ルーマニア研究が再定義するトラクターの「乗り心地」──電動トラクター用シート振動モデルが示す実務的示唆

ルーマニアの研究チームが、トラクターのシートが実際の作業環境でどのように振動を伝えるかを高精度に予測する数値モデルを開発しました。座り仕事が長時間に及ぶトラクター作業において、振動は作業者の快適性や長期的な健康に直結します。本研究は有限要素解析（FEA）と実地での振動計測を組み合わせることで、設計段階から有効に振動対策を進める手法を示しています。

研究のポイント（概要）

研究はブカレストのTechnology and Business Incubator INMAが主導し、Teofil-Alin Oncescu氏らが農機工学誌「AgriEngineering」に発表しました。対象は温室など保護栽培向けに開発された自走式電動トラクターのシートです。主な手法と結果は以下の通りです。

• 3DモデリングにSolidWorks 2023を使用し、シートの詳細モデルを作成しました。
• Altair SimSolidを用いた有限要素解析で、シートの動特性を評価しました。
• 0〜80 Hzの範囲で、シートには8つの固有振動数が存在することを特定しました。
• 実地検証として、でこぼこの草地トラック上でプロトタイプを走行させ、トライアキシャル（3軸）加速度計をシートクッションと背もたれに装着して振動データを収集しました。
• 被験者は27〜50歳の平均的な男性体格を想定したグループで、取得データを高速フーリエ変換（FFT）で解析し、床からシートへの振動透過（transmissibility）や共振パターンを明らかにしました。
• 特に4〜8 Hzの周波数帯が人体の感覚や健康に影響しやすいセンシティブな領域であることが示されました。

なぜ「4〜8 Hz」が問題なのか（解説）

人間の体幹や脊椎には固有振動数があり、4〜8 Hz付近は脊椎や内臓に影響を与えやすい帯域とされています。こうした周波数でシートや車体が共振すると、振幅が増幅されて腰痛や疲労、長期的には椎間板の問題などのリスクが高まります。業界で用いられる振動評価の基準（例：ISO 2631 系の全身振動評価）とも整合する知見です。

実務的な示唆（メーカー・農場管理者向け）

本研究は単なる学術的知見にとどまらず、設計・運用の現場で直接使える実務的なヒントを提供します。以下は特に実務に取り入れやすいポイントです。

メーカー（設計・開発部門）向け

• 数値モデルと実地検証を組み合わせることで、プロトタイプ製作回数を減らしコストと時間を削減できます。
• 設計段階で0〜80 Hzの固有振動を評価し、特に4〜8 Hz帯域の減衰を重視したシート・サスペンション設計を行ってください。
• 材質選定、クッション構造、ダンパー特性、フレーム接合部の剛性調整などで透過率（transmissibility）を定量的に改善できます。
• 電動トラクターは駆動系の振動特性が異なるため、内燃機関車両の経験則だけで判断せず専用評価を推奨します。

営農法人・現場管理者向け

• 新規導入時はメーカーに「振動透過データ」や「周波数領域解析結果」を求め、仕様に盛り込むことを推奨します。
• 既存車両についてはシートやサスペンションの点検・交換、クッション材の追加や座面調整で改善が可能です。
• 作業スケジュールや操作者ローテーションで長時間連続作業を避ける、運転姿勢やシート調整の教育を行うなど現場対策も有効です。
• 簡易なトライアキシャル加速度計やログ装置で定期的に振動測定を行えば、早期に問題を把握できます。テレマティクスと組み合わせたモニタリングも将来的に有効です。

今後の展望と研究課題

本研究はプロトタイプと限定的な被験者条件で強力な手法を示しましたが、次のステップとして以下が期待されます。

• 異なる体格・性別・年齢層を含めた大規模データによる評価拡張。
• 多様な作業路面（舗装、圃場、トンネル内の床等）や作業条件下での検証。
• 能動制御（アクティブサスペンション）や個別適応型シートの導入によるさらなる快適性向上。
• リアルタイム振動モニタリングと予防保全を組み合わせた運用モデルの開発。
• 規格・認証への反映：製品評価指標として振動透過や特定周波数での減衰性能を明確化する取り組み。

まとめ

ルーマニアの研究は、トラクターの「当たり前」とされてきた振動に対する許容範囲を改めて問い直すものです。設計段階での数値シミュレーションと現場計測の併用は、メーカーにとって効率的かつ費用対効果の高い方法を示しています。営農法人や現場責任者にとっても、導入・メンテナンス・運用の各段階で振動評価を取り入れることは、従業員の健康維持と作業効率向上に直結します。

電動トラクターの普及とともに、機械設計は単なる動力源の置き換えを超えて「人を守る」観点が重要になってきます。本研究の手法と知見は、より安全で快適なスマート農業機械の設計に向けた実践的な道筋を示しており、アグリテックの現場にとって積極的に取り入れる価値があるといえます。