Расчет воздействия вибрации на работника

Вибрация -механические колебания, которые возникают при работе технических приборов,устройств, транспорта. К основным характеристикам вибраций относятся: амплитуда смещения; виброскорость; виброускорени; частота (диапазон ∆F=1-2000 Гц). Вибрации возникают вследствие несовершенства технических устройств, их неправильной и длительной эксплуатации или в специально созданных устройствах (ударная дрель, отбойный молоток и др). Вибрация может рас­пространяться в твердых и жидких телах в виде волн. Таким об­разом, вибрация, по сути, является звуковыми волнами, распро­страняющимися в твердой или жидкой среде. В твердой и жидкой среде возможно не только распространение волн большей часто­ты, чем в газе, но и одновременное распространение как про­дольных волн (волн сжатия), так и поперечных волн (волн сдви­га). В газах существуют только волны сжатия.

Причинами вибраций могут быть нарушение центровки, неуравновешенность, вращающихся масс, пульсации давления и т.д. Вибрация может быть вызвана естественными причинами – волнением на море,в самолете и т.д.

Допустимые значения параметров вибраций приведены в нормативных документах ГОСТ 12.1.012-90 и СН2.2.4/2.1.8.566-96. При частотном (спектральном) анализе нормируемыми являются кинематические параметры: средние квадратичные значения виброскорости(или их логарифмические уровни)

или виброускорения для локальной вибрации -в октавных полосах частот; для общей вибрации в октавных и 1/3-октавных полосах частот.

Уровень вибраций L=20lg(V/V₀), где V-виброcкорость вибрации, V₀=5*10^-8– опорное значение. Весь частотный диапазон разбивается на ряд октав со среднегеометрическими частотами, Гц: 1, 2, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000.

Среднегеометрическая частота определяется из соотношения

                                                                                                       (71)

где верхняя и нижняя частоты октавной полосы связаны соотношением f _в = 2 f _н. Например, если f c г =100 Гц, то f н ~70 Гц и f в ~140 Гц.  В случае использования третьоктавных полос: .

Допустимый уровень вибрации зависит от вида вибрации и от средней геометрической частоты, направления вибраций. Так для местной вибрации допустимый уровень виброскорости составляет 109 – 115 дБ в диапазоне частот 8-1000 Гц, а для транспортно-технологической – 101 – 117 дБ в диапазоне частот 4 – 63Гц.

Вибрация относится к вредным факторам, обладающим высокой биологической активностью. Воздействие вибрации на человека может приводить с одной стороны к снижению производительности труда и качества работы, а с другой стороны к возникновению заболеваний (среди профессиональных заболеваний вибрационная патология стоит на втором месте после пылевой). Вибрация оказывает на организм человека разноплановое действие в зависимости от спектра, направления, места приложения и продолжительности воздействия вибрации, а также от индивидуальных особенностей человека. Например, вибрация с частотами ниже 1Гц вызывает укачивание (морскую болезнь), а слабая гармоническая вибрация с частотой 1-2Гц вызывает сонливое состояние. Воздействие вибрации на человека столь широко и имеет такие негативные последствия, что это послужило основанием для выделения около ста лет назад вибрационной болезни в качестве самостоятельного заболевания. Симптомы вибрационной болезни многообразны и проявляются в нарушении работы сердечно – сосудистой и нервной систем, поражении мышечных тканей и суставов, нарушении функций опорно –двигательного аппарата. Общая вибрациядействует на весь организм в целом. При этом страдает в первую очередь нервная система и анализаторы: вестибулярный, зрительный, тактильный. Симптомы заболева­ния: головокружения, расстройства координации движения, сни­жение остроты зрения до 40%, изменение обменных процессов. Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микро­травмы различных тканей, вплоть до их разрыва.

По способу передачи на человека различают: общую вибрацию, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, локальную вибрацию, передающуюся через руки человека или отдельные участки тела, контактирующие с вибрирующим инструментом, а также через ноги сидящего человека. По направлению действия общую вибрацию подразделяют на: вертикальную, направленную перпендикулярно опорной поверхности; горизонтальную, действующую в плоскости параллельной опорной поверхности. Спектр вибрации воздействующей на человека, делится на три частотных диапазона: низкочастотный, среднечастотный и высокочастотный. Для общей вибрации эти частотные диапазоны охватывают соответственно следующие октавные полосы частот: 1 ―4 Гц; 8―16Гц; 31,5― 63 Гц. Для локальной вибрации имеем следующее соответствие: 8 ―16Гц; 31,5―63Гц; 125― 1000 Гц.

Виброскорость – это скорость перемещения контролируемой точки оборудования во время её прецессии вдоль оси измерения. В практике измеряется обычно не максимальное значение виброскорости, а ее среднеквадратичное значение (СКЗ). В международных стандартных (ИСО 2631— 1985 и ИСО 5349—1986) в качестве нормируемого параметра вибрации используется средние квадратические значения виброускорения в 1/3- октавных полосах частот, которые на практике по сравнению с другими параметрами наиболее легко измерить. Кроме того, вводятся в рассмотрение логарифмические уровни виброускорения с пороговым значением виброускорения равным 10^-6 м/с^2, в отличие от традиционно используемого у нас в стране значения 3·10^-4м/с^2. Разница в получаемых при этом значениях уровней виброускорения составляет 50 дБ. Физическая суть параметра СКЗ виброскорости состоит в равенстве энергетического воздействия на опоры машины реального вибросигнала и фиктивного постоянного, численно равного по величине СКЗ. Использование значения СКЗ обусловлено ещё и тем, что раньше измерения вибрации велись стрелочными приборами, а они все по принципу действия являются интегрирующими, и показывают именно среднеквадратичное значение переменного сигнала. Из двух широко применяемых на практике представлений вибросигналов (виброскорость и виброперемещение) предпочтительнее использование виброскорости, так как это параметр, сразу учитывающий и перемещение контролируемой точки, и энергетическое воздействие на опоры от сил, вызвавших вибрацию. Информативность виброперемещения может сравниться с нформативностью виброскорости только при условии, когда дополнительно, кроме размаха колебаний, будут учтены частоты, как всего колебания, так и его отдельных составляющих. На практике сделать это весьма проблематично. Виброскорость измеряется в: мм/с, дБ, но должен быть указан уровень 0 дБ. Если не указан, то берётся значение 5 * 10^-5 мм/с. Для стандартного уровня 0 дБ = 5 * 10^-5 мм/с: VdB = 20 * lg 10(V) + 86                                                                   (72) По интенсивности колебаний наиболее значительным являет­ся рельсовый транспорт. Уровни виброускорений на расстоянии до 20 м от тоннелей метрополитена и линий трамвая превышают средний городской уровень на 10 дБ. При эксплуатации железно­дорожного транспорта повышенные уровни виброускорения ре­гистрируются в радиусе 40-50 м.  Виброускорение – это значение вибрации, прямо связанное с силой, вызвавшей вибрацию. Виброускорение характеризует то силовое динамическое взаимодействие элементов внутри агрегата, которое вызвало данную вибрацию. Обычно отображается амплитудой - максимальное по модулю значение ускорения в сигнале. Применение виброускорения теоретически идеально, т. к. пъезодатчик (акселерометр) измеряет именно ускорение и его не нужно специально преобразовывать. Недостатком является то, что для него нет практических разработок по нормам и пороговым уровням, нет общепринятого физического и спектрального толкования особенностей проявления виброускорения. Успешно применяется при диагностике дефектов, имеющих ударную природу - в подшипниках качения, редукторах. Виброускорение измеряется: в м/с^2; дБ, но должен быть указан уровень 0 дБ, если не указан, то берётся значение виброускорения 10^-6 м/с^2 Для стандартного уровня 0 дБ = 10^-6 м/с^2: AdB = 20 * lg 10(A) + 120                                                                              (73) AdB – виброускорение в децибелах A – виброускорение в м/с^2 120 дБ – уровень 1 м/с^2 Значительные вибрации создают промышленные предпри­ятия. Источниками вибрации является кузнечно-прессовое обо­рудование, внутризаводской и внутрицеховой транспорт, вра­щающиеся динамически неуравновешенные роторы машин и ме­ханизмов. Низкочастотные горизонтальные колебания (1-4 Гц) распространяются в глубь жилой застройки на расстояние до 4000 м и превышают допустимые значения виброускорсния на указанных частотах на 4-8 дБ. Часто вибрация в квартире связана с эксплуатацией лифта. В момент пуска и при закрывании дверей значения превышают до­пустимые на 15-21 дБ. По источнику возникновения общая вибрация подразделяет­ся на следующие виды: - транспортную. Воздействует на операторов подвижных машин (водители грузовых автомобилей, тракторов и т.д); - транспортно-технологическую. Воздействует на операторов с ограниченным перемещением (водители рельсового транспорта, бурильных машин, бетоноукладчики); - технологическую. Вибрация воздействует на операторов стационарных машин или передастся на рабочие места, не имеющие источников вибрации. Ее классифицируют следующим образом: За - в помещениях с источниками вибрации; 3б- на рабочих местах на судах (рубка капитана, штурмана радиста), в служебных помещениях без источников вибрации; Зв - на складах, в столовых без источников вибрации; Зг - в помещениях для умственного труда: заводоуправление, конструкторское бюро и т.д. По временной характеристике различают: - постоянную вибрацию, для которой контролируемый па­раметр изменяется не более чем в 2 раза за время наблюдения; - непостоянную вибрацию, изменяющуюся по контролируе­мому параметру более чем в 2 раза. Локальная вибрация действует на отдельные части орга­низма (верхние конечности, плечевой пояс, сосуды сердца). Бич современного машиностроения - локальная вибрация. Локальной вибрации подвергаются люди, работающие с ручным механизи­рованным инструментом (отбойные молотки, перфораторы). Симптомы заболеваний: снижение кожной чувствительности, от­ложение солей в суставах. Действие вибрации на организм человека зависит от мощно­сти колебательного процесса, времени контакта, демпфирующих свойств тканей. Вибрационная патология стоит на втором месте (после пылевых) среди профессиональных заболеваний - 28%. В зависимости от характера работы вибрационная болезнь возникает через 8-15 лет работы. Факторы производственной сре­ды, усугубляющие вредное воздействие вибраций на организм: - тяжелые мышечные нагрузки; - пониженная температура; - шум высокой интенсивности; - психоэмоциональный стресс. Различают техническое и гигиеническое нормирование виб­раций. Техническое нормирование вибрации устанавливает допус­тимое значение вибрационных характеристик машин и адресует­ся их создателям. Вибрационные характеристики служат крите­риями качества и безопасности машин.  Таблица 33. Предельно-допустимые значения локальной вибрации Частота, Гц 8 16 31,5 63 125 250 500 1000 Виброускорение, м/с^2 1,4 1,4 2,7 5,4 10,7 21,3 42,5 85

  Идентифицируемый рабочий процесс (совокупность выполняемого рабочего задания и рабочих условий), для которого проводят измерения представительной вибрации. Рабочим заданием может быть перевозка грузов на грузовом автомобиле, подъем груза вилочным автопогрузчиком и т.д., а рабочими условиями могут быть плохое или хорошее состояние дорожного покрытия, твердый или мягкий грунт, подлежащий выемке, и т.д. Рабочий цикл: Повторяющаяся в течение рабочего дня операция или серия разных операций.

Эквивалентное виброускорение А _l (8): среднеквадратичное значение корректированного виброускорения сигнала, энергия которого на 8-часовом интервале равна полной энергии реального вибрационного воздействия на рабочем месте за рабочую смену с учетом корректирующего коэффициента k_l для данного направления измерений. Величина А _l (8)/ k_l соответствует понятию «корректированное эквивалентное значение виброускорения при длительности вибрационного воздействия 8 ч».