نقش ایمنی در صنعت

ایمنی در آسانسور
نویسنده : محمد میلاد ناظران - ساعت ٦:۱٠ ‎ب.ظ روز یکشنبه ۱۱ اسفند ۱۳۸٧
 

تحلیل عملکرد پرده گوش و ناراحتی فشار گوش برای آسانسورهای فوق سریع

کاربران آسانسورهای کنونی در ساختمانهای بلند برخی اوقات فشار ناراحتی را در ناحیه گوشهایشان احساس می کنند مانند احساس گوش گرفتگی یا خفه شدن صداها. این ناراحتی اغلب اوقات در زمان حرکت بسمت پایین اتفاق می افتد و نشانه نوعی از بیماری سمعی (barotraumas) است که عموما ناراحتی فشار گوش، احساس گوش گرفتگی یا عامیانه پریدن گوش نامیده می شود و معمول ترین شکایت مسافران هواپیماها نیز می باشد.
این ناراحتی از بر آمدگی پرده گوش (به واسطه اختلاف فشار هوا در دو طرف پرده گوش ) ناشی می گردد.
لذا این موضوع باید حین طراحی آسانسور مورد مطالعه قرار گیرد. زیرا به سادگی می تواند استفاده مطلوب از آسانسور (ride comfort) را برای مسافران کاهش دهد.
تا کنون مطالعات زیادی با توجه به مکانیزم و اندازه گیری میزان احساس گوش گرفتگی انجام شده است.
کنترل حرکت آسانسور بر اساس تحقیقی با استفاده از روش (Fuller,1998) pneumodynamic پیشنهاد شده است. در این تحقیق بر اساس یک مدل ریاضی، الگوریتم مسیر فشار پرتابی با استفاده از اختلاف فشار پرده گوش محاسبه شده است.
در آسانسورهای نصب شده در Taipai 101 که در سال 2004 در تایوان تکمیل شد احساس گوش گرفتگی با کنترل فشار هوای داخل کابین کاهش داده شده. فشار هوا در کابین توسط دو دستگاه دمنده در طول سفر کنترل می شود. (shudoet al 2004)
در این بررسی این ناراحتی به واسطه تغییر فشار اتمسفری ارزیابی شده برای این کار از داوطلبانی در آزمایش محفظه کاهش فشار نظر سنجی شده است.از آنجایی که احساس گوش گرفتگی به صورت مجزا تغییر می یابد بررسی رابطه بین احساس گوش گرفتگی و میزان تغییر فشار اتمسفری با استفاده از تستهای معمول و شیوه های ارزیابی بسیار مشگل است.
به علاوه به نظر می رسد تا کنون تحقیقی که تاثیر اختلاف فشار محیط بر روی مسافرانی که نمی توانند به طور موثر گوشهایشان را به دلیل برخی بیماریهای بینی وگوش (مانند سرما خوردگی یا آنفلونزا ) تمیز کنند، انجام شده است.
در بررسی های کنونی ما روشی را برای اندازه گیری مستقیم موقعیت و مکان پوسته پرده گوش مسافران در یک آسانسور در حال حرکت به کار بردیم. با استفاده از این روش ما عملکرد دینامیک پرده گوش را در نتیجه تغییر فشار اتمسفری در داخل کابین اندازه گیری کردیم.
ارتباط بین واکنش پرده گوش و احساس گوش گرفتگی از طریق نظر سنجی از مسافران داخل کابین بررسی شده است. ما تاثیر تغییر فشار اتمسفریک را برای آسانسورهایی با طول مسیر حرکت m1000 و سرعت حداکثر m/min2480 مشخص کردیم.


شیوه آزمایش ساختمان گوش انسان
:

زمانی که فشار هوای محیط کاهش می یابد لوله استاش به طور خودکار ( به دلیل اختلاف فشار ) باز می شود سپس با فشار گوش میانی یکسان می شود. باز شدن خودکار لوله استاش "passive opening" نامیده می شود. زمان passive opening به صورت مجزا تغییر پیدا می کند و این بستگی به شرایط فیزیکی دارد.
زمانی که فشار هوای محیط افزایش می یابد، به عبارت دیگر اگر لوله استاش به طور اتوماتیک باز نشود پرده گوش تدریجا از درون برآمدگی پیدا می کند. وقتی پرده گوش نتواند بطور طبیعی بلرزد صداها خفه یا بسته شنیده می شوند و این احساس گوش گرفتگی است. لوله استاش می تواند عمدا توسط قورت دادن، سرکوب کردن خمیازه یا فشار آوردن به گوش (برای کاهش این ناراحتی) بازشود. این باز شدن "گشایش اجباری " نامیده می شود.


شیوه اندازه گیری رفتار پرده گوش :

یک شیوه برای اندازه گیری عملکرد پرده گوش با استفاده از تغییر فشار اتمسفری طراحی شده است. شکل شماره 1،دستگاهای اندازه گیری را نشان می دهد. رفتار پرده گوش توسط یک دوربین فوق سریع همراه یک میکروسکوب روشن که وارد گوش داوطلب می شود با دقت 480x240 (پیکسل) به صورت دیجیتالی ثبت می گردد ضمن اینکه فشار محیط نیز توسط یک بارومتر دیجیتالی بطور همزمان اندازه گیری می شود.
روش shape-from-shading برای بازسازی عملکرد پرده گوش از تصویر ثبت شده.
روش shape-from-shading روشی است برای اندازه گیری شکل سه بعدی سطح از توزیع روشنایی (یا مقدار ) رنگ تصویر تولید شده توسط روشنایی جسم. در آزمایش، تصویر هر ثانیه به عکسی سیاه و سفید تبدیل می شود و سپس فاصله از منبع روشنایی تا سطح پرده گوش توسط روشنایی آن محاسبه می شود. رابطه زیر نسبت روشنایی سطح پرده گوش و جابجایی پرده گوش را نشان می دهد:


D=I/15.649

فاصله سطح پرده گوش = d

{255 سفید – سیاه} روشنایی تصویر پرده گوش = I


معادله 1 از تعیین نسبت بین موقعیت منبع نور و روشنایی سطح پرده گوش ناشی می شود.
در محاسبه شکل پرده گوش، تاثیر زاویه و اختلاف نسبت بازتاب سطح پرده گوش جبران شده است. میانگین جابجایی در سطح پرده گوش در ارزیابی بعدی عملکرد پرده گوش مورد استفاده قرار می گیرد.

ارزیابی ناراحتی گوش :


دامنه احساس گوش گرفتگی توسط تعدادی داوطلب در زمان اندازه گیری عملکرد پرده گوش ثبت شده بود. داوطلبان میزان ناراحتی را هر 5 ثانیه از شروع آزمایش ثبت کردند میزان ناراحتی از صفر (هیچ حسی ) تا 5 (به شدت ناراحت) مورد بررسی قرار گرفته است.


شرایط آزمایش :


سریع ترین آسانسور کنونی در جهان در یکی از فروشگاههای بزرگ در Taipai 101 است که سرعت بالا رفتن آن 1.010 m/minو سرعت پایین آمدن m/min600 و ارتفاعش m388 است. در آیندهای نه چندان دور قرار است آسانسورهایی با سرعتها و ارتفاعهای بسیار بالاتر طراحی شوند. بنابراین ما تصمیم داریم شرایط آزمایش را برای بیشترین سرعت m/min2480 و بیشترین تراول m1000 فرض کنیم.
در مرحله اول آزمایشی را با استفاده از آسانسور واقعی Mark Towel(YLT) Yokohama Landسریع ترین آسانسور در ژاپن اجرا کردیم. سرعتهای اسمی آسانسور در آزمایش m/min180 ، m/min420 و m/min750 و در هر دو شرایط بالا و پایین رفتن هستند. جابجایی پرده گوش برای سرعتهای m/min420 و m/min750 اندازه گیری شده است.
در مرحله دوم این آزمایش را در شرایط آزمایشگاهی یعنی با استفاده از محفظه کاهش فشار اجرا کردیم که آسانسورهای پرسرعت و مرتفع در آینده را در نظر گرفتیم. ارتفاع فرضی m500 و m800 وm1000، و سرعتها m/min1000 و m/min2480 هستند.
ترکیب شرایط آزمایش بالا طول زمان مورد نیاز (travel time) در جدول 1 داده شده نشان داده شده است. توجه داشته باشید از آنجایی که اختلاف مطلوبی از عملکرد پرده گوش توسط الگوی اختلاف فشار هوا در آزمایش اولیه مشاهده نشده است، تغییر فشار خطی در محفظه کاهش فشار مورد استفاده قرار گرفته است. آزمایش در شرایط واقعی برای سنجش عملکرد پرده گوش و ارزیابی ناراحتی توسط 4 داوطلب مرد (سنین 22 تا 24) و آزمایش محفظه کاهش فشار توسط 4 داوطلب مرد (سنین 22 تا 25) برای سنجش عملکرد پرده گوش و 12 داوطلب مرد (سنین 22-60) برای ارزیابی ناراحتی گوش اجرا شد. در طول آزمایش از داوطلبان خواسته شد تا گوشهایشان را با قورت دادن آب دهان و یا خمیازه کشیدن باز نکنند تا بتوان تاثیر آن بر روی مسافرانی که نمی توانند گوشهایشان را به خوبی تمیز کنند مورد ارزیابی قرار گیرد.

نتایج آزمایش آسانسور واقعی
و اندازه گیری عملکرد پرده گوش:
جابجایی پرده گوش در زمان فرود به نسبت افزایش فشار اتمسفری محیط افزایش می یابد. از آنجاییکه لوله استاش بطور اتوماتیک باز نمی شود فشار هوا داخل گوش میانی با فشار محیط رابطه منفی دارد بنابراین پرده گوش از درون برآمدگی پیدا می کند. میانگین جابجایی پرده گوش بطور تقریبی ماکزیمم mm1 است.


ارزیابی احساس گوش گرفتگی :

طبق آماری که از مسافران داخل کابین که در فاصله هر 5 ثانیه مورد پرسش قرار گرفتند مشخص گردیده که میزان ناراحتی در هر دو زمان صعود و فرود همانطوری که فشار محیط تغییر می کند افزایش می یابد (با تغییر فشار محیط افزایش می یابد)
حس نهایی ناراحتی در فرود خیلی بدتر ازاین حس در صعود است. ، در طول صعود که سرعت کابین کمتر است میزان این ناراحتی کمتر است و می تواند به این دلیل باشد که توازن فشار گوش زمانی که سرعت کابین کمتر است از طریق مسیر لوله استاش آسانتر است. این آمار نشان می دهد در حین فرود میزان احساس گوش گرفتگی به سرعت کابین ارتباط ندارد، در زمان فرود مسیر لوله استاش باز نمی شود و با افزایش فشار هوای محیط پرده گوش از درون برآمده می شود بخصوص برای داوطلبانی که عمدا گوشهایشان را تمیز نمی کنند.


آزمایش محفظه کاهش فشار :

درمرحله بعدی آزمایش محفظه کاهش فشار را برای نفی تاثیر تغییرات فشار اتمسفری بر روی پرده گوش در مورد آسانسورهای فوق العاده سریع و با تراول بسیار زیاد اجرا کردیم.

نتیجه اندازه گیری عملکرد پرده گوش :
نتایج اندازه گیری واکنش پرده گوش را در آزمایش محفظه کاهش فشار نشان می دهد.
در این آزمایش تراول m500، m800و m1000 و سرعت کابین m/min1000 و m/min2480 فرض شده است.
میزان برآمدگی پرده گوش نسبت با افت فشار محیط تا حدود hpa20 نشان می دهد اگرچه بعد از آن جابجایی پرده گوش دیگر افزایش نمی یابد در حالیکه فشار هوا کمتر می شود. بنظر می رسد ماکزیمم جابجایی پرده گوش تقریبا به mm0.5 باشد.
نتایج نشان می دهد که جابجایی پرده گوش بدلیل گشایش مسیر لوله استاش در طول صعود تا ارتفاع 1000 متری افزایش نمی یابد. در شکل b5، جابجایی پرده گوش در طول فرود متناسب با فشار هوا تقریبا (hpa40) افزایش می یابد و مقدار جابجایی روی فشار hpa40 تدریجی وملایم می شود بطوریکه روی ارتفاع m400 این مقدار حدود mm2است.
این پدیده ها را می توان اینگونه توضیح داد که پرده گوش و عضو دیگری بنام ossicleگوش به پرده گوش اجازه نمی دهد تا براحتی بیشتر از تقریبا mm2حرکت کند. در شرایط فرود نسبت تغییرات جابجایی پرده گوش به فشار اتمسفری کم است و این میزان چندان به سرعت آسانسور بستگی ندارد.

ارزیابی احساس گوش گرفتگی :

نتیجه میزان ناراحتی در آزمایش محفظه کاهش فشار را نشان می دهد. از آنجاییکه 4 نفر از 12 داوطلب داخل کابین گوشهایشان را با قورت دادن ناخودآگاه در طول فرود پاک کرده بودند و میانگین بررسی داوطلبانی که گوشهایشان را تمیز نکرده بودند نشان داده شده است. از شکل a6 مشخص می شود که میزان ناراحتی تا تقریبا hpa20 در صعود افزایش می یابد سپس این میزان ثابت می شود اگرچه فشار محیط بیشتر از hpa20کاهش می یابد، از شکل b6 چنین بر می آید میزان فشار محیط در طول فرود افزایش و میزان ناراحتی به بیشتر از صعود می رسد. از نتیجه این آزمایشها مشخص می شود که تقریبا نسبتی بین سطح ناراحتی ومیزان تغییر فشاراتمسفری (یا سرعت آسانسور) تا ارتفاع m1000 وجود ندارد. به علاوه برخی داوطلبان گوشهایشان را تقریبا در hpa40 تمیز کرده بودند و سپس اعلام کردند تقریبا ناراحتی شان برطرف شده. بر اساس این نتیجه می توان بیان کرد اغلب مسافرانی که ناراحتی گوش نداشتند تقریبا همیشه قادر بودند که احساس گوش گرفتگی را توسط تمیز کردن گوشهایشان در طول فرود برطرف کنند.


مدل شبیه سازی ریاضی :

ازنتایج آزمایش ذکر شده در بخش قبل بر می آید احساس گوش گرفتگی ارتباط زیادی با جابجایی پرده گوش در نتیجه تغییر فشار اتمسفری مخصوصا هنگام فرود دارد. بنابراین ما مدل ریاضی برای تعیین اختلاف فشار اتمسفری جهت روشن شدن نسبت بین فشار اتمسفری و میزان گوش گرفتگی ساختیم. با استفاده ازنتیجه نشان داده شده در شکل b5 ما یک روش ریاضی را برای تعیین نسبت جابجایی پرده گوش وفشار اتمسفری ساختیم و توابع زیر را فرض کردیم:

fp=a/1+exp(-b*p/10+c) :معادله شماره 2

جابجایی تقریبی پرده گوش : f(mm)

تغییر اختلاف فشار هوا : P(hpa)

ثابت : a,b,c,d

پارامترهای a,b,c,d از داده های آزمایش از شکل a6 توسط روش سمبلیک محاسبه می شود.
در نتیجه:


a=2.33 , b=0.98 ,c=1.88 , d=0.32

از آنجایی که ضریب محاسبات 0.963 است روش ریاضی بالا می تواند کاملا مناسب باشد. شکل 7، نشان می دهد که جابجایی پرده گوش با استفاده از معادله 2 و نتیجه آزمایش میزان ناراحتی از یک نمودار محاسبه شده است. محور افقی نمودار نشاندهنده تغییرات فشار اتمسفری {hpa} ، و محور عمودی سمت چپ جابجایی پرده گوش (بر حسب mm) را نشان می دهد و محور سمت راست نمودار سطح میزان احساس گوش گرفتگی است. از این شکل مشخص می شود که نسبت خوبی بین فاصله پرده گوش و میزان گوش گرفتگی وجود دارد. با استفاده از این روش امکان محاسبه جابجایی پرده گوش و میزان گوش گرفتگی در مقابل تغییرات فشار اتمسفری در طول طراحی آسانسور وجود دارد.

نتایج :
بر طرف کردن کامل گوش گرفتگی در طول سفر با آسانسور از طبقات پایین تا بالا در زمان کوتاه واقعا مشکل است به دلیل اینکه تغییرات فشار اتمسفری بین طبقات پایینی وبالایی ساختمان اجتناب ناپذیر است.
از دیدگاه پزشکی، توضیح داده می شود که اگر تغییر فشار اتمسفری بیشتر از hpa100 نشود ریسک صدمات خیلی کوچک است.

اگرچه عملکرد باز شدن لوله استاش بطور مجزا تغییر می کند، مواردی وجود دارد که مسافران نمی توانند لوله استاش را باز کنند مانند وقتی که بینی شان در اثر سرما گرفته باشد. بنابراین یک روش برای محاسبه نسبت گوش گرفتگی وتغییرات حدودی فشار اتمسفری ضروری است. با مطالعات کنونی ما روشی را برای اندازه گیری فاصله پرده گوش مسافران آسانسور و فاصله پرده گوش و گوش گرفتگی توسط آسانسور واقعی و آزمایش محفظه کاهش فشار انجام دادیم.

در نتیجه ما ثابت کردیم:

  1. در طول فرود آسانسور در زمانی که گشایش اجباری لوله استاش وجود ندارد پرده گوش از درون برآمدگی پیدا می کند.
  2. حدود میانگین جابجایی پرده گوش تقریبا mm2 است و سپس ناراحتی واحساس گوش گرفتگی در بدترین حالت است.
  3. ناراحتی گوش افزایش نمی یابد مگر اینکه مسافران خودآگاه لوله استاش را باز کنند.
  4. به نظر می رسد سرعت تغییر فشار اتمسفری تاثیری در جابجایی پرده گوش و احساس گوش گرفتگی در طول فرود ندارد.


این مقاله توسط آقایان , takayuki koizumi , tsujuchi nobutaka funai kiyoshi , yoshikatsy hayashi بترتیب از شرکتهای میتسوبیشی اروپا و ژاپن و دانشگاه doshisha ژاپن در کنگره بین المللی تکنولوژی جابجایی عمودی (ELEVCON) در شهر پکن پایتخت چین در سال 2005 ارائه شده است که در مجله (elevator world) ماه آوریل 2006 به چاپ رسیده است.