Вибрация. Параметры, характеризующие вибрацию. Физическая и физиологическая характеристика шума и вибрации

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.

Шум – это совокупность звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих в результате колебательного движения частиц в упругих средах (твердых, жидких, газообразных).
Процесс распространения колебательного движения в среде называется звуковой волной, а область среды, в которой распространяются звуковые волны – звуковым полем.
Различают ударный, механический, аэрогидродинамический шум. Ударный шум возникает при штамповке, клепке, ковке и т.д.
Механический шум возникает при трении и биении узлов и деталей машин и механизмов (дробилки, мельницы, электродвигатели, компрессоры, насосы, центрифуги и др.).
Аэродинамический шум возникает в аппаратах и трубо-проводах при больших скоростях движения воздуха, газа или жидкости и при резких изменениях направления их движения и давления.
Основные физические характеристики звука :
– частота f (Гц),
– звуковое давление Р (Па),
– интенсивность или сила звука I (Вт/м2),
– звуковая мощность? (Вт).
Скорость распространения звуковых волн в атмосфере при 20°С равна 344 м/с.
Органы слуха человека воспринимают звуковые колебания в интервале частот от 16 до 20000 Гц. Колебания с частотой ниже 16 Гц (инфразвуки) и с частотой выше 20000 (ультразвуки) не воспринимаются органами слуха.
При распространении звуковых колебаний в воздухе периодически появляются области разрежения и повышенного давления. Разность давлений в возмущенной и невозмущенной средах называется звуковым давлением Р, которое измеряется в паскалях (Па).
Распространение звуковой волны сопровождается и переносом энергии. Количество энергии, переносимое звуковой волной за единицу времени через единицу поверхности, ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, называется интенсивностью или силой звука I и измеряется в Вт/м 2 .
Произведение называется удельным акустическим сопротивлением среды, которое характеризует степень отражения звуковых волн при переходе из одной среды в другую, а также звукоизолирующие свойства материалов.
Минимальная интенсивность звука , которая воспринимается ухом, называется порогом слышимости. В качестве стандартной частоты сравнения принята частота 1000 Гц. При этой частоте порог слышимости I 0 = 10-12 Вт/м 2 , а соответствующее ему звуковое давление Р 0 = 2*10 -5 Па. Максимальная интенсивность звука , при которой орган слуха начинает испытывать болевое ощущение, называется порогом болевого ощущения, равным 10 2 Вт/м 2 , а соответствующее ему звуковое давление Р = 2*10 2 Па.
Так как изменения интенсивности звука и звукового давления слышимых человеком, огромны и составляют соответственно 10 14 и 10 7 раз, то пользоваться для оценки звука абсолютными значениями интенсивности звука или звукового давления крайне неудобно.
Для гигиенической оценки шума принято измерять его интенсивность и звуковое давление не абсолютными физическими величинами, а логарифмами отношений этих величин к условному нулевому уровню, соответствующему порогу слышимости стандартного тона частотой 1000 Гц. Эти логарифмы отношений называют уровнями интенсивности и звукового давления, выраженные в белах (Б). Так как орган слуха человека способен различать изменение уровня интенсивности звука на 0,1 бела, то для практического использования удобнее единица в 10 раз меньше – децибел (дБ).
Уровень интенсивности звука L в децибелах определяется по формуле

L=10Lg(I/I o) .

Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то эту формулу можно записать также в виде^

L=10Lg(P 2 /P o 2)=20Lg(P/P o) , дБ.

Использование логарифмической шкалы для измерения уровня шума позволяет укладывать большой диапазон значений I и P в сравнительно небольшом интервале логарифмических величин от 0 до 140 дБ.
Пороговое значение звукового давления Р 0 соответствует порогу слышимости L = 0 дБ, порог болевого ощущения 120-130 дБ. Шум, даже когда он невелик (50-60 дБ) создает значительную нагрузку на нервную систему, оказывая психологическое воздействие. При действии шума более 140-145 дБ возможен разрыв барабанной перепонки.
Суммарный уровень звукового давления L, создаваемый несколькими источниками звука с одинаковым уров-нем звукового давления Li , рассчитываются по формуле

L=L i +10Lgn , дБ,

где n – число источников шума с одинаковым уровнем звукового давления.
Так, например, если шум создают два одинаковых источника шума, то их суммарный шум на 3 дБ больше, чем каждого из них в отдельности.
По уровню интенсивности звука еще нельзя судить о физиологическом ощущении громкости этого звука, так как наш орган слуха неодинаково чувствителен к звукам различных частот; звуки равные по силе, но разной частоты, кажутся неодинаково громкими. Например, звук частотой 100 Гц и силой 50 дБ воспринимается как равногромкий звуку частотой 1000 Гц и силой 20 дБ. Поэтому для сравнения звуков различных частот, наряду с понятием уровня интенсивности звука, введено понятие уровня громкости с условной единицей – фон. Один фон – громкость звука при частоте 1000 Гц и уровне интенсивности в 1 дБ. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления.
На рис. 1 показаны кривые равной громкости звуков, полученные по результатам изучения свойств органа слуха оценивать звуки различной частоты по субъективному ощущению громкости. Из графика видно, что наибольшей чувствительностью наше ухо обладает на частотах 800-4000 Гц, а наименьшей – при 20-100 Гц.

Обычно параметры шума и вибраций оценивают в октавных полосах. За ширину полосы принята октава, т.е. интервал частот, в котором высшая частота f 2 в два раза больше низшей f 1 . В качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берут среднегеометрическую частоту. Среднегеометрические частоты октавных полос стандартизованы ГОСТ 12.1.003-83 "Шум. Общие требования безопасности " и составляют 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц при соответствующих им граничным частотам 45-90, 90-180, 180-355, 355-710, 710-1400, 1400-2800, 2800-5600, 5600-11200.
Зависимость величин, характеризующих шум от его частоты, называется частотным спектром шума. Для удобства физиологической оценки воздействия шума на человека различают низкочастотный (до 300 Гц), среднечастотный (300-800 Гц) и высокочастотный (выше 800 Гц) шум.
ГОСТ 12.1.003-83 и СН 9-86 РБ 98 "Шум на рабочих местах. Предельно допустимые уровни " классифицирует шум по характеру спектра и по времени действия.
По характеру спектра :
– широкополосный, если он имеет непрерывный спектр шириной более одной октавы,
–тональный, если в спектре имеются выраженные дискретные тона. При этом тональный характер шума для практических целей устанавливается измерением в третьоктавных полосах частот (для третьоктавной полосы по пре-вышению уровня звукового давления в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.
По временным характеристикам :
– постоянный, уровень звука которых за 8-часовой рабо-чий день изменяется во времени не более чем на 5 дБ,
– непостоянный, уровень звука которых за 8-часовой ра-бочий день изменяется во времени более чем на 5 дБ.
Непостоянные шумы делятся на :
колеблющиеся во времени, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени;
прерывистые, уровень звука которых ступенчато изменяется (на 5 дБ и более);
импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с.
Наибольшую опасность для человека представляют то-нальные, высокочастотные и непостоянные шумы.
Ультразвук по способу распространения подразделяется на :
– распространяемый воздушным путем (воздушный ультразвук);
– распространяемый контактным путем при соприкосновении с твердыми и жидкими средами (контактный ультразвук).
Ультразвуковой диапазон частот подразделяется на:
– низкочастотные колебания (1,12*10 4 - 1*10 5 Гц);
– высокочастотные (1*10 5 - 1*10 9 Гц).
Источниками ультразвука является производственное оборудование, в котором генерируются ультразвуковые колебания для выполнения технологического процесса, технического контроля и измерений, а также оборудование, при эксплуатации которого ультразвук возникает как сопутствующий фактор.
Характеристикой воздушного ультразвука на рабочем месте в соответствии с ГОСТ 12.1.001 "Ультразвук. Общие требования безопасности " и СН 9-87 РБ 98 "Ультразвук, передающийся воздушным путем. Предельно допустимые уровни на рабочих местах " являются уровни звукового давления в третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,00; 63,0; 80,0; 100,0 кГц.
Характеристикой контактного ультразвука в соответствии с ГОСТ 12.1.001 и СН 9-88 РБ 98 "Ультразвук, передающийся контактным путем. Предельно допустимые уровни на рабочих местах " являются пиковые значения виброскорости или уровни виброскорости в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000; 31500 кГц.
Вибрации – это колебания твердых тел – частей аппаратов, машин, оборудования, сооружений, воспринимаемые организмом человека как сотрясения. Часто вибрации сопровождаются слышимым шумом.
По способу передачи на человека вибрация подразделяется на локальную и общую .
Общая вибрация передается через опорные поверхности на тело стоящего или сидящего человека. Наиболее опасная частота общей вибрации лежит в диапазоне 6-9 Гц, поскольку она совпадает с собственной частотой колебаний внутренних органов человека, в результате чего может возникнуть резонанс.
Локальная (местная) вибрация передается через руки человека. К локальной вибрации может быть отнесена и вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека и на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов.
Источниками локальной вибрации, передающейся на работающих, могут быть: ручные машины с двигателем или ручной механизированный инструмент; органы управления машинами и оборудованием; ручной инструмент и обрабатываемые детали.
Общая вибрация в зависимости от источника ее возникновения подразделяется на:
общую вибрацию 1 категории – транспортную, воздействующую на человека на рабочем месте в самоходных и прицепных машинах, транспортных средствах при движении по местности, дорогам и агрофонам;
общую вибрацию 2 категории –- транспортно-технологическую, воздействующую на человека на рабочих местах в машинах, перемещающихся по специально подготовленным поверхностям производственных помещений, промышленных площадок, горных выработок;
общую вибрацию 3 категории – технологическую, воздействующую на человека на рабочем месте у стационарных машин или передающуюся на рабочие места, не имеющие источников вибрации.
Общая вибрация категории 3 по месту действия подразделяется на следующие типы:
3а – на постоянных рабочих местах производственных помещений предприятий;
3б – на рабочих местах на складах, в столовых, бытовых, дежурных и других вспомогательных производственных помещений, где нет машин, генерирующих вибрацию;
3в – на рабочих местах в административных и служебных помещениях заводоуправления, конструкторских бюро, лабораториях, учебных пунктах, вычислительных центрах, здравпунктах, конторских помещениях и других помещениях работников умственного труда.
По временным характеристикам вибрация подразделяется на :
– постоянную, для которой спектральный или корректированный по частоте нормируемый параметр за время наблюдения (не менее 10 минут или время технологического цикла) изменяются не более чем в 2 раза (6 дБ) при измерении с постоянной времени 1 с;
– непостоянную вибрацию, для которой спектральный или корректированный по частоте нормируемый параметр за время наблюдения (не менее 10 минут или время технологического цикла) изменяются более чем в 2 раза (6 дБ) при измерении с постоянной времени 1 с.
Основные параметры, характеризующие вибрацию:
– частота f (Гц);
– амплитуда смещения А (м) (величина наибольшего от-клонения колеблющейся точки от положения равновесия);
– колебательная скорость v (м/с); колебательное ускорение а (м/с 2).
Так же как и для шума, весь спектр частот вибраций, вос-принимаемых человеком, разделен на октавные полосы со среднегеометрическими частотами 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц.
Поскольку диапазон изменения параметров вибрации от пороговых значений, при которых она не опасна, до действительных – большой, то удобнее измерять недействительные значения этих параметров, а логарифм отношения действительных значений к пороговым. Такую величину называют логарифмическим уровнем параметра, а единицу ее измерения – децибел (дБ).

Вибрация – колебательные движения материальной точки или механической системы. Причиной возбуждения вибрации являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, кинематическое возбуждение при движении транспортных средств по неровному пути и т.д.

Основными физическими параметрами вибрации являются:

Частота f 0 , Гц;

Период колебаний Т, с;

Амплитуда виброперемещения А, м;

Амплитуда колебательной скорости V, м/с;

Амплитуда колебательного ускорения W, м/с 2 .

Эти параметры находятся в следующей зависимости:

Базовая частота предельного спектра для общей вибрации равна 63 Гц, для локальной- 125 Гц

Гигиеническими характеристиками вибрации, определяющими её воздействие на человека, являются среднеквадратичные значения виброскорости и её логарифмические уровни. Вибрация оценивается логарифмическим уравнением виброскорости в децибелах.

Логарифмический уровень виброскорости определяют по выражению: (3)

где: V 0 – пороговое значение виброскорости, равное 5 10 –8 м/с.

Пороговое значение виброскорости – это то значение виброскорости, при котором человек едва начинает ощущать действие вибрации.

Логарифмический уровень виброускорения вычисляют по формуле: , дБ (4)

где W o – пороговое значение виброускорения, W o =3 10 –4 , м/с 2 .

Классификация вибраций

По_способу передачи-на человека вибрации подразделяют на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека.

По направлению действия вибрация бывает - действующей вдоль осей ортогональной системы координат X, У, Z - для общей вибра­ции, где Z - вертикальная ось, а А" и У- горизонтальные оси; дей­ствующей вдоль всей ортогональной системы координат Х р, Y p , Z p - для локальной вибрации, где ось Х р совпадает с осью мест охвата (руко­ятки, рулевого колеса и др.), а ось Z p лежит в плоскости, образованной осью Х„ и направлением подачи или приложения силы.Общая вибрация по источнику ее возникновения подразделяется на транспортную, возникающую в результате движения по местности; транспортно-техническую, которая появляется при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении или при перемещении по специально подготовленной части производст­венного помещения, промышленной площадки; технологическую, кото­рая возникает при работе стационарных машин или. передается на рабо­чие места, не Имеющие источников вибрации.

43.прохождение звуковой волны преграды

Звуковые волны при встрече с преградой стично отражаются и частично преломля-тся. Часть преломленной энергии поглоща­ется в материале преграды. Оставшаяся часть звуковой энергии проникает за преграду (рис. 11.2). Количество отражений и преломле­ний энергии зависит от частоты колебаний, угла падения фронта волны на преграду и фи­зических свойств ограждающих конструкций.

Способность материалов и конструкций по­глощать звуковую энергию характеризуется коэффициентом звукопоглощения а, который равен отношению звуковой энергии, поглощен­ной материалом Е потл , к падающей звуковой энергии 4,а Д:

а=£= »<1. Отражение звука от преграды характеризу­ется коэффициентом отражения Р, равным от­ношению отраженной от поверхности энергии £ отр к падающей звуковой энергии:

Рис. 11.2. схемы отражения, поглощения и прохождения звуковой энергии при встрече с преградой (Е ппд - падающая звуковая энергия: Е отр – отраженная преградой звуковая энергия; Е погл. - прошедшая за преграду звуковая энергия)

Звукоизоляция.

Звукоизоляция – применение звукоизолирующих ограждений на путях распространения воздушного шума. Эффект снижения шума достигается путем отражения звуковых волн от звукоизолирующих ограждений. Звукопоглощение достигается облицовкой ограждающих поверхностей помещения специальными пористыми материалами, уменьшающие отражение звуковых волн от поверхностей, встречаемых ими на путях распространения. Звуковая энергия, попадая в поры звукопоглотительных материалов, переходит в тепловую в результате многократного отражения от стенок пор. Наиболее интенсивно преобразуют энергию звуковых колебаний в тепловую пористые и рыхлые материалы, которые и применяют для
:получения высокогозвукопоглощающего эффекта.

45 Звукопоглощение.

Для звукопоглощения используют способность строительных материалов и конструкций рассеивать энергию звуковых колебаний. При падении звуковых волн на звукопоглощающую поверх­ность, выполненную из пористого материала (например, пенопласта) значительная часть акустической энергии расходуется на приведение в колебательное движение воздуха в порах, что вызывает его разогрев. При этом кинетическая энергия звуковых колебаний преобразуется в.тепловую, которая рассеивается в окружающем пространстве.

Наиболее интенсивно преобразуют энергию звуковых колебаний в тепловую пористые и рыхлые материалы, которые и применяют для получения высокого звукопоглощающего эффекта.

Виброизоляция.

Виброизоляционная защита является одним из эффективных способов защиты рабочих мест, оборудования и строительных конструкций of вибраций, вызываемых работой машин и механизмов. Виброизоляция -это способ вибрационной защиты, заключающийся в уменьшении пере­дачи вибрации от источника возбуждения защищаемому объекту при помощи устройств (виброизоляторов), помещаемых между ними

Для создания вибробезопасных машин при их конструировании при­меняют методы, снижающие параметры вибраций воздействием на источник возбуждения, а для машин со встроенным рабочим местом до­полнительно методы вибрации, установленные ГОСТ 12.4.046-78 При проектировании технологических процессов и производственных зданий и сооружений должны быть выбраны машины с наименьшими значениями параметров вибрационных характеристик, зафикси­рованы рабочие места (зоны), на которых работающие могут подвергаться воздействию вибраций; разработана схема размещения машин с учетом создания минимальных уровней вибрации на рабочих местах; произведены расчеты (оценки) ожидаемых уровней вибрации на рабочих местах; выбраны строительные решения оснований и перекрытий для установки машин, обеспечивающие гигиенические нормы вибрации на рабочих местах; выбраны и рассчитаны необходимые средства вибро- защиты машин или рабочего места оператора, позволяющие вместе со строительными решениями обеспечить гигиенические нормьь вибраций на рабочих местах.

Пружинные виброизоляторы эффективны на низких частотах, резиновые – на высоких (более 30 Гц).

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-02

Вибрация — это механические колебания в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменных физических полей с относительно небольшой амплитудой.

В зависимости от параметров (частота, амплитуда) вибрация может как положительно, так и отрицательно влиять на отдельные ткани и организм в целом. Вибрацию используют при лечении некоторых заболеваний, но чаще всего вибрацию (производственную) считают вредно влияющим фактором. Поэтому важно знать граничные характеристики, разделяющие позитивное и негативное влияние вибрации на человека (рис. 19.3). Впервые на полезное значение вибрации обратил внимание французский ученый аббат Сен Пьер, который в 1734г. сконструировал вибрирующее кресло для домоседов, повышающее мышечный тонус и улучшающее циркуляцию крови. В начале XX в. в России профессор Военно-медицинской академии А. Е. Щербак доказал, что умеренная вибрация улучшает питание тканей и ускоряет заживление ран.

Рис. 19.3. Влияние вибрации на организм человека

Производственная вибрация, характеризующаяся значительной амплитудой и продолжительностью действия, вызывает у работающих раздражительность, бессонницу, головную боль, ноющие боли в руках людей, имеющих дело с вибрирующим инструментом. При длительном воздействии вибрации перестраивается костная ткань: на рентгенограммах можно заметить полосы, похожие на следы перелома — участки наибольшего напряжения, где размягчается костная ткань. Возрастает проницаемость мелких кровеносных сосудов, нарушается нервная регуляция, изменяется чувствительность кожи. При работе с ручным механизированным инструментом может возникнуть акроасфиксия (симптом мертвых пальцев) — потеря чувствительности, побеление пальцев, кистей рук. При воздействии общей вибрации более выражены изменения со стороны центральной нервной системы: появляются головокружения, шум в ушах, ухудшение памяти, нарушение координации движений, вестибулярные расстройства, похудение.

Основные параметры вибрации: частота и амплитуда колебаний. Колеблющаяся с определенной частотой и амплитудой точка движется с непрерывно меняющимися скоростью и ускорением: они максимальны в момент ее прохождения через исходное положение покоя и снижаются до нуля в крайних позициях. Поэтому колебательное движение характеризуется также скоростью и ускорением, представляющими собой производные от амплитуды и частоты. Причем органы чувств человека воспринимают не мгновенное значение параметров вибрации, а действующее.

Действующее значение колебательной скорости, м/с, определяют как среднее квадратичное мгновенных значений скорости v(t) за время усреднения T, т. е.

Вибрацию часто измеряют приборами, шкалы которых отградуированы не в абсолютных значениях скорости и ускорения, а в относительных—децибелах. Поэтому характеристиками вибрации служат также уровень колебательной скорости Lv, дБ, и уровень колебательного ускорения La, дБ, определяемые по формулам:

Lv = 20 lg(v/v0);
La = 20 lg(a/a0),

где v — среднее квадратичное значение колебательной скорости, м/с; V0 — пороговое значение колебательной скорости, равное 5*10-8м/с; a —среднее квадратичное значение колебательного ускорения, м/с2; а0 — пороговое значение колебательного ускорения, равное 3*10-4м/с2.

Рассматривая человека как сложную динамическую структуру с изменяющимися во времени параметрами, можно выделить частоты, вызывающие резкий рост амплитуд колебаний как всего тела в целом, так и отдельных его органов. При вибрации ниже 2 Гц, действующей на человека вдоль позвоночника, тело движется как единое целое. Резонансные частоты мало зависят от индивидуальных особенностей людей, так как основной подсистемой, реагирующей на колебания, являются органы брюшной полости, вибрирующие в одной фазе. Резонанс внутренних органов наступает при частоте З...3,5 Гц, а при 4...8 Гц они смещаются.

Если вибрация действует в горизонтальной плоскости по оси, перпендикулярной позвоночнику, то резонансная частота тела (около 1,5 Гц) обусловлена сгибанием позвоночника и жесткостью тазобедренных суставов. Область резонанса для головы сидящего человека соответствует 20...30 Гц. В этом диапазоне амплитуда виброускорения головы может втрое превышать амплитуду колебаний плеч. Качество зрительного восприятия предметов значительно ухудшается при частоте вибрации 60...90 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок. Исследователи Японии установили, что характер профессии определяет некоторые особенности действия вибрации. Например, у шоферов грузовых машин широко распространены желудочные заболевания, у водителей трелевочных тракторов на лесозаготовках—радикулиты, у пилотов, особенно работающих на вертолетах, наблюдается снижение остроты зрения. Нарушения нервной и сердечно-сосудистой деятельности у летчиков возникают в 4 раза чаще, чем у представителей других профессий.

Причиной возникновения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия. В одних случаях их источниками являются возвратно-поступательно движущиеся детали (кривошипно-шатунный механизм в двигателях и компрессорах, боек в ручных перфораторах, вибрационные механизмы для уплотнения бетонных и асфальто-бетонных смесей, вибротрамбовки, агрегаты виброформования в литейных цехах, агрегаты для проковки сварных соединений и т. п.); в других случаях неуравновешенные вращающиеся массы (ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков и т. п.). Иногда вибрации создаются ударами деталей (зубчатые зацепления коробки передач, подшипниковые узлы, соединительные муфты и т. п.).

Наличие дисбаланса во всех случаях приводит к появлению неуравновешенных центробежных сил, вызывающих вибрацию. Причиной дисбаланса может явиться неоднородность материала вращающегося тела, несовпадение центра массы тела и оси вращения, деформация деталей от неравномерного нагрева при горячих и холодных посадках и т. п.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, происходящую по синусоидальному закону, являются: амплитуда смещения хт — величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия; амплитуда колебательной скорости vm — максимальное из значений скорости колеблющейся точки; амплитуда колебательного ускорения ат — максимальное из значений ускорения колеблющейся точки; период колебаний Т — промежуток врехмени между двумя последовательными одинаковыми состояниями системы; частота f в герцах, связанная с периодом известным соотношением f = 1/T.

Смещение в случае синусоидальных колебаний определяется формулой x=xm sin (wt + φ), где w — круговая частота (w = 2πf); φ — начальная фаза. В большинстве задач охраны труда начальная фаза значения не имеет и может не учитываться.

Соотношение между смещением, скоростью и ускорением задается следующими выражениями: v = х = jwx; а = х = v = —w2х, где j=√-1 оператор поворота вектора колебаний на угол π/2 во времени.

В общем случае физическая величина, характеризующая вибрацию (например, колебательная скорость), является некоторой функцией времени: v = v (t). Математическая теория показывает, что такой процесс можно представить в виде суммы бесконечно долго длящихся синусоидальных колебаний с различными периодами и амплитудами. В случае периодического процесса частоты этих составляющих кратны основной частоте процесса: fn = nf1, где п = 1, 2, 3, ..., f1 — основная частота процесса, а амплитуды гармоник определяются 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 распределены непрерывным образом, при этом амплитуды определяются разложением по формуле интеграла Фурье.

Таким образом, спектр периодического или квазипериодического колебательного процесса является дискретным (рис. 27а), а случайного или кратковременного одиночного процесса — сплошным (рис. 27, б). Чаще всего в дискретном спектре наиболее ярко выражена основная частота колебаний, обусловленная работой привода. 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 (рис. 27, а). Если же процесс представляет собой сумму нескольких периодических и случайных процессов, спектр его является смешанным, т. е. изображается в виде сплошного и дискретного спектров, наложенных друг на друга (рис. 27, в).

Рис. 27. Спектры вибрации: а — дискретный; б — сплошной; в — смешанный

В вопросах охраны труда в силу специфических свойств органов чувств определяющими являются действующие значения параметров, характеризующих вибрацию. Так, действующее значение колебательной скорости есть среднее квадратичное мгновенных значений скорости за время усреднения

Таким образом, для характеристики вибрации используют спектры действующих значений параметров или средних квадратов последних. При оценке суммарного воздействия колебаний различных частот или отдельных источников на человека следует иметь в виду, что при сложении некогерентных колебаний результирующую колебательную скорость (ускорение, смещение) находят энергетическим суммированием мощностей отдельных составляющих спектра (или отдельных источников) или, что одно и то же, суммированием средних квадратов , где n — число составляющих в спектре.

В соответствии с этим результирующее действующее значение процесса определяется выражением

Изображение сплошного спектра требует обязательной оговорки о ширине Δf элементарных частотных полос, к которым относится изображение. Если f1 — нижняя граничная частота данной полосы частот, f2 — верхняя граничная частота, то в качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая

частота fсг=√f1f2

В практике виброакустических исследований весь диапазон частот вибрации разбивается на октавные диапазоны. В октавном диапазоне верхняя граничная частота вдвое больше нижней f2/f2 = 2.

Анализ вибрации может производиться также в третьоктавных полосах частот. В третьоктаве .

Среднегеометрические частоты октавных полос частот вибраций стандартизированы и составляют: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц.

Учитывая, что абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в очень широких пределах, в практике виброакустических исследований используют понятие уровня параметров.

Уровень параметра есть логарифмическое отношение абсолютной величины параметра к некоторому его значению, выбранному в качестве начала отсчета (опорное или пороговое значение). Измеряются уровни в децибелах (дБ).

Уровень колебательной скорости (дБ)

где средний квадрат колебательной скорости v2 берется в соответствующей полосе частот; v0 — опорное или пороговое значение колебательной скорости (м/с), выбранное международным соглашением:

v0 = 5*10-8.

При сравнении двух колебательных процессов, характеризующихся уровнями виброскорости Lv1 и Lv2 (дБ), соответственно имеем для разности этих уравнений выражение

Спектры уровней колебательной скорости являются основными характеристиками вибрации.

Различают общую и локальную (местную) вибрации. Общая вибрация вызывает сотрясения всего организма, местная вовлекает в колеторых других видов оборудования. Локальной вибрации подвергаются работающие с ручным механизированным электрическим и пневматическим инструментом (зачистка сварочных швов, обрубка литья, клепка, шлифовка и т. п.). В ряде случаев работающий может подвергаться одновременно воздействию общей и локальной вибрации (комбинированная вибрация), например, при работе на строительно-дорожных машинах и транспорте.

Общие вибрации с частотой менее 0,7 Гц (качка) хотя и неприятны, но не приводят к вибрационной болезни. Тело человека и его отдельные внутренние органы движутся в этом случае как единое целое, не испытывая взаимных перемещений. Следствием такой вибрации является морская болезнь, происходящая из-за нарушения нормальной деятельности органов равновесия.

Различные внутренние органы и отдельные части тела (например, голову или сердце) можно рассматривать как колебательные системы с определенной сосредоточенной массой, соединенные между собой «пружинами» с определенными упругими свойствами и включением параллельных сопротивлений. Очевидно, что такая система обладает рядом резонансов, частоты которых (субъективное восприятие вибраций) зависят также от положения тела работающего («стоя», или «сидя»).

Резонанс на частотах 4—6 Гц соответствует колебаниям плечевого пояса, бедер (в положении «стоя»), головы относительно основания (положение «стоя»); на частотах 25—30 Гц — головы относительно плеч (положение «сидя»). Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6—9 Гц. Колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны, так как могут вызвать механические повреждения и даже разрыв этих органов. Систематическое воздействие общих вибраций в резонансной или околорезонансной зоне может быть причиной вибрационной болезни — стойких нарушений физиологических функций организма, обусловленных преимущественно воздействием вибраций на центральную нервную систему. Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружений, плохого сна, пониженной работоспособности, плохого самочувствия, нарушений сердечной деятельности.

Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые, начинаясь с концевых фаланг пальцев, распространяются на всю кисть, предплечье и охватывают сосуды сердца. Вследствие этого происходит нарушение периферического кровоснабжения — ухудшение снабжения конечностей кровью. Одновременно наблюдается воздействие вибрации на нервные окончания, мышечные и костные ткани, выражающееся в нарушении чувствительности кожи, окостенении сухожилий мышц, болях и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к деформациям и уменьшению подвижности суставов. Все указанные изменения усиливаются в холодный и уменьшаются в теплый период года. Одновременно наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы, как при общей вибрации.

Виброболезнь относится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь на ранних стадиях, причем восстановление нарушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжелых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.

Полезная информация: