Влияние вибраций на организм человека

Вибрация при воздействии на человека является фактором высокой биологической активности. Вибрация при длительном воздействии на организм человека не только создает дискомфорт и снижает производительность труда, но и при определенных параметрах может привести к вибрационному заболеванию. Вибрационная болезнь - это общее заболевание всего организма, при котором нарушается деятельность различных органов и функциональных систем. При воздействии локальных вибраций в основном поражаются кровеносные сосуды и нервные окончания рук. Длительное воздействие интенсивной общей вибрации вредно влияет преимущественно на центральную и вегетативную нервную системы.

Вибрация может передаваться человеку непосредственно при прикосновении к вибрирующим предметам и через промежуточные среды достаточной плотности (жидкость, твердые тела). Она может воздействовать на человека непосредственно через опорные поверхности и через некоторые вторичные контактные предметы. Опосредованные воздействия вибрации проявляются в вибрации приборов и их стрелок, что затрудняет считывание показаний.

По мере удаления от места приложения вибрации интенсивность ее обычно ослабевает. Однако при воздействии вибрации некоторых частот ин­тенсивность ее может возрастать на определенных участках тела вслед­ствие резонансных явлений, обусловленных наличием определенной соб­ственной частоты колебаний разных частей тела. Например, колебания головы человека, стоящего на виброплатформе, значительно возрастают на частотах от 4 до 8 гц и в диапазоне частот 20—30 гц.

Характер изменений, возникающих под влиянием вибрации, пере­дающейся на руки, находится в зависимости от спектрального состава ее. Преобладание высокочастотных составляющих в спектре обуслов­ливает в качестве специфического раздражителя, развитие сосудистых нарушений, а также местных расстройств кожной чувствительности при незначительных изменениях мышечной системы. Наличие в спектре преимущественно низких частот в связи с микротравматизацией пери­ферической нервной системы вызывает трофические нарушения и, кроме костно-суставной патологии, приводит, как правило, к изменениям в мышцах при отсутствии или слабой выраженности сосудистых нару­шений.

Человек может воспринимать вибрацию любым участком тела с помощью специальных виброрецепторов. Наиболее высокой вибраци­онной чувствительностью, определяемой с помощью специаль­ного прибора (паллестезиометра), обладает кожа ладонной поверхности концевых фаланг пальцев рук. Наибольшая чувствительность наблю­дается к вибрации с частотами 100—250 Гц, причем в дневное время чувствительность выражена в большей степени, чем утром и вечером. При воздействии вибрации преимущественно высокочастотного характе­ра наблюдается снижение вибрационной чувствительности, особенно на частоте вибрационного раздражителя.

Под влиянием вибрации может существенно изменяться и боле­вая чувствительность, которую измеряют с помощью альгезиметра.

Воздействие вибрации может приводить к уменьшению и других ви­дов кожной чувствительности - дискриминационной, тактильной, терми­ческой.

Следует отметить, что изменение вибрационной и тактильной чув­ствительности пальцев рук может наблюдаться не только под влиянием вибрации ручных инструментов, но и при воздействии вибрации рабо­чего места.

Одним из характерных признаков вибрационной болезни, возникаю­щей под влиянием высокочастотной вибрации, передаваемой на руки, является изменение тонуса капилляров кожи. При этом возможны спазм или атония капилляров, а также оба этих состояния одновременно на разных участках капилляров.

О склонности капилляров к спазму судят по резкому побледнению кожи пальцев под влиянием 2 - З-минутного контакта с холодной водой или куском льда. Об этом же может свидетельствовать и сохранение более 10 секунд бледности кожного покрова кисти на участке, подвер­гавшемся давлению в течение 5 секунд (симптом «белого пятна»). Покраснение или цианоз кистей опущенных рук говорит о склон­ности капилляров к атонии. Иногда удается регистрировать понижение капиллярного давления в пальцах рук. Наблюдается снижение перифе­рического сопротивления, часто устанавливают гипотонию, реже — ги­пертонию. Иногда в начальной стадии вибрационной болезни отмечается гипотония, сменяющаяся в выраженных случаях гипертонией. В связи с сосудистыми нарушениями нередко наблюдается гипотермия кожи.

Секреторные нарушения обычно выражаются в усиленной потливости, реже в сухости кожи ладоней.

Нарушение трофики, возникающее преимущественно при воздействии низкочастотной вибрации, раньше всего проявляется в стер­тости кожного рисунка, утолщении и деформации ногтей, а иногда, на­оборот, в истончении и уплощении их. Пальцы становятся малоподвиж­ными, деформируются, ногтевые фаланги могут утолщаться, придавая пальцам вид «барабанных палочек».

В некоторых случаях вследствие поражения периферических дви­гательных волокон развивается атрофия мелких мышц кистей и пле­чевого пояса, уменьшается мышечная сила. При работе с инструментами, генерирующими вибрации с превалированием низкочастотных составляющих в спектре, часто возникают изменения костно-суставного аппарата. В развитии этих пораже­ний большое значение имеет величина от­дачи инструмента — возвратного удара и противодействующего ему мышечного статического напряжения.

При воздействии вибрации эластич­ность суставных хрящей уменьшается вследствие длительного функционально­го перенапряжения их; вследствие этого суставы оказываются в меньшей степени защищенными от механического воздей­ствия. В луче-запястном суставе и мелких суставах запя­стья развиваются явления деформирую­щего остеоартроза. При этом движения пальцев затруднены, контуры суставов сглажены. Возможно также по­ражение локтевого, плечевого и грудино-ключичных суставов, а также позвоноч­ника (чаще в грудном отделе) в виде остеопороза и деформирующего спондилеза.

Структурным нарушениям в костях предшествуют изменения минерального и ферментативного обмена.

Чаще всего поражаются суставы с правой стороны в связи с боль­шей нагрузкой, приходящейся обычно на правую руку, однако возмож­ны двусторонние поражения, особенно локтевого сустава. Иногда встре­чаются осложнения в виде компрессионного перелома при асептиче­ском некрозе полулунной кости.

Некоторые изменения носят характер «профессиональных стигм», не оказывая влияния на функцию руки.

Выраженность костно-суставных поражений в значительной мере зависит от стажа работы с виброинструментами и интенсивности воздействующей вибрации.

Условиями, способствующими развитию вибрационной патологии, являются охлаждение и шум. Длительный контакт с холодными метал­лическими частями различных инструментов, особенно охлажденными деталями пневмоинструментов из-за адиабатического расширения сжа­того воздуха, охлаждающее действие струи отработанного воздуха на руки способствуют развитию спазма сосудов.

Большая выраженность вибрационной патологии наблюдается при одновременном с вибрацией воздействии шума, также оказывающего неблагоприятное влияние на центральную нервную и ряд других систем организма.

По клиническому течению различают начальную форму, средней тяжести и тяжелые формы вибрационной болезни, возникаю­щей при воздействии вибрации на руки. Начальная форма характе­ризуется преимущественно субъективными явлениями (боль, парестезия), сопровождающимися не резко выраженными сосудистыми наруше­ниями (гипотермия, умеренный акроцианоз, слабо положительная холодовая проба, симптом «белого пятна») и изменениями кожной чув­ствительности (гипоальгезия, повышение вибрационной чувствительно­сти, сменяющееся ее понижением). Возможны небольшие трофических изменения мышц плечевого пояса.

При форме средней тяжести боли усиливаются, нарушения кож­ной чувствительности стойкие, четко выраженные, наблюдаются на всех пальцах и даже предплечье. Сосудистые изменения наряду с общей тенденцией к спастическому состоянию проявляются в виде приступов спазма с побледнением пальцев («мертвые пальцы») и последующей синюшностью их вследствие пареза капилляров. Резко снижается тем­пература кожи кистей, наблюдается гипергидроз. Снижается мышечная сила, развиваются костно-суставные поражения. Отмечаются общие яв­ления в виде функционального расстройства центральной нервной систе­мы астенического и астено-невротического характера.

Тяжелые формы вибрационной болезни имеют несколько видов. При сирингомиелоподобной форме нарушения кожной чувствительности распространяются на область плечевого пояса, а иногда и грудной клетки. Они могут иметь диссоциированный характер (относительное сохранение одних видов чувствительности при нарушении других) и сопровождаться атрофией мышц не только кистей, но и плечевого пояса.

Амиотрофическая форма, кроме типичных нарушений чувствитель­ности, характеризуется постепенно прогрессирующей мышечной атро­фией рук, а иногда ног и плечевого пояса, развитием парезов. Эти фор­мы легко отличить от сходных заболеваний по отсутствию пирамидных симптомов.

К тяжелым случаям относят и выраженные церебро-сосудистые кри­зы, расстройства коронарного кровообращения вследствие генерализа­ции сосудистых нарушений.

При наличии начальной стадии вибрационной болезни у квалифици­рованных рабочих наряду с лечением рекомендуется перевод их на 2 ме­сяца на работу, не связанную с воздействием вибрации и охлаждения. Все изменения легко обратимы. При средней тяжести вибрационной болезни после лечения также необходимо временное отстранение их от работы, связанной с вибрацией и охлаждением. В случае малоэффективности этих мероприятий целесообразна перемена профессии с предоставле­нием профессиональной инвалидности на период переквалификации. Тяжелые формы вибрационной болезни, резко ограничивающие трудо­способность, всегда являются показанием к переводу работающих на профессиональную инвалидность.

Клиническая картина заболевания, вызванная воздействи­ем вибрации рабочего места, в значительной мере зависит от преобладания высоко- или низкочастотных составляющих в спектре ее.

Под влиянием вибрации рабочего места с преобладанием высоких частот в спектре вначале наблюдаются умеренно выраженные измене­ния периферических нервов и сосудов на ногах — нарушение чувстви­тельности в стопах и голенях, тенденция к спазму капилляров пальцев стоп с понижением температуры кожи, цианоз, ослабление пульсации периферических сосудов, боли в ногах без четкой локализации или в икроножных мышцах, особенно при давлении, быстро развивающаяся усталость во время ходьбы. Кроме того, наблюдается легкое кратковременное головокружение, быстрая утомляемость, периодически возникающая общая слабость, шум и чувство тяжести в голове.

При более выраженной форме заболевания превалируют симптомы, свидетельствующие о нарушении функции центральной нервной систе­мы: приступы головокружения, и стойкая головная боль, тремор паль­цев рук, выраженная общая слабость. Возникает чувство неперено­симости вибрации и вегетативная лабильность. Иногда наблюдается развитие поражений центральной нервной системы органического характера.

При воздействии вибрации рабочего места, характерной для транспортных средств с превалированием низких частот в спектре, наиболее характерны ишио-радикулиты как результат раздражения и сдавливания пояснично-крестцовых корешков вследствие травматизации костно-хрящевого и связочного аппарата позвоночника, что нередко обнару­живается рентгенографически. Возможно растяжение связок, на кото­рых упруго подвешены внутренние органы, например желудок и женские половые органы.

В результате интенсивных колебаний желудка нарушается процесс переваривания пищи, наблюдается раздражение слизистой оболочки желудка и создаются условия для возникновения гастрита. Развитие гастрита связывают также с нарушением функции вегетативной нервной системы под влиянием вибрации с высокочастотными составляю­щими спектра. Иногда наблюдают признаки раздражения нервного «солнечного» сплетения - солярит с приступами острой боли в подло­жечной области.

Возможны также расстройства функции вестибулярного анализа­тора, являющегося специализированным рецептором, воспринимающим колебания преимущественно низких частот и регулирующим положение тела в пространстве. В связи с этим наблюдается нарушение устойчивости равновесия при вертикальном положении тела.

ОСНОВНЫМИ МЕТОДАМИ борьбы с вибрациями машин и оборудования являются:

1) снижение вибраций воздействием на источник возбуждения (посредством снижения вынуждающих сил);

При конструировании машин и проектировании технологических процессов предпочтение должно отдаваться таким кинематическим и технологическим схемам, при которых динамические процессы, вызванные ударами, резкими ускорениями были бы исключены или предельно снижены. К значительному снижению вибрации приводит замена ковки, штамповки – прессованием; ударной правки – вальцовкой; пневматической клепки и чеканки – гидравлической клепкой и сваркой.

Большое значение имеет выбор рабочих режимов. Например, при увеличении частоты вращения турбины резко возрастает уровень виброскорости на опорах ее подшипникового узла.

Причиной низкочастотных вибраций насосов, компрессоров, двигателей является неуравновешенность вращающихся элементов. Действие неуравновешенных динамических сил усугубляется плохим креплением деталей, их износом в процессе эксплуатации. Устранение неуравновешенности вращающихся масс достигается балансировкой.

2) отстройка от режима резонанса путем рационального выбора массы или жесткости колеблющейся системы;

Для ослабления вибраций существенное значение имеет наложение резонансных режимов работы, т.е. отстройка собственных частот агрегата и его отдельных узлов и деталей от частоты вынуждающей силы. Резонансные режимы при работе технологического оборудования устраняют двумя путями: либо изменением характеристик системы (массы или частоты), либо установлением нового рабочего режима (отстройка от резонансного значения угловой частоты вынуждающей силы). Второй метод осуществляют на стадии проектирования, т.к. в условиях эксплуатации режимы работы определяются условиями технологического процесса.

3) вибродемпфирование – увеличение механического импеданса колеблющихся конструктивных элементов путем увеличения диссипативных сил при колебаниях с частотами, близкими к резонансным;

Установка на защищаемый объект защитного устройства – упругодемпфирующего элемента, состоящего из элемента упругости и элемента демпфирования, соединенных параллельно. В этом случае, при действии внешняя вынуждающая сила действует и на защищаемый объект, и на упругий элемент защитного устройства, а реакция последнего полностью или частично гасится демпфирующим элементом защитного устройства.

4) динамическое виброгашение – присоединение к защищаемому объекту систем, реакции которых уменьшают размах вибраций объекта в точках присоединения систем;

Чаще всего динамическое виброгашение осуществляют путем установки агрегатов на фундаменты. Массу фундамента выбирают таким образом, чтобы амплитуда колебаний подошвы фундамента в любом случае не превышала 0,1 – 0,2 мм, а для особоответственных сооружений – 0,005 мм. Для небольших объектов между основанием и агрегатом устанавливают массивную опорную плиту.

В машиностроении наибольшее распространение получили динамические виброгасители, уменьшающие уровень вибрации за счет воздействия на объект защиты реакций виброгасителя. Виброгаситель жестко крепится на вибрирующем агрегате, поэтому в каждый момент времени в нем возбуждаются колебания находящиеся в противофазе с колебаниями агрегата.

5) вибропоглощение – снижение вибрации путем усиления в конструкции процессов внутреннего трения, рассеивающих виброэнергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту;

Это процесс уменьшения уровня вибраций защищаемого объекта путем превращения энергии механических колебаний данной системы в тепловую энергию.

Увеличение тепловых потерь в системе может производиться двумя путями:

1) использованием в качестве конструкционных материалов с большим внутренним трением;

2) нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруго-вязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение.

Значение параметра - коэффициента потерь, характеризующего диссипативные силы в колебательной системе – для основных конструкционных материалов (чугунов и сталей) составляет 0,001 – 0,01.

Значительно большее внутреннее трение имеют сплавы на основе систем никеля: медь – никель, титан – никель, кобальт – никель. этих сплавов составляет 0,02 – 0,1.

С точки зрения вибраций наиболее предпочтительным является использование в качестве конструкционных материалов пластмасс, дерева, резины.

Когда применение полимерных материалов в качестве конструкционных не представляется возможным, для снижения вибраций используют вибропоглощающие покрытия. Действие покрытий основано на ослаблении вибраций путем перевода колебательной энергии в тепловую при деформации покрытий.

В зависимости от значения динамического модуля упругости (Е) покрытия подразделяются на жесткие (Е =108– 109Па) и мягкие (Е £107Па). Действие покрытий первой группы проявляется на низких и средних частотах, второй – на высоких.

Покрытия из слоя вязкоупругого материала (твердой пластмассы, рубероида, изола) и слоя фольги увеличивает жесткость покрытия. составляет 0,15 – 0,4.

Мягкие покрытия – мягкие пластмассы, материалы типа резины (пеноэласт, технический винипор), пенопласт, поливинилхлоридные пластики. этих покрытий – 0,05 – 0,5.

Если не представляется возможным обеспечить качественное соединение покрытий с обрабатываемой поверхностью, если последняя имеет сложную конфигурацию, то используют мастичные покрытия. Наибольшее распространение получили мастики типа «Антивибрит» на основе эпоксидных смол. мастик составляет 0,3 – 0,45. Используют мастики в машиностроении для снижения вибрации и шума вентиляционных систем, компрессоров, насосов, трубопроводов.

Хорошо поглощают колебания смазочные материалы.

6) виброизоляция – установка между источником вибрации и объектом защиты упругодемпфирующего устройства – виброизолятора – с малым коэффициентом передачи.

Этот способ защиты заключается в уменьшении передачи колебаний от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств, помещенных между ними. Примером виброизоляции является установка гибких вставок в коммуникациях воздуховодов, применение упругих прокладок в узлах крепления воздуховодов, разделение гибкой связью перекрытий несущих конструкций.

2. ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

Лабораторное занятие начинается с теоретической части, далее преподаватель разъясняет студентам цель занятия, называет учебные вопросы с указанием времени, отводимого на их переработку, и указывает порядок проведения занятия.

Рекомендуется следующая последовательность действий при проведении лабораторного занятия:

1) выдача каждому студенту варианта задания, исходных данных и методических материалов, справочных данных, содержащихся в настоящем методическом указании;

2) изучение студентами под руководством преподавателя полученных учебных материалов;

3) выполнение студентами задания

4) оформление письменного отчета о выполнении задания.

Лабораторные занятия рассчитаны на 4 часа аудиторных занятий. В конце занятия преподаватель проверяет выполненные работы студентов и при отсутствии замечаний ставит отметку «зачтено».

Студенты, пропустившие лабораторные занятия, получают от преподавателя варианты задания и учебные материалы, а затем самостоятельно выполняют все необходимые расчеты и оформляют отчет. При представлении студентом отчета проводится защита самостоятельно выполненной работы.

Дата добавления: 2014-11-25