پژوهش و توسعه جنگل

پژوهش و توسعه جنگل

بررسی اکتشافی تغییرات بار کار فیزیکی در مولفه‌های مختلف عملیات چوبکشی با اسکیدر چرخ‌لاستیکی: پژوهش موردی در جنگلکاری‌های غرب استان گیلان

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه گیلان
2 گروه علوم جنگل، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه گیلان
3 دانشگاه علوم پزشکی گیلان
4 دانشگاه ارسطو یونان
10.30466/jfrd.2026.57095.1808
چکیده
مقدمه و هدف: تمامی پژوهش‌های پیشین در حوزه‌ی ارزیابی بار کار فیزیکی رانندگان اسکیدر، صرفاً به‌گزارش یک مقدار میانگین کلی اکتفا کرده‌اند و در ارتباط با تفاوت فشار فیزیولوژیک در مولفه‌های مجزای عملیات چوبکشی کمتر پژوهشی انجام شده است، این در حالی است که عملیات چوبکشی با اسکیدر، فرآیندی چرخه‌ای و متشکل از شش مولفه‌ی مجزا و متوالی (حرکت خالی، استقرار، وینچ‌کشی، حرکت با بار، رهاسازی بار، و چیدن و دپوی چوب‌آلات) است و هر یک از این مولفه‌ها، به‌دلیل تفاوت در ماهیت حرکتی، اندازه ارتعاش، نیاز به‌تمرکز، و تلاش فیزیکی، فشار قلبی-عروقی متفاوتی بر راننده وارد می‌کنند. با توجه به‌این شکاف تحقیقاتی، هدف اصلی پژوهش حاضر، معرفی و آزمون یک رویکرد روش‌شناختی نوین مبتنی بر تحلیل تفکیک‌شده‌ مولفه‌های عملیات چوبکشی برای ارزیابی دقیق‌تر بار کار فیزیکی رانندگان اسکیدر و شناسایی نقاط بحرانی فشار کاری برای مداخلات ارگونومیک هدفمند بود.
مواد و روش‌ها: این پژوهش در عرصه‌های جنگل‌کاری‌شده با گونه کاج تدا (Pinus taeda) در غرب استان گیلان (قطعه ۱۲ سری پیلمبرا، شهرستان رضوانشهر) انجام شد. عملیات برداشت چوب به‌روش تمام‌درخت و با استفاده از اره‌موتوری انجام گرفت. برای عملیات چوبکشی از یک دستگاه اسکیدر چرخ‌لاستیکی Timberjack 450C استفاده شد. یک راننده اسکیدر با سن ۵۲ سال به صورت داوطلبانه در این پژوهش شرکت کرد. برای اندازه‌گیری ضربان قلب از دستگاه قابل‌حمل Polar H10 استفاده شد که به‌صورت پیوسته و در فواصل یک دقیقه‌ای طی ۳ روز غیرمتوالی، هر روز ۸ ساعت کار خالص ضربان قلب را ثبت می‌کرد. ضربان قلب در حالت استراحت پس از ۱۵ دقیقه نشستن در کابین اسکیدر در حالت خاموش اندازه‌گیری شد. حداکثر ضربان قلب پیش‌بینی‌شده بر اساس سن راننده و با استفاده از رابطه استاندارد (۲۲۰ منهای سن) محاسبه شد. برای تعیین کمّی بار کار فیزیکی، از شاخص استاندارد درصد ذخیره ضربان قلب استفاده شد. فعالیت‌های کاری راننده اسکیدر با استفاده از روش پژوهش زمان پیوسته ثبت شد و هر چرخه کامل کار چوبکشی به‌شش مولفه استاندارد تقسیم شد. در مجموع، اطلاعات مربوط به‌۱۰۰ نوبت کاری کامل جمع‌آوری و زمان‌سنجی شد. برای مقایسه میانگین نرخ ضربان قلب بین مولفه‌های چوبکشی از مدل خطی اثرات مختلط و آزمون بونفرونی استفاده شد. برای بررسی رابطه بین گذشت زمان از شروع کار و تغییرات نرخ ضربان قلب، از ضریب همبستگی پیرسون استفاده شد.
یافته‌ها: در مجموع، ۱۰۰ نوبت کاری کامل چوبکشی در طول سه روز کاری (غیرمتوالی) مورد بررسی قرار گرفت. میانگین مسافت چوبکشی 97/103±32/195 متر، میانگین حجم هر نوبت 79/0±99/3 مترمکعب و میانگین تولید خالص 69/3±41/18 مترمکعب در ساعت بود. نتایج نشان داد که بیشترین میانگین نرخ ضربان قلب مربوط به‌مولفه حرکت با بار با مقدار 73/97 تپش در دقیقه و کمترین مقدار مربوط به‌مولفه رهاسازی بار با مقدار 34/84 تپش در دقیقه بود. میانگین کل نرخ ضربان قلب راننده در تمام مولفه‌ها برابر12/93 تپش در دقیقه محاسبه شد. نتایج آزمون مدل خطی اثرات مختلط نشان داد که بین مولفه‌های مختلف عملیات چوبکشی از نظر نرخ ضربان قلب تفاوت آماری معنی‌داری وجود دارد. مقایسه بین میانگین‌ها با آزمون بونفرنی نشان داد که بیشترین مقدار نرخ ضربان قلب متعلق به‌مولفه حرکت با بار و کمترین مقدار آن متعلق به‌مولفه رهاسازی بار است. بار کار فیزیکی راننده مورد پژوهش برابر با ۳۲ درصد محاسبه شد که بر اساس طبقه‌بندی استاندارد در گروه نیمه‌سنگین قرار می‌گیرد. با توجه به‌محدودیت حجم نمونه این یافته‌ها به‌عنوان یک پژوهش اکتشافی تلقی می‌شوند و تعمیم‌پذیری آنها به‌کل جمعیت رانندگان اسکیدر نیازمند پژوهش‌های تکمیلی با حجم نمونه بالاتر است. نتایج ضریب همبستگی پیرسون نشان داد که در چهار مولفه حرکت خالی، استقرار، وینچ و حرکت با بار، با گذشت زمان از شروع روز کاری، نرخ ضربان قلب افزایش معناداری پیدا می‌کند، این الگوی افزایشی، هرچند با فرضیه تجمع خستگی در طول روز کاری همسو است، اما عواملی مانند افزایش دمای محیط در طول روز، کاهش سطح مایعات بدن، و تغییرات احتمالی در شدت کار نیز می‌توانند در این افزایش نقش داشته باشند. در مقابل، برای مولفه‌های رهاسازی بار و چیدن و دپوی بار، همبستگی معناداری با زمان مشاهده نشد. این عدم معناداری را نمی‌توان صرفاً به‌سبک‌تر بودن این دو مولفه نسبت داد؛ بلکه احتمالاً به‌دلیل کوتاه‌بودن مدت زمان این مولفه‌ها (که فرصت بروز یک روند خطی افزایشی را محدود می‌کند)، و یا تغییر ماهیت فعالیت (پیاده‌شدن راننده از کابین و انجام کارهای سبک دستی) است. برای شناسایی علت دقیق این الگوی متفاوت، انجام مطالعات تکمیلی با ثبت همزمان شاخص‌های فیزیولوژیک تکمیلی توصیه می‌شود.
نتیجه‌گیری کلی: این پژوهش نشان داد که بین مولفه‌های مختلف عملیات چوبکشی با اسکیدر از نظر بار کار فیزیکی تفاوت آماری بسیار معنی‌داری وجود دارد. مولفه حرکت با بار به‌عنوان سنگین‌ترین و رهاسازی بار به‌عنوان سبک‌ترین مولفه شناسایی شدند. میانگین بار کار فیزیکی کلی (۳۲ درصد) در طبقه نیمه‌سنگین قرار گرفت. نوآوری اصلی این پژوهش در مقایسه با مطالعات پیشین که تنها به‌گزارش میانگین‌های کلی بسنده کرده بودند، در تفکیک و مقایسه مولفه های مختلف عملیات است. یافته‌ها نشان می‌دهد که گزارش یک میانگین کلی، تنوع و پیک‌های فشار کاری را پنهان می‌کند. بر این اساس، مولفه حرکت با بار به‌عنوان نقطه بحرانی برای مداخلات ارگونومیک شناسایی شد. پیشنهاد می‌شود استراحت‌های کوتاه (10-5 دقیقه) پس از هر 3-2 نوبت حرکت با بار در برنامه کاری گنجانده شود. همچنین یافته افزایش ضربان قلب با گذشت زمان، لزوم بازنگری در برنامه استراحت یک‌ساعته وسط روز و جایگزینی آن با استراحت‌های کوتاه‌تر و مکرر را مطرح می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Exploratory Study on Physical Workload Variations across Different Work Elements of Rubber-Tired Skidder Skidding Operations: A Case Study in Plantation Forests of Western Guilan Province, Iran

نویسندگان English

ٍE m 1
Mehrdad Nikooy 2
R N 1
M H 3
P S 4
1 Guilan
2 Associate professor in forest engineering, forestry Department, faculty of natural resources, the university of Guilan, Sowmeh Sara, 1144, Guilan, Iran
3 GUM
4 Aristotle University of Thessaloniki
چکیده English

Background and Objective:
All previous studies assessing the physical workload of skidder operators have merely reported a single overall average value, and little research has been conducted on the differences in physiological strain across the individual components of skidding operations. However, skidding with a rubber-tired skidder is a cyclic process consisting of six distinct and sequential work elements (travel empty, maneuvering, winching, travel loaded, unloading, and sorting/piling). Due to differences in movement patterns, vibration exposure, required concentration, and physical effort, each of these elements imposes varying cardiovascular strain on the operator. Given this research gap, the primary objective of the present study was to introduce and test a novel methodological approach based on the disaggregated analysis of skidding work elements to more accurately assess the physical workload of skidder operators and to identify critical workload peaks for targeted ergonomic interventions.
Materials and Methods:
This study was conducted in loblolly pine (Pinus taeda) plantation forests in western Guilan Province (Compartment 12, Pilambra Series, Rezvanshahr County), Iran. Tree felling was performed using the whole-tree method with chainsaws. One rubber-tired skidder (Timberjack 450C) was used for skidding operations. One male skidder operator (aged 52 years) voluntarily participated in this study. Heart rate was measured using a portable Polar H10 device, which continuously recorded heart rate at one-minute intervals over three non-consecutive days, each comprising 8 hours of net work. Resting heart rate was measured after 15 minutes of sitting in the skidder cab with the engine off. Maximum predicted heart rate was estimated based on the operator's age using the standard formula (220 − age). The percentage of heart rate reserve (HRR%) was used as a standard index to quantify physical workload. Skidder operator activities were recorded using the continuous time study method, and each complete skidding cycle was divided into six standard work elements. In total, data and time measurements were collected for 100 complete work cycles. For comparing the mean heart rate among the skidding components linear mixed-effects model and the Bonferroni test were used. Pearson's correlation coefficient was applied to examine the relationship between elapsed time from the start of work and heart rate changes.
Results:
A total of 100 complete skidding cycles were analyzed over three non-consecutive working days. The mean skidding distance was 195.32 ± 103.97 m, the mean load volume was 3.99 ± 0.79 m³ per cycle, and the mean net productivity was 18.41 ± 3.69 m³·h⁻¹. Results showed that the highest mean heart rate (97.73 bpm) was recorded during the travel loaded element, while the lowest (84.34 bpm) occurred during unloading. The overall mean heart rate across all elements was 93.12 bpm. linear mixed-effects model results indicated a statistically significant difference in heart rate among skidding work elements. Bonferroni's test revealed that the travel loaded element had the highest mean heart rate, whereas unloading had the lowest. The operator's physical workload was calculated as 32%, which falls into the "moderately heavy" category according to standard classification. Given the sample size limitation, these findings should be considered as an exploratory study, and their generalizability to the entire population of skidder operators requires further research with a larger sample size. Pearson correlation results showed that during travel empty, maneuvering, winching, and travel loaded, heart rate significantly increased over the workday. This increasing pattern, while consistent with the fatigue accumulation hypothesis, may also be influenced by other factors such as rising ambient temperature during the day, decreased body fluid levels, and potential variations in work intensity. In contrast, no significant correlation with time was observed for unloading and sorting/piling. This lack of significance cannot be attributed solely to the lighter nature of these elements; it may also be due to their short duration (which limits the opportunity for a linear increasing trend to emerge) or a change in activity type (the operator exiting the cab and performing light manual tasks). Further studies with simultaneous recording of additional physiological indicators are recommended to precisely identify the cause of this differing pattern.
General Conclusion:
This study revealed statistically significant differences in physical workload among different skidding work elements. Travel loaded was identified as the heaviest element, while unloading was the lightest. The overall mean physical workload (32%) fell into the moderately heavy category. The main novelty of this study, compared to previous research that only reported overall averages, lies in its detailed disaggregation and comparison of individual work elements. The findings demonstrate that reporting a single overall average conceals workload variations and peaks. Accordingly, the travel loaded element was identified as a critical point for ergonomic interventions. It is recommended that short breaks (5–10 minutes) be incorporated into the work schedule after every 2–3 travel-loaded cycles. Furthermore, the observed increase in heart rate over time suggests the need to revise the one-hour midday rest period and replace it with shorter, more frequent breaks.

کلیدواژه‌ها English

Aerobic capacity
Ergonomic
Forestry work
Heart rates
Physical demands

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 مهر 1405