Симптомы и частотные диапазоны вредного воздействия вибрации на человека

Симптомы действия вибрации	Частота, Гц
	КГ^1		10°			10*	10^2	10^3	ю^4
Укачивание	1
Резонансные колебания тела
Затрудненное дыхание
Влияние на зрение
Влияние на сердечно-сосуди­стую систему					•*< * “^г - *
Ухудшение координации рук и опоры на ступни			У
Ухудшение качества работы человека-оператора		* * -
Нагревание тканей, разруше­ние клеток								■» - 4,

На рис. 5.2 приведена модель тела человека, состоящая из масс, пружин и демпферов. В такой модели отдельные части тела характеризуются собственными частотами коле­баний. При совпадении частоты возбуждения системы с ее собственной частотой возникает явление резонанса, при котором амплитуда колебаний резко возрастает. Так, резо­нанс органов брюшной полости наблюдается при частотах 4—8 Гц, голова оказывается в резонансе на частоте 25 Гц, а глазные яблоки — на частоте 50 Гц. Входящие в резонанс органы нередко вызывают болезненные ощущения, связан-

Позвоночный
столб, продольное
нагружение
(10-12 Гц)
ные, в частности, с растягиванием соединительных образо-
ваний, поддерживающих вибрирующий орган.

Воздействие вибрации на человека имеет такие негатив­ные последствия, что это послужило основанием для выде­ления вибрационной болезни в качестве самостоятельного заболевания. Симптомы вибрационной болезни многогранны и проявляются в нарушении работы сердечно-сосудистой и нервной систем, поражении мышечных тканей и суставов, нарушении функций опорно-двигательного аппарата.

Колебания сидящего человека на частотах 8— 10 Гц явля­ются причиной широкого распространения заболеваний позвоночника. Так, у водителей-профессионалов автомо­билей, трактористов, пилотов самолетов грыжи межпозво­ночных дисков встречаются в несколько раз чаще, чем у лиц сидячих профессий, не подвергающихся вибрации.

При работе с ручными машинами на тело человека через руки передается локальная вибрация. Она может вызывать в организме человека эффекты общего характера — типа головной боли, тошноты и т.д., но главное — такая вибрация воздействует на процесс кровообращения и нервные оконча­ния в пальцах рук. Это в свою очередь вызывает побеление пальцев, потерю их чувствительности, онемение, ощущение покалывания. Эти явления усиливаются на холоде, но на пер­вых порах относительно быстро проходят. При длительном воздействии вибрации патология может стать необратимой и приводить к необходимости смены профессии. В особо запу­щенных случаях может иметь место даже гангрена.

Сроки появления симптомов вибрационной болезни зави­сят от уровня и времени воздействия вибрации в течение рабо­чего дня. Так, у формовщиков, бурильщиков, рихтовщиков заболевание начинает развиваться через 8—12 лет работы.

Воздействие ручных машин на человека зависит от многих факторов: например, от типа машины (ударные машины более опасны, чем машины вращательного типа), твердости обраба­тываемого материала, направления вибрации, силы обхвата инструмента. Вредное воздействие вибрации усугубляется при мышечной нагрузке, неблагоприятных условиях микрокли­мата (пониженная температура и повышенная влажность).

Долю заболевших вибрационной болезнью в зависимо­сти от профессии и стажа работы характеризуют данные Ю. М. Васильева (табл. 5.4).

Таблица 5.4

Доля заболевших вибрационной болезнью, %, в зависимости от профессии

Профессия	Стаж работы, лет
	5	10	15	20	25
Слесарь	0	0	4	21	54
Формовщик	0,5	2,3	14	40	72
Обрубщик	0	11	49	86	89

 

С проблемой вибрации сталкиваются и в быту, когда, например, жилой дом располагается у железной дороги, авто­страды или когда в его подвальных помещениях размещается какое-либо технологическое оборудование.

Механизм, с помощью которого движущийся поезд (рис. 5.3) возбуждает вибрации грунта, основан на возникновении дина­мических сил между колесом и рельсом, из-за неровностей на поверхностях качения. В интервале эксплуатационной ско­рости движения поездов от 30 до 110 км/ч спектр вибрации, передаваемой грунту, сосредоточен в частотном диапазоне 10-250 Гц.

Простейшим видом колебательных процессов являются гармонические колебания (рис. 5.4, а). При этом величина

 

Рис. 53. Распространение вибраций от поезда метрополитена по грунту

®, представляющая собой параметр колебаний, изменяется во времени I по гармоническому закону

® (0 = Л_КСО8 (©Г + ф),

где Л_к, ср — амплитуда и фаза колебаний; <о — круговая частота, рад/с (<д = 2л/, здесь/= 1/Г — циклическая частота, Гц; Т— период колебаний).

В качестве параметров, оценивающих вибрацию, могут служить виброперемещение и (м) или его производные: виб­роскорость V (м/с) и виброускорение а (м/с²). Если вибро­скорость изменяется по гармоническому закону с амплитудой А, то этому закону будут подчиняться и два других параметра. При этом амплитуды виброускорения А_а и виброперемеще­ния А_и связаны с амплитудой А_? соотношениями

А_а = «> А,; А_и = А_т/а>.

 

 

Рис. 5.4. Примеры временных колебательных процессов: а — гармонические колебания; б — случайные колебания

При анализе вибрации обычно рассматривают не ампли­тудные, а средние квадратичные значения, определяемые усреднением по времени величины ® (I) на отрезке Т

Так как значения параметров вибрации могут изменяться в широких пределах, то на практике часто используются лога­рифмические уровни вибрации. Логарифмическая единица называется бел (Б), а ее десятая часть — децибел (дБ). При этом логарифмический уровень вибрации (дБ) определяется по формуле

I® = 10 1§ (а/²/®⁸) = 20(®/®°),

где те — среднее квадратичное значение рассматриваемого параметра вибрации; ®₀ — пороговое значение соответствующего параметра.

Для виброскорости пороговое значение п₀ = 5-10~⁸ м/с. Пороговые значения для виброускорения а₀ и вибропере­мещения щ равны

а° = 3 • 10^-4 м/с²; и° = 8 ■ 10~¹² м при/⁰ = 0.

При анализе вибрации с широким спектром целесообразно разбить ось частот на отрезки (полосы частот) и вычислять уровни вибраций для каждой такой полосы. С этой целью используются специальные фильтры, полоса пропускания которых определяется граничными частотами и /^в. Как правило, это октавные фильтры, для которых отношение /® //” = 2, или третьоктавные фильтры с полосой в три раза более узкой.

Для октавных полос получены следующие значения сред­них геометрических частот:/_сг= 1,2,4,8,16,31,5,63,125,250, 500, 1000 Гц. Верхние и нижние частоты октавных полос определяются следующими соотношениями:/¹ = /_сг//2 и/ = = с

Спектры случайных колебаний показаны на рис. 5.4, б. На практике обычно имеют дело со смешанной вибрацией, содержащей как периодические, так и случайные компо­ненты.

5.1.3. Акустический шум

Беспорядочные звуковые колебания в атмосфере — это акустический шум. Понятие акустического шума связано со звуковыми волнами (звуками), под которыми понимают распространяющиеся в окружающей среде и воспринимае­мые ухом человека упругие колебания в частотном диапа­зоне от 20 Гц до 20 кГц.

Шум оказывает влияние на весь организм человека. Шум с уровнем звукового давления до 30—35 дБ привычен для чело­века и не беспокоит его. Повышение этого уровня до 40—70 дБ в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия, и при длительном действии может быть причиной неврозов. Воздей­ствие шума с уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха — профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабан­ных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.

Шумовое воздействие, сопровождающееся повреждением слухового анализатора, проявляется медленно прогрессирую­щим снижением слуха. У некоторых лиц серьезное шумовое повреждение слуха может наступить в первые месяцы воз­действия, у других — потеря слуха развивается постепенно, в течение всего периода работы на производстве. Снижение слуха на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ — начинает серьезно мешать человеку, так как нарушается способность слышать важные звуковые сигналы, наступает ослабление разборчивости речи. Результаты воздействия повышенного производственного шума показаны ниже (табл. 5.5).

Таблица 5.5