑𝑡}

1

4 4.3 Och för fallet med 8 timmars utsättning ges:

𝑉𝐷𝑉_{8𝑡𝑖𝑚} = 𝑉𝐷𝑉 ∗ [⁸

𝑇]

1

4 4.4

22

4.2 ISO 2361-5 beräknar risken för ländryggskador

För HKV som innehåller upprepade stötar så ökar risken för ryggradsskador, specifikt på ländryggen. Ryggradens känslighet mot accelerationer över en daglig exponeringstid ges av:

𝐷_𝑧,𝑑 = [^𝑡𝑑

𝑇 ∑_𝑖=1𝐴_𝑖𝑧⁶]⁶ 4.7 Där 𝐴_𝑖𝑘 är pikarna från det frekvensvägda spektrumet. För vårt fall så mäts bara

accelerationer i z-led., 𝑡_𝑑 är den dagliga exponeringstiden och k är riktningarna på accelerationerna.

Den dagliga dosen som ryggraden utsätts för ges av:

𝑆_{𝑒𝑑,𝑧} = [(𝐷_𝑧,𝑑𝑚_𝑧)⁶]

1

6 4.8 Styrkan i ländryggen avtar med ålder. Förarens ålder uttrycks i form b+i där b är åldern på föraren när hen började jobba, i är åren som aktiv. Därefter beräknas styrkan i ländryggen av:

𝑆_𝑢𝑖 = 6.75 − 0.066(𝑏 + 𝑖)𝑀𝑃𝑎 4.9 Slutligen så används ekvation 4.7-4.9 för att beräkna faktorn R som används för utvärdering av risken för allvarliga skador på ländryggen. C är en faktor på 0.25 MPa och n är antalet arbetsdagar. Enligt ISO-standard så indikerar R<8 låg risk och R>1.2 hög risk för allvarliga skador i ländryggen. Det ska noteras att R, vilket tidigare nämnts i rapporten, endast är applicerbart då accelerationstopparna inte överstiger ^40𝑚

𝑠² , vilket är vanligt för mindre marina farkoster. Den amerikanska standarden ASTMF1166-07 har då definierad den maximala gränsen för 𝑆_𝑒𝑑 till 4.7 mPa.

𝑅 = ∑ ^{𝑆𝑒𝑑,𝑧∗𝑛}

1 6 𝑆_𝑢𝑖−𝑐

𝑛𝑖=1 4.10

4.3 Besättningens synpunkter kring komfort och arbetsmiljö

De som har mest information om hur den verkliga arbetsmiljön är ombord på

högshastighetsbåtarna är besättningen. De som dagligen utsätts för helkroppsvibrationer och som är de som använder de stötdämpande stolarna i sitt arbete.

Därför intervjuades ett flertal besättningsmän (7 stycken) i syfte att få in kompletterande data som kan bidra till utveckling och förbättring av stolarnas stötdämpande förmåga.

Besättningens synpunkter är ett viktigt komplement till de analytiska värdena i kapitel 4 som endast ger en teoretisk analys av hälsoeffekterna av stolen. Intervjuerna gav information om komfort som hade varit omöjligt att mäta. Till exempel fångades det upp känslor hos

besättningen om att de känner en otrygghet i att helt förlita sig på stolen och själva väljer att stå upp och parera stötarna med kroppen.

23 Totalt intervjuades 7 besättningsmän. Personerna varierade i vikt mellan 70 - 115 kg, åldern varierade mellan 37- 45, samt antal år i tjänstgöring mellan 2-24 år.

Den allmänna bedömningen av de stötdämpande stolarna var positiv bland samtliga

intervjuade besättningsmän. Alla sa också att det skulle vara helt otänkbart att inte ha några stötdämpande stolar alls. Dock var det 4 av 7 som kände att de inte kunde förlita sig helt på den stötdämpande stolen och därför valde att i vissa situationer med grövre sjögång stå upp.

De uppgav då att deras känsla av att ha kontroll ökade. Detta gällde framför allt stolar av jockey-typ se bild nedan. För jockeysäten var det även diskussion kring åk-komfort. Vissa besättningsmän upplevde att sätet var hårt och obekvämt, dessutom väldigt smal. Men de andra i gruppen ansåg att detta var något positivt eftersom de då kunde klämma åt med benen på stolens sidor och få extra stöd under grov sjögång.

Figur 6: exempel av en stötdämpad stol i jockey design

För situationer med grov sjögång var det även viktigt att stolen inte förflyttade sig allt för mycket i höjdled, då detta påverkade koncentrationen hos besättningen.

24

5. Resultat och Analys

I syfte att ta fram experimentella data så gjordes mätningarna ute till havs i Göteborgs skärgård under ansträngt väderklimat för att fånga de verkliga arbetsförhållandena.

Vindstyrkan uppgick till cirka ^10𝑚

𝑠² , och våghöjden var upp till cirka 2 meter. Under mätningen skadades mätutrustningen och endast 35 min av viktklassen 74 kg och 92 kg kunde

genomföras.

Figurerna 7a och 7b visar simulerad data gentemot uppmätt data. Den simulerade datan visade sig att ha svårt att simulera de starka peak-accelerationerna, men simulerade trots detta

rimliga värden för de genomsnittliga lägre accelerationerna. Antal år i tjänst ombord på höghastighetsbåten för föraren antogs vara 23 år.

Figur 7: Vibrationsexponering med 92 kilo. Röd=stoldyna, Blå=durk

Figur 8: vibrationsexponering med 74 kilo. Blå=stoldyna, Röd=durk

25 Figur 9a: uppmätta värden vs simulerade med 74 kilo. Blå=uppmätt, Röd=simulerade.

Figur 9b: uppmätta värden vs simulerade med 74 kilo. Blå=uppmätt, Röd=simulerade.

Figur 7 och 8 visar de uppmätta vibrationerna av basplattan mot stolsdynan för de två

viktklasserna för 92 och 74 kilo. Accelerationerna som mättes i basplattan (durken) användes som indata för simuleringsprogrammet av Katrin Olausson. Detta gav sedan en simulerad graf för stolens stötdämpande förmåga som jämfördes med den uppmätta i figur 9 a och b. Viktigt i simuleringen var att utöver vibrationerna i basplattan så sattes värdena för fjäderkonstanten, dämparkonstanten och stolsmassan in för de uppmäta värdena i tabell 1.

Vibrationsdata för stolen från basplattan och stolsdynan för 92 samt 74 kilo frekvensavvägdes enligt ISO parametrisk standard [4], därefter beräknades VDV, RMS och R-värden samt alla medföljande värden enligt kapitel 4.

För beräkning av R antogs en tjänstgöringsperiod av 90 dagar om året och operationstiden motsvarar en timme per dag. Detta efter en intervju med kustbevakningens schemaläggare i Stockholm.

26 Figur 10 a: R-värde, 92 kilo. Blå= stol, Röd=durk. Punkt-linjerna visar övre och nedre gräns

för R-tolerans

Figur 10 b: R-värde, 74 kilo. Blå= stol, Röd=durk. Punkt-linjerna visar övre och nedre gräns för R-tolerans

Stol med 74 kg förare

Stol med 92 kg förare

Durk

VDV-run [m/s^2] 21.11 19.35 21.68

VDV 8tim [m/s^2] 40.12 36.79 41.26

RMS [m/s^2] 1.36 1.32 1.32

Dz [m/s^2] 61.53 51.8 126.43

Tid till R>1.2 [år] 5 år 10 0

𝑆_{𝑒𝑑,𝑧} 2.14 1.8 4.39

K1 [N/m] 2,58 2,58 2,58

C1 [Ns/m] 2358 2358 2358

Tabell 4: resultat för uppmätta för presenterade storheter i kapitel 4. Där främst VDV, RMS och Sed är av störst betydelse.

27

5.1 Simuleringsresultat

För att utvärdera fjäder och dämparkonstantens påverkan på resultatet så gjordes 12 simuleringar där dämpar och fjäderkonstanten varierades. I övrigt hölls andra faktorer oförändrade.

• 3 där fjäderkonstanten varierades med 74 kroppsmassa

• 3 där fjäderkonstanten varierades med 92 kroppsmassa

• 3 där dämparkontstanten varierades med 74 kroppsmassa

• 3 där dämparkontstanten varierades med 92 kroppsmassa Detta för att se vilken inverkan respektive konstant hade på resultatet.

74 kg C1=500 C1=2000 C1=4000

VDV-run [m/s^2] 19.94 16.91 17.62

VDV 8tim [m/s^2] 19.94 32.14 33.49

RMS [m/s^2] 1.48 1.30 1.28

Dz [m/s^2] 50.03 42.93 49.76

𝑆_{𝑒𝑑,𝑧} 1.74 1.49 1.73

Max förskjutning 0.20 0.14 0.13

92 kg C1=500 C1=2000 C1=4000

VDV-run [m/s^2] 20.01 16.59 17.08

VDV 8h [m/s^2] 38.04 31.5411 32.48

RMS [m/s^2] 1.52 1.3085 1.28

Dz [m/s^2] 50.56 41.9425 46.70

𝑆_{𝑒𝑑,𝑧} 1.76 1.4564 1.62

Max förskjutning [m]

0.14 0.17 0.15

Tabell 5: Simulerat resultat med varierande dämparkonstant

28

74 kg K1=15000 K1=25000 K1=35000

VDV-run [m/s^2] 16.16 16.89 17.48

VDV 8tim [m/s^2] 30.73 32.10 33.24

RMS [m/s^2] 1.28 1.29 1.30

Dz [m/s^2] 41.38 43.73 45.54

𝑆_{𝑒𝑑,𝑧} 1.44 1.52 1.58

Max förskjutning [m]

0.22 0.14 0.11

92 kg K1=15000 K1=25000 K1=35000

VDV-run [m/s^2] 15.73 16.50 17.12

VDV 8tim [m/s^2] 29.91 31.37 32.53

RMS [m/s^2] 1.28 1.30 1.31

Dz [m/s^2] 39.53 41.95 43.69

𝑆_{𝑒𝑑,𝑧} 1.37 1.46 1.51

Max förskjutning [m]

0.26 0.17 0.13

Tabell 6: Simulerat resultat med varierande fjäderkonstant

Simuleringsresultaten visar att en svagare fjäder, baserat på data från tabell 5 och 6 ger ett bättre värde för 𝑆_{𝑒𝑑,𝑧}, VDV och RMS, vilket gäller för båda viktklasserna. Dock ökar den maximala förskjutningen av den stötdämpande stolen med dryga 13 cm. De simulerade värdena för RMS och VDV överensstämmer väl med de faktiskt uppmätta värdena vilket påvisar att simuleringsprogrammet fungerar väl i analys av de mindre regelbundna stötarna.

I simuleringar där vi jämförde 𝑆_{𝑒𝑑,𝑧} med de uppmätta värdena blev det en skillnad på uppåt 40

% vilket påvisar att simuleringsprogrammet inte tillräckligt väl simulerar de starka peakarna som uppkommer i grov sjö. Värdena blir för svaga i simuleringsprogrammet kontra

verkligheten.

Variering av dämparkonstanten gav inte ett lika entydigt resultat, då varken det starkaste eller svagaste värdet gav det bästa värdet för RMS, VDV och 𝑆_{𝑒𝑑,𝑧}.

29

5.2 Möjlighet till stolsförbättring

För att förbättra den stötdämpande stolens egenskaper i syfte att reducera risker för negativa hälsoeffekter behövs det sättas in en så låg fjäderkonstant som möjligt ihop med en

mellanstark dämpare. Denna optimala kombination gäller för båda viktklasserna C1=2000 Ns/m och K1=15000 N/m. Vilket ger följande resultat:

74 kg 92 kg

VDV-run [m/s^2] 16.01 15.65

VDV 8tim [m/s^2] 30.44 29.76

RMS [m/s^2] 1.29 1.29

Dz [m/s^2] 40.26 39.00

𝑆_{𝑒𝑑,𝑧} 1.40 1.36

Max förskjutning [m]

0.22 0.27

Tid till R>1.2 [år] 21 23

Tabell 7: Optimerade värden.

Figur 11 a: R-värde för optimerad stol med 74 kg

Figur 11 b: R-värde för optimerad stol med 92 kg

30 Av resultatet kan vi se att den optimerade stolen skulle kunna förlänga antal år i tjänstgöring från ca 5 år till ca 21 år för en förare på 74 kg och från ca 10 år till ca 23 år för en förare med vikten 92 kg. 𝑆_{𝑒𝑑,𝑧} värdet för båda förarna ligger under gränsvärdet av 4.7 Mpa, men båda förarna ligger över gränsvärdet ^1.15𝑚

𝑠² , för RMS och ^20𝑚

𝑠² , för VDV (8tim).

31

6. Diskussion och slutsats

I min studie var ambitionen att få svar på följande frågor:

• Hur påverkar helkroppsvibrationer, som uppstår i båtskrovet, besättningen ur ett hälsoperspektiv kopplat till stötdämpande stolar alternativt odämpade stolar?

• Hur mycket reducerar de olika komponenterna i den stötdämpande stolen de vibrationer som uppkommer till havs i höga hastigheter?

• Hur mäter man på effektivaste sätt skillnaden mellan en stötdämpad stol gentemot en odämpad stol på en höghastighetsbåt?

• Vad kan utvecklas i de befintliga stötdämpande stolarna för att skapa ännu bättre arbetsmiljö och minska de negativa hälsoeffekterna som uppstår vid

helkroppsvibrationer?

• Går det att med hjälp av ett simuleringsprogram skapa en fiktiv arbetsmiljö ombord på en höghastighetsbåt och därmed testa olika stötdämpande faktorer hos stolarna? Eller krävs faktiska mätningar till havs?

Studien visar att helkroppsvibrationer som uppstår i båtskrovet, påverkar besättningens kroppar negativt ur ett hälsoperspektiv, framförallt då det inte finns stötdämpande stolar.

Utifrån den mätdata som samlades upp, kan vi se ur figur 6 och 7 som visar de vertikala accelerationerna för durken respektive stolsdynan att stolarna kraftigt dämpar de vertikala helkroppsvibrationerna som uppstår vid grov sjögång för båda kroppsvikterna av 74 och 92 kilo. Stolarna fungerade som bäst vid starka peakar då de reducerade den kraftigaste stöten av 298 m/s^2 med 82%. För de mindre regelbundna stötarna reducerade stolen vibrationerna lika mycket, men här blev skillnaden med att ha en sätesdyna mer påtaglig då den absorberade de mindre vibrationerna bättre än vid de starkare.

För utvärderingen av hälsoaspekterna för den stötdämpande stolen så visade VDV och RMS värdena att både stötdämpad stol och odämpad stol hamnade utanför det godkända området för båda viktgrupperna. Men värdena på riskfaktorn R visade att utan en stötdämpande stol, så skulle det inte vara fysiskt säkert att tjänstgöra på dessa höghastighetsbåtar under de

förhållanden som rådde, med 2 meter höga vågor och 10 m/s hårda vindar. Med hjälp av de stötdämpande stolarna så är det möjligt att köra aktivt i tjänst ca 5-10 år, beroende på förarens vikt, utan att ligga i riskzon för få allvarliga ryggskador. Angående förarens vikt, visade det sig att den tyngre föraren kommer att kunna ha fler antal år i tjänst än den lättare föraren, innan det föreligger risk för ryggskador.

Det finns framförallt tre olika komponenter i den stötdämpande stolen som reducerar

vibrationer som uppkommer i båtskrovet till havs i höga hastigheter. Det är fjädern, dämparen och stolsvikten. Fjäderns uppgift är att fånga upp rörelsen, vilket den gör genom att dra ihop sig och dämparens uppgift är att begränsa fjäderns utsläpp av rörelsen, då fjädern går tillbaka till sitt ursprungsläge. Detta system absorberar dock inte all energi utan en del vibrationer kommer att föras vidare genom stolen och in kroppen hos föraren, i form av

helkroppsvibrationer. Men då är stolens vikt av betydelse. En tyngre stol, kräver mer kraft för