Какими параметрами оценивается вибрация. Основные параметры, характеризующие вибрацию

Глава 5. Вибрация

Вибрация как фактор производственной среды встречается в металлообрабатывающей, горнодобывающей, металлургической, машиностроительной, строительной, авиа- и судостроительной промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте и во многих других отраслях народного хозяйства. Она используется в ряде технологических процессов: при виброуплотнении, формовании, прессовании, вибрационной интенсификации механической обработки материалов, вибрационном бурении, рыхлении, резании горных пород и грунтов, вибротранспортировке и т.п. Вибрацией сопровождается работа передвижных и стационарных механизмов и агрегатов, в основу действия которых положено вращательное или возвратно-поступательное движение.

Вибрация представляет собой механическое колебательное движение, простейшим видом которого является гармоническое (синусоидальное) колебание.

Основные параметры синусоидального колебания : частота в герцах (1 кол./с); амплитуда вибросмещения А (м); виброскорость V (м/с); виброускорение
а (м/с 2) или в долях ускорения силы тяжести g = 9,81 (м/с 2). Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания Т (с). Для синусоидальных колебаний скорость V и ускорение а определяются по формулам:

V= 2p fА; а = (2p f ) 2 A, (5.1)

где p – 3,14; f – частота, Гц; А – амплитуда колебаний, м.

Относительные уровни виброскорости L n и виброускорения L а выражаются в децибелах и определяются по формулам:

дБ, дБ, (5.2)

где 5×10 –8 (м/с) – это нулевой уровень колебательной скорости V 0 , соответ-
ствующий среднеквадратичной колебательной скорости при стандартном пороге звукового давления, равном 2×10 –5 Н/м 2 ; 1×10 –6 (м/с 2) – нулевой уровень колебательного ускорения а 0 .

В силу специфических свойств органов чувств определяющими являются действующие значения параметров, характеризующих вибрацию. Так, действующее значение виброскорости есть среднеквадратичное мгновенных значений скорости V (t )за время усредненияТ у, которое выбирают с учетом характера изменения виброскорости во времени:

Изображение непрерывного спектра требует обязательной оговорки о ширине Df элементарных частотных полос, к которым относится изображение. Если f 1 – нижняя граничная частота данной полосы частот, f 2 – верхняя граничная частота, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота:

В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибраций разбивают на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней (f 2 /f 1 = 2). Анализ и построение спектров параметров вибрации могут производиться также в третьоктавных (f 2 / f 1 = ) полосах частот.

Среднегеометрические частоты октавных (третьоктавных) полос частот в виброакустике стандартизованы и составляют: 1; 2; 4; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000 (0,8; 1,0; 1,2 и т.д.) Гц.

В зависимости от характера контакта тела человека с источником производственной вибрации условно различают локальную (местную) и общую вибрацию (вибрация рабочих мест).

Вибрация, передаваемая преимущественно через руки работающего, определяется как локальная. Вибрация рабочего места (скамьи, пола, обрабатываемого изделия, на котором находится человек) определяется как общая. В производственных условиях часто имеет место сочетание локальной и общей вибраций.

В других случаях преобладает общая вибрация, например, при формовке железобетонных изделий на виброплатформах с одновременным ручным разравниванием бетонной массы.

По источнику возникновения общую вибрацию различают:

· общую вибрацию 1 категории – транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности, агрофонам и дорогам (в том числе при их строительстве). К источникам транспортной вибрации относят: тракторы сельскохозяйственные и промышленные, самоходные сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т.д.); снегоочистители; самоходный горно-шахтный рельсовый транспорт;

· общую вибрацию 2 категории – транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные); краны промышленные и строительные; машины для загрузки (завалочные) мартеновских печей в металлургическом производстве; горные комбайны, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт;

· общую вибрацию 3 категории – технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие; кузнечно-прессовое оборудование; литейные машины; электрические машины, стационарные электрические установки; насосные агрегаты и вентиляторы; оборудование для бурения скважин, буровые станки; машины для животноводства, очистки и сортировки зерна (в том числе сушилки); оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков); установки химической и нефтехимической промышленности и др.

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

б) на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;

в) на рабочих местах в помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораторий, учебных пунктов, вычислительных центров, здравпунктов, конторских помещениях, рабочих комнатах и других помещениях для работников умственного труда.

5.2. Действие вибрации на организм

Особенности воздействия производственной вибрации определяются частотным спектром и расположением в его пределах составляющих с максимальным уровнем энергии колебания. Местная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное воздействие на организм человека, восстанавливая трофические изменения, улучшая функциональное состояние центральной нервной системы, ускоряя заживление ран и т. п. При увеличении интенсивности колебаний и длительности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии – вибрационной болезни.

Воздействие общей вибрации разных параметров вызывает различную степень выраженности изменений в центральной и вегетативных нервных системах, сердечно-сосудистой системе, обменных процессах, вестибулярном аппарате.

5.3. Гигиеническое нормирование вибрации

Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, производится следующими методами :

· частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

· интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

· интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра.

Нормируемые параметры указываются для определенного диапазона частот:

· для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

· для общей вибрации в виде октавных или 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами: 0,8; 1; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0 Гц.

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются cредние квадратические значения виброскорости v и виброускорения а или их логарифмические уровни L v , L a , измеряемые в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот. Предельно допустимые величины нормируемых параметров производственной локальной вибрации при длительности вибрационного воздействия 480 мин (8 ч) приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Предельно допустимые значения производственной локальной вибрации

Вибрация представляет собой механические колебания, простейшим видом которых являются гармонические колебания.

Вибрация возникает при работе машин и механизмов, имеющих неуравновешенные и несбалансированные вращающиеся органы с движениями возвратно-поступательного и ударного характера. К такому оборудованию относятся металлообрабатывающие станки, ковочные и штамповочные молоты, механизированный инструмент, а также приводы, вентиляторы, насосные установки, компрессоры. С физической точки зрения между шумом и вибрацией принципиальных различий нет. Разница заключается в восприятии: вибрация воспринимается вестибулярным аппаратом и средствами осязания, а шум органами слуха. Колебания механических тел с частотой менее 20 Гц воспринимаются как вибрация, более 20Гц - как вибрация и звук.

Вибрацию применяют на предприятиях стройиндустрий при уплотнении и укладки бетонной смеси, дроблении и сортировке инертных материалов, разгрузке и транспортировании сыпучих материалов и т.д.

Под воздействием вибрации в организме человека наблюдается изменение сердечной деятельности, нервной системы, спазм сосудов, изменения в суставах, приводящие к ограничению их подвижности. Длительное воздействие вибраций приводит профессиональному заболеванию - вибрационной болезни. Она выражается в нарушении многих физиологических функций человека. Эффективное лечение возможно только на ранней стадии заболевания. Очень часто в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются: амплитуда (наибольшее отклонение от положение равновесия) А, м; частота колебаний f, Гц (число колебаний в секунду); колебательная скорость V, м/с; ускорение колебаний W, м/с2; период колебаний Т, сек.

Степень воздействия вибрации на физиологические ощущения человека определяется величиной колебательного ускорения и скоростью колебаний.

Вибрация отмечается вблизи оборудования, при работе пневматического инструмента, при неправильной балансировке валов машин, при транспортировании жидкостей и газов по трубопроводам, при технологических процессах укладки бетона с применением вибрационных агрегатов.

Вибрацию не синусоидального характера всегда можно представить в виде суммы синусоидальных составляющих с помощью разложения в ряд Фурье.

Для исследования вибрации весь диапазон частот разбивается на основные диапазоны. Среднегеометрические значения частот, на которых исследуют вибрацию, следующие: 2, 4, 8, 16, 31, 50, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Уровни вибраций измеряются не на каждой отдельной частоте, а в некоторых полосах (интервалах) частот октавных и третьоктавных. У октавных отношение верхних границ частот к нижней fв/fн=2, а у третьоктавных. Учитывая, что абсолютные значения параметров характеризующих вибрацию, применяются в широких пределах, на практике пользуются понятием уровней параметров виброскорости (V) и виброускорения (W).

Вибрации - это одна из проблем современных мегаполисов. Причем с каждым годом их интенсивность постоянно возрастает. Почему же современная наука столь активно исследует данную проблему? По какой причине измерения вибрации стали обязательными процедурами во многих организациях и на предприятиях? Дело в том, что вибрации - это явление, вызывающее ряд профессиональных заболеваний, что дает основание медикам поднимать вопросы о мероприятиях по его устранению.

Понятие вибраций

Вибрации - это сложный колебательный процесс, который осуществляется в широком частотном диапазоне. Как он возникает? При передаче колебательной энергии от источника твердому телу. Обычно под вибрацией подразумевают которые оказывают ощутимое влияние на организм человека. При этом имеется в виду частотный диапазон от 1,6 до 1000 Гц. С понятием вибрации тесно связаны звук и шум. Они сопровождают это явление при высоких показателях колебательного движения.

Какой предмет в школе изучает такое понятие, как вибрация? Это - очень важный предмет. Обеспечение охраны труда является одной из основных проблем России, поднятых на уровень национальной безопасности.

Источники возникновения

Механические вибрации - это явления, возникающие практически во всех станках, машинах и инструментах, у которых имеются несбалансированные или неуравновешенные вращающиеся детали, совершающие возвратно-поступательные и ударные движения. В перечень подобного оборудования входят штамповочные и ковочные молоты, пневмо- и электроперфораторы, а также вентиляторы, компрессоры, насосные установки и приводы.

Если колебательные движения механическими телами совершаются с частотой, находящейся в диапазоне до 20 ГЦ, то они воспринимаются только как вибрация. При больших частотах появляется звук. Это вибрация с шумом. При этом восприятие производится не только вестибулярным аппаратом человека, но и его органами слуха.

Классификация вибрации

Колебательные движения могут передаваться различными способами. Так, существует вибрация общая. Это колебательный процесс, передающийся на тело человека через различные опорные поверхности. Общая вибрация неблагоприятно воздействует на сердечно-сосудистую и нервную системы. К тому же она вызывает патологии пищеварительного тракта и органов движения.

В свою очередь, из общей вибрации выделяют:
- транспортную, возникающую при движении автомобилей по дорогам;
- транспортно-техническую, источником которой служат машины и механизмы, вовлеченные в технологический процесс;
- техническую, возникающую во время работы стационарного оборудования или передающуюся в зоны нахождения обслуживающего персонала, где нет никаких источников вибрации.

Существует еще и локальная вибрация. Это колебательные движения, передающиеся через руки. Если с подобной вибрацией человек сталкивается систематически, то у него возможно развитие неврита с одновременной потерей трудоспособности.

При исследованиях рабочих мест выделяется гармоническая, или синусоидальная вибрация. Это такие колебательные движения, при которых значения их основного показателя изменяются по синусоидальному закону. Подобная вибрация встречается на практике особенно часто.

Колебательные движения различают и по временной характеристике. Так, существует постоянная вибрация. Ее параметры по своей частоте за период наблюдения изменяются не более чем в два раза.

Существует еще и непостоянная вибрация. Для нее характерно значительное изменение основных параметров (более чем в два раза).

При изучении какого предмета учащимся предоставляется возможность более подробно ознакомиться с таким явлением, как вибрация? Это БЖД. Его преподают в старших классах средней школы.

Параметры вибрации

Для характеристики колебательных движений используются такие величины:
- амплитуда, показывающая наибольшее отклонение от равновесного положения в метрах;
- частота колебаний, определяемая в Гц;
- число колебательных движений в течение секунды;
- скорость колебаний;
- период колебаний;
- ускорение колебаний.

Производственная вибрация

Вопросы о снижении уровня колебательных движений, негативно влияющих на организм человека, особенно актуальны на стадии разработки технологического процесса, невозможного без эксплуатации станков, машин и т. д. Но, тем не менее, производственная вибрация - это явление, которого на практике избежать невозможно. Возникает она из-за наличия зазоров, а также поверхностных контактов между отдельными механизмами и деталями. Возникает вибрация и при неуравновешенности элементов оборудования. Нередко колебательные движения многократно возрастают из-за резонансных явлений.

Проведение вибромониторингов

Для контроля и дальнейшего снижения уровня вибрации на производствах применяют специальную виброизмерительную контрольно-сигнальную аппаратуру. Она позволяет сохранить работоспособность устаревшего оборудования и увеличить срок эксплуатации новых станков и механизмов.

Всем известно, что технологический процесс любого промышленного предприятия требует участия большого количества вентиляторов, электрических машин и т. д. Для того чтобы оборудование не простаивало, технические службы должны проводить его своевременный текущий или капитальный ремонт. Это возможно при осуществлении контроля над уровнем вибрации, что позволяет своевременно обнаружить:
- разбалансировку ротора;
- износ подшипников;
- несоосность передач и другие неисправности и отклонения.

Аппаратура виброконтроля, установленная на оборудовании, выдает предупреждающие сигналы при аварийном повышении амплитуды колебания.

Воздействие вибрации на здоровье человека

Колебательные движения в первую очередь вызывают патологии нервной системы, а также тактильного, зрительного и вестибулярного аппаратов. Профессиональные водители автотранспортных средств и машинисты жалуются на недуги пояснично-крестцового отдела позвоночного столба. Данные патологии становятся следствием систематического воздействия толчковой и низкочастотной вибрации, возникающей на их рабочем месте.

Те, на кого в течение технологического цикла передаются колебательные движения оборудования, страдают от болей в конечностях, пояснице и в области желудка, а также от отсутствия аппетита. У них появляется бессонница, быстрая утомляемость и раздражительность. В целом картина воздействия общей вибрации на человека выражается в вегетативных расстройствах, сопровождающихся периферическими нарушениями в конечностях, снижением чувствительности и сосудистого тонуса.

Воздействие локальных приводит к спазмам сосудов предплечий и кисти. При этом конечности недополучают нужного количества крови. Вместе с этим локальная вибрация воздействует на костные и мышечные ткани, а также на находящиеся в них нервные окончания. Это приводит к снижению чувствительности кожи, к отложению солей в суставах, к деформации и снижению подвижности пальцев. Стоит сказать и о том, что колебательные движения, совершаемые в диапазоне резко снижают тонус капилляров, а при высоких частотах происходит спазм сосудов.

Иногда у рабочего возникает вибрация в ухе. Что это явление представляет собой? Дело в том, что частота колебательных движений, передающаяся от работающего оборудования, бывает самой разной. Однако на отдельно взятом предприятии существует довольно узкий диапазон таких значений. Это и приводит к появлению того или иного типа вибрации, а также сопутствующего ей шума. Так, звуки могут иметь низкую, среднюю и высокую частоту.

Когда же возникает вибрация в ухе? Что это состояние характеризует собой? Дело в том, что иногда оборудование создает колебательные движения, стоящие на одном уровне со слуховым восприятием. В итоге и возникает шум, передаваемый на внутренне ухо через тело рабочего и его кости.

На практике выделяют допустимый уровень вибрации. Это те ее значения, которые не оказывают негативного влияния на организм человека. Данные параметры зависят от многих факторов (от времени воздействия, предназначения помещения и т. д.) и измеряются амплитудой колебания, виброскоростью, виброускорением и частотой.

Наиболее опасные уровни вибрации

Особенности негативного воздействия колебательных движений на организм человека определяются характером их распространения при сочетании массы и упругих элементов. У человека, работающего стоя, это туловище, таз и нижняя часть позвоночника. У сидящего на стуле негативным воздействиям подвержена верхняя часть тела и позвоночника.

Влияние вибрации на здоровье человека определяется ее частотным спектром. Те ручные механизмы, колебательные движения которых ниже значения 35 Гц, способствуют появлению негативных изменений в суставах и костно-мышечной системе.

Самые опасные вибрации близки к органов человека. Это диапазон от 6 до 10 Гц. Колебания такой частоты также негативно влияют на психологическое здоровье. Такая частота вполне могла быть причиной гибели многих путешественников в Бермудском треугольнике. При значениях колебаний от 6 до 10 Гц у людей возникает чувство страха и опасности. Моряки при этом стремятся поскорее покинуть свое судно. Длительное воздействие вибрации способно привести к гибели экипажа. Это явление опасно для функционирования как отдельных органов, так и всего организма в целом. Оно нарушает работу ЦНС и обмен веществ.

Очень опасна вибрация с большой амплитудой. Она оказывает негативное воздействие на кости и суставы. При длительном воздействии и высокой интенсивности колебаний такая вибрация провоцирует развитие Эта профессиональная патология при определенных условиях переходит в церебральную форму, излечить которую практически невозможно.

Устранение колебательных движений

Как же избежать вибрации в теле? Что это должны быть за мероприятия, которые позволят сохранить здоровье человека? Существуют две основных группы подобных методов. Мероприятия первого из них призваны снизить вибрацию непосредственно в источнике ее появления. Такие действия, осуществленные на этапе проектирования, предусматривают применение бесшумного оборудования и правильный подбор режимов его работы. Во время строительства и дальнейшей эксплуатации производственных зданий эти мероприятия касаются мер по использованию технически исправного оборудования.

Второй метод снижения вибрации - ее устранение на пути распространения. Для этого осуществляется виброизоляция оборудования и воздуховодов, строятся виброизолирующие площадки, рабочие места оборудуются специальными ковриками и сиденьями. Кроме того, устранить вибрацию на пути ее распространения можно при выполнении целого комплекса акустических и архитектурно-планировочных мероприятий. В их числе:
- расположение источников вибрации в максимальном удалении от защищаемых объектов;
- целесообразное размещение оборудования;
- применение схемы виброизолированного и жесткого крепления агрегата и т. д.

Защита временем

Для того чтобы сохранить здоровье человека, работающего с ручными механизмами или оборудованием, передающим на тело колебательные движения, разрабатывают специальные режимы отдыха и труда. Так, существует ограничение времени контакта с машинами и механизмами до 1/3 смены. При этом обязательно устраивается два-три перерыва по 20-30 минут. Причем свободное от работы время в течение смены предусмотрено для проведения и разнообразных физиотерапевтических процедур.

Подобные режимы труда разрабатываются для виброопасных профессий и являются своеобразными профилактическими мероприятиями, направленными на сохранение здоровья человека.

Числовая вибрация имени

Контактируя с различными людьми, каждый из нас ведет себя совершенно по-разному. Причем все это зависит от отношения к собеседнику и от сложившейся ситуации. Мы презираем или уважаем, ненавидим или любим, прислушиваемся к их мнению или оно нам вовсе безразлично.

Если встретившийся на жизненном пути человек сдержан и немногословен, то такое поведение становится характерным и для нас. Весельчак и балагур, напротив, заставит смеяться и непременно поднимет настроение. Как же узнать ту индивидуальность человека, которая скрывается в глубине его души? Многое подскажет вибрация имени. Что это? Нумерологическое сложение согласных имени. При помощи этого способа можно определить характер родственников и супруга, друзей и любого человека, даже не зная той даты, когда он родился. Необходимо лишь знание 9 числовых вибраций, соответствующих имени. С их помощью можно подобрать ключик к человеческой душе и почувствовать себя настоящим магом. Недаром некоторые говорят, что это вибрация моего сердца. Ведь с помощью данного способа в руках человека появляется магическое оружие, которое принесет пользу тем, кто знает его силу воздействия и основное значение.

Буквы имени каждого человека скрывают в себе три значения его индивидуальности. Это числовая вибрация:
- гласных;
- согласных;
- суммы всех букв.

Данные числовые значения в совокупности дают характеристику самых важных сторон личности.

Существует и звуковая вибрация имени, ведь жизнь является непрерывным движением. Именно поэтому ей присуща своя вибрация. Своей собственной вибрацией обладает и каждое имя. В течении жизни ее значение постепенно передается и хозяину. Ученые полагают, что нижний порог таких вибраций находится на уровне 35000 колебаний в секунду, а верхний - на уровне 130000/сек. Те люди, которые обладают наиболее высоким коэффициентом, устойчивы к различного рода инфекциям. У них также наблюдаются высокие уровни моральных установок.

Вибрацию связывают с процессом колебаний, возникающим в различных физических условиях и относящимся к различным объектам. Среди них, в первую очередь нужно отметить материальные тела, совершающие механические движения относительно друг друга (поступательные или угловые). То есть можно выделить класс механических колебаний. Существуют колебания и другой физической природы: электрические колебания, тепловые колебания.

Вибрация представляет собой механическое колебательное движение, простейшим видом которого является гармоническое поступательное или крутильное колебание.

Основные параметры синусоидального поступательного колебания : частота в герцах (1 кол./с); изменяющиеся во времени вибросмещение Y(t); виброскорость V(t); виброускорение а(t). Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания Т(с). Для синусоидальных колебаний амплитудные (пиковые) значения виброскорости А V и виброускорения А а определяются по формулам

А V = 2p fА Y ; А а = (2p f) 2 A Y ,

где p – 3,14; f – частота, Гц; А Y – амплитуда вибросмещения, м.

Для крутильных колебаний вибросмещение, виброскорость и виброускорение выражаются в угловых единицах.

Для оценки вибрации используются также логарифмические уровни виброскорости L v и виброускорения L а , выражаемые в децибелах (Дб) и определяемые по формулам

Величина колебательной энергии, поглощенной телом человека Q, прямо пропорциональна площади контакта, времени воздействия и интенсивности раздражителя

где I – интенсивность вибрации, кгм/м 2 ×с; S – площадь контакта, м 2 ;
t – длительность воздействия, с.

Интенсивность вибрации, а, следовательно, колебательная энергия прямо пропорциональны квадрату колебательной скорости:

где V – среднеквадратичное значение колебательной скорости, м/с;
Z/S – модуль входного удельного механического импеданса (сопротивления) в зоне контакта, кг/с×м 3 .

Механический импеданс определяется как отношение амплитуды колебательной силы к амплитуде результирующей колебательной скорости в точке приложения этой силы.

В общем случае любая физическая величина, характеризующая вибрацию (например, виброскорость), является некоторой функцией времени:
V = V(t). Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечного числа синусоидальных колебаний (гармоник) с различными периодами и амплитудами. В случае периодического процесса частоты этих гармоник кратны основной частоте процесса: f n = nf 1 (n = 1, 2, 3, ... ; f 1 = 1/T – основная частота процесса).

Амплитуды гармоник определяют по известным формулам разложения в ряд Фурье. Если же процесс не имеет определенного периода (случайные или кратковременные одиночные процессы), то число таких синусоидальных составляющих становится бесконечно большим, а их частоты и амплитуды распределяются непрерывным образом, при этом амплитуды определяют разложением по формуле интеграла Фурье.

Таким образом, спектр периодического или квазипериодического колебательного процесса является дискретным (рис. 5.1, а, б), а случайного или кратковременного одиночного процесса – непрерывным (рис. 5.1, в).

Рис. 5.1. Спектры виброакустических параметров

Чаще всего в дискретном спектре наиболее ярко выражена основная частота колебаний. Если процесс представляет собой сложение нескольких периодических процессов, частоты отдельных составляющих в его спектре могут быть не кратными друг другу, т. е. имеет место квазипериодический процесс (см. рис. 5.1, б). Если процесс есть результат суммирования нескольких периодических и случайных процессов, спектр его является смешанным, т. е. изображается в виде непрерывного и дискретного спектров, наложенных друг на друга (рис. 5.1, г).

В силу специфических свойств органов чувств определяющими являются действующие значения параметров, характеризующих вибрацию. Так, действующее значение виброскорости есть среднеквадратичное мгновенных значений скорости V(t) за время усредненияТ у,которое выбирают с учетом характера изменения виброскорости во времени

Таким образом, для характеристики вибрации используют спектры действующих значений параметров или средних квадратов последних
V 2 = u 2 д. При оценке суммарного воздействия колебаний различных частот или отдельных источников следует иметь в виду, что при сложении некогерентных колебаний результирующую виброскорость (ускорение/смеще-ние) находят соответствующим суммированием мощностей отдельных составляющих спектра (или отдельных источников) или, что одно и то же, суммированием средних квадратов виброскорости

V 2 1 + V 2 2 + ... + V 2 n ,

где n – число составляющих в спектре.

В соответствии с этим результирующее действующее значение указанного параметра определяется выражением

Изображение непрерывного спектра требует обязательной оговорки о ширине Df элементарных частотных полос, к которым относится изображение. Если f 1 – нижняя граничная частота данной полосы частот,
f 2 – верхняя граничная частота, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота

В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибраций разбивают на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней (f 2 / f 1 = 2). Анализ и построение спектров параметров вибрации могут производиться также в третьоктавных (f 2 / f 1 = ) полосах частот.

В зависимости от характера контакта тела человека с источником производственной вибрации условно различают локальную и общую вибрацию.

Вибрация передаваемая на тело стоящего, сидящего или лежащего человека в точках его опоры (ступни ног, ягодицы, спина, голова) определяется как общая (рис. 5.2, а; 5.3). Вибрация, передаваемая преимущественно через руки человека (работающего) в местах контакта с управляемой машиной или обрабатываемым изделием, определяется как локальная (рис. 5.2, б; 5.4). В производственных условиях часто имеет место сочетание локальной и общей вибраций.

Смешанное воздействие с преобладанием локальной вибрации возникает при работе ряда ручных машин, когда передача колебаний по телу осуществляется не только через верхние, но и через нижние конечности, грудь, спину и другие части тела в зависимости от рабочей позы и конструкции инструмента.

Локальную вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат Х л, Y л, Z л , (рис. 5.2, б), где ось Х л параллельна оси места охвата источника вибрации (рукоятки, ложемента, рулевого колеса, рычага управления, удерживаемого в руках обрабатываемого изделия и т. п.), ось Y л перпендикулярна ладони, а ось Z л лежит в плоскости, образованной осью Х л и направлением подачи или приложения силы (или осью предплечья, когда сила не прикладывается).

Рис. 5.2. Направление координатных осей при действии вибрации : а – общей (положение стоя и сидя); б – локальной (охват цилиндрических и сферических
поверхностей)

По источнику возникновения общую вибрацию классифицируют на категории:

· общую вибрацию 1-й категории – транспортную вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах самоходных и прицепных машин, транспортных средств при движении по местности, агрофонам и дорогам (в том числе при их строительстве). К источникам транспортной вибрации относят: тракторы сельскохозяйственные и промышленные, самоходные сельскохозяйственные машины (в том числе комбайны); автомобили грузовые (в том числе тягачи, скреперы, грейдеры, катки и т. д.); снегоочистители; самоходный горно-шахтный рельсовый транспорт;

· общую вибрацию 2-й категории – транспортно-технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах машин, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок. К источникам транспортно-технологической вибрации относят: экскаваторы (в том числе роторные); краны промышленные и строительные; машины для загрузки (завалочные) мартеновских печей в металлургическом производстве; горные комбайны, шахтные погрузочные машины, самоходные бурильные каретки; путевые машины, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт;

· общую вибрацию 3-й категории – технологическую вибрацию, воздействующую на человека на рабочих местах стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. К источникам технологической вибрации относят: станки металло- и деревообрабатывающие; кузнечно-прессовое оборудование; литейные машины; электрические машины, стационарные электрические установки; насосные агрегаты и вентиляторы; оборудование для бурения скважин, буровые станки; машины для животноводства, очистки и сортировки зерна (в том числе сушилки); оборудование промышленности стройматериалов (кроме бетоноукладчиков); установки химической и нефтехимической промышленности и др.

а) на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;

При нормировании общую вибрацию определяют по направлению вдоль осей ортогональной системы координат Х о, Y о, Z о (см. рис. 5.2, а), где Х о (от спины к груди) и Y о (от правого плеча к левому) – горизонтальные оси, направленные параллельно опорным поверхностям; Z о – вертикальная ось, перпендикулярная опорным поверхностям тела в местах его контакта с сиденьем, полом и т. п.

В отличие от рассмотренных направлений координатных осей и параметров оценки вибрации, в новых национальных стандартах , созданных в соответствии с законом о техническом регулировании, при оценке вибрации, воздействующей на человека, предложена базицентрическая система координат и параметры еe оценки.

Общую вибрацию измеряют в направлении осей системы координат с центром в точке контакта тела человека с вибрирующей поверхностью в базицентрической системе координат, как показано на рис. 5.3. При этом относительно координатных осей X, Y, Z сидящего человека оцениваются также угловые (крутильные) колебания в направлениях r x , r y , r z .

Рис. 5.3. Базицентрическая система координат
для тела человека при измерении общей вибрации по : а – положение сидя; б – поло-
жение стоя; в – положение лежа

Локальную вибрацию следует измерять в направлении осей ортогональной системы координат, как показано на рис. 5.4. Из практических соображений эту систему координат удобно задавать относительно соответствующей базицентрической системы координат. В случае измерения локальной вибрации положение базицентрической системы координат определяется предметом – обрабатываемой деталью, рукояткой инструмента или рычагом устройства управления, через который вибрация передается на сжатую кисть.


а)	б)

Рис. 5.4. Система координат, связанная с кистью руки при измерении локальной вибрации по : а – положение «сжатая ладонь» (кисть обхватывает цилиндрическую рукоятку); б – положение «плоская ладонь» (кисть нажимает на сферическую поверхность);
обозначения: – биодинамическая система координат;
– базицентрическая система координат

Центром биодинамической системы координат является головка третьей пястной кости. Ось z h определена как продольная ось третьей пястной кости с положительным направлением в сторону кончика пальца. Ось х h проходит через начало координат, перпендикулярна к оси z h и направлена вверх, когда кисть находится в нормальном анатомическом положении (ладонью вверх). Ось y h перпендикулярна к двум другим осям и положительно направлена в сторону большого пальца. На практике обычно используют базицентрическую систему координат, получаемую вращением системы координат в плоскости (y – z) таким образом, чтобы ось y h была параллельна оси предмета, удерживаемого кистью руки (например, рукоятки).

В соответствии с для нормирования и оценки вибрации (в том числе общей низкочастотной в диапазоне от 0,1 до 0,5 Гц) должны применяться следующие параметры корректированного ускорения.

1. Среднеквадратичное значение корректированного ускорения a w (м/с 2): усредненная по времени поступательная или угловая вибрация, определяемая формулой

где a w (x) – текущее значение корректированного ускорения (поступательного или углового) как функция времени x; T – период измерений.

2. Уровень корректированного ускорения : уровень среднеквадратичного значения корректированного ускорения, дБ, определяемый формулой

где a w – среднеквадратичное значение корректированного ускорения, м/с 2 ; a 0 – опорное значение ускорения, равное 10 –6 м/с 2 (по ИСО 1683:1983).

3. Текущее среднеквадратичное значение корректированного ускорения : среднеквадратичное значение корректированного ускорения в момент времени t, определяемое формулой

где – текущее значение корректированного ускорения в момент времени x; q – период интегрирования; t – текущее время.

Примечание. В качестве аппроксимации линейного усреднения может быть использовано экспоненциальное усреднение, определяемое формулой

где t – постоянная времени экспоненциального усреднения.

4. Максимальное кратковременное среднеквадратичное значение (корректированного ускорения) MTVV : максимальное значение текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения для периода интегрирования q, равного 1 с.

5. Доза укачивания MSDV : величина, представляющая собой интеграл квадрата корректированного ускорения , выражаемая в м/с 1,5 и определяемая формулой

где Ф – общий период времени, в течение которого наблюдают низкочастотные колебания, вызывающие укачивание (болезнь движения).

Примечание. Доза укачивания может быть получена из среднеквадратичного значения корректированного ускорения умножением на коэффициент Ф 1/2 . Если не определено иначе, время воздействия Ф принимают равным периоду измерений Т.

6. Доза вибрации VDV : величина, представляющая собой интеграл четвертой степени корректированного ускорения , выражаемая в м/с 1,75 и определяемая формулой

где Ф – общее время воздействия вибрации.

7. Полная вибрация a v : суммарная вибрация по трем осям поступательного движения, определяемая формулой

где a wx , a wy и a wz – среднеквадратичные значения корректированного ускорения в направлении трех ортогональных измерительных осей x, y и z соответственно; k x , k y и k z – поправочные множители (коэффициенты), значения которых зависят от целей измерения.

8. Пиковое значение : максимальное значение модуля корректированного ускорения на периоде измерения.

При оценке общей вибрации (по ГОСТ 31319-2006) для каждой i-й операции измерению (оценке) подлежат следующие основные параметры:

– среднеквадратичное значение корректированного виброускорения a wi , м/с 2 , вдоль каждой из трех осей системы координат, связанной с опорной поверхностью;

– общая длительность T i воздействия вибрации в процессе выполнения i-й операции в течение рабочего дня.

Для каждого направления l значение эквивалентного виброускорения
А l (8), м/с 2 , определяют по формуле

где a l wi – среднеквадратичное значение корректированного виброускорения, определенное на интервале времени T i ; k x = k y = 1,4 для направлений x и y; и k z = 1 для направления z; l – индекс, указывающий направление измерений (оценки) вибрации (x, y или z); T 0 – опорный период времени, равный 8 ч (28 800 с).

Примечания:

1) ГОСТ 31191.1 допускает проводить оценку общей вибрации на основе значения дозы вибрации VDV i , рассчитанной для того же периода времени T 0 и направления l , вместо A l (8). Использование значения дозы вибрации вместо значения эквивалентного виброускорения приводит, как правило, к другой оценке риска вибрационного воздействия;

2) значения k l в направлениях x и y основаны на чувствительности к вибрации сидящего человека (ГОСТ 31191.1) и распространены на другие возможные позы (например, положение стоя);

3) при наличии отчетливо выраженного доминирующего направления действия вибрации допускается проводить измерения только в этом направлении.

Долю отдельной операции или рабочего цикла i в значении эквивалентного виброускорения определяют по формуле

При оценке локальной вибрации (ГОСТ 31192.1-2004) основной величиной, используемой для описания уровня вибрации, является среднеквадратичное значение корректированного виброускорения. Измерения корректированного виброускорения требуют применения соответствующих полосовых и весовых фильтров. Применение частотной коррекции W h исходит из того, что вибрация на разных частотах по-разному влияет на степень получаемых повреждений.

Измерения необходимо проводить во всех трех направлениях. При этом отдельно должны быть зафиксированы среднеквадратичные значения корректированных виброускорений , , .

Полную вибрацию a hv определяют как корень из суммы квадратов трех составляющих вибрации:

5.2. Действие вибрации на организм

В производственных условиях ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии (максимальный уровень виброскорости) в полосах низких частот (до 35 Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечного, опорно-двигатель-ного аппаратов. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают главным образом сосудистые расстройства с наклонностью к спазму периферических сосудов. При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8–10 лет (формовщики, бурильщики с электросверлами), при воздействии высокочастотной вибрации – через 5 и менее лет (шлифовщики, рихтовщики).

Локальная вибрация широкого спектра преимущественно средне-высокочастотная (35...125 Гц и более) чаще с неравномерным распределением максимальных уровней по ширине спектра энергии и наличием импульсного удара (клепка, обрубка, бурение) вызывает различную степень сосудистых, нервно-мышечных, костно-суставных и других нарушений. Повышенная локальная вибрация может приводить к нарушениям потоков крови в периферических сосудах рук, неврологических и локомоторных функций кисти и всей руки. По оценкам от 1,7 % до 3,6 % рабочих развитых стран подвергаются потенциально опасному воздействию локальной вибрации. Термин «синдром локальной вибрации» широко используют для определения нарушений деятельности периферических сосудов, неврологических и мышечно-скелетных повреждений, обусловленных воздействием локальной вибрации. Проявления неврологических или сосудистых нарушений у рабочих, подверженных воздействию такой вибрации, могут носить как индивидуальный, так и групповой характер. В некоторых странах, в том числе в РФ, болезни сосудов и суставов, вызванные действием локальной вибрации, причислены к профессиональным заболеваниям с соответствующим возмещением нанесенного здоровью ущерба. Сроки развития патологии при воздействии подобной вибрации – от 3 до 8 лет.

Возникновение и развитие вибрационной болезни обусловлены сложным взаимодействием рефлекторно развивающихся изменений в деятельности различных отделов нервной системы. Большую роль в характере реакций организма играют сопутствующие факторы: микротравматизация, охлаждение, статическое мышечное усилие, пониженное атмосферное давление, производственный шум.

5.3. Гигиеническое нормирование вибрации

Значения нормируемых параметров вибрации, полученные в результате измерений на рабочих местах, непосредственно сравнивают с гигиеническими нормативами. Гигиеническая оценка постоянной и непостоянной вибрации, воздействующей на человека, производится следующими методами :

· частотным (спектральным) анализом нормируемого параметра;

· интегральной оценкой по частоте нормируемого параметра;

· интегральной оценкой с учетом времени вибрационного воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемого параметра;

· дозной оценкой.

Нормируемые параметры указываются для определенного диапазона частот:

· для локальной вибрации в виде октавных полос со среднегеометрическими частотами: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

При частотном (спектральном) анализе нормируемыми параметрами являются cредние квадратические значения виброскорости v и виброускорения а или их логарифмические уровни L v , L a , измеряемые в октавных и треть октавных полосах частот.

При интегральной оценке по частоте нормируемым параметром является корректированное значение виброскорости и виброускорения U или их логарифмические уровни L U , измеряемые с помощью корректирующих фильтров или вычисляемые по формулам

или ,

где U i , L Ui – средние квадратические значения виброскорости или вибро-ускорения (или их логарифмические уровни) в i-й частотной полосе; n – число частотных полос (1/3 или 1/1 октав) в нормируемом частотном диапазоне; K U i , L ki – весовые коэффициенты для i-й частотной полосы соответственно для абсолютных значений или их логарифмических уровней, определяемые для локальных и для общих вибраций по таблицам, т. е. корректированный уровень вибрации – одночисловая характеристика вибрации, определяемая как результат энергетического суммирования уровней вибрации в октавных полосах частот с учетом октавных поправок.

При интегральной оценке вибрации с учетом времени ее воздействия по эквивалентному (по энергии) уровню нормируемым параметром является эквивалентное корректированное значение виброскорости или виброускорения U экв или их логарифмический уровень L U экв, измеренные или вычисленные по формулам

или L U экв

где U i – корректированное по частоте значение контролируемого параметра виброскорости (v, L v), м/с или виброускорения (a, L a), м/с 2 ; t i – время действия вибрации, ч;

где n – общее число интервалов действия вибрации.

Следовательно, эквивалентный (по энергии) корректированный уровень изменяющейся во времени вибрации – это корректированный уровень постоянной во времени вибрации, которая имеет такое же среднеквадратичное корректированное значение виброускорения и/или виброскорости, что и данная непостоянная вибрация в течение определенного интервала времени.

Доза вибрации D определяется по формуле

где – корректированное по частоте значение контролируемого параметра в момент времени t, м/с –2 или м/с –1 ; m – показатель эквивалентности физиологического воздействия вибрации, устанавливаемый санитарными нормами.

Предельно допустимые величины нормируемых параметров производственной локальной вибрации при длительности вибрационного воздействия 480 мин (8 ч) приведены в табл. 5.1.

Работа в условиях воздействия вибрации с уровнями, превышающими санитарные нормы более чем на 12 дБ (в 4 раза) по интегральной оценке или в какой-либо октавной полосе, не допускается.

Таблица 5.1

Предельно допустимые значения производственной локальной вибрации

Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц	Предельно допустимые значения по осям Х л, Y л, Z л
виброускорения	виброскорости
м/с 2	дБ	м/с×10 –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
	89,0		1,4
Корректированные и эквивалентные корректированные значения и их уровни	2,0		2,0

Предельно допустимые величины нормируемых параметров вибрации рабочих мест при длительности вибрационного воздействия 480 мин (8 ч) для вибрации категории 1 (транспортной вибрации) приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Предельно допустимые значения вибрации рабочих мест


м/c	дБ
в 1/3 октаве	в 1/1 октаве	в 1/3 октаве	в 1/1 октаве
Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o
0,80	0,70	0,22	–	–			–	–
1,00	0,63	0,22	1,10	0,40
1,25	0,56	0,22	–	–			–	–
1,60	0,50	0,22	–	–			–	–
2,00	0,45	0,22	0,79	0,45
2,50	0,40	0,28	–	–			–	–
3,15	0,35	0,35	–	–			–	–
4,00	0,32	0,45	0,56	0,79
5,00	0,32	0,56	–	–			–	–
6,30	0,32	0,70	–	–			–	–
8,00	0,32	0,89	0,63	1,60

Окончание табл. 5.2

Средне-геометри-ческие частоты полос, Гц	Предельно допустимые значения виброускорения
м/c	дБ
в 1/3 октаве	в 1/1 октаве	в 1/3 октаве	в 1/1 октаве
Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o	Z o	X o ,Y o
10,00	0,40	1,10	–	–			–	–
12,50	0,50	1,40	–	–			–	–
16,00	0,63	1,80	1,10	3,20
20,00	0,79	2,20	–	–			–	–
25,00	1,00	2,80	–	–			–	–
31,50	1,30	3,50	2,20	6,30
40,00	1,60	4,50	–	–			–	–
50,00	2,00	5,60	–	–			–	–
63,00	2,50	7,00	4,50	13,00
80,00	3,20	8,90	–	–			–	–
Корректированные и эквивалентные корректи-рованные значения и их уровни	–	–	0,56	0,40	–	–

5.4. Профилактика вибропоражений

Задачей обеспечения вибрационной безопасности является предотвращение условий, при которых воздействие вибрации могло бы привести к ухудшению состояния здоровья работников, в том числе к профессиональным заболеваниям, а также к значительному снижению комфортности условий труда (особенно для лиц профессий, требующих при выполнении производственного задания исключительного внимания во избежание возникновения опасных ситуаций, например, водителей транспортных средств).

Концепция вибрационной безопасности, принятая в странах Европейского Союза (ЕС) и в Российской Федерации, заключается в том, что на изготовителя машины – источника вибрации, ложится ответственность за характеристики этой машины, непосредственно влияющие на условия ее безопасного применения. После того как изготовитель выполнил свои обязательства и заявил требуемые характеристики машины, последней открывается беспрепятственный доступ на национальный и международные рынки. Дальнейшая ответственность за правильный выбор машин и правильное их применение лежит на работодателе.

К организационно-техническим мероприятиям по профилактике вибропоражений относятся: замена операций, требующих применения ручных машин, автоматизацией процессов и их дистанционным управлением; максимальное применение прессовой и односторонней клепки взамен ударной; уменьшение удельного веса обрубных работ за счет внедрения точного литья, дробеструйной чистки литья, газопламенной резки и электроискровой и электрохимической обработки; применение самоходного оборудования с автоматическим управлением взамен ручного бурения; механизация процессов ручной формовки; дистанционное управление бетоноукладчиков и пр., а также планово-предупредительный ремонт и контроль вибрационных параметров.

Планово-предупредительный ремонт и контрольвибрационных параметров заключается в том, что ручные машины, находящиеся в эксплуатации, не реже чем 1 раз в 6 мес должны проверяться на соответствие их вибрационных параметров паспортным данным. Все результаты контрольных измерений вибрации машины, отметки о ремонте и профилактике вносятся в специальный журнал и индивидуальный паспорт машины. Ручные машины должны быть индивидуально закреплены за работающими, храниться в специально отведенных местах, регулярно подвергаться смазке.

К техническим мероприятиям относится создание новых конструкций инструментов и машин, вибрация которых не должна выходить за пределы безопасной для человека, а усилие, прикладываемое руками работающего к ручной машине, должно быть в пределах 15...20 кг, создание клепальных, рубильных, отбойных, бурильных и других конструкций, в которых используются различные принципы виброзащиты: изменение внутреннего цикла работы молотков, выбор рациональных параметров ударного узла, применение различных демпфирующих приспособлений.

Для защиты левой руки от вибрации вставного инструмента применяются виброгасящие насадки из губчатой резины, пластмассы в комбинации с пружинными амортизаторами, подобные насадки используются и для защиты от вибрации рукояток шлифовальных машин. Уменьшения вибрации шлифовальных и других инструментов вращательного действия можно добиться тщательной регулярной балансировкой абразивных кругов и насадок, регулярной заменой кругов с нарушенными поверхностями, создающими дисбаланс.

Для уменьшения вибрации, передаваемой на рабочие места, применяются специальные амортизирующие сиденья, площадки с пассивной пружинной изоляцией, резиновые, поролоновые и другие виброгасящие настилы.

Расчет фундаментов и виброизоляционных средств на стадии проектирования является кардинальным средством снижения общей вибрации при установке мощных машин и агрегатов.

Гигиенические, лечебно-профилактические и правовые мероприятия. В соответствии с рекомендациями к разработке положения о режиме труда работников виброопасных профессий общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарной норме, на протяжении смены не должно превышать 2/3 длительности рабочего дня. Операции должны распределяться между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного воздействия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15–20 мин. Рекомендуются при этом два регламентированных перерыва (для активного отдыха, проведения производственной гимнастики по специальному комплексу, гидропроцедур): 20 мин (через 1–2 ч от начала смены) и 30 мин (через 2 ч после обеденного перерыва).

Режим труда должен устанавливаться при показателе превышения вибрационной нагрузки на оператора не менее 1 дБ (в 1,12 раза), но не более 12 дБ (в 4 раза).

При показателе превышения более 12 дБ (в 4 раза) запрещается проводить работы и применять машины, генерирующие такую вибрацию.

К работе с вибрирующими машинами и оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет, получившие соответствующую квалификацию и сдавшие технический минимум по правилам безопасности выполнения работ. При приеме на работу они должны проходить предварительный медицинский осмотр, а в процессе работы – периодические осмотры не реже 1 раза в год в соответствии с приказом министра здравоохранения.

Работа с вибрирующим оборудованием, как правило, должна проводиться в отапливаемых помещениях с температурой воздуха не менее 16 °С при влажности 40...60 % и скорости его движения не более 0,3 м/с. При невозможности создания подобных условий (работа на открытом воздухе, подземные работы и т. п.) для периодического обогрева должны быть предусмотрены специальные отапливаемые помещения с температурой воздуха не менее 22 °С, относительной влажностью 40...60 % и скоростью движения воздуха 0,3 м/с. В случае необходимости соприкосновения с холодным металлом следует пользоваться теплыми рукавицами.

Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминопрофилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В; никотиновая кислота), спецпитание. Целесообразно проведение в середине или в конце рабочего дня 5–10-минутных гидропроцедур, сочетающих ванночки при температуре воды 38 °С и самомассаж для верхних конечностей.

Средства индивидуальной защиты. В качестве индивидуальных средств защиты от вибрации применяются гасящие вибрацию рукавицы и специальная обувь. В настоящее время требования к защитным рукавицам и обуви с применением упруго-демпфирующих материалов регламентируются специальными ГОСТами. Стандартизируются эффективность гашения вибрации, толщина упруго-демпфирующего материала, преимущественная область применения и другие требования к защитным изделиям этого типа.

Контрольные вопросы к главе 5

1. В каких отраслях промышленности, и при каких технологических операциях встречается вибрация, как фактор производственной среды?

2. Какое оборудование является источником вибрации, и каковы виброакустические характеристики этого оборудования?

3. По каким причинам при работе, в процессе эксплуатации различного оборудования возможно повышение уровня вибрации (колебательной скорости)?

4. Дайте характеристику основных параметров вибрации.

5. В чем разница между абсолютными значениями параметров вибрации и их уровнями?

6. От чего зависит величина колебательной энергии, поглощенной телом человека?

7. Как связаны интенсивность вибрации, а, следовательно, колебательная энергия с колебательной скоростью?

8. Что характеризует механический импеданс?

9. Что понимается под стандартной среднегеометрической частотой в виброакустике?

10. Как подразделяют вибрацию в зависимости от характера контакта тела рабочего с источником вибрации?

11. В направлении каких координатных осей указывают значения нормируемых параметров для общей и локальной вибраций?

12. Что относят к факторам, усугубляющим воздействие вибрации ручных машин на организм человека?

13. Как подразделяют общую вибрацию по источнику возникновения вибрации?

14. К чему приводит воздействие вибрации на организм человека?

15. Какие параметры являются нормируемыми для вибрации?

16. Какие методы гигиенического нормирования вибрации Вы знаете?

17. Какие мероприятия применяются для профилактики неблагоприятного действия вибрации на организм человека?

18. Как влияет частотный состав вибрации на эффективность инженерно-технических мероприятий по снижению ее уровня?

19. Какие применяются средства индивидуальной защиты от вибрации?

Библиографический список к главе 5

1. СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. – М.: Минздрав России, 1997.

2. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.

3. ГОСТ 12.1.012-2004 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.

4. ГОСТ 31191.1-2004 (ИСО 2631-1:1997) Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. – Ч. 1. Общие требования

5. ГОСТ 31192.1-2004 (ИСО 5349-1:2001) Вибрация. Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. – Ч. 1. Общие требования

6. Вибрация в технике: справочник. – Т. 4. Вибрационные процессы и машины / под ред. Р. Левендела. – М.: Машиностроение, 1981. – 509 с.

7. Вибрация в технике: справочник. – Т. 6. Защита от вибрации / под ред. К.В. Фролова. – М.: Машиностроение, 1981. – 456 с.

Глава 6. Шум. инфразвук и ультразвук

Под шумом как гигиеническим фактором принято подразумевать совокупность слышимых звуковых волн, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающих его работе и отдыху. Ультразвук и инфразвук – это также совокупность звуковых волн, но не слышимых человеком, однако оказывающих неблагоприятное энергетическое воздействие на человека.

В настоящее время акустические факторы, особенно шум, становятся наиболее распространенными социально-гигиеническими факторами внешней, как бытовой, так и производственной среды в связи с расширением сферы потребления, интенсификацией и механизацией технологических процессов, развитием дизелестроения, реактивной авиации, транспорта, строительных технологий. Введение новых высокопроизводительных видов бытового и производственного оборудования с постоянным увеличением скоростей движения машин и механизмов, широкое применение пневматического инструмента различного назначения, расширение станочного парка создают предпосылки для возникновения новых источников интенсивного шума, инфразвука и ультразвука и усиления их интенсивности при интенсификации существующих ранее технологических процессов.

Негативное вибрационное воздействие

Виброакустические колебания - это упругие колебания твердых тел, газов и жидкостей, возникающие в рабочей зоне при работе технологического оборудования, движении технологических транспортных средств, выполнении разнообразных технологических операций. Вибрация - это малые механические колебания, возникающие в упругих телах.

Источниками вибрации могут являться:

возвратно-поступательные движущиеся системы - кривошипно-шатунные механизмы, перфораторы, вибротрамбовки, виброфармовочные машины и др.;
неуравновешенные вращающиеся массы - режущий инструмент, дрели, шлифовальные машины, технологическое оборудование;
ударное взаимодействие сопрягаемых деталей - 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.

Область распространения вибрации называется вибрацион ной зоной.

Параметры, характеризующие вибрацию. Вибрация характеризуется скоростью (v , м/с) и ускорением (а, м/с 2) колеблющейся твердой поверхности. Обычно эти параметры называют вибро скоростью и виброускорением.

Величины виброскорости и виброускорения, с которыми приходится иметь дело человеку, изменяются в очень широком диапазоне. Оперировать с цифрами большого диапазона очень неудобно. Кроме того, органы человека реагируют не на абсолютное изменение интенсивности раздражителя, а на его относительное изменение. В соответствии с законом Вебе ра-Фехнера, ощущения человека, возникающие при различного рода раздражениях, в частности вибрации, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому в практику введены логарифмические величины - уровни виброскорости и виброускорения:

L v = 10 lg(v 2 / v 0 2) = 20 lg(v / v 0), L а = 10 lg(а/ а 0).

Измеряются уровни в специальных единицах - децибелах (ДБ). За пороговые значения виброскорости и виброускорения приняты стандартизованные в международном масштабе величины:

v 0 = 5 ∙ 10 -8 м/с, а 0 = 3 ∙10 -4 м/с 2 .

Важной характеристикой вибрации является его частота (f ) - количество колебаний в единицу времени. Частота измеряется в герцах (Гц, 1/с) - количестве колебаний в секунду. Частоты производственных вибраций изменяются в широком диапазоне: от 0,5 до 8000 Гц. Время, в течение которого происходит одно колебание, называется периодом колебания Т (с): Т = 1/ f . Максимальное расстояние, на которое перемещается любая точка вибрирующего тела, называется амплитудой или амплитудой виброперемещения А (м). Для гармонических колебаний связь между виброперемещением, виброскоростью и виброускорением выражается формулами

v= 2π fA, a=(2 π f) 2 A,

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 , f 1 / f 2 = 2. Октавная полоса характеризуется ее среднегеометрической частотой.

Среднегеометрические частоты октавных полос частот вибрации стандартизованы

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 вибраций (рис.). Производственную вибрацию классифицируют по следующим признакам:

способ передачи вибрации;
направление действия вибрации;
временная характеристика вибрации;
характер спектра вибрации;
источник возникновения вибрации.

Рис. . Классификация производственных вибраций

По способу передачи вибрацию подразделяют на общую и ло кальную . Общая вибрация передается через опорные поверхности на все тело сидящего или стоящего человека. Локальная вибрация передается на руки или отдельные участки тела человека, контактирующие с вибрирующим инструментом или вибрирующими поверхностями технологического оборудования.

По направлению действия вибрация подразделяется на:

вертикальную вибрацию;
горизонтальную вибрацию - от спины к груди;

горизонтальную вибрацию - от правого плеча к левому плечу.

Направление действия вертикальной и горизонтальной вибрации на человека представлено на рис. .

Рис. . Направление координат осей при действии общей вибрации: а - положение стоя; б - положение сидя; ось Z 0 - вертикальная, перпендикулярная опорной поверхности; ось Х 0 - горизонтальная от спины и груди; ось Y 0 - горизонтальная от правого плеча к левому

По временным характеристикам вибрации подразделяются на:

постоянные вибрации, для которых величина виброскорости изменяется не более чем на 6 дБ;

непостоянные вибрации, для которых величина виброскорости изменяется не менее чем на 6 дБ; при этом непостоянные вибрации дополнительно различаются на колеблю щиеся, для которых уровень виброскорости изменяется во времени непрерывно; прерывистые, когда контакт человека с вибрирующей поверхностью прерывается, причем длительность интервалов в течение которых имеет место контакт с вибрацией не превышает 1 с; импульсные - состоящие из одного или нескольких вибрационных воздействий, каждый длительностью менее 1 с.

По спектру вибрации подразделяются на:

узкополосные , у которых уровни виброскорости на отдельных частотах или диапазонах частот более чем на 15 дБ превышают значения в соседних диапазонах;
широкополосные, у которых отсутствуют выраженные частоты или узкие диапазоны частот, на которых уровни виброскорости превышают более чем на 15 дБ уровни соседних частот.

Кроме того, по частотному спектру вибрации подразделяют па: 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 несколько категорий:

категория 1 - транспортная вибрация , воздействующая на человека на рабочих местах транспортных средств при их движении по местности;
категория 2 - 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 3 - технологическая вибрация , воздействующая на человека на рабочих местах стационарных машин и технологического оборудования или передающаяся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.

Воздействие вибрации

Вибрация проявляет свое разрушительное влияние на структуру любых организмов, систем, строений и материалов. В зависимости от частоты вибрационных колебаний могут наступить резонансные явления, обусловленные совпадением частоты вибраций с собственной частотой систем и приводящие с течением времени к неизбежному разрушению этих систем. Вообще, негативное воздействие вибрации на любые материалы проявляется в ослаблении межмолякулярных связей, и, как следствие, последующем образовании в структуре материала микротрещин, перерастающих с течением времени в макроразрушения конструкции. Именно таким образом реагируют на длительные вибрационные воздействия строительные и промышленные здания, элементы которых просто разваливаются.

Вибрация относится к вредным факторам, обладающим высокой биологической активностью.

Вибрационная патология стоит на втором месте (после пылевых) среди профессиональных заболеваний.

При действии на организм общей вибрации страдают в первую очередь нервная система и анализаторы: вестибулярный, зрительный, тактильный.

У рабочих, чья профессия связана с вибрацией, отмечаются головокружения, расстройства координации движений, симптомы укачивания, вестибулярно-вегетативная неустойчивость. Нарушение зрительной функции проявляется сужением и выпадением отдельных участков полей зрения, снижением остроты зрения, иногда до 40%, субъективно - потемнением в глазах: Под влиянием общих вибраций отмечается снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности.
Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравмы различных тканей с последующими реактивными изменениями. Общая низкочастотная вибрация влияет на обменные процессы, проявляющиеся в изменении углеводного, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обменов, биохимических показателей крови. Для водителей машин, трактористов, бульдозеристов, машинистов экскаваторов, подвергающихся воздействию низкочастотной и толчкообразной вибраций, характерны изменения в пояснично-крестцовом отделе позвоночника. Рабочие часто жалуются на боли в пояснице, конечностях, в области желудка, на отсутствие аппетита, бессонницу, раздражительность, быструю утомляемость. В целом картина воздействия низко- и средне-частотной вибрации выражается общими вегетативными расстройствами с периферическими нарушениями, преимущественно в конечностях, снижением сосудистого тонуса и чувствительности.

Бич современного производства, особенно машиностроения, - локальная вибрация. От нее страдают главным образом люди, работающие ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушает снабжение конечностей кровью. Одновременно колебания действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани, вызывают снижение костной чувствительности, отложение солей в суставах пальцев, деформацию и уменьшение подвижности суставов. Колебания низких частот вызывают резкое снижение тонуса капилляров, а колебания высоких частот - спазм сосудов.

Сроки развития периферических расстройств зависят не столько от уровня, сколько от дозы вибрации в течение рабочей смены. Преимущественное значение имеет время непрерывного контакта с источником вибрации и суммарное время воздействия вибрации за смену. Длительное систематическое воздействие вибрации приводит к развитию вибрационной болезни, которая включена в список профессиональных заболеваний.

К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибраций на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, неблагоприятные климатические условия, особенно пониженная температура, шум высокой интенсивности, психоэмоциональный стресс. Охлаждение и смачивание рук значительно повышают риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций.

Действие вибрации на человека зависит от частоты и уровня вибрации, продолжительности воздействия, места приложения вибрации, направления оси вибрационного воздействия, индивидуальных способностей организма человека воспринимать вибрацию, условий возникновения резонанса и ряда других условий. Колебательные процессы присущи живому организму, в частности человеку - ритмичные колебания сердца, крови, биотоков мозга. Внутренние органы человека (печень, почки, желудок, сердце и т. д.) можно рассматривать как колебательные системы с упругими связями. Собственная частота внутренних органов f 0 = 3...6 Гц. Собственная частота головы человека относительно плечевого пояса - 25...30 Гц, относительно основания, на котором находится человек, - 4...6 Гц. 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. При этом могут возникнуть болевые ощущения в отдельных органах (которые, например, могут наблюдаться при длительной езде по ухабистой дороге на машине с плохой амортизацией), а при очень высоких уровнях вибрации - даже травмы, разрывы связок, артерий. Явление резонанса для человека возникает при низкочастотной вибрации. Колебания с частотой менее 0,7 Гц получили название качки. Качка не вызывает серьезных нарушений в организме человека, но происходят нарушения в вестибулярном аппарате человека, а у людей со слабым вестибулярным аппаратом может возникнуть так называемая морская болезнь , при которой возникает головокружение, тошнота, рвота. После прекращения качки это состояние через некоторое время исчезает.

При частотах вибрации менее 16 Гц кроме явлений резонанса у человека возникает подавленное состояние, чувство страха, тревоги, угнетается центральная нервная система. При воздействии вибрации в организме человека происходят функциональные и физиологические изменения, представленные в табл. .

Таблица. Изменения в организме человека при воздействии вибрации

Вид изменений в организме

Симптомы

Результат воздействия

Функциональные

Повышенная утомляемость;

Увеличение времени двигательных реакций;

Увеличение времени зрительных реакций;

Нарушение вестибулярных реакций и координации движений

Снижение производительности и качества труда

Возникновение травм, связанных с заторможенной реакцией человека на изменение обстановки

Физиологические

Развитие нервных болезней;

Нарушение функций сердечно-сосудистой системы;

Нарушение функций опорно-двигательного аппарата;

Поражение мышечных тканей и суставов;

Нарушение функций органов внутренней секреции

Возникновение виброболезни

Вибрационная болезнь (виброболезнь) - профессиональное заболевание, вызванное длительным воздействием на организм вибрации. Впервые виброболезнь описана итальянским врачом Дж. Лоригой в 1911 г.

Формы виброболезни

Периферическая

(возникает при воздействии локальной вибрации)

Церебральная

(возникает при воздействии общей вибрации)

Смешанная

(возникает при совместном воздействии общей и локальной вибрации)

Таблица. Симптомы стадий виброболезни

Стадии виброболезни	Форма виброболезни. Вид вибрации	Симптомы
1 - начальная	Церебральная Общая	Нарушения сна, эмоциональная неустойчивость, легкие нарушения чувствительности, пониженная температура ног, болезненность в икрах, утомляемость ног, незначительные изменения периферических нервных окончаний и сосудов ног
1 - начальная	Периферическая Локальная	Периодические нерезко выраженные боли в руках, легкие расстройства болевой и вибрационной чувствительности пальцев, незначительные изменения мышц плечевого пояса
II - умеренно-выраженная	Церебральная Общая	Головокружение, непереносимость тряски, частые головные боли, изменения в вестибулярном аппарате, нарушения в центральной нервной системе (невротические реакции)
II - умеренно-выраженная	Периферическая Локальная	Выраженные сосудистые кризы, приступы спазм и повеления пальцев («мертвые пальцы»), сменяющиеся синюшностью, резкие снижения кожной температуры на кистях (руки холодные и мокрые), пальцы отечные, сильные боли в мышцах рук, функциональные изменения центральной нервной системы
III - выраженная	Церебральная Общая	Выраженные изменения центральной нервной системы, вестибулярные расстройства с приступами головокружения, непереносимость вибрации, постоянные головные боли, невротические реакции, изменения имеют необратимый характер
III - выраженная	Периферическая Локальная	Поражение высших отделов центральной нервной системы, сосудистые нарушения верхних и нижних конечностей, кризы, распространяющиеся на область коронарных сосудов, приступы головокружения, полуобморочные состояния

Клинические симптомы периферической виброболезни : спазмы периферических сосудов на фоне вегетативного полиневрита; признаки: приступы побеления пальцев (синдром «мертвых», «белых» пальцев), ослабление подвижности и боли в руках в покое и ночное время, потеря чувствительности пальцев и подвижности в суставах (синдром «деревянных» пальцев), гипертрофия мышц и костей рук.

Клинические симптомы церебральной виброболезни: на начальной стадии - общемозговые сосудистые нарушения, затем - функциональные расстройства центральной нервной системы (вестибулярный синдром); на поздней стадии - органическое поражение головного мозга, вегето-сосудистые расстройства.

При церебральной и периферической виброболезни возникают побочные патологические изменения органов внутренней секреции, вестибулярного аппарата и т. д.

Виброболезнь длительное время может протекать компенсирование (незаметно для человека). Различают три стадии развития виброболезни.

Стадии виброболезни

Ι - начальная ΙΙΙ - выраженная

ΙΙ – умеренно-выраженная

Вибрационная болезнь регистрируется у водителей транспорта, операторов транспортно-технологических машин и агрегатов, работающих с ручным виброинструментом (перфораторами, отбойными молотками и т. д.), формовщиков, бурильщиков, заточников, рихтовщиков.

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. Нормирование вибрации осуществляется по ГОСТ 12.1.012-90 и СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Устанавливаются допустимые значения виброскорости и виброускорения, а также их логарифмические уровни. Допустимые значения устанавливаются 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 C Г = 1 Гц). Локальная вибрация нормируется в диапазонах частот с f C Г = 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Нормы установлены для продолжительности рабочей смены в 8 часов. Допустимые значения уровня виброскорости представлены в табл. .

Таблица. . Гигиенические нормы вибрации по СН 2.2.4/2.1.8.556-96 (извлечение)

Вид вибрации	Допустимый уровень виброскорости,дБ, в октавных Полосах со среднегеометрическими частотами, Гц
Вид вибрации	1	2	4	8	16	31,5	63	125	250	500	1000
Общая транспортная Вертикальная Горизонтальная
Транспортно-технологическая
технологическая	-	108	99	93	92	92	92	-	-	-	-
В производственных помещениях, где нет машин, генерирующих вибрацию		100
В КБ, служебных помещениях, здравпунктах, лабораториях
Локальная вибрация	-	-	-	115	109	109	109	109	109	109	109

Контрольные вопросы

Дайте определение вибрации.
Перечислите основные источники вибрации на производстве.

Какими параметрами характеризуется вибрация? Что такое уровень вибрации?

Как классифицируется вибрация?

Как воздействует вибрация на человека и как различается ее воздействие от частоты колебаний?
Что такое виброболезнь, ее формы, клинические симптомы и стадии протекания?

Статьи по теме