Механические колебания. Вибрации

 

Определение, источники, характеристики, классификация, медико-биологические воздействия на человека, нормирование

Вибрации - это вид механических колебаний в технике, которые создаются рабочими органами вибромашин, возникают при движении транспортных средств и работе производственного оборудования. По способу передачи на человека вибрации классифицируют на общие и локальные. Общие передаются через опорные поверхности, локальные - через руки.

Общие вибрации по источникам происхождения классифицируют на транспортные, транспортно-технологические, технологические двух типов:

тип «а»- на рабочих местах непосредственно у источников вибрации;

тип «б»- на рабочих местах работников умственного труда.

Вибрации классифицируют по направлению осей действия - по осям x, y,z.

Основными характеристиками вибраций являются частота и спектр вибраций. Спектр- это зависимость интенсивности вибрации от частоты. I=f(f), Виброскорость V, [м/с], виброускорение а, [м/с²] и их логарифмические уровни:

 

, [дБ]

(1)

, [дБ]

Где , – опорные значения, соответственно, виброскорости и виброускорения.

 

Степень воздействия вибраций на организм человека определяется интенсивностью, продолжительностью воздействия, а также особенностью организма человека, как колебательной системы. Каждое колебание воспринимается организмом как толчок в ответ, на который уже через примерно 20 секунд возникают компенсирующие напряжения мышц. Наиболее опасные - это резонансные частоты. Например, при частоте 5-7 Гц по оси z возможно потеря равновесия, при частоте 20-60 Гц снижается острота зрения. При резонансных частотах возможно не только механическое травмирование органов, но и его разрыв.

При хроническом воздействии вибраций выше предельно допустимого уровня возникает профессиональное заболевание - вибрационная болезнь, которая при общих вибрациях проявляется в микротравмах и деформациях опорно-двигательного аппарата, отклонениях в деятельности центральной нервной, сердечно-сосудистой систем. При воздействии локальных вибраций возникают сосудистые расстройства, побеление пальцев, поражение суставов рук.

ГОСТ 12.1.012-90 устанавливает нормативы вибрационной безопасности, то есть предельно допустимые уровни (ПДУ) вибраций с учетом их спектра и направления осей действия. Для 3-х критериев:

–безопасности (профилактика виброболезни);

–граница снижения производительности труда (для транспортно-технологической, технологической тип «а»).

–комфортности (для работников умственного труда);

ПДУ устанавливает абсолютные значения виброскорости, виброускорения, их логарифмических уровней для 1/3 октавных полос для общих вибраций и в октавных полосах частот для локальных вибраций (рисунок4)

 

 

 

 

Рисунок 4

 

.

 

Акустические колебания

 

Акустические колебания - это колебания, распространяющиеся волнообразно в жидкой, твердой и газообразных средах под воздействием какой-то возмущающей силы. Выделяют слышимые (звуковые) колебания с частотой от 16 до 20000 Гц и неслышимые с частотой меньше 16 Гц- инфразвук, свыше 20000 Гц - ультразвук.

Под шумом понимают звуки различной природы со случайными изменениями по частоте и амплитуде, мешающие работе, отдыху и т.д.

Шумы классифицируют на постоянные и непостоянные. Постоянным считается шум интенсивность которого изменяется за смену не больше, чем на 5 дБА. Шумы бывают колеблющимися (непрерывно изменяющиеся во времени), прерывистыми и импульсными. Прерывистый - интенсивность шума меняется больше чем на 5дБ, а длительность сигналов больше 1с. Импульсный шум - интенсивность изменения больше чем на 7дБ, а длительность звуковых сигналов меньше 1с.

Основными характеристиками шума являются: частота, спектр шума, звуковое давление Р, Па, а также логарифмический уровень звукового давления:

, (2)

где - порог слышимости. Р – действующее звуковое давление.

При прохождении препятствий акустическими колебаниями наблюдаются следующие явления: отражение, дифракция, поглощение звука и звукопередача. В закрытых помещениях наблюдается явление реверберации (послезвучание). Воздействие шума на человека определяется прежде всего воздействием на слуховой анализатор. Воздействие любого уровня шума вызывает адаптацию слухового анализатора. При громкости адаптации пороги слуха за 2-5 минут повышаются на 15-25 дБА. Восстановление их до исходного уровня занимает от 2 до 3 часов. При длительном воздействии шумы интенсивностью больше 85 дБА приводят к постоянному повышению порогов слуха сначала на высоких частотах, а затем и к развитию профессиональных заболеваний тугоухости и глухоты, то есть полной потере слуха. Шум уровнем порядка 65дБА способствует снижению производительности труда.

Государственными стандартами ГОСТ 12.1.003-85 устанавливаются предельно допустимые уровни логарифмического уровня звукового давления для октавных полос со средними геометрическими частотами 63;125;250;500;1000;2000;4000;8000Гц.

В зависимости от характера труда для ориентировочной оценки условий труда применяют эквивалентный уровень звукового давления. При этом шум на рабочем месте считается постоянным в течение всей смены, равным уровню шума на частоте 1000Гц.

 

Инфразвук

 

Его источниками являются механизмы с частотой вращения вала до 20Гц, установки с турбулентными потоками газов или жидкостей (системы вентиляции), транспорт в своем движении и т.д. Инфразвук может сопровождаться низкочастотным шумом или низкочастотной вибрацией. Особенностью инфразвука является то, что он обладает малой длиной волны, что обеспечивает его распространение на значительные расстояния. Основное воздействие инфразвук оказывает на слуховой анализатор (ощутимое движение барабанных перепонок), на вестибулярный аппарат (потеря равновесия), на центральную нервную систему (головные боли, головокружения, повышенная утомляемость). Инфразвук может вызывать чувство страха, паники, неуверенности в себе. Часть явлений объясняется резонансными явлениями внутренних органов. Опасные частоты 7Гц для сердца, для других органов от 3 до 5 Гц. Основные характеристики - спектр, частота, логарифмические уровни звукового давления.

Санитарными правилами и нормами СН 2.2.4/2.1.8.562-96 устанавливается предельно допустимые уровни звукового давления в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами f_сред. 2,4,8,16 Гц.

 

Ультразвук

 

Его источники - генераторы, работающие на частоте от 12 до 22кГц, контрольно-измерительные приборы, некоторые виды технологических процессов (химическое травление металлов). Ультразвук может действовать контактно через жидкую и твердую фазы и через воздушную среду. Ультразвук вызывает в организме человека молекулярный нагрев органов и тканей. Кроме того, под воздействием ультразвука возможно образование пузырьков в жидкостях организма (кавитация). Под воздействием ультразвука возникают нервные расстройства, нарушение состава крови, потеря слуха, повышенная утомляемость. При контактном воздействии на руки возможно не только поражение капиллярных сосудов, но и разрушение костной ткани.

Санитарными правилами и нормами СН.2.2.4/2.1.8.562-96 устанавливаются предельно допустимые уровни(ПДУ) логарифмического уровня звукового давления для 1/3 октавных полос, отдельно при контактном воздействии и через воздушную среду.