Progettazione acustica e vibratoria di macchine e attrezzature per uso agricolo

Gli obblighi in capo ai costruttori relativi alla progettazione di macchine e apparecchiature con la minore emissione acustica e vibratoria stabiliti dalla Direttiva Macchine 2006/42/CEE e dalle direttive di prodotto, riguardano tipicamente la singola macchina (trattore, macchina operatrice).

Tuttavia, l’accoppiamento trattore-macchina operatrice può generare comportamenti dinamici non prevedibili analizzando separatamente i singoli componenti e potenzialmente eccedenti i limiti per l’esposizione alle vibrazioni e rumore. Pertanto, i datori di lavoro spesso devono attuare interventi tecnici per la riduzione di questi rischi, come previsto dagli articoli 192 e 203 del d.lgs. 81/2008. Il Manuale si propone di supportare i costruttori e gli utilizzatori in questi importanti adempimenti.

Il presente manuale è stato predisposto nell’ambito del progetto BRIC Inail ID26, dal titolo ‘Definizione di linee guida innovative, basate sullo stato dell’arte attuale, ai fini della progettazione, costruzione, certificazione e bonifica di macchine, attrezzature e ambienti di lavoro a basso rischio di esposizione a rumore e vibrazioni per i lavoratori’.

L’intero progetto ha avuto lo scopo di definire le procedure e le tecniche più adeguate da utilizzare nei vari ambiti, con l’obiettivo di ridurre il rischio di esposizione a rumore e vibrazioni per i lavoratori. I principali settori oggetto di studio sono stati i seguenti:

Per ciascuno dei suddetti settori sono stati studiati uno o più casi studio nell’ambito dei quali sono state eseguite sperimentazioni, analisi e simulazioni. Gli esempi descritti nei casi studio hanno permesso di eseguire specifici approfondimenti e contribuiscono a semplificare il trasferimento delle conoscenze e l’applicazione delle procedure descritte nei manuali.

I manuali prodotti nell’ambito di questo progetto non sono rivolti solo a tecnici altamente qualificati ma si prestano anche ad una fruizione da parte di personale di diverso livello come progettisti, costruttori, utilizzatori di macchine ed apparecchiature, datori di lavoro, responsabili della sicurezza ed altri.

Per quanto riguarda il presente manuale sulla ‘Progettazione acustica e vibratoria di macchine e attrezzature per uso agricolo’, oltre ad un quadro generale legislativo e normativo e alle tecniche di modellazione acustica e vibratoria delle macchine, è stato effettuato un approfondito censimento delle lavorazioni colturali in agricoltura e dei trattori agricoli, in combinazione con le varie macchine operatrici portate o trainate. Il manuale affronta gli aspetti relativi alla modellazione dell’emissione acustica e vibratoria delle macchine agricole, al duplice fine di capire quali sono le sorgenti più significative e quali sono le combinazioni trattore/attrezzatura che causano il maggior rischio di esposizione per gli operatori.

Il manuale si pone l’obiettivo di fornire ai progettisti e ai costruttori di macchine e attrezzature agricole gli strumenti per progettare e realizzare macchine a minore emissione di rumore e vibrazioni, sia per quanto riguarda macchine nuove che usate, vista la particolare vetustà del parco macchine agricole italiane. A tale scopo, gli strumenti utilizzati sono la modellazione sotto strutturale dinamica e la SEA (Statistical Energy Analysis), corredati da numerosi esempi pratici e casi studio relativi ai principali interventi tecnici per la riduzione dell’esposizione a rumore e vibrazioni al posto di guida, quali sedili antivibranti, cabine antivibranti, assali ammortizzati. Tali strumenti, uniti a quelli già presenti nel Portale Agenti Fisici (PAF), contribuiranno alla riduzione dei livelli di rischio dovuti all’esposizione professionale a rumore e vibrazioni, come previsto dall’art. 28, comma 3ter del d.lgs. 81/2008.

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Indice
1 Obiettivi e destinatari del manuale
2 Vibroacustica: elementi di base
2.1 Vibrazioni di un sistema meccanico: elementi di base
2.1.1 Sistemi ad 1 grado di libertà
2.1.2 Sistemi a più gradi di libertà
2.2 Trasmissibilità
2.3 Acustica: grandezze fisiche coinvolte
2.3.1 Propagazione del suono
2.3.2 Irradiazione
3 Effetto delle vibrazioni e del rumore sull’uomo
3.1 Effetto delle vibrazioni sul corpo umano
3.2 Stima dell’esposizione alle vibrazioni: quadro normativo
3.3 Effetti del rumore sull’uomo
3.4 Stima dell’esposizione al rumore: quadro normativo
4 Trasmissione ed isolamento delle vibrazioni e del rumore
4.1 Vibrazioni
4.1.1 Sospensioni passive
4.1.2 Sospensioni semi-attive
4.1.3 Sospensioni attive
4.1.4 Assorbitori dinamici passivi
4.1.5 Assorbitori semi-attivi
4.1.6 Assorbitori attivi
4.1.7 Risonatori passivi, semi-attivi e attivi
4.2 Rumore
5 Trattori per uso agricolo
5.1 Classificazione dei trattori
5.2 Vibrazioni e rumore sui trattori
5.2.1 Sospensione assale
5.2.2 Sospensione sedile con eventuale controllo attivo
5.2.3 Sospensione cabina
5.3 Sistemi di attacco dei trattori
5.3.1 Gancio da traino
5.3.2 Attacco a tre punti
5.3.3 Presa di forza
6 Macchine operatrici per uso agricolo
6.1 Catalogazione in base al tipo di lavorazione
6.1.1 Macchine per la lavorazione del terreno
6.1.2 Macchine per semina, trapianto e concimazione
6.1.3 Macchine per la raccolta
6.1.4 Macchine per il trattamento e la protezione delle colture
6.1.5 Macchine per l’irrigazione
6.2 Catalogazione ai fini dell’analisi vibrazionale
6.2.1 Tipologie di macchine ai fini della modellazione
6.2.2 Tipologie di macchine in base alle principali sorgenti di vibrazione
7 Modellazione vibrazionale e acustica della macchina agricola
7.1 Sotto strutturazione dinamica
7.2 Modelli delle sottostrutture della macchina agricola
7.2.1 Modellazione dei trattori agricoli
7.2.2 Modellazione delle macchine operatrici: portate e semi-portate
7.2.3 Modellazione degli attacchi a tre punti anteriori e posteriori
7.2.4 Modellazione della macchina trainata e gancio di traino
7.2.5 Riduzione mediante metodo di Craig-Bampton
7.3 AccoppIamento delle sottostrutture
7.4 Validazione sperimentale dei modelli per lo studio vibrazionale
7.5 Modelli SEA per l’analisi acustica alle medie alte frequenze
8 Mitigazione degli effetti delle vibrazioni e del rumore sulla macchina agricola
8.1 Influenza delle sorgenti di vibrazione sul sedile dell’operatore
8.1.1 Analisi delle vibrazioni generate dal contatto delle ruote del trattore con il terreno
8.1.2 Analisi delle vibrazioni generate dal movimento di parti del trattore
8.1.3 Analisi delle vibrazioni generate dal contatto delle ruote dell’operatrice con il terreno
8.1.4 Analisi delle vibrazioni generate dal movimento di parti dell’operatrice e dell’interazione con il terreno
8.2 Influenza delle macchine operatrici sulle vibrazioni trasmesse al sedile dell’operatore
8.2.1 Effetto di una macchina operatrice sulla trasmissibilità ruote trattore - sedile operatore
8.2.2 Effetto del contrappeso anteriore per macchine portate posteriori
8.2.3 Effetto di una macchina operatrice sulle accelerazioni trasmesse all’operatore
8.3 Modifiche ai sistemi di collegamento per la riduzione delle vibrazioni sul sedile dell’operatore
8.3.1 Attacco anteriore modificato: terzo punto ammortizzato
8.4 Modifiche ai trattori per la riduzione delle vibrazioni sul sedile dell’operatore
8.4.1 Effetto dello smorzamento delle sospensioni sulle vibrazioni del sedile dell’operatore
8.4.2 Inserimento di un sedile ammortizzato
8.5 Modifiche alle macchine operatrici per la riduzione delle vibrazioni sul sedile dell’operatore
8.6 Insonorizzazione della cabina per l’attenuazione delle medie alte frequenze
8.6.1 Progettazione acustica di una cabina di un trattore attraverso la Statistical Energy Analysis
Appendici
Appendice A Modelli a parametri concentrati di trattori gommati
A.1 Trattore senza sospensioni (2 GdL)
A.2 Trattore con sospensione sul sedile (3 GdL)
A.3 Trattore con sospensione sul sedile e sull’assale (4 GdL)
A.4 Trattore con sospensione sul sedile, sull’assale e sulla cabina (6 GdL)
Appendice B Modelli a parametri concentrati di macchine operatrici
B.1 Macchina operatrice portata
B.2 Macchina operatrice semiportata
Appendice C Modelli di attacchi a tre punti
C.1 Attacco a tre punti posteriore
C.2 Attacco a tre punti anteriore
C.2.1 Terzo punto ammortizzato
Appendice D Modello di macchina trainata e di gancio di traino
Appendice E Metodo di riduzione modale di craig-bampton
Bibliografia e norme tecniche 1
Acronimi

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Fonte: INAIL

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