Rediseño de la empuñadura del martillo neumático rotopercutor para la reducción de vibraciones
Authors:   , Ivorra Zaragoza Beatriz 
Published: April 2024

The vibrations generated by manual machines can produce occupational diseases with both vascular and osteoarticular affectations, also known as hand-arm vibration syndromes. The rotary percussor pneumatic hammer is a machine, that is widely used in the construction sector, but it also belongs to the category of vibrating machines that cause the above mentioned diseases in machine operators. The general objective of the thesis is to verify that the redesign of the handle of a rotary pneumatic hammer reduces mechanical vibrations. Several specific objectives have been derived from the general objective, such as: study the effects of exposure to vibrations in the hand-arm system, as well as the evaluation of the risk associated with the use of the hammer, study the biomechanical and biodynamic response of the hand-arm system to vibration, study the materials that generate damping and also determine the optimized design and study the damping of the optimized design by a numerical model.

The consulted bibliography indicated that the transmission of vibrations from the grip to the hand-arm system depends both on the composition of applied materials and on the design of the grip. And although studies have already found improvements in the damping of vibrations received through the handles, there is still a large field for its optimization, redesign and development of materials, as of today, unused in pneumatic hammer handles.

This doctoral thesis proposes a methodology for the study of possible new materials used in the grip, including analysis of the design and of the machine. It also includes real tests for the characterization of the materials and their simulation by finite elements. Overall, the results obtained pointed out that design is a decisive factor for both vibration damping and weight of it. The results show several combinations of new designs and materials that improved the damping of this grip. The best combination of design and materials obtained presents a 4,43 % improvement over the commercial design.

RESUMEN

Las vibraciones generadas por las máquinas manuales pueden causar enfermedades profesionales con afectaciones tanto vasculares como osteoarticulares, también conocidas como síndrome de vibraciones mano-brazo. El martillo neumático rotopercutor es una de las máquinas que más vibraciones transmiten, ampliamente usada en el sector de la construcción, y que produce graves dolencias al trabajador.

El objetivo general de la tesis es comprobar que el rediseño de la empuñadura de un martillo neumático rotopercutor reduce las vibraciones mecánicas. Del objetivo general se han derivado varios objetivos específicos como son: estudiar los efectos de la exposición de vibraciones en el sistema mano-brazo, así como la evaluación del riesgo asociado al uso del martillo neumático, estudiar la respuesta biomecánica y biodinámica del sistema mano-brazo frente a la vibración, estudiar los materiales que generan amortiguación y condicionan el diseño optimizado y comprobar mediante un modelo numérico que la optimización del diseño produce la amortiguación de la vibración.

En la bibliografía consultada, se constata que la transmisión de vibraciones desde la empuñadura al sistema mano-brazo depende tanto de la composición del material de la empuñadura como de su diseño. Aunque existen ya mejoras en esta amortiguación de las vibraciones recibidas a través de las empuñaduras, hay un gran campo para su optimización. Desde la modificación del diseño hasta la búsqueda de nuevos materiales que aún no se emplean en las empuñaduras de martillos neumáticos.

En esta tesis doctoral se presenta una metodología para el estudio de posibles nuevos materiales para fabricar la empuñadura, incluyendo el análisis del diseño y de la máquina manual. Incluye, además, ensayos reales para la caracterización de los materiales y su simulación por elementos finitos. De los resultados obtenidos se constata que el diseño es un factor decisivo tanto para la amortiguación de la vibración como para la disminución del peso. Los resultados muestran varias combinaciones de nuevos diseños y materiales que mejoran la amortiguación de la vibración que le llega a la empuñadura. La mejor combinación obtenida de diseño y materiales presenta un 4,43 % de mejora respecto del diseño comercial.