102350 Tutkimus

HILMA - Hiljainen, ilmastoitu ohjaamo

Työkoneen käyttäjän olosuhteet kehittyvät jatkuvasti. Melutasot alkavat nykyisin olla jo turvallisia eikä suoranaisia meluvammoja ohjaamoissa useinkaan synny. Samoin ilmastointi on yleensä perustarpeet täyttävällä tasolla. Ohjaamo-olosuhteita heikentävät kuitenkin usein ilmanvaihdon tehottomuus ja melun häiritsevyys. Nämä ongelmat voivat, etenkin käyttöaikojen ollessa pitkiä, aiheuttaa väsymistä, stressiä ja tarkkaavaisuuden heikentymistä, jolloin myös työturvallisuus huononee. HILMA - hankkeessa etsitään menetelmiä työkoneen ohjaamon ääni- sekä sisäilmasto-ominaisuuksien parantamiseen ja esitetään vaihtoehtoja ohjaamoiden haluttujen ääni- ja ilmanvaihto-ominaisuuksien toteuttamiseksi. Lisäksi selvitetään työkoneohjaamoihin tulevaisuudessa kohdistuvia vaatimuksia ja tarpeita. Ääniominaisuuksia lähestytään erityisesti äänen laadun kannalta ja ilmanvaihtoa sisäilman laadun kannalta. Hankkeessa perehdytään valittujen esimerkkiohjaamoiden ominaisuuksiin akustisin ja ilmanvaihdollisin kenttämittauksin, kehitetään ilmastointia huomioiden sekä virtaus- että ääniominaisuudet, parannetaan ohjaamoakustiikkaa ja tehdään aktiivinen äänenvaimennusjärjestelmä häiritseville, jaksollisille äänillle. Hanke alkaa keväällä 2003 ja tuloksia on odotettavissa vuoden 2004 loppupuolella.

Hankkeen vastuuhenkilö
Marko Antila

TYÖKONEEN OHJAAMON OLOT SÄÄDETTÄVISSÄ MUKAVIKSI

16.3.2005



VTT paransi työkoneen ohjaamon ilmastointia ja samanaikaisesti vähensi melua. Ilmastointikanavan rakennemuutoksilla ja puhaltimen pyörimisnopeuden säädöllä kuljettaja saa aiempaa selvästi mukavamman ohjaamon. Ilman laatu paranee, ohjaamo hiljenee, vedon tunne vähenee ja näkyvyys ikkunoista pysyy talvellakin hyvänä. Työsuojelurahasto rahoitti tutkimus- ja kehityshanketta.

Nykyisin työkoneiden ohjaamojen melutasot alittavat 85 desibelin työsuojelunormin, kun ikkunat ja ovet ovat suljettuina. Usein kuitenkin kuljettaja avaa ilmastoinnin tai paremman näkyvyyden takia oven tai ikkunoita, jolloin ohjaamoon pääsee melua ja pölyä. Hilma-tutkimuksessa pyrittiinkin siihen, että ovia ja ikkunoita ei tarvitsisi availla.

Melko pienet ilmanvaihdon ja äänenhallinnan muutokset parantavat merkittävästi ohjaamoiden oloja. Melutasoa voi pudottaa ainakin neljä desibeliä, joissakin tapauksissa jopa kuusi desibeliä. Mittaukset tehtiin traktorin, kiinteistönhoitokoneen ja kaivurikuormaajan ohjaamoista.

Eniten tuloksista hyötyvät suomalaiset työkoneiden ja työkoneohjaamoiden valmistajat. Ilmanvaihtokanavien optimointia ja ohjaamon äänieristystä voi heti soveltaa tuotekehityksessä.

Yhteenveto

KULJETTAJAN MIELTYMYKSET SÄÄTELEVÄT OHJAAMON OLOJA


Työkoneiden ohjaamoiden melua ja ilmastointia on tutkittu aiemmin useissa Työsuojelurahaston hankkeissa. Melun häiritsevyyttä on tutkittu muun muassa hankkeessa 96051 ja ilmanvaihtoa hankkeissa 88199 ja 95028. Tässä hankkeessa syvennyttiin mainituissa hankkeissa havaittuihin ongelmiin.

Mittauskohteina olivat Valtralta Valtra T140-traktori, Vilakoneelta Wille 655B -kiinteistönhoitokone ja Lännen Engineeringiltä Lännen 860C-kaivurikuormaaja. Mittaukset kertoivat, että kaikkien kolmen ohjaamon lämmitys- ja ilmastointilaite olivat riittävän tehokkaita Suomen oloihin. Mittaukset tehtiin täydellä raitisilmavirralla kaikki suuttimet auki.

Käytännössä kuljettaja kuitenkin säätää suuttimet mieltymystensä mukaisiksi, jolloin lämpötilaerot ja virtausnopeudet voivat kuljettajan kohdalla olla hyvinkin erilaisia kuin mittaustilanteessa.
Suodattimien toiminnalle merkittävimmiksi tekijöiksi osoittautuivat ilmanottopaikan pölyisyys, suodatinkotelon muotoilu sekä suodattimen koko, rakenne ja tiivistys.

Yleensäkin nykyisten työkoneiden ohjaamojen A-painotetut melutasot alittavat 85 desibelin työsuojelunormin, kun ikkunat ja ovet ovat suljettuina. Usein kuitenkin kuljettaja avaa ilmastoinnin takia oven tai ikkunoita, jolloin ohjaamoon pääsee melua ja pölyä. Hilma-tutkimuksessa pyrittiinkin pitämään työympäristö kaikissa tilanteissa miellyttävänä – ettei ovia ja ikkunoita juuri tarvitsisi availla.

Vaikka mittaukset osoittivat ohjaamoiden ilmastoinnin olevan kunnossa, järjestelmän painehäviötä pystyttiin pienentämään, jolloin puhaltimen ja ilmastoinnin melua voitiin alentaa. Toimenpiteet voi kohdentaa ilmastointijärjestelmän kannalta kriittisiin osiin, jolloin hyöty voi olla merkittävä.

Sekä ilmanvaihtoa että ääniympäristöä kehitettävä


Ohjaamoja kehitetään usein joko parantamalla ilmanvaihtoa tai vähentämällä melua. Kumpikin toimenpide vaikuttaa yleensä myös toiseen, vaikkakaan ei aina haluttuun suuntaan.

Tässä hankkeessa päädyttiin siihen, että parhaisiin tuloksiin päästään kehittämällä molempia osa-alueita yhtä aikaa. Tulevaisuudessa kokonaisuuteen voidaan ottaa mukaan myös kuljettajan kokema tärinä sekä ergonomiset kysymykset. Tällöin päästäisiin jo kokonaisvaltaisiin ja kustannustehokkaisiin ratkaisuihin.

Kun kehitetään kokonaan uusia työkoneita tai -malleja, jo ennen varsinaista kehitystyötä on arvioitava sekä ilmanvaihdon että ääniympäristön merkitys, niiden yhteisvaikutus ja kehitystarpeet.

VTT:n tutkijoiden mukaan on syytä tutkia edelleen sekä työkoneohjaamoiden ääniympäristöä että ilmanvaihtoa. Kehitystarpeisiin vaikuttaa erityisesti konevalmistajien asiakkaiden vaatimustason nousu. Tällöin kehitystä ohjaa viihtyisien olosuhteiden saavuttaminen eikä välittömien terveyshaittojen torjunta – vaikkakin viihtyisä ympäristö jo sinänsä parantaa turvallisuutta. Toisaalta työkoneiden tehokkuuden jatkuva kasvu ja käyttö entistä haasteellisemmassa ympäristössä edellyttävät työkoneiden ohjaamoiden turvallisuuden jatkuvaa kehittämistä. Samaan suuntaan ohjaa myös tiedon lisääntyminen työympäristön riskeistä.

Tutkimus osoitti myös mallintavan ja kokeellisen toiminnan hyödyt. Kun tutkittiin järjestelmällisesti ohjaamoilmastoinnin osatekijöiden vaikutuksia, saatiin selville järjestelmän kehittämiskohteet. Täten pystyttiin analysoimaan parannustoimien vaikutukset.

Työkoneen hankinnassa turvallisuudenkin pitäisi painaa


Työkoneen valinnalla voi todennäköisesti vaikuttaa merkittävästi muun muassa koneen ohjaajan altistumiseen. Yleensä koneita valitaan sillä perusteella, miten ne sopivat työhön, eikä koneiden käyttöympäristön vaativuutta oteta huomioon.

Myös työsuojelullisesti vaikeissa ympäristöissä käytetään yleiskäyttöön kehitettyjä koneita. Esimerkiksi kiviaineksia siirretään sora-asemilla ja kalliomurskaamoilla samoilla koneilla, vaikka kalliomurskaamoiden hienojakoinen kvartsi tekee olot huomattavasti vaativammiksi kuin sora-asemilla. Jotta koneiden hankkijat voisivat ottaa myös työympäristötekijät paremmin huomioon, pitäisi selvittää koneiden soveltuvuus haasteellisiin työympäristöihin, kuten louhoksille, murskaamoille ja jätteiden käsittelyyn.

VTT:n mukaan työkoneohjaamoiden kehittämistä on siis syytä yhä tutkia. Lisäksi on kehitettävä tutkimusmenetelmiä ja ohjaamoihin soveltuvia tekniikoita. Jälkimmäisestä tutkimusesimerkeiksi käyvät äänen häiritsevyyden arviointi psykoakustisten suureiden avulla, virtausmallinnus ohjaamoiden sisäilmaston suunnittelussa sekä kaasusuodatus ohjaamoilmastoinnissa, kun käsitellään jätteitä tai torjunta-aineita.

Pienillä muutoksilla isoja parannuksia


Melko pienet ilmanvaihdon ja äänenhallinnan muutokset parantavat merkittävästi ohjaamoiden oloja. Kun ilmanvaihtokanavistoa parannetaan ja puhaltimet valitaan asiantuntevasti, melutasoa voi pudottaa ainakin neljä desibeliä, joissakin tapauksissa jopa kuusi desibeliä.

Järjestelmä toimii myös virtausteknisesti selvästi paremmin. Tämä tarkoittaa puhdasta, tasaista ja hiljaista ilmavirtausta oikeisiin paikkoihin. Täten muun muassa vedon tunne vähenee ja ikkunat pysyvät talvisinkin kirkkaina.

Tärkeä havainto oli sekin, että ilmanvaihdon aiheuttama melu ei valtaosiltaan yleensä synny päätelaitteissa, kuten suuttimissa, vaan liian ahtaassa kanavistossa ja puhaltimessa. Lisäksi ohjaamojen äänieristyksestä löytyy yhä selvästi heikkoja kohtia, ja osaa niistä voi parantaa kohtuullisen helposti.

Uutta on myös aktiivisen äänenhallinnan menetelmien kokeilut työkoneissa. Näin voi poistaa häiritseviä, vaikkakin vaatimukset täyttäviä, melukomponentteja äänestä. Täten koettu äänenlaatu paranee.

Samalla sekä ilmamäärän säädöt että melutekniset toimet


Yksi tutkimuksen tärkeimmistä havainnoista oli, että ilmanvaihdon melu voi ylittää työkoneen työäänet. Kun ilmastointi on maksimiteholla, ohjaamossa aistii lähinnä vain ilmastointilaitteen ääntä.

Kun parannetaan yhtä aikaa ilmanvaihtoa ja äänenhallintaa, päästään parhaaseen tulokseen. On mahdollista löytää optimi, jossa siirtyvä ilmamäärä riittää ja melu on mahdollisimman alhainen. Nykyjärjestelmät eivät läheskään aina toimi parhaalla mahdollisella tavalla.

Eniten tuloksista hyötyvät suomalaiset työkoneiden ja työkoneohjaamoiden valmistajat. Ilmanvaihtokanavien optimointia ja ohjaamon äänieristystä voi heti soveltaa tuotekehityksessä. Rakenteiden ja sijoittelun muuttamista sekä äänenhallinnan ratkaisuja voi soveltaa erityisesti, kun mallistoja muutetaan. Työkoneiden käyttäjä voi siis tulevaisuudessa työskennellä yhä mukavammassa työympäristössä.

Työkonevalmistajien kilpailukyky paranee kovenevilla markkinoilla, kun ohjaamo-oloista tulee enenevästi kilpailutekijöitä. Suoraa säästöä voi syntyä erityisesti siitä, että enää ei tarvita ylisuuria puhaltimia tai liian raskaita rakenteita.

Toimittaja
Hannu Kaskinen

Hanketiedot

  • HakijaVTT Tuotteet ja tuotanto
  • ToteuttajaVTT Tuotteet ja tuotanto
  • Lisätietoja
  • Marko Antila
    (03) 316 3783
    (03) 316 3782
  • Toteutusaika
  • 1.3.2003 - 1.9.2004
  • Työsuojelurahaston päätös
  • 9.12.2002
    75 000 euroa
  • Kokonaiskustannukset
  • 131 300 euroa
  • Tulokset valmistuneet 25.1.2005

Aiheluokitus