Вибрация – движение точек или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений по крайней мере одной координаты.

Причины вибрации: возникновение при работе машин агрегатов не уравновешенные силовые воздействия – их источниками м. быть возвратно-поступательные движения системы, неуравновешенные вращающиеся массы, удары деталей.

Наличие дисбаланса приводит к появлению неуравновешенных сил, вызывающих вибрацию. Причиной дисбаланса м. явиться неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела с осью его вращения, деформация деталей от неравномерного нагреве и т. п.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются:

1.амплитудное значение смещения Х М;

2.амплитудное значение виброскорости V M ;

3.амплитудное значение виброускорения а М;

4.период колебаний Т;

5.частота f.

Ввиду специфичности органов чувств определяющими при воздействии вибраций на человека являются средние квадратичные значения

Уровень виброскорости (дБ): L V = 10lg(V 2 /V 0 2) = 20lg(V/V 0)

V 0 = 5*10 -8 м/с – пороговое значение виброскоростивиброскоростиV, обусловленные действием мгновенных значени виброскоростиV(τ) и определяемые за время усредненияT y по формуле

Уроыень виброскорости(дБ): L v =10lg(v/v 0)

Уровень вибросмещения: L Х = 20lg(Х/Х 0)

Х 0 = 8*10 -12 м – пороговое значение вибросмещения

Уровень виброускорения: L а = 20lg(а/а 0)

а 0 = 3*10 -4 м/с 2 – пороговое значение виброускорения

В практике виброакустики весь частотный диапазон вибрации разбивают на октавные диапазоны. В каждом октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней: f В /f H = 2. Средняя геометрическая частота:
.

Средние геометрические частоты октавных полос одинаковы и равны: 1Гц; 2Гц; 4Гц; 8Гц; 16Гц; 31,5Гц; 63Гц; 125Гц; 250Гц; 500Гц; 1000Гц; 2000Гц.

Параметры вибрации зависят от частоты колебаний, эта зависимость носит сложный характер. Для ее описания используют спектры вибраций, которые прелставляют в виде графической зависимости уровня виброскорости L v от средней геометрической частоты вибраций
.

Спектр периодического и квазипериодического процесса является дискретным, а случайного или кратковременного одиночного проыесса – непрерывным. 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.

Для повышения точности представления спектра вибраций измерение уровня виброскорости надо проводить в третьоктавных полосах частот, для которых справедливо

=.

Снидение уровня вибраций определяют, как ΔLv=L v 1 -L v 2 ,гдеL v 1,2 – уровни вибраций до и после проведения мероприятий по их уменьшению.

Измерение вибраций производят в соответствии с ГОСТ.

39.Воздействие вибрации на организм человека. Ее нормирование

По характеру воздействия: общие илокальные .

Общие – низкочастотные (0,7 - 30) Гц. Приложены к опорным поверхностям человека в положении стоя или сидя, когда вибрация вызывает сотрясение всего организма. Наиболее опасные для человека – 6-9 Гц, вследствие того, что они совпадают с собственной абсолютной частотой колебаний внутренних органов человека (резонанс). Они могут вызвать механические повреждения и разрыв органов человека. При систематическом воздействии на человека общей вибрации сfболее 1Гц могут возникнуть стойкие нарушения опорно-двигательного аппарата, нарушение ЦНС, системы пищеварения и т.д. Они проявляются в виде головных болей, головокружения, плохого сна, пониженной работоспособности, нарушения сердечной деятельности, появления радикулита.

Локальные – свыше 30-1000 Гц. Воздействуют на отдельные части тела (руки, ноги, голова). Подвергаются лица, работающие с ручным механизированным инструментом. Вызывает спазмы сосудов (онемение рук, ног) начиная с пальцев, распространяясь на всю кисть, предплечье и охватывает сосуды сердца - нарушая снабжение кровью. Воздействует на мышечные, костные, нервные ткани, что приводит к снижению чувствительности кожи, окостенение сухожилий мышц, отложение солей в суставах пальцев и кистей. Наиболее отрицательные влияния протекают под воздействием вибрации при работе при пониженной температуре.

Комплекс болезненных изменений в организме, вызываемых воздействие вибрации, называют вибрационной болезнью . Это заболевание эффективно лечится только на ранней стадии. Тяжелые формы виброболезни приводят в инвалидности.

Взаимодействие организма человека с изменяющимися условиями внешней среды всегда приводит к перестройке его энергетического и материального баланса, сопровождающейся трансформацией внутренней энергии в организме и изменением происходящих в нем обменных процессов, формирующих, в конечном счете ответную реакцию всего организма на действие внешнего раздражителя.

Вибрация, являясь физически воздействующим фактором, приводит частицы тела в колебательное движение, вызывая изменение их состояния в виде смещения центра тяжести, деформации и возникновения в них внутренних напряжений, что сопровождается затратой механической энергии, получаемой от источника колебаний в зоне контакта тела с вибрирующими поверхностями.

Количество получаемой энергии определяется длительностью воздействия вибраций и величиной мгновенной мощности воздействующего колебательного процесса или же площадью контакта и интенсивностью вибраций, поскольку интенсивность колебательного процесса численно равна его мощности, отнесенной к единице площади, перпендикулярной направлению распространения колебаний.

В условиях разных частот и амплитуд колебаний изменение порогов восприятия при действии вибраций происходит по закону пропорциональности воздействующей колебательной энергии. Это значит, что адекватным физическим критерием для гигиенической оценки вибрации при прочих равных условиях является колебательная скорость, а не смещение или ускорение.

Различа.т гигиеническое и техническое нормирование производственных вибраций.

В 1 случае производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических требований, исключающих возникновение вибрационной болезни.

Во 2 случае осуществляют ограничения параметров вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин уровня вибрации.

Нормирован величиной, как для локальной, так и для общей вибрации по ГОСТ является уровень виброскорости в октавных полосах частот.

Теннологическая - 108 99 93 92 92 92 - - - -

Гигиенические нормы вибрации установлены для длительности рабочей смены 8ч.

Общая вибрация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрации:

Транспортную, которая возникает в результате движения машин по местности и дорогам(в том числе при строительстве)

Транспортно-технологическую, которая возникает при движении подъемных кранов, экскаваторов

Технологическую, которая возникает при работе стационарных машин, установок, вентиляторов, компрессорных и насосных установок или передается на рабочие места, не имеющие источников вибраций.

Для общей и локальной вибрации зависимость допустимого значения виброскорости от времени фактического воздействия вибрации, не превышающего 480 мин, определяется по формуле v r =v 480 .

При регулярных перерывах воздействия локальных вибраций в течение рабочей смены допустимые значения уровня виброскорости следует увеличивать на значения, приведенные ниже.

Малые механические колебания , возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля, называются вибрацией. Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, которые возникают:

При возвратно-поступательных движениях систем (кривошипно-шатунные механизмы, ручные перфораторы, вибротрамбовки и т.п.);

В результате наличия неуравновешенных вращающихся масс (ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков и т.п.);

При ударах деталей (зубчатые зацепления, подшипниковые узлы).

Область распространения вибрации называется вибрацион­ной зоной.

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

,	(1)
,	(2)

где υ и а – виброскорость и виброускорение;

υ 0 и а 0 – пороговые значения виброскорости и виброускорения. υ 0 =5*10 -8 м/с, а 0 =3*10 -4 м/с 2 . Измеряются уровни в специальных единицах - децибелах (ДБ).

Производственную виб­рацию классифицируют по следующим признакам (рис.1):

Способ передачи вибрации;

Направление действия вибрации;

Временная характеристика вибрации;

Характер спектра вибрации;

Источник возникновения вибрации (рис.2).

Рисунок 1– Классификация производственных вибраций

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.

Вопрос 2. Гигиеническое нормирование вибрации. Воздействие виборации на организм человека

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 = 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, а при очень высоких уровнях вибрации - даже травмы, разрывы связок, артерий.

Рисунок 3 – Влияние вибрации на человека

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 Метиска, 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, треноги, угнетается центральная нервная система. При воздействии вибрации в организме человека происходят функциональ­ные и физиологические изменения, представленные в таблице 1.

Таблица 1– Изменения в организме человека при воздействии вибрации

Вибрационная болезнь (виброболезнь) - профессиональное заболевание, вызванное длительным воздействием на организм вибрации. Формы и стадии виброболезни представлены в таблице 2

Таблица 2- Симптомы стадий заболевания виброболезнью

Стадии вибро-болезни	Форма виброболез-ни, вид вибрации	Симптомы
I – начальная	Церебральная Общая	Нарушение сна, эмоциональная неустойчивость, легкие нарушения чувствительности, пониженная температура ног, болезненность в икрах, утомляемость ног, незначительные изменения перифе-рических нервных окончаний
Периферическая Локальная	Периодические нерезко выраженные боли в руках, легкие расстройства болевой и вибрационной чувствительности пальцев, незначительные изменения мышц плечевого пояса
II – умерено-выраженная	Церебральная Общая	Головокружение, непереносимость тряски, частые головные боли, изменения в вестибулярном аппарате, нарушения в центральной нервной системе (невротические реакции)
Периферическая Локальная	Выраженные сосудистые кризы, приступы спазм и побеления 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
Периферическая Локальная	Поражение высших отделов центральной нервной системы, сосудистые нарушения верхних и нижних конечностей, кризы, распространяющиеся на область коронарных сосудов, приступы головокружения, полуобморочные состояния

Гигиеническое нормирование вибрации.

При нормировании вибрации учитывают ее категорию в зависимости от вида ее источника.

Нормы вибрации установлены для трех взаимно перпендикулярных направлений вдоль осей ортогональной системы координат.

Различают санитарно-гигиеническое и техническое нормирование вибрации.

В первом случае производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с конечностями работающих, исходя из физиологических требований, и снижающих возможность возникновения вибрационной болезни.

Во втором случае осуществляют ограничение параметров вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин уровня вибрации.

Санитарно-гигиеническое нормирование вибраций регламентирует параметры производственной вибрации и правила работы с виброопасными механизмами и оборудованием, ГОСТ 12.1.012-90 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования», СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий».

Документы устанавливают: классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц виброопасных профессий, подвергающихся воздействию локальной вибрации, требования к обеспечению вибробезопасности и к вибрационным характеристикам машин.

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

При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости v (и их логарифмические уровни L v) или виброускорения а (L а) для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации – в октавных или третьоктавных полосах.

Нормативные значения для производственных вибраций и вибраций в помещениях жилых и общественных зданий приведены в Санитарных нормах СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Для технологической вибрации категории 3а эти значения даны в таблице 3.

Таблица 3 – Предельно допустимые значения вибрации категории 3а (для производственных рабочих мест)

Для локальной вибрации корректированные нормативные значения (по осям X л, Y л, Z л) по виброускорению составляют 2,0 м/с 2 и 126 дБ, по виброскорости - 0,002 м/с и 112 дБ. Допустимые значения представлены в таблицах 4 – 5.

Для общей и локальной вибрации зависимость допустимого значения виброскорости от времени фактического воздействия вибрации (Т), не превышающего 480 мин (8-ми часовой рабочий день), определяется по формуле:

,

(3)

где - допустимое значение виброскорости для длительности воздействия 480 мин.

Таблица 4 – Санитарные нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки на оператора для длительности смены 8 ч

Вид вибрации	Категория вибрации по санитарным нормам	Направление действия	Нормативные, корректированные по частоте и эквивалентные корректированные значения
виброускорения	виброскорости
м с(-2)	дБ	м с(-1) 10(-2)	дБ
Локальная		Xл, Yл, Zл	2,0		2,0
Общая		Zo	0,56		1,1
		Yo, Xo	0,4		3,2
		Zo, Yo, Xo	0,28		0,56
	3 тип "а"	Zo, Yo, Xo	0,1		0,2
	3 тип "в"	Zo, Yo, Xo	0,014		0,028

Таблица 5 – Гигиенические нормы вибрации по ГОСТ 12.1.012 (извлечение)

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

Вопрос 3. Параметры, характеризующие акустические колебания (шум). Классификация производственного шума

Одним из видов движения являются волны . Отличительной особенностью этого движения, делающей его уникальным, является то, что в волне распространяются не сами частицы вещества, а изменения в их состоянии (возмущения). Если какое-либо тело совершает колебания в упругой среде , то оно воздействует на частицы среды, прилегающие к телу, и застав­ляет их совершать вынужденные колебания. Среда вблизи колеблющегося тела деформируется и в ней возникают упругие силы. Эти силы действуют на все более удаленные от тела частицы среды, выводя их из положения равновесия. Постепенно все частицы среды вовлекаются в колебательное движение. Упругие волны называются звуковымиили акустическими,если соответствующие им механические деформации среды имеют малые амплитуды. Отличие упругих волн в среде от любого другого упорядоченного движения ее частиц состоит в том, что распространение волн не связано с переносом вещества среды из одного места в другое на большие расстояния.

Часто акустические колебания называют звуком , а область их распространения - звуковым полем. Громкость звука зависит от интенсивности звука, т.е. определяется амплитудой колебаний в звуковой волне. Наибольшей чувствительностью органы слуха обладают к звукам с частотами от 700 до 6000 Гц. Единица измерения уровня громкости звука – фон . Шумом принято называть апериодические звуки различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум - это всякий неблагоприятно воспринимаемый человеком звук. Как и всякая волна, звуковая волна характери­зуется скоростью распространения колебаний в ней. С длиной волны λ, и частотой колебаний ν скорость υ связана формулой:

где ρ – плотность среды (кг/м 3);

ρ*с – удельное акустическое сопротивление (Пас/м), равное 410 Па*с/м для воздуха, 1,5*10 6 Па*с/м – для воды, 4,8*10 7 Па*с/м – для стали;

υ – колебательная скорость (м/с).

При распространении звука со скоростью звуковой волны происходит перенос энергии, которая характеризуется интенсивностью звука. Интенсивность звука I (Вт/м 2) - это энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени, отнесенная к площади по­верхности, через которую она распространяется

где р - звуковое давление, Па;

р 0 - пороговое звуковое давление, равное 2 10 -5 Па.

Уровень интенсивности звука

,

(8)

где I - интенсивность звука, Па;

I 0 - пороговая интенсивность звука, равная 10 -12 Вт/м 2 . В качестве пороговых значений приняты минимальные значения звукового давления и интенсивности звука, которые слышит человек при частоте звука в 1000 Гц, поэтому они получили названия порогов слышимости.

Важной характеристикой, определяющей распространение шума и его воздействие на человека, является его частота. Так же как и для вибрации, диапазон звуковых частот разбит на октавные полосы (f 1 /f 2 = 2), характеризуемые их среднегеометрическими частотами f СГ

Классификация производственного шума. Шум классифицируется по частоте, спектральным и временным ха­рактеристикам, природе его возникновения (рис. 3) По частоте акустические колебания различаются на инфразвук (f < 16 Гц), звук (16 < /< 20 000 Гц), ультразвук (/ > 20 000 Гц). Акустические колебания звукового диапазона подразделяются на низкочастотные (менее 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц), высокочастотные (свыше 800 Гц) (рис. 4).

Рисунок 4 – Классификация акустических колебаний по частоте

По спектральным характеристикам шум подразделяется на широкополосный с непрерывным спектром более одной октавы и тональный (дискретный), в спектре которого имеются выражен­ные дискретные тона (частоты, уровень звука на которых значительно выше уровня звука на других частотах). Примером широкополосного шума может являться шум реактивного самолета, тонального - шум дисковой пилы, с спектре шума которой имеется ярко выраженная частота с доминирую­щим уровнем звука.

По временным характеристикам шум подразделяется на по­стоянный и непостоянный. Постоянным считается шум, уровень которого в течение 8-часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБ; непостоянным - если это изменение превышает 5 дБ. Непостоянные шумы в свою очередь разделяются на колеб­лющиеся, уровень звука которых изменяется непрерывно во вре­мени (например, шум транспортных потоков); прерывистые, уровень звука которых изменяется ступенчато (на 5 дБ и более), причем длительность интервалов, в которых уровень звука оста­ется постоянным не менее 1 с (например, шум прерывисто сбра­сываемого из баллонов сжатого воздуха); импульсные, представ­ляющие собой звуковые импульсы, длительностью менее 1 с (например, шум агрегатов и машин, работающих в импульсном режиме).

По природе возникновения шум можно разделить на механиче­ский, аэродинамический, гидравлический, электромагнитный. Механические шумы возникают по следующим причинам: на­личие в механизмах инерционных возмущающих сил, возникаю­щих из-за движения деталей механизма с переменными ускоре­ниями; соударение деталей в сочленениях вследствие неизбеж­ных зазоров; трение в сочленениях деталей механизмов; ударные процессы (ковка, штамповка, клепка, рихтовка) и ряд других. Основными источниками возникновения шума механического происхождения являются подшипники качения и зубчатые передачи, а также неуравновешенные вращающиеся части машин.

Аэродинамические шумы возникают в результате движения на, обтекания газовыми (воздушными) потоками различных тел. Аэродинамический шум возникает при работе вентиляторов, компрессоров, газовых турбин, Причинами аэродинамического шума являются вихревые процессы, возникающие в потоке рабочей среды при обтекании тел и выпуске свободной струи газа; пульсации рабочей среды, вызываемые вращением лопастных колес вентиляторов, турбин; колебания, связанные с неоднородностью и пульсациями потока. Аэродина­мический шум - один из самых значительных по уровню звука.

Гидравлические шумы возникают вследствие стационарных и нестационарных процессов в жидкостях (кавитация, турбулентность, гидравлические удары). Например, в насосах источником гидравлического шума является кавитация жидкости у поверхностей лопаток насоса при высоких окружных скоростях вращения рабочего колеса.

VIII. Производственные вибрации

1. Основные параметры вибрации

Основными параметрами вибрации являются:

Амплитуда виброперемещения - , м;

Амплитуда колебательной скорости (виброскорости) - , м/с;

Амплитуда колебательного ускорения (виброускорения) - , м/с 2 ;

Период колебаний – Т, с;

Частота колебаний – f , Гц=1/с.

В силу специфических свойств органов чувств определяющим при оценке воздействия вибрации являются действующие значения выше перечисленных параметров. Так действующее значение виброскорости есть среднеквадратичное мгновенных значений скорости V (t ) за время усреднения t у , которое выбирают с учетом характера изменения виброскорости во времени:

.

Таким образом, для характеристики вибраций используют спектры действующих значений параметров или средних квадратов последних.

В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибраций разбивают на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней . Анализ и построение спектров параметров вибрации могут производиться также в третьоктавных полосах частот - . Если - нижняя граничная частота, а - верхняя, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом,берется среднегеометрическая частота .

Среднегеометрические частоты октавных полос частот вибрации стандартизованы и составляют: 1, 2, 4, 8, 16, 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц.

Поскольку абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, в практике используют понятие логарифмического уровня колебаний. Логарифмический уровень колебаний – характеристика колебаний, сравнивающая две одноименные физические величины, пропорциональные десятичному логарифму отношения оцениваемого и исходного значения величины. В качестве исходного используются опорные значения параметров, принятые за начало отсчета. Измеряются уровни в дБ. Тогда уровень виброскорости будет определяться по формуле:

Вибрационная безопасность персонала производственной и социально-бытовой сферы деятельности

Учебно-методическое пособие для практических занятий по БЖД студентов АлтГТУ всех форм обучения

Барнаул 2011

Стуров Д. С., Гергерт В.Р., Калин А.Ю. Вибрационная безопасность персонала производственной и социально-бытовой сферы деятельности: Учебно-методическое пособие для практических занятий по БЖД/ Алт. гос. техн. уни-т им. И.И. Ползунова – Барнаул, изд-во АГТУ, 2011

Учебно-методическое пособие для практических занятий по БЖД рассмотрено методической комиссией кафедры БЖД и одобрено для использования.

Общие теоретические сведения о вибрации.

В основу разработки учебно-методического пособия положены государственные нормативно-правовые документы:

· ГОСТ 12.1.012-90. ССБТ, Вибрационная безопасность.

· СН 2.2. 4/2. 1.8.566-96, Санитарные нормы. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий.

Термины и определения, источники и причины вибрации.

Вибрация – это механические колебания упругих тел и материалов, отдельных частей машин, механизмов, фундаментов, строительных конструкций и т.п., при воздействии на них знакопеременной возмущающей силы.

С физической точки зрения между шумом (т.е. звуковыми колебаниями) и вибрацией принципиальной разницы нет. Разница имеет место лишь в восприятии колебаний: вибрация воспринимается вестибулярным аппаратом и органами осязания, а шум – органом слуха. Механические колебания упругих тел с частотой до 20 Гц воспринимаются организмом как вибрация, фактически это инфразвук, т.е. неслышимые колебания, а колебания с частотой более 20 Гц – воспринимаются одновременно и как вибрация и как звук. Примером этому может служить струна музыкального инструмента – она колеблется и звучит.

Источниками вибрации являются: различные технологические процессы (рубка металла, механическая обработка, размол и измельчение продукта и т.д.); машины, механизмы и их рабочие органы; ручные механизированные инструменты (электродрели, пневмонаждаки и т.п.); органы ручного управления машинами и оборудованием, и т.д.

Причины возникновения вибрации во многом обусловлены техническим прогрессом, характеризующимся увеличением скоростей движения, возрастанием мощностей, усилий, производительности оборудования. Но современная техносфера не совершенна: имеют место неуравновешенность и неравномерность движения механизмов, неточность изготовления, увеличенные зазоры в шарнирных сочленениях, неоднородность материалов движущихся деталей машин и механизмов и т.п. Всё это вместе или по отдельности является источником возникновения возмущающих знакопеременных сил, порождающих вибрацию.

Основные параметры и характеристики вибрации.

Техногенные вибрации могут быть простые, когда колебания совершаются по одной из трёх координат (X,Y,Z) и сложные, когда колебания объекта происходят одновременно по всем координатным направлениям с разной амплитудой и частотой.

Простейшим видом колебаний являются гармонические синусоидальные колебания по одной из трёх осей координат (рисунок 1).

Рисунок 1. Гармонические синусоидальные колебания точки m:

Колебательное смещение (виброперемещение)

Колебательная скорость (виброскорость)

Колебательное ускорение (виброускорение)

Основными параметрами характеризующими вибрацию являются:

Амплитуда смещения колеблющейся точки m от положения равновесия.

Формула движения точки m:

, м (1)

где - максимальное смещение точки от положения равновесия (от оси рис.1)

Круговая частота,

Частота колебаний, Гц.

- 1 Герц (Гц) равен числу периодов колебаний в 1 секунду.

. Если, например, период одного колебания равен 1 с, то

частота Гц

Если число периодов колебаний в 1 секунду будет равно 10 , то время одного периода колебаний равно 0,1 с, и тогда Гц.

Максимальное значение амплитуды вибросмещеня по формуле (1) будет равно

Скорость колебаний (виброскорость) точки ,

Максимальное значение виброскорости (амплитуда виброскорости) , м/с

Виброускорение точки ,

Максимальное значение виброускорения по формуле (3) равно

, м/с

В общем случае физические величины, характеризующие вибрацию (например, виброскорости), являются некоторой функцией времени, т.е. . В таких случаях, по математической теории, колебательный процесс представляется в виде суммы бесконечно длящихся синусоидальных колебаний с различными частотами и амплитудами. Это называют полигармоническим колебательным процессом. При этом процесс может быть периодическим или квазипериодическим, частотные спектры которых считаются дискретными. (рис.2а)

Если же колебательный процесс является случайным или одиночным кратковременным – спектр вибрационных параметров считается непрерывным (рис.2б).

В реальных условиях наиболее часто вибрация представляется в виде периодических полигармонических колебаний. Тогда в силу специфических свойств органов чувств человека определяющими, т.е. действующими на организм человека, являются не максимальные значения параметров вибрации (амплитуды, скорости и ускорения), а среднеквадратичные их значения (это примерно 0,67…0,75 от их максимума). Более точное определение среднеквадратичных значений виброскорости и виброускорения выполняется по формулам:

; (4)

где - число составляющих гармоник в спектре

- значения колебательной скорости и ускорения.

В практике виброизмерений абсолютные значения параметров вибрации изменяются в очень широких пределах. Например, амплитуда колебаний при морской качке доходит до 10 метров, а амплитуда колебаний на корпусе домашней электробритвы всего лишь 0,01 мм. Точно также в широких пределах изменяются скорость и ускорение. Отличие максимального значения параметров от минимально ощутимого (порогового) значения достигает , т.е. в один миллион раз максимум параметра больше его минимума. Это создаёт большие неудобства в практических расчётах и исследованиях. В целях резкого сокращения измерительных шкал, для удобства пользования, применяют логарифмические шкалы величины параметров вибрации, получившие название – уровни виброскорости , дБ и уровни виброускорений , дБ (децибел):

·
, дБ (5)

·
, дБ (6)

где - пороговое (минимально ощутимое организмом человека) значение виброскорости;

а о =1·10 -6 м/с 2 =1·10 -4 см/с 2 =1·10 -3 мм/с 2 - пороговое (минимально ощутимое организмом человека) значение виброускорения;

б) 0

a) 0

f=2 Гц

f=4 Гц

f=6 Гц

f=8 Гц

f=10 Гц

1с

1с

1с

1с

1с

f, Гц

L V

A V

t, c

f, Гц

A V

L V

t, c

Рисунок 2: Полигармонические спектры производственной вибрации.

При частоте колебаний ниже 1 Гц тело человека движется как единое целое – внутренние органы не испытывают относительных перемещений. Такие колебания хотя и неприятны, но не опасны (качка). Следствием такой вибрации является морская болезнь. Большинство внутренних органов имеют собственную частоту колебаний в диапазоне6–9 Гц. Воздействие на организм человека внешних колебаний с такими же частотами очень опасно, так как они могут вызвать механические повреждения или даже разрыв органов. Длительное воздействие интенсивной общей вибрации может быть причиной вибрационной -бо лезни – нарушений физиологических функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибрации на центральную нервную систему.

Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружений, плохого сна, раздражительности, пониженной работоспособности, нарушений сердечной деятельности.

При частотах выше 100 Гц вибрация может действовать только как локальная. Локальная вибрация при длительном воздействии вызывает спазмы сосудов, вследствие чего происходит ухудшение снабжения кровью конечностей.

Кроме того, локальная вибрация воздействует на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающиеся в нарушении чувствительности кожи, окостенений сухожилий мышц, болях и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к деформациям и уменьшению подвижности суставов. Одновременно наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы.

Организм особенно чувствителен к вертикальным сотрясениям, когда человек стоит на вибрирующей поверхности. Наиболее вредным для человека является одновременное действие вибрации, шума и низкой температуры.

1.2. Параметры вибрации и их нормирование

1.2.1. Вибрация характеризуется тремя параметрами: смещением из положения равновесия, колебательной скоростью и колебательным ускорением.

Исходя из психофизиологических соображений и для удобства вычислений, параметры вибрации выражают в логарифмических единицах. Эти логарифмические единицы называют уровнями, выражают в децибелах и обозначают буквой L с соответствующим индексом:

– уровень смещения L = 20 lg x ;

– уровень колебательной скорости L v = 20 lg V ;

– уровень колебательного ускорения L a = 20 lg a , a0

где x 0 , V 0 , a 0 – опорные значения, установленные международными соглаше-

ниями: x 0 = 8 10-12 м; V 0 = 5 · 10-8 м/с; a 0 = 3 · 10-4 м/с2 .

В практике вибрации обычно измеряют и нормируют в октавных полосах частот, т. е. полосах, у которых отношение граничных частот f гр2 /f гр1 = 2.

Октавные полосы стандартизированы международным соглашением. Для общей вибрации среднегеометрические частоты октавных полос образуют сле-

дующий ряд: 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; для локальной вибрации: 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц.

1.2.2. Нормируемыми характеристиками вибрации, определяющими ее воздействие на человека, являются среднеквадратичные значения виброскорости V в м/с и виброускорения a в м/с2 или их логарифмические уровни L V и L a в дБ соответственно.

Вибрация, воздействующая на человека, нормируется отдельно для каждого установленного направления в каждой из октавных полос.

Гигиенические нормы вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях, указаны в СН2.2.4/2.1.8.565-96 «Производственная вибрация. Вибрация в помещениях и общественных зданиях» (Приложение 1). Нормируемыми параметрами вибрации на подвижном составе являются уровни амплитудных значений колебательной скорости L v и колебательного ускорения L a , а также учитывается повторяемость этих величин (СН 2.9.4/21.8.566-96).

На локомотивах вибрации нормируют по ускорениям (12.2.056-81). Допустимые уровни вибраций для основных видов работ устанавливают-

ся ГОСТ 12.2.056 – 2004 «Вибрационная безопасность и общие требования».

1.3. Мероприятия по устранению вибраций

Общие мероприятия по борьбе с вредным воздействием вибрации можно объединить в три группы: инженерно-технические, организационные и профилактические.

Инженерно-технические мероприятия включают в себя внедрение вибробезопасных машин, применение средств виброзащиты, снижающих вибрацию, воздействующую на работающих, на путях ее распространения; проектировочными решениями технологических процессов и производственных помещений, обеспечивающими гигиенические нормы вибрации на рабочих местах.

Организационные мероприятия включают в себя контроль за монтажом оборудования, своевременным и качественным проведением плановопредупредительного обслуживания и ремонта, выполнением правил технической эксплуатации машин и агрегатов.

Лечебно-профилактические мероприятия обеспечивают необходимый микроклиматический режим и комплекс физиотерапевтических процедур(водные ванны, массаж, гимнастика и ультрафиолетовые облучения).