Вибрация

Вибрация, как фактор производственной среды, встречается в самых разнообразных отраслях промышленности: металлообрабатывающей, металлургической, горнодобывающей, нефте-, газодобывающей, машиностроительной промышленности, на транспорте и сельском хозяйстве, а также многих других производствах. Некоторые технологические процессы – виброуплотнение, прессование, формование, процессы бурения и рыхления, транспортировка и др. также сопровождаются генерированием тех или иных видов вибрации.

Вибрация – это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил.

Самое разнообразное оборудование и аппаратура, транспортные механизмы, использующие возвратно-поступательные движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, перфораторы, вибротрамбовки, виброфармовочные машины и др.); неуравновешенные вращающиеся массы, ударное взаимодействие сопрягаемых деталей (режущий инструмент, дрели, шлифовальные машины, технологическое оборудование, зубчатые передачи, подшипниковые узлы); оборудование и инструмент, использующие в технологических целях ударное воздействие на обрабатываемый материал (рубильные и отбойные молотки, прессы, инструмент используемый в клепке, чеканке и т.д.) являются источником вибрации.

Вибрационная зона – это область распространения вибрации.

Характеристика вибрации. Вибрация характеризуется скоростью (υ, м/с) и ускорением (а, м/с²) колеблющейся твердой поверхности. Обычно эти параметры называют виброскоростью и виброускорением.

В соответствии с законами биомеханики, ощущение человека, возникающие при различного рода внешних воздействиях и, в частности, вибрации, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя (закон Вебера-Фехнера). В этой связи в практику введены логарифмические величины – уровни виброскорости и виброускорения:

Единицей измерения уровня вибрации являются децибелы (ДБ). Стандартизированные в международном масштабе величины υ₀ = 5 · 10^-8 м/с, а ₀ = 3 · 10^-4 м/с² приняты за пороговые значения виброскорости и виброускорения.

Частота вибрации (f) – количество колебаний в единицу времени. Частота измеряется в герцах (Гц, 1/с) – количестве колебаний в секунду, а частота производственных вибраций изменяется в диапазоне от 0,5 до 8000 Гц. Период колебания Т (с): Т = 1/f – время, в течение которого происходит одно колебание. Амплитуда виброперемещения А (м) – максимальное расстояние, на которое перемещается любая точка вибрирующего тела. Связь между виброперемещением, виброскоростью и виброускорением выражается формулами

,

где π = 3,14.

Вибрация может характеризоваться одной или несколькими частотами (дискретный спектр) или широким набором частот (непрерывный спектр). Спектр частот разбивается на частотные полосы (октавные диапазоны). В октавном диапазоне верхняя граничная частота f ₁ вдвое больше нижней граничной частоты f ₂, т.е. f ₁ / f ₂ = 2. Октавная полоса характеризуется ее среднегеометрической частотой.

Среднегеометрические частоты октавных полос частот вибрации стандартизированы

f _сг =

и составляют: 1, 2, 4, 8, 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Из определения октавы по среднегеометрическому значению ее частоты можно определить нижнее и верхнее значения октавной полосы частот.

Классификация вибрации. Производственная вибрация, в зависимости от ее физических характеристик, распространения в окружающей среде, источника возникновения классифицируется на следующие виды (Рисунок № 22):

Классификация вибрации

По способу передачи

По направлению действия

По временной характеристике

По спектру

По источнику возникновения

Рисунок № 22

По способу передачи – на общую и локальную. Общая вибрация (вибрация рабочих мест) передается через опорные поверхности на все тело сидящего или стоящего человека. Локальная вибрация (местная) передается на руки или отдельные участки тела человека, контактирующие с вибрирующим инструментом или вибрирующими поверхностями технологического оборудования.

По направлению действия –на вертикальную вибрацию (Z), действующую вдоль ортогональной оси системы координат (стопа-голова); горизонтальную вибрацию (X) (спина-грудь) и горизонтальную вибрацию (Y) (правое плечо - левое плечо).

По временным характеристикам – на постоянные вибрации (величина виброскорости изменяется не более чем на 6 дБ); непостоянные вибрации (величина виброскорости изменяется не менее чем на 6 дБ).

По спектру – на узкополосные (уровни виброскорости на отдельных частотах или диапазонах частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних диапазонах); широкополосные (отсутствуют выраженные частоты или узкие диапазоны частот, на которых уровни виброскорости превышают более чем 15 дб уровни соседних частот).

По частотному спектру – на низкочастотную (f _сг = 8, 16 Гц для локальной вибрации и 1, 4 Гц для общей вибрации ); среднечастотную (f _сг = 31,5, 63 Гц для локальной и 8, 16 Гц для общей ); высокочастотную (f _сг = 125, 250, 500, 1000 Гц для локальной и 31,5, 63 Гц – для общей ).

По источнику возникновения общая вибрация подразделяется на 3 категории: транспортная вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах транспортных средств при их движении по местности (категория 1); транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах машин с ограниченной зоной перемещения при их перемещении по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок (категория 2); технологическая вибрация, воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин и технологического оборудования или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации (категория 3).

Действие вибрации на организм. В связи с тем, что вибрация воспринимается несколькими анализаторами (кожный, вестибулярный и др.), обладающими различными свойствами, ощущение вибрации меняется с изменением ее интенсивности, частотной характеристики, продолжительности, места и направления передачи и т.д.

Согласно современным представлениям, эффекты вибрационного воздействия на человека определяются деформацией или смещением тканей и органов, что нарушает их нормальное функционирование и приводит к раздражению многочисленных механорецепторов, воспринимающих вибрацию. Следствием этого является изменение психологических и физиологических реакций человека.

Вибрация относится к факторам, обладающим большой биологической активностью. Характер, глубина и направление физиологических и патологических изменений со стороны различных систем организма определяется не только характером вибрационного воздействия (частота и уровень действующей вибрации, продолжительность и место ее действия, направление оси действия вибрации), но и различными свойствами анатомических структур органов и тканей тела человека, а также особенностями индивидуальной чувствительности.

При воздействии вибрации на человека, наиболее существенно то, что тело человека в данном случае является сложной динамической системой, которой присущи ритмичные колебания, в том числе и внутренних органов. В этих условиях, при совпадении собственных частот внутренних органов человека и отдельных частей его тела с частотой вынужденной вибрации возникает явление резонанса, при котором резко возрастает амплитуда колебаний органов и частей тела. Поскольку тело человека является сложной колебательной системой с собственным резонансом, многие биологические эффекты имеют строго частотную зависимость.

Область резонанса для головы сидящего человека находится в зоне между 20 и 30 Гц. В этом диапазоне амплитуда ускорения головы может в 3 раза превышать амплитуду плеч. Установлено, что главный резонанс тела спящего или лежащего человека для вибрации, действующей в направлении оси Z, отмечается на частотах 4-6 Гц. Для стоящего на виброплощадке человека различают 2 резонансных типа на частотах 5-12 и 17-25 Гц.

Колебания внутренних органов в грудной и брюшной полостях при положении стоя обнаруживают резонанс под влиянием вибрации при частоте 3,0-3,5 Гц, но максимальная амплитуда колебаний брюшной стенки отмечается на частотах от 7-8 Гц, передней грудной стенки – от 7 до 11 Гц. Частотный диапазон от 4 до 8 Гц может оказаться лимитирующим для устойчивости человека и вибрации из-за смещения внутренних органов, особенно брюшной полости.

На рукоятке ручной машины при работе с ней имеются один максимум вибрации в области ниже 5 Гц и второй – в области 30-40 Гц.

Механическая система прямой руки человека имеет резонанс в области частот 30-60 Гц. При передаче вибрации от ладони к тыльной стороне кисти амплитуда колебаний при неизменной частоте 40-50 Гц уменьшается на 35-65%. Затухание колебаний увеличивается от кисти к локтю с максимальным эффектом в плечевом суставе и голове.

При длительном воздействии общей и локальной вибрации в организме человека возникают сложные морфо-функциональные изменения в различных органах и тканях. Преимущественно страдают центральная и периферическая нервная системы, регуляция сосудистого тонуса, приводящие в конечном итоге к развитию вибрационной болезни. К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибрации на организм человека, относятся повышенные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия (прежде всего пониженная температура и повышенная влажность), шум высокой интенсивности, который, как правило, сопровождает вибрацию, психо-эмоциональная напряженность. Охлаждение и смачивание рук значительно повышает риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций.

Гигиеническое нормирование вибрации. Основными нормативными документами, регламентирующими предельно допустимые величины вибрации являются следующие санитарные нормы, правила и стандарты: «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям работы с источниками вибрации» № 310 (2005 г.); «Санитарные нормы и правила при работе с машинами и оборудованием, создающими локальную вибрацию, передающуюся на руки работающих» № 3041-84; ГОСТ 12.1.012-7 «ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности».

Гигиеническое нормирование устанавливается отдельно для общей и локальной вибрации. Общая вибрация нормируется в диапазонах октавных полос со среднегеометрическими значениями частот 2, 4, 8, 16, 31,5, 63 Гц (для транспортной вибрации дополнительно нормируется вибрация в октавной полосе с f _сг = 1 Гц). Локальная вибрация нормируется в диапазонах частот с f _сг = 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Нормы установлены для продолжительности рабочей смены в 8 часов.

Допустимые значения уровня виброскорости для общей транспортной, транспортно-технологической и технологической вибрации, а также допустимые значения транспортной вибрации и локальной вибрации в октавных полосах частот представлены в таблицах № 26-28.

Таблица № 26. Допустимые значения транспортной вибрации в октавных полосах частот.

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц	Виброускорение	Виброскорость
м/с^2	дБ	м/сх10^-2	дБ
Z	XY	Z	XY	Z	XY	Z	XY
1,0	1,10	0,40			20,0	6,3
2,0	0,8	0,45			7,1	3,5
4,0	0,56	0,79			2,5	3,2
8,0	0,63	1,60			1,3	3,2
16,0	1,10	3,20			1,1	3,2
31,5	2,20	6,30			1,1	3,2
63,0	4,50	13,0			1,1	3,2
Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни	0,56	0,40			1,1	3,2

Таблица № 27. Гигиенические нормы вибрации.

Вид вибрации	Допустимый уровень виброскорости, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
					31,5
Общая транспортная вертикальная горизонтальная								-	-	-	-
Транспортно-технологическая	-							-	-	-	-
Технологическая	-							-	-	-	-
В производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию	-							-	-	-	-
В служебных помещениях, здравпунктах, конструкторских бюро, лабораториях	-							-	-	-	-
Локальная вибрация	-	-	-

Таблица № 28. Предельно допустимые значения параметров локальной вибрации по осям Z, X, Y.

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц	Виброускорение	Виброскорость
м/с^2	дБ	м/сх10^-2	дБ
	1,4		2,8
	1,4		1,4
31,5	2,8		1,4
	5,6		1,4
	11,0		1,4
	22,0		1,4
	45,0		1,4
			1,4
Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни	2,0		20,0

Профилактические мероприятия. Меры предупреждения неблагоприятного воздействия на организм общей и локальной вибрации включают в себя технические, административные и медико-профилактические мероприятия. При использовании виброопасных ручных инструментов, работы следует проводить с применением режимов труда, которые должны обеспечивать: ограничение времени воздействия вибрации и рациональное распределение работ с виброопасными ручными инструментами в течение рабочей смены, ограничение длительности непрерывного одноразового воздействия вибрации и использование регламентированных перерывов для отдыха и лечебно-профилактических мероприятий.

В режимах труда необходимо указывать допустимое суммарное время контакта с вибрирующими ручными инструментами, продолжительность и время организации перерывов, как регламентированных, так и в соответствии с режимами труда, а также перечень работ, которыми операторы с ручными инструментами могут быть заняты во время перерывов.

В технических документах (паспорт, техническое описание, инструкция) на то или иное оборудование, инструмент и аппарат, являющихся источниками локальной вибрации, необходимо указывать следующее:

§ наличие конструктивных решений, исключающих или ограничивающих неблагоприятное влияние вибрации;

§ вибрационные характеристики (значения виброскорости и виброускорения) для всех номинальных режимов работы оборудования, инструмента и аппарата, измеренные в трех направлениях ортогональной системы осей координат в точках соприкосновения с руками оператора, шумовые характеристики;

§ масса ручного инструмента, вес ручного инструмента, приходящийся на руки работающего при выполнении различных технологических операций, минимальную силу нажатия, прикладываемую руками работающего в установленном паспортом режиме;

§ сопутствующие вредные производственные факторы, источниками которых являются данный инструмент и оборудование.

Комплекс мер медико-профилактического характера включает в себя проведение ежегодных профосмотров работающего контингента, получение лечебно-профилактического питания и витаминопрофилактику, санаторно-курортное лечение и ряд других мероприятий.

Техническая защита от вибраций включает следующие меры активной виброзащиты:

§ виброизоляция – уменьшение передачи колебаний от источника возбуждения к защищаемому объекту при помощи устройств, помещенных между ними (резиновые, пружинные виброизоляторы);

§ вибродемпфирование – увеличение механического активного импеданса колеблющегося элементов путем увеличения диссипативных сил при колебаниях с частотами, близкими к резонансным;

§

динамическое гашение колебаний путем присоединения к защищенному объекту системы, реакция которой уменьшает размах вибрации в точках присоединения;

§ изменение конструктивных элементов и строительных конструкций.

Снижение неблагоприятного воздействия вибрации на работающих осуществляется за счет уменьшения вибрации в источнике образования, за счет конструктивных и технологических решений при разработке новых и модернизации существующих машин, оборудования, инструментов; уменьшение вибрации на пути распространения средствами виброизоляции и вибропоглощения; применения дистанционного и автоматического управления. Соблюдение требований безопасности, касающиеся исключения контакта работающих с вибрирующими поверхностями за пределами рабочей зоны (предупреждающие надписи, сигнализация, ограждение и др.), запрещение пребывания рабочих на вибрирующей поверхности производственного оборудования во время его работы, планового и предупредительного ремонта машин и оборудования, способствуют снижению повреждающего влияния вибрации на организм ведущих профессиональных групп рабочих.

Дата добавления: 2014-10-31